Permeabiliteten Ur av betydelse vid dimensionering av jorddammar, filter och grundvattenbrunnar, vid bedömning av släntstabilitet och tjälfarlighet och vid beräkning av sättningshastighet och vattenförlust från reservoarer.
Permeabiliteten k kan bestämmas med laboratorieförsök med olika typer av permeametrar eller med fältförsök genom pump- eller infiltrationsförsök.
Permeabiliteten bestäms i laboratoriet på packade jordprover (friktions-jordartcr) eller »ostörda» prover upptagna med kolvborr. Permeabiliteten hos packade prover minskar i allmänhet med ökad packningsgrad och med ökad packningsvattenhalt. Den vid försöken erhållna permcabiliteten når vanligtvis ett minimivärde vid en vattenhalt som är högre än den optimala.
Permeabilitetcn påverkas även av strömningsgradientcn och vattenmättnads-graden.
När jordmaterialcts pcrmeabilitetskoefficient är mellan 1 och 10-s cm/s kan olika typer av rörpermeamctrar användas. När permcabilitetskoeffi-cienten är lägre än 10-1 cm/s kan bestämningen ske med ödometerförsök.
Pcrmeabiliteten för ensgraderade grovkorniga jordmaterial (sand och grus) kan även uppskattas ur materialets effektiva kornstorlek. Tillämp-ningsområdena för de olika metoderna visas i fig :4l2a.
Permcobilitet (cm/s) 10 '
10 Grus
" J
Boroko;og urmotario-_,
let~ effoktivo10
}
Sand 1<orn5torl1ik-,
Permeomoler }10
_, }
l<omprc$somelcr eller Permeometcr10 Mo mod eller
1<0n~tant lrycl<h0jd
,o-4 komprc~~omeler
_,
mod10 Mjäla follonde tryckhiijd
-• }
"
10 llorökning
10
-•
uriido-} m~tcr
-10
-•
fOr~iik_, } ""
-,0
10
171:4
Fig :412a. Bestämning av pcr-meabilitct
25
Avd 17 Geoteknik
171:4
Försök har visat att permeabi!ltetskoefficienten k (cm/s) för ensgraderud sand eller ensgrudcrat grus är främst beroende av den effektiva kornstor-leken d10 (cm) enligt [151
k = 100 df0 (cm/s)
Denna ekvation har sedermera modifierats till k = 200
dfl.
e2(cm/s)med hänsyn till portalets inverkan på permeabiliteten. Vissa försök har visat att för många jordarter är sambandet mellan k och termen <:3/(I
+
e) eller mellan log k och e en rät linje.Permcametcr av rörtyJl
Friktionsmutcria!s p.::rmeabilitet bestäms vanligtvis vid konstant fallhöjd med perm.:ametrar av rörtyp enligt principskiss i fig :412b. Jorden packas
t ett stål- eder plexiglasrör vars diameter anpassas efter kornstorleken.
Permeabilitctskoefficienten k bestäms genom ntt man mäter den vatten-mängd som strömmar genom provet under en viss tid. Tiden mellan avlös-ningarna anpassas efter materialets pcrmcubi!itet. Därvid används följande uttryck som är grundat på Darcys lag
k = Qh/AtL
där Q är den vattenmlingd som strömmat genom provet på tiden t, här tryckfallet (fig :412b), A och Lär provets area respektive längd. Vid beräk-ning av permcabilitetskoefficientcn bortses ifrån hastighetshöjden (v2/2g).
Denna är i allmänhet liten och försumbar utom vid strömning genom sten och grovt grus.
Nippelpcrmcamcter
När risk föreligger att finmatcria! spolas ur provet under försökets gång och sätter igen filtren används nippelpermcamcter (fig :412c). Vid denna typ av permeameter mäts strömningsförlusten i provet m<!d hjälp av perfo-rerade nipp!ar som sticks in i provet. Nivåskillnadcn h mellan de två vat-tenståndsrönm motsvarar strömningsförlusten mellan de tva rörnipplarna.
Rcsl!rvoar
L:-::J---
Reservoarh
lf<--i,__ _ _ _ _ _ _ _ St1gror - ~ ~ ~ ~ . , , ; - - - Avtappsror
')ir,.I.:,;;,,,/--~;---
Jordprovfi-
Mcitglos~ - - - - Provcylioder
~ - - - F i l t e r Mätglas
---,-,-i,~' ''
' - - - ROroipplor Fig :412b. Pcrmeameter av rörtyp Fig :412c. Nippelpcrmeameter (principskiss)
Kap 171 Jordarternas egenskaper
Permeabilitetskoefficientcn bestams genom att man mäter den vätskemängd Q som strömmar genom provet på tiden
r.
Permeabilitetsbestämningen görs ofta vid olika normaltryck på provet varvid trycket lägst bör vara 10 kN/m~.
Komprcssomcter
Kompressometer som främst används för att bestämma jordmaterials kom-pressibilitet (se :53) kan även_ användas till att mäta permeabiliteten hos såväl packade som ostörda prover av mjäla, lera eller finkorniga moräner.
Permcabilitetsbcstämning kan utföras vid konstant eller variabel tryck-höjd. Vid variabel tryckhöjd ansluts kompressometern till två graderade vattenståndsrör (fig :412d). Vattenståndet i de två rören avläses med regel-bundna tidsintervall. Permcabilitetskoefficienten erhålls ur ekvationen k = (La/2tA) In (h0/h1 ) = (2,3La/2rA) log (h0/h1)
där Lär provets höjd, a är vattcnståndsrörens area, 1=(11-10) är genom-strömningstiden, A ilr provets area, h0 och h1 är tryckhöjden vid tiden 10
respektive t1 (lt1 = h0 -ha -hb).
T,llrinnrngsror Avnnr11ng5rör
---ll--/1·-,J
11--JI---{ ho
Jordpro·, G<Jmmnnembron Stodrmgor Klamring
Vottenstrom-n,ng
Ödomctcr
Permeabi!iteten hos kohesionsjordarter vilkas permeabilitetskoefficient k < 10~1 cm/s bestäms vanligtvis med ödometcrförsök. Dilrvid mäts ett jord-provs relativa hoptryckning och konsolideringsgrad som funktion av tiden enligt :52. Permeabilitetskoefficicnten k kan beräknas ur
eller k
=
0,848h2mvywgfto0där h är halva provhöjden vid dubbelsidig drilnering, mv(
=
Öe/6.a,l Ur ma~terialets kompressibilitet, t60 och /90 är den tid som motsvarar 50% respek-tive 90 % konsolideringsgrad (U= 50 % respektive U= 90 %).
:42 Kapillaritet :421 Kapillär stighöjd
Vattenhalten och vattenmättnadsgradcn i de jordlager som är belägna närmast markytan påverkas av regn och torka och varierar kraftigt under året. Vattenhalten är i allmänhet störst under vår och höst. I områden som periodvis är utsatta för stark torka kan denna ytzon (torrskorpa) vara upp till 5 å 6 m tjock. Vanligtvis är torrskorpans tjocklek l å 2 m.
171:4
Fig :4l2d. Principskiss av pcr-meameter typ SGI
27
171:4
Närmast över grundvattenytan påverkas vattenhalten främst av den ka-pillära stighöjden. Inom den sk kaka-pillära zonen stiger vattnet kapillärt i jordens porer beroende på vattnets ytspänning. Den kapillära stighöjden är främst beroende av kornstorleksfördelningen men påverkas även av lagringstätheten. Temperaturvariationer har endast en liten inverkan på stighöjden.
Den kapillära zonens tjocklek varierar beroende på kornstorlek, pack-ningsgrad och dräneringsförhållanden.
I fig :421 visas ett glasrör med jord vars nedre del placerats i vatten.
Kurva A visar vattcnmättnadsgraden S7 vid jämvikt när provet från början varit vattenmättat och B när provet från början varit torrt. Den övre kapil-lära stighöjden varierar mellan ett passivt och ett aktivt värde hpli respektive
hatJ• Motsvarande variation för den undre kapillära stighöjden är mellan hpu och hau· Stighöjden h11iJ är främst beroende av de små porerna i jord-systemet medan hau främst är beroende av de relativt stora porerna. Skill-naden mellan övre och undre kapillär stighöjd minskar med minskat värde på graderingskoefficienten Cu.
Det finns inte någon skarp övre gräns utan jordens vattenmättnadsgrad minskar successivt.
H6jd
Ro, Kurvo A
Fnkt1onlo- l<urV!l B jord
Vatten
Vottenmollnod5grod Sr, ¾ Pig :421. Kapillär stighöjd vid olika dräncringsför-hållandcn
:422 Bestämning av kapillär stighöjd
Jordmaterials kapillära stighöjd kan bestämmas med kapillarimeter (fig :422) när kapillära stighöjden är mindre än 2,5 m. Kapillarimetern består i princip av en provbehållare, en bälg och en kvicksilvermanometer. Ett vattenmättat prov packas i provbehållaren och provet utsätts därefter för ett vattenundertryck. Undertrycket ökas till dess att luft tränger genom provet. Undertrycket, som motsvarar den undre kapillära stighöjden, avläses med en kvicksilvermanometer. Försöksvärdcna påverkas av jordmaterialets packningsgrad. För friktionsmaterial är den kapillära stighöjden ungefär dubbelt så stor vid hög lagringstäthet som vid låg lagringstäthet. Vidare kan en viss anrikning av finmaterial ske i botten av provbehållaren som kan leda till ett alltför högt värde på kapillariteten.
Den kapillära stighöjden beror på jordmaterialets begynnelsevattenhalt.
Om jorden från början är helt torr blir den kapillära stighöjden mindre än om jorden från början är vattenmättad.
Den kapillära stighöjden visas i tabell :422 för olika naturliga jordarter.
Fig :422. Principskiss av kapil-larimctcr