GEOTEHNICA MANUAL PENTRU LUCRARILE DE LABORATOR 6.DETERMINAREA PERMEABILITATII N LABORATOR 6.1.Scopul determinarii. Definitii Permeabilitatea se exprima prin valoarea coeficientului de permeabilitate k. Coeficientul de permeabilitate este dat de raportul (Figura 6-1): ivk ?(6-1) n care: v este viteza aparenta de infiltratie definita ca fiind raportul dintre debitul de apa care trece n unitatea de timp printr-o suprafata plana din mediul poros, perpendiculara pe directia de curgere, si aria suprafetei; i este gradientul hidraulic sau panta hidraulica, definita ca fiind raportul dintre diferenta de nivel piezometric h dintre doua linii echipotentiale si lungimea liniei de curent l. Coeficientul de permeabilitate are dimensiuni de viteza (LT-1) si se exprima n cm/s, m/s sau m/24h. Coeficientul de permeabilitate depinde att de caracteristicile structurii pamntului ct si de caracteristicile apei care circula prin porii lui. Principalii factori care influenteaza marimea coeficientului de permeabilitate sunt: -porozitatea si caracteristicile geometrice ale porilor, -natura mineralogica a pamnturilor, greutatea volumica a apei din pamnt, -marimea gradientului hidraulic i (pentru argile este nevoie de un gradient initial ii - Figura 6-1 ), -vscozitatea apei, -stratificatia terenului. Coeficientul de permeabilitate caracterizeaza cantitativ permeabilitatea pamntului n limitele de valabilitate a legii lui Darcy. Aceste limite sunt DETERMINAREA PERMEABILITATII N LABORATOR determinate de gradientii hidraulici: minim ii (limita inferioara) si maxim is (limita superioara) (Figura 6-1). Metodele de determinare n laborator a coeficientului de permeabilitate k sunt: 1) Metoda permeametrului cu gradient constant, care poate fi: -fara suctiune -cu suctiune Aceasta metoda se aplica n cazul pamnturilor necoezive (nisipuri medii, mari, pietrisurilor, etc.). Figura 6-1 Legea lui Darcy aplicata la nisipuri si argile 2) Metoda permeametrului cu gradient variabil Aceasta metoda se aplicanisipurilor fine si prafurilor, att pe probe netulburate ct si pe probe tulburate. n continuare se prezinta metodologiile aferente permeametrului cu gradient constant fara suctiune (cel mai des utilizat) si permeametrului cu nivel variabil. GEOTEHNICA MANUAL PENTRU LUCRARILE DE LABORATOR 6.2.Metoda permeametrului cu gradient constant fara suctiune 6.2.1.Principiul metodeiMetoda consta n determinarea permeabilitatii, prin trecerea unui curent de apa sub gradient constant (diferenta de nivel constanta, lungimea probei constanta) printr-o proba de pamnt (Figura 6-2). 6.2.2.Pregatirea epruvetelor Probele netulburate se recolteaza direct cu stanta, nivelndu-se suprafetele lor, superioara si inferioara, cu ajutorul unui cutit de laborator. Probele tulburate se recolteaza direct cu stanta sau se ncarca n stanta la compactarea dorita. Pentru probele netulburate se va specifica sensul de recoltare al probei n raport cu orientarea stratului. nainte de efectuarea determinarii se stabilesc urmatoarele caracteristici geometrice ale epruvetei: -lungimea epruvetei l, n cm, -sectiunea transversala a epruvetei A, n cm2, -porozitatea n sau indicele porilor, Epruvetele de pamnt si apa cu ajutorul carora se va efectua determinarea, se tin n laborator pna la egalarea temperaturii lor cu cea a camerei. La argile si prafuri se va utiliza, de regula, apa distilata si dezaerata. n lipsa apei distilate, se poate folosi apa potabila, fiarta si racita. La nisipuri si pietrisuri se poate folosi apa de la reteaua de apa potabila. 6.2.3.Aparatura necesara Pentru determinarea coeficientului de permeabilitate cu ajutorul metodei permeametrului cu gradient constant fara suctiune sunt necesare urmatoarele: a) permeametru cu gradient constant fara suctiune, conform cu Figura 6-2, compus din: DETERMINAREA PERMEABILITATII N LABORATOR -cilindru din metal (1), n care se introduce proba, avnd volumul cunoscut; diametrul stantei trebuie sa fie, cel putin, de 10 ori marimea particulei maxime din epruveta examinata; -corpul permeametrului (2), prevazut la partea superioara cu un ventil pentru evacuarea aerului (3); -rezervor cu nivel constant reglabil (4), prevazut cu preaplinul (5); -tub de cauciuc sau de plastic (6); -rezervor cu nivel constant fix (7), prevazut cu preaplinul (5); -cilindru gradat (8); -robinete de trecere (9) si (10); -tuburi piezometrice transparente (11) si (12), gradate n mm, avnd cota zero comuna; -epruveta de pamnt (13); -alimentarea cu apa (14); -filtre (15). Permeametrul se executa din materiale inoxidabile. Filtrele pot fi site, pietre poroase sau materiale granulare, astfel nct sa ndeplineasca urmatoarele doua conditii: sa nu permita trecerea particulelor fine din proba si sa aiba o rezistenta hidraulica foarte redusa, sub 1% din cea pe care o opune proba examinata. b) termometru cu precizia de ?0,5?C; c) cronometru cu precizia ?0,5 s; d) balanta tehnica cu capacitatea de 1 kg, cu o precizie de 0,1 g; e) cilindrii gradati. 6.2.4.Mod de lucru Determinarea permeabilitatii n laborator, cuprinde urmatoarele operatii: -recoltarea epruvetei n stanta, -introducerea stantei n permeametru, -evacuarea gazelor (aerului) din porii epruvetei de pamnt, -masurarea temperaturii, -determinarea propriu-zisa. GEOTEHNICA MANUAL PENTRU LUCRARILE DE LABORATOR

Figura 6-2 Permeametru cu gradient constant fara suctiune 1 stanta; 2 corpul permeametrului; 3 ventil pentru aerisire; 4 rezervor cu nivel constant; 5 preaplin; 6 tub de cauciuc; 7 rezervor cu nivel constant; 8 cilindru gradat; 9, 10 robinete de trecere; 11, 12 tuburi piezometrice; 13 epruveta; 14 alimentare cu apa; 15 filtre. Stanta cu epruveta de pamnt (1) se introduce n permeametru (2) asigurndu-se etanseitatea ntre stanta si capetele permeametrului, prin garnituri de cauciuc. Se evacueaza gazele din porii epruvetei de pamnt cu un curent de apa de jos n sus, prin nchiderea robinetului (9) si deschiderea robinetelor (10) si (14), curgerea se va face cu un gradient hidraulic mai mic dect 1. Terminarea evacuarii gazelor este semnalata prin aparitia apei n tubul piezometric (12). Aceasta operatie poate dura de la cteva secunde, la probele de nisip pna la zeci de ore la argile. Se masoara temperatura apei la intrarea si iesirea din eruveta la nceperea , pe parcursul si la terminarea determinarii. Dupa terminarea evacuarii gazelor din epruveta, se nchide robinetul (10), se deschide robinetul (9) si dupa intrarea curgerii n regim se masoara urmatoarele valori: -volumul de apa evacuat, V, prin preaplinul (5) si masurat cu cilindrul gradat (8), n cmc, n intervalul de timp T, -intervalul de timp T, n care curge volumul de apa V, n secunde, -diferenta de nivel nregistrata ntre cele doua tuburi piezometrice (11) si (12), n cm, cu o precizie de 1 mm. DETERMINAREA PERMEABILITATII N LABORATOR Intrarea curgerii n regim se constata prin repetarea masurarii lui V, T sih,pna la obtinerea unor valori relativ constante ale coeficientului de permeabilitate k (diferenta dintre doua valori succesive sa fie sub 10%). Intrarea curgerii apei n regim poate dura de la cteva minute la nisipuri, pna la cteva zeci de ore la argile. Pentru efectuarea determinarii se va folosi, de preferinta, apa distilata si dezaerata. Determinarea se repeta la diferiti gradienti hidraulici pe o aceeasi epruveta fara a o demonta din permeametru. 6.2.5.Calculul coeficientului de permeabilitateCoeficientul de permeabilitate Kt (la temperatura t masurata ) se calculeaza cu formula: ivkt? (6-2) n care T AVv??silhi ?n care: V este volumul de apa evacuata n intervalul detimp T, T este intervalul de timp n care curge volumul de apa V, A este aria transversala a epruvetei, h este diferenta de nivel dintre cele doua piezometre, l este naltimea epruvetei. Valoarea coeficientului de permeabilitate calculat ca mai sus se va corecta, daca este cazul, pentru temperatura de referinta de 20?C cu urmatoarea formula: e k kt ? ? (6-3) n care : c este coeficientul de corectie de temperatura, adimensional, dat n tabelul de mai jos. t?Cct?Cct?Cct?Cc 101,31151,14201,00250,89 111,27161,11210,98260,87 121,23171,08220,95270,85 131,20181,05230,93280,83 141,17191,03240,91290,81 GEOTEHNICA MANUAL PENTRU LUCRARILE DE LABORATOR Valoarea finala se obtine prin medierea aritmetica a tuturor valorilor obtinute experimental (vezi ANEXA 6.1). 6.3.Metoda permeametrului cu gradient variabil fara suctiune 6.3.1.Principiul Metodei Metoda consta n determinarea permeabilitatii, prin trecerea unui curent de apa sub gradient variabil (diferenta de nivel variabila: h2 h1) printr-o epruveta de pamnt. 6.3.2.Pregatirea probelor Pregatirea probelor se face exact ca la metoda anterioara. 6.3.3.Aparatura necesara Pentru determinarea coeficientului de permeabilitate cu ajutorul metodei permeametrului cu gradient variabil fara suctiune sunt necesare urmatoarele: - permeametru cu gradient variabil, conform figurii de mai jos, compus din urmatoarele piese: -cilindru din metal sau din material plastic (1); -cilindru transparent din sticla sau din material plastic (2), gradat pe naltime n cm si mm; -robinet (3); -vas din sticla cu margini nalte (4), astfel nct nivelul apei sa depaseasca cu circa 1 cm suprafata superioara a probei; -preaplin (5); -epruveta de pamnt (6); DETERMINAREA PERMEABILITATII N LABORATOR -filtru (7); -suportul (8)cilindrului din metal (1) permite circulatia apei ntre (1) si (4), fara rezistenta hidraulica 6.3.4.Mod de lucru Determinarea decurge n mod asemanator cu cea de la metoda permeametrului cu gradient constant, cu urmatoarea completare: evacuarea gazelor din porii probei de pamnt se face prin umplerea treptata a vasului (4) cu apa. Terminarea evacuarii gazelor este semnalata de aparitia apei n tubul transparent (2) Pentru efectuarea acestei determinari, se umple cu apa cilindrul (2) prin deschiderea robinetului (3). Dupa umplerea cilindrului (2) se nchide robinetul (3) si se urmareste coborrea apei. Se cronometreaza intervalul de timp T (s), ntre momentul cnd nivelul are cota h1 si cel cu cota h2 (h1 si h2 se masoara fata de nivelul apei din vasul (4)). Determinarea se repeta de cel putin trei ori, fara a demonta proba, la diferite cote h1 si h2. 6.3.5.Calculul coeficientului de permeabilitate Coeficientul de permeabilitate kt se calculeaza cu urmatoarea formula: 21log 3 , 2hhTlkt? ? ? (6-4) n care: l este naltimea probei de pamnt, cm, T este intervalul de timp n care se produce scaderea de nivel h1 si h2 nivelul de apa la nceputul si sfrsitul intervalului de timp Valoarea coeficientului de permeabilitate kt, se corecteaza la temperatura la fel ca la metoda cu permeametru cu gradient constant. Valoarea finala este obtinuta prin medierea aritmetica a tuturor valorilor obtinute experimental (vezi ANEXA 6.2). GEOTEHNICA MANUAL PENTRU LUCRARILE DE LABORATOR Figura 6-3 permeametru cu gradient variabil fara suctiune 1 cilindru din metal sau din material plastic; 2 cilindru transparent din sticla; 3 robinet; 4 vas de sticla; 5 preaplin; 6 epruveta de pamnt; 7 filtru; 8 suport; DETERMINAREA PERMEABILITATII N LABORATOR 6.4.ANEXA 6.1 DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE PERMEABILITATE PRIN METODA GRADIENTULUI CONSTANT FARA SUCTIUNE Interval de timp T (s) Diferenta de nivel h (mm) Lungimea probei l (cm) Sectiunea epruvetei A (cm2) Gradient lhi ?Volum de apa evacuat V (cmc) Coeficient de corectie c Permeabilitate la t?C kt (cm/s) Coeficient de permeabilitate la 20?C K (cm/s) GEOTEHNICA MANUAL PENTRU LUCRARILE DE LABORATOR DETERMINAREA PERMEABILITATII N LABORATOR 6.5.ANEXA 6.2 - DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE PERMEABILITATE PRIN METODA GRADIENTULUI VARIABIL Interval de timp T (s) Tl Nivel initial h1 (cm) Nivelfinal h2 (cm) 21hh 21loghh Coeficient de permeabilitate la 20?C k (cm/s) GEOTEHNICA MANUAL PENTRU LUCRARILE DE LABORATOR GEOTEHNICA MANUAL PENTRU LUCRARILE DE LABORATOR 35