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    Come calcolare la conduttività idraulica

    La conduttività idraulica è la facilità con cui l'acqua si muove attraverso spazi porosi e fratture nel suolo o nella roccia. È soggetto a un gradiente idraulico ed è influenzato dal livello di saturazione e permeabilità del materiale. La conduttività idraulica è generalmente determinata mediante uno dei due approcci. Un approccio empirico correla la conduttività idraulica alle proprietà del suolo. Un secondo approccio calcola la conducibilità idraulica attraverso la sperimentazione.
    L'approccio empirico

    1. Calcola conducibilità

      Calcola empiricamente la conducibilità idraulica selezionando un metodo basato sulla distribuzione granulometrica attraverso il materiale. Ogni metodo deriva da un'equazione generale. L'equazione generale è:

      K \u003d (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2

      Dove K \u003d conducibilità idraulica; g \u003d accelerazione dovuta alla gravità; v \u003d viscosità cinematica; C \u003d coefficiente di smistamento; ƒ (n) \u003d funzione di porosità; e d_e \u003d diametro del grano effettivo. La viscosità cinematica (v) è determinata dalla viscosità dinamica (µ) e dalla densità del fluido (acqua) (ρ) come v \u003d µ ÷ ρ. I valori di C, ƒ (n) e d dipendono dal metodo utilizzato nell'analisi granulometrica. La porosità (n) deriva dalla relazione empirica n \u003d 0,255 x (1 + 0,83 ^ U) dove il coefficiente di uniformità del grano (U) è dato da U \u003d d_60 /d_10. Nel campione, d_60 rappresenta il diametro del grano (mm) in cui il 60 percento del campione è più fine e d_10 rappresenta il diametro del grano (mm) per il quale il 10 percento del campione è più fine.

      Questo generale l'equazione è la base per diverse formule empiriche.

    2. Applica l'equazione di Kozeny-Carman

      Usa l'equazione di Kozeny-Carman per la maggior parte delle trame del suolo. Questo è il derivato empirico più ampiamente accettato e utilizzato in base alla dimensione del grano del suolo, ma non è appropriato per terreni con una granulometria effettiva superiore a 3 mm o per terreni con trama argillosa:

      K \u003d (g ÷ v ) _8.3_10 ^ -3 [n ^ 3 /(1-n) ^ 2] x (d_10) ^ 2

    3. Applica l'equazione di Hazen

      Usa l'equazione di Hazen per il suolo trame dalla sabbia fine alla ghiaia se il terreno ha un coefficiente di uniformità inferiore a cinque (U <5) e granulometria effettiva compresa tra 0,1 mm e 3 mm. Questa formula si basa solo sulla dimensione delle particelle d_10, quindi è meno accurata della formula di Kozeny-Carman:

      K \u003d (g ÷ v) (6_10 ^ -4)
      [1+ 10 (n-0,26)] _ (d_10) ^ 2

    4. Applica l'equazione di Breyer

      Usa l'equazione di Breyer per materiali con una distribuzione eterogenea e grani mal ordinati con un coefficiente di uniformità tra 1 e 20 (1

      K \u003d (g ÷ v) (6_10 ^ -4) _log (500
      ÷ U)
      (d_10) ^ 2

    5. Applica equazione USBR

      Usa l'equazione US Bureau of Reclamation (USBR) per sabbia a grana media con uniformità coefficiente inferiore a cinque (U <5). Questo calcola utilizzando una granulometria effettiva di d_20 e non dipende dalla porosità, quindi è meno preciso di altre formule:

      K \u003d (g ÷ v) (4.8_10 ^ -4)
      (d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2

      Metodi sperimentali - Laboratorio

      1. Applica la legge di Darcy

        Usa un'equazione basata sulla legge di Darcy per derivare sperimentalmente la conduttività idraulica. In laboratorio, posizionare un campione di terreno in un piccolo contenitore cilindrico per creare una sezione trasversale del terreno unidimensionale attraverso la quale scorre il liquido (solitamente acqua). Questo metodo è un test a prevalenza costante o un test a caduta a seconda dello stato del flusso del liquido. I terreni a grana grossa come sabbie pulite e ghiaie in genere utilizzano test a testa costante. Campioni di grani più fini utilizzano test a caduta. La base di questi calcoli è la Legge di Darcy:

        U \u003d -K (dh ÷ dz)

        Dove U \u003d velocità media del fluido attraverso un'area geometrica della sezione trasversale del suolo; h \u003d testa idraulica; z \u003d distanza verticale nel suolo; K \u003d conduttività idraulica. La dimensione di K è la lunghezza per unità di tempo (I /T).

      2. Esegui test a testa costante

        Usa un permeametro per condurre un test a testa costante, il più test comunemente usato per determinare la conduttività idraulica satura di terreni a grana grossa in laboratorio. Sottoporre un campione di terreno cilindrico dell'area della sezione trasversale A e la lunghezza L è ad un flusso di prevalenza costante (H2 - H1). Il volume (V) del fluido di prova che scorre nel sistema durante il tempo (t), determina la conduttività idraulica satura K del suolo:

        K \u003d VL ÷ [At (H2-H1)]

        Per i migliori risultati, prova più volte utilizzando differenze di testa diverse.

      3. Usa il test della testa cadente

        Usa il test della testa cadente per determinare la K di grana fine terreni in laboratorio. Collegare una colonna di campione di terreno cilindrica di sezione trasversale (A) e lunghezza (L) a un tubo di sezione trasversale (a), in cui il fluido di percolazione fluisce nel sistema. Misurare la variazione di prevalenza nel tubo di arresto (da H1 a H2) ad intervalli di tempo (t) per determinare la conduttività idraulica satura dalla legge di Darcy:

        K \u003d (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)


        Suggerimenti

      4. Scegli il tuo metodo in base ai tuoi obiettivi.

        Le piccole dimensioni dei campioni di terreno gestiti in laboratorio sono una rappresentazione puntuale delle proprietà del suolo. Tuttavia, se i campioni utilizzati nelle prove di laboratorio sono veramente indisturbati, il valore calcolato di K rappresenterà la conduttività idraulica satura in quel particolare punto di campionamento.

        Se non condotto correttamente, un processo di campionamento disturba la struttura della matrice del suolo e si traduce in una valutazione errata delle proprietà reali del campo.

        Un fluido di prova inappropriato può ostruire il campione del test con aria o batteri intrappolati. Utilizzare una soluzione standard di soluzione disaerata di solfato di calcio 0,005 mol (CaSO4) satura di timolo (o formaldeide) nel permeametro.




        Avvertenze
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        Il metodo del foro della coclea non è sempre affidabile in presenza di condizioni artesiane, la falda acquifera si trova sopra la superficie del suolo, la struttura del suolo è ampiamente stratificata o si verificano piccoli strati altamente permeabili.



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