Hydraulická vodivost je charakterizována filtračním součinitelem (součinitelem filtrace, součinitelem hydraulické vodivosti) k. Je nutné rozlišovat mezi hydraulickou vodivostí k [m/s] a propustností prostředí K [m2]. Stanovení k vychází z Darcyho filtračního zákona, který vyjadřuje vztah mezi průsakem q, celkovou průřezovou plochou A a hydraulickým sklonem i.

Lze tedy říci, že jde o vlastnost zeminy propouštět póry a dutinami vodu účinkem hydraulického sklonu. Filtrační součinitel se určí ze vzorce

`K=v/i`
kde v je filtrační rychlost v m.s^-1.

Určování hydraulické vodivosti

Způsoby určování filtračního součinitele je možné rozdělit do několika hlavních skupin :

• Laboratorní měření
• Polní zkoušky
• Stanovení z empirických vzorců
• Stanovení výpočtem z časového průběhu konsolidace

Výběr metody závisí na druhu zeminy, pro kterou je nutné určit filtrační součinitel. Laboratorní metody jsou pak vhodné pro zeminy v rozsahu filtračního součinitele K mezi 10^-1 a 10^-11. Nesnadné je určování hydraulické vodivosti u velmi nepropustné skupiny zemin. Do této skupiny patří i bentonit.

Polními zkouškami je možné stanovit hydraulické vodivosti velmi propustných a propustných zemin s přibližným rozmezím filtračního součinitele k mezi 10^-1 a 10^-6. Především to jsou různé štěrky, písky, písčité štěrky s příměsí jemnozrnných zemin.

Stanovení z empirických vzorců se používá pro nesoudržné zeminy propustné a velmi propustné v rozsahu k mezi 10^-1 a 10^-5. Vzorce byly převážně sestavovány pro písky a z tohoto důvodu je pro stanovení propustnosti bentonitů nelze použít. Pro zjišťování hydraulické vodivosti bentonitů pro konstrukci hlubinného úložiště je možné stanovit filtrační součinitel pomocí upravených propustoměrů (vysoký přetlak sytící kapaliny, velmi přesné měření průtoku) nebo výpočtem z časového průběhu konsolidace. Základem výpočetních metod je stanovení součinitele konsolidace z edometrických zkoušek. Tímto postupem lze stanovit i filtrační součinitele menší než 10^-10.

Laboratorní měření

V laboratořích se k zjišťování hydraulické vodivosti používá tzv. propustoměrů. Podle konstrukce a druhu použití známe tří základní druhy propustoměrů:

• klasický propustoměr s konstantním sklonem
• klasický propustoměr s proměnným sklonem
• univerzální propustoměr

Pro stanovení hydraulické vodivosti málo propustných, nepropustných a velmi nepropustných zemin s filtračním součinitelem od 10^-6 až do 10^-10 je vhodné použít univerzální propustoměr. Pokud bychom tuto metodu chtěli použít na měření propustnosti materiálů s filtračním součinitelem menším než 10^-10 tak pouze pokud je počáteční stupeň nasycení Sr > 0,95, nebo je-li požadováno měření vzorků v nasyceném stavu. Metoda je vhodná pro velmi nepropustné hlinité, jílovité zeminy.

Stanovení hydraulické vodivosti z časového průběhu konsolidace

Stanovení hydraulické vodivosti z časového průběhu konsolidace je založeno na zjišťování součinitele konsolidace z edometrických zkoušek. U edometrických zkoušek dochází k odvodnění vzorků svislým směrem, deformace je povolena jen v jednom směru, tudíž se jedná o případ jednoosé konsolidace. Při krokovém zatěžování vzorku měříme při konstantním přitížení deformaci jako funkci času. Prvním krokem při výpočtu filtračního součinitele je stanovení součinitele konsolidace c_v . V zásadě se u nás používají dvě metody zjištění součinitele konsolidace c_v .

• logaritmická metoda tzv. Casagrandeho metoda
• odmocninová metoda tzv. Taylorova metoda

V logaritmické metodě se vynáší závislost mezi deformací a časem v semilogaritmickém měřítku. Součinitel konsolidace se pak určí ze vztahu :

`c_v=T_50*H^2/t_50`

kde T50 je časový faktor, který odpovídá 50% primární konsolidaci a kde t₅₀ je čas potřebný k dosažení 50% konsolidace. Časový faktor je T₅₀ = 0,197. Pro oboustranně drénovaný vzorek je výška H poloviční výška vzorku.

`c_v=0.197*H_2/t_50`

Závislost logaritmu času a deformace

Aby bylo možné určit t₅₀, musí se nejprve najít počátek primární konsolidace a inflexní bod střední části konsolidační křivky a přímky, vedené přímým úsekem poslední části křivky. Tento bod se považuje za konec primární a začátek sekundární konsolidace. Jak je patrné z obrázku, je čas v 50% konsolidaci dán průsečíkem rovnoběžky s osou x a konsolidační křivky, přičemž rovnoběžka s osou je přesně v polovině deformace mezi začátkem a koncem primární konsolidace. Počátek primární konsolidace lze nalézt například vynesením času 16t a jeho čtvrtiny 4t a dále platí, že vzdálenost mezi těmito časy na svislé ose, je ½ celkové deformace dosažené v čase 16t od počátku primární konsolidace.

Logaritmická metoda má svoje uplatnění tam, kde poměr nového stupně přitížení Ds k dosavadnímu napětí s je větší nebo roven 1. Pokud tomu tak není, pak má konsolidační křivka jiný tvar a nelze ji použít pro stanovení součinitele konsolidace.

Stanovení c_v

Velmi často používanou metodou je odmocninová metoda - někdy se tato metoda nazývá podle svého autora Taylorova metoda. Čas je vynášen na vodorovnou osu ve tvaru odmocniny z t a deformace na svislou osu. Za počátek primární konsolidace považujeme průsečík d_s tečny přímkové části křivky konsolidace se svislou osou. Bodem d_s se vede přímka s tangentou 1,15× větší než zmíněná tečna. Metoda předpokládá, že tato přímka protíná křivku konsolidace v bodě, který odpovídá 90% konsolidaci. Výpočetní řešení jednoosé konsolidace může být řešeno analyticky použitím Fourierových řad (Taylor, 1948). Stupeň konsolidace je pak dán vzorcem:

kde M = ½ p . (2m +1). Pro stupeň konsolidace Ut < 53% může být vzorec aproximován na

Předpokládá se, že experimentální křivka je po bod A stejná jako teoretická křivka (A je pro konsolidaci 90%). Vzhledem k tomu, že časový faktor T=c_v.t / h² , bude poměr ÖT / Öt = Ö2/h. Rovnice přímky OBK je U = (2/Ö).ÖT = 1,13.ÖT. Úsečka HK představuje hodnotu Ö t pro U=1, tj.Ö / 2=h/Ö cv = 0,885h/Ö cv = Ö t1 . Úsečka CD je 0,9HK, tj. platí 0,798h/Ö cv a úsečka CA představuje hodnotu Ö t pro U=90%. Pro edometrické zkoušky platí případ oboustranně drénovaného vzorku, pro něž U=0,9 je T=0,848. Úsečka CA je proto Ö0,848=0,921. Potom poměr CA/CD je 0,921/0,798 = 1,155. Pro stanovení bodu A experimentální křivky pro 90% teoretické konsolidace se prodlouží OB do bodu E. Potom platí FG=1,155FE. Pro stupeň konsolidace U = 1 (100%) pak platí OH = 100/90. OB a součinitel konsolidace lze vyjádřit vzorcem :

Známe-li tedy časový faktor je také možné stanovit součinitel konsolidace ze vztahu:

kde H je 1/2 výšky vzorku v [m]; t₉₀ je čas při dosažení 90% konsolidace v [s]

Konsolidační křivce odpovídá přitížení Ds a poměrná deformace De. Z těchto hodnot lze spočítat edometrický modul Eoed a z využití vztahu

spočítat po stanovení c_v také filtrační součinitel k:

kde _w = 10 kN/m³ (objemová tíha vody).

Velice důležitou podmínkou pro použití Taylorovi metody je, že zkoušený vzorek má být plně nasycen. Stupeň nasycení Sr by se měl pohybovat v rozmezí od 0,95 do 1. Tato podmínka je v praxi nesnadno splnitelná.