Testul de permeabilitate în celula edometrică are ca scop determinarea coeficientului de permeabilitate K prin aplicarea directă a unei presiuni hidraulice variabile în timpul testului edometric.
Acest tip de test poate fi efectuat pe probe de sol compuse în principal din loess și argile , ale căror permeabilitate este mai mare de 10-6 – 10-7 m/s.
Configurația avansată a celulei edometrice
În această experimentare, se folosește o celulă edometrică cu o configurație ușor diferită față de modelul convențional, deoarece are un acces practic în interiorul celulei. (Fig. 1). Acest acces este conectat la piatra poroasă de bază, permitând introducerea unui burete extern. În plus, celula este echipată cu un inel de etanșare cu garnitură tip O-ring, plasat extern între piatra poroasă și placa superioară de centraj a probei examinate. Există, de asemenea, un orificiu de evacuare superior care asigură controlul și menținerea nivelului hidraulic. (Fig.1 e 2).
Această configurare specifică a celulei edometrice este esențială pentru asigurarea preciziei măsurătorilor și a stabilității mediului de test în timpul execuției. Accesul practic permite manipularea ușoară a celulei, în timp ce inelul de etanșare tip O-ring contribuie la prevenirea pierderilor nedorite de fluid. Orificiul de evacuare superior este crucial pentru menținerea nivelului hidraulic corect în interiorul celulei, asigurând condiții ideale pentru analizele edometrice.
Utilizarea buretelor pentru control hidraulic
Echipamentul este completat în continuare prin adăugarea a una sau mai multe burete, a căror secțiune transversală variază de obicei între 0.05 și 5 cm2, permițând o deplasare hidraulică de aproximativ 50 cm (Fig. 3). Aceste burete sunt dotate cu o scară milimetrică gradată în lungime, nu în volum, cu incrementări crescânde de la bază în sus.
Buretele sunt poziționate vertical și conectate la celula edometrică printr-un tub transparent și o robinetă, asigurând un control precis al aportului hidraulic. Această configurație asigură o reglare precisă a nivelului hidraulic în timpul experimentelor, contribuind astfel la detectarea precisă a datelor geotehnice și obținerea de rezultate științifice fiabile
Prepararea celulei edometrice
Procedura de pregătire a celulei edometrice înainte de introducerea probei prezintă unele diferențe față de metoda convențională. Mai jos, prezentăm pașii cheie pentru această fază critică:
1.Reglarea buretei graduat:: Începem prin reglarea cu precizie a poziției buretei gradate astfel încât citirea zero să coincidă exact cu nivelul orificiului de evacuare din celulă.
2. Umplerea și fluxul de apă:Ulterior, continuăm prin umplerea buretei cu apă distilată și deschiderea robinetului de conexiune. Acest lucru permite fluidului să se scurgă spre piatra poroasă inferioară, amplasată în interiorul celulei edometrice.
3. Saturarea completă a circuitului: Este de importanță fundamentală să acordăm atenție deosebită pentru a asigura că întregul circuit este complet saturat. Prezența bulelor de aer poate afecta negativ desfășurarea corectă a testului.
4. Nivelare și îndepărtarea excesului de apă:Ulterior, restabilim nivelul apei în buretă la valoarea dorită, apoi închidem robinetul. Orice exces de apă în piatra poroasă inferioară trebuie îndepărtat cu atenție.
Faza 1 – Compresiune edometrică
Odată finalizată pregătirea celulei edometrice, se va trece la aplicarea treptelor de încărcare, conform specificațiilor din procedurile standard (Fig. 4). Precizia și atenția la detalii în această fază preliminară sunt fundamentale pentru obținerea de rezultate fiabile în analizele geotehnice efectuate cu celula edometrică.
Fiecare etapă de aplicare a treptelor de încărcare implică posibilitatea de a măsura coeficientul de permeabilitate la anumite încărcături de consolidare, cu condiția ca procesul să fie finalizat anterior. Relevanța acestei măsurători constă în evitarea interferențelor generate de gradientul hidraulic în timpul procesului de consolidare, de aceea robinetul de conexiune între buretă și celula edometrică trebuie să fie închis. Este important să se sublinieze că prima etapă, „compresiune edometrică”, pregătitoare pentru măsurarea efectivă a permeabilității, va fi considerată încheiată după 24 de ore sau după stabilizarea consolidării probei supuse încărcării verticale.
Faza 2 – Test de permeabilitate directă
Procedura pentru realizarea testului de permeabilitate este următoarea:
1. Încărcare hidraulică preliminară: Începem prin adăugarea unei cantități adecvate de apă distilată pentru a obține o încărcare hidraulică de aproximativ 50 cm. Este crucial să ne asigurăm că temperatura apei este în echilibru cu temperatura ambientală și să înregistrăm această valoare ca temperatură de referință pentru test.
2.Măsurarea nivelului apei: Înregistrăm nivelul apei în interiorul buretei.
3.Deschiderea robinetului și pornirea cronometrului: Deschidem robinetul situat la baza celulei edometrice și, în același timp, pornim cronometrul pentru a înregistra timpul.
4.Atingerea încărcăturii hidraulice dorite: Continuăm măsurarea până când atingem o încărcare hidraulică de aproximativ 10-15 cm. În acest punct, închidem robinetul și aplicăm încărcătura edometrică pentru pregătirea următoarei măsurători a permeabilității.
Pentru fiecare valoare de încărcare hidraulică înregistrată, calculăm coeficientul de permeabilitate (indicat ca „k„) utilizând următoarea expresie:
k=(H0) – δH) ∙ ab/As ∙ (loge L0/Lt )/(tt-t0) ∙ 10-2
H0 = înălțimea inițială a eșantionului (cm)
δH = cederea eșantionului (cm)
ab = secțiunea buretei gradate
As = secțiunea eșantionului
L0 = lectura inițială efectuată la buretă gradată
Lt = lectura ulterioară efectuată la momentul respectiv tt
t0 =istantele inițiale corespunzătoare lecturiiL0 (sec)
tt = Istantele succesive corespunzătoare lecturii Lt (sec)
Execuția corectă a acestei proceduri asigură măsurători precise ale coeficientului de permeabilitate și contribuie la precizia evaluărilor geotehnice efectuate în cadrul experimentelor.
Rezultate
Rezultatele obținute din testul de permeabilitate în celula edometrică furnizează valorile permeabilității la diferite încărcături. În special, aplicarea fiecărei încărcături individuale, adecvat calculate pe baza încărcăturii litostatice la adâncimea de prelevare, asigură o valoare exactă a permeabilității obținute din test. De asemenea, dacă orizontul din care a fost prelevată proba este granulometric omogen, este posibil, prin varierea încărcăturii, să se obțină valori de permeabilitate la diferite adâncimi.
În special, în graficul prezentat mai jos (Fig.5), se evidențiază că proba supusă testului a fost consolidată la o primă încărcare de 0,25 kg/cm2 pentru un interval de 24 de ore, apoi s-a trecut la efectuarea propriu-zisă a testului de permeabilitate, măsurând la intervale prestabilite scăderea nivelului apei în bureta gradată. Această procedură de testare a fost realizată pentru fiecare treaptă de încărcare, în cazul nostru: 0,25 kg/cm2, 0,50 kg/cm2, 1 kg/cm2, 2 kg/cm2. Din grafic, se pot obține valorile de permeabilitate în m/s pentru fiecare treaptă de încărcare aplicată și, prin urmare, pentru fiecare interval de adâncime corespunzător.
Bibliografie și Mulțumiri
ASTM (1985) – Test designation D4546 – Standard Method for One-Dimensional Swell or Settlement Potential of Cohesive Soils. Vol. 04.08.ASTM Philadelphia, USA.
BS 1377: Part5 (1990) – Compressibility, Permeability and Durability Tests. Special Report 163, Transportation Research Board, pp.4-12.
Black D.K. and Lee K.L. (1973) – Saturated Laboratory Samples by Back Pressure. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol.99, n.SM1.
Mulțumim laboratorului de teste geotehnice I.P.G. di Castrolibero (CS) pentru disponibilitatea oferită în vederea realizării și înțelegerii analizelor de mai sus într-un context practic, și în special lui S. Soleri pentru explicațiile valoroase.
