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    Comment calculer la conductivité hydraulique

    La conductivité hydraulique est la facilité avec laquelle l'eau se déplace à travers les espaces poreux et les fractures dans le sol ou la roche. Il est soumis à un gradient hydraulique et affecté par le niveau de saturation et la perméabilité du matériau. La conductivité hydraulique est généralement déterminée soit par l'une des deux approches. Une approche empirique établit une corrélation entre la conductivité hydraulique et les propriétés du sol. Une deuxième approche calcule la conductivité hydraulique par l'expérimentation.
    L'approche empirique

    1. Calcul de la conductivité

      Calculez la conductivité hydraulique de manière empirique en sélectionnant une méthode basée sur la distribution granulométrique à travers le matériel. Chaque méthode est dérivée d'une équation générale. L'équation générale est:

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

      Où K \u003d conductivité hydraulique; g \u003d accélération due à la gravité; C \u003d coefficient de tri; ƒ (n) \u003d fonction de porosité; et d_e \u003d diamètre effectif du grain. La viscosité cinématique (v) est déterminée par la viscosité dynamique (µ) et la densité du fluide (eau) (ρ) comme v \u003d µ ÷ ρ. Les valeurs de C, ƒ (n) et d dépendent de la méthode utilisée dans l'analyse granulométrique. La porosité (n) est dérivée de la relation empirique n \u003d 0,255 x (1 + 0,83 ^ U) où le coefficient d'uniformité du grain (U) est donné par U \u003d d_60 /d_10. Dans l'échantillon, d_60 représente le diamètre du grain (mm) dans lequel 60% de l'échantillon est plus fin et d_10 représente le diamètre du grain (mm) pour lequel 10% de l'échantillon est plus fin.

      Ce général l'équation est la base de différentes formules empiriques.

    2. Appliquer l'équation de Kozeny-Carman

      Utilisez l'équation de Kozeny-Carman pour la plupart des textures du sol. Il s'agit du dérivé empirique le plus largement accepté et utilisé sur la base de la granulométrie du sol, mais il n'est pas approprié de l'utiliser pour les sols avec une granulométrie effective supérieure à 3 mm ou pour les sols à texture argileuse:

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

    3. Appliquer l'équation de Hazen

      Utiliser l'équation de Hazen pour le sol textures du sable fin au gravier si le sol a un coefficient d'uniformité inférieur à cinq (U <5) et une granulométrie effective comprise entre 0,1 mm et 3 mm. Cette formule est basée uniquement sur la taille des particules d_10, elle est donc moins précise que la formule de Kozeny-Carman:

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

    4. Appliquer l'équation de Breyer

      Utilisez l'équation de Breyer pour les matériaux avec une distribution hétérogène et les grains mal triés avec un coefficient d'uniformité entre 1 et 20 (1

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

    5. Appliquer l'équation USBR

      Utiliser l'équation US Bureau of Reclamation (USBR) pour le sable à grain moyen avec une uniformité coefficient inférieur à cinq (U <5). Ceci calcule en utilisant une taille de grain effective de d_20 et ne dépend pas de la porosité, il est donc moins précis que les autres formules:

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

      Méthodes expérimentales - Laboratoire

      1. Appliquer la loi de Darcy

        Utilisez une équation basée sur la loi de Darcy pour dériver la conductivité hydraulique expérimentalement. En laboratoire, placez un échantillon de sol dans un petit récipient cylindrique pour créer une coupe transversale du sol unidimensionnelle à travers laquelle le liquide (généralement de l'eau) s'écoule. Cette méthode est soit un test à tête constante, soit un test à tête tombante en fonction de l'état d'écoulement du liquide. Les sols à gros grains tels que les sables et graviers propres utilisent généralement des tests à tête constante. Les échantillons de grains fins utilisent des tests de chute de tête. La base de ces calculs est la loi de Darcy:

        U \u003d -K (dh ÷ dz)

        Où U \u003d vitesse moyenne du fluide à travers une aire de coupe transversale géométrique dans le sol; h \u003d tête hydraulique; z \u003d distance verticale dans le sol; K \u003d conductivité hydraulique. La dimension de K est la longueur par unité de temps (I /T).

      2. Effectuer un test à tête constante

        Utiliser un perméamètre pour effectuer un test à tête constante, le plus test couramment utilisé pour déterminer la conductivité hydraulique saturée des sols à grains grossiers en laboratoire. Soumettre un échantillon de sol cylindrique de section transversale A et de longueur L à un débit de tête constant (H2 - H1). Le volume (V) du fluide d'essai qui traverse le système pendant le temps (t), détermine la conductivité hydraulique saturée K du sol:

        K \u003d VL ÷ [At (H2-H1)]

        Pour de meilleurs résultats, testez plusieurs fois en utilisant différentes différences de tête.

      3. Utilisez le test de chute de tête

        Utilisez le test de chute de tête pour déterminer le K de grain fin sols en laboratoire. Reliez une colonne cylindrique d'échantillon de sol de section transversale (A) et de longueur (L) à une colonne montante de section transversale (a), dans laquelle le fluide de percolation s'écoule dans le système. Mesurer le changement de tête dans la colonne montante (H1 à H2) à des intervalles de temps (t) pour déterminer la conductivité hydraulique saturée à partir de la loi de Darcy:

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


        Conseils

      4. Choisissez votre méthode en fonction de vos objectifs.

        Les petites tailles des échantillons de sol manipulés en laboratoire sont une représentation ponctuelle des propriétés du sol. Cependant, si les échantillons utilisés dans les tests de laboratoire ne sont vraiment pas perturbés, la valeur calculée de K représentera la conductivité hydraulique saturée à ce point d'échantillonnage particulier.

        S'il n'est pas mené correctement, un processus d'échantillonnage perturbe la structure de la matrice du sol et entraîne une évaluation incorrecte des propriétés réelles du champ.

        Un fluide d'essai inapproprié peut obstruer l'échantillon d'essai avec de l'air emprisonné ou des bactéries. Utilisez une solution standard de solution désaérée de 0,005 mol de sulfate de calcium (CaSO4) saturée de thymol (ou de formaldéhyde) dans le perméamètre.




        Avertissements
        < li>

        La méthode des trous de tarière n'est pas toujours fiable lorsque les conditions artésiennes existent, la nappe phréatique est au-dessus de la surface du sol, la structure du sol est largement stratifiée ou de petites strates hautement perméables se produisent.



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