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Condutividade hidráulica é a facilidade com que a água se move através de espaços porosos e fraturas no solo ou nas rochas. Está sujeito a um gradiente hidráulico e é afetado pelo nível de saturação e permeabilidade do material. A condutividade hidráulica é geralmente determinada por meio de uma das duas abordagens. Uma abordagem empírica correlaciona a condutividade hidráulica às propriedades do solo. Uma segunda abordagem calcula a condutividade hidráulica através da experimentação.
A abordagem empírica
Calcule a condutividade hidráulica empiricamente selecionando um método baseado na distribuição de tamanho de grão através do material. Cada método é derivado de uma equação geral. A equação geral é:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Onde K = condutividade hidráulica; g = aceleração devido à gravidade; v = viscosidade cinemática; C = coeficiente de classificação; ƒ (n) = função de porosidade; e d_e = diâmetro efetivo do grão. A viscosidade cinemática (v) é determinada pela viscosidade dinâmica (µ) e pela densidade do fluido (água) (ρ) como v = µ ÷ ρ. Os valores de C, ƒ (n) e d dependem do método usado na análise de tamanho de grão. A porosidade (n) é derivada da relação empírica n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U), onde o coeficiente de uniformidade de grão (U) é dado por U = d_60 / d_10. Na amostra, d_60 representa o diâmetro do grão (mm) no qual 60% da amostra é mais fina e d_10 representa o diâmetro do grão (mm) no qual 10% da amostra é mais fina.
Esta equação geral é a base para diferentes fórmulas empíricas.
Use a equação de Kozeny-Carman para a maioria dos recursos do solo. Este é o derivado empírico mais amplamente aceito e utilizado, com base no tamanho dos grãos do solo, mas não é adequado para solos com tamanho efetivo de grãos acima de 3 mm ou para solos argilosos:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Use a equação de Hazen para as urnas do solo, de areia fina a cascalho, se o solo tiver um coeficiente de uniformidade menor que cinco (U <5) e tamanho de grão efetivo entre 0,1 mm e 3 mm. Essa fórmula é baseada apenas no tamanho de partícula d_10, portanto, é menos precisa que a fórmula de Kozeny-Carman:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (d_10) ^ 2
Use a equação de Breyer para materiais com distribuição heterogênea e grãos mal classificados com um coeficiente de uniformidade entre 1 e 20 (1).
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ VOCÊ)(d_10) ^ 2
Use a equação do Bureau of Reclamation dos EUA (USBR) para areia de grão médio com um coeficiente de uniformidade menor que cinco (U <5). Isso calcula usando um tamanho de grão efetivo de d_20 e não depende da porosidade, portanto, é menos preciso do que outras fórmulas:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Métodos Experimentais - Laboratório
Use uma equação baseada na Lei de Darcys para derivar a condutividade hidráulica experimentalmente. No laboratório, coloque uma amostra de solo em um pequeno recipiente cilíndrico para criar uma seção transversal unidimensional do solo através da qual o líquido (geralmente água) flui. Este método é um teste de cabeça constante ou um teste de queda de cabeça, dependendo do estado do fluxo do líquido. Solos de granulação grossa, como areias limpas e cascalho, geralmente usam testes de cabeça constante. Amostras de grãos mais finos usam testes de queda de cabeça. A base para esses cálculos é a Lei de Darcys:
U = -K (dh ÷ dz)
Onde U = velocidade média do fluido através de uma área de seção transversal geométrica no solo; h = cabeça hidráulica; z = distância vertical no solo; K = condutividade hidráulica. A dimensão de K é o comprimento por unidade de tempo (I / T).
Use um permeamômetro para realizar um teste de cabeça constante, o teste mais comumente usado para determinar a condutividade hidráulica saturada de solos de grãos grosseiros em laboratório. Submeter uma amostra de solo cilíndrica da área de seção transversal A e comprimento L a um fluxo constante da cabeça (H2 - H1). O volume (V) do fluido de teste que flui pelo sistema durante o tempo (t) determina a condutividade hidráulica saturada K do solo:
K = VL ÷
Para obter melhores resultados, teste várias vezes usando diferentes diferenças de cabeça.
Use o teste de queda de cabeça para determinar o K de solos de grão fino no laboratório. Conecte uma coluna de amostra de solo cilíndrica da área de seção transversal (A) e comprimento (L) a um tubo vertical da área de seção transversal (a), na qual o fluido percolador flui para o sistema. Meça a mudança na cabeça no tubo vertical (H1 a H2) em intervalos de tempo (t) para determinar a condutividade hidráulica saturada da Lei de Darcys:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)