Durchlässigkeitsbeiwert kf

Die (Wasser-) Durchlässigkeit ist eine signifikante Eigenschaft von Böden. Je nach Beschaffenheit (z.B. Korngrößenverteilung) variieren Böden von stark wasserdurchlässig bis nahezu wasserundurchlässig. Durch eine geeignete Zusammensetzung können sie somit als Drainage (Kies), Filter (Kies, Sand, Schluff) oder Dichtschicht (Schluff, Ton) eingesetzt und verwendet werden. Diese Eigenschaft solcher Stoffe bzw. Stoffgemische wird hautpsächlich durch zwei Kenngrößen charakterisiert:

1. Die Durchströmbarkeit (bzw. Permeabilität)...mit dem Formelzeichen K und der Einheit "m²": eine reine Materialkenngröße und unabhängig von dem Medium, welches das Material durchströmt.

2. Der Durchlässigkeitsbeiwert...mit dem Formelzeichen kf und der Einheit "m/s": eine Kenngröße, die zusätzlich zur Durchströmbarkeit K die Fließeigenschaft (Viskosität) von Wasser berücksichtigt.

Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt nach DIN 18130 durch Feld- oder Labormessung. Bei Labormessungen wird das Probenmaterial (Boden) in Triaxialzellen bzw. Durchlässigkeitszellen eingesetzt und gleichmäßig von Wasser durchströmt. Der Durchlässigkeitsbeiwert lässt sich anhand der Probendimensionen, den Eigenschaften des Wassers, sowie dem vorliegenden Verhältnis von Strömungsvolumen und Druck ermitteln.

Das Gesetz von Darcy besagt, dass der Volumenfluss Q bezogen auf eine Fläche A proportional dem hydraulischen Gradienten i (umgangssprachlich auch „hydraulischer Anstieg“) ist. Es gilt:

Q/A ~ -i

Das Minuszeichen vor dem hydraulischen Gradienten i zeigt, dass die Strömung vom hohen Potenzial zum niedrigen Potenzial erfolgt. Den Ausdruck -i bezeichnet man umgangssprachlich auch als „hydraulisches Gefälle“. Der benötigte Proportionalitätsfaktor wird als Durchlässigkeitsbeiwert kf bezeichnet. Es gilt:

Q/A = -i*kf

Die Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwerts erfolgt für Bodenproben meist in Durchlässigkeitszellen, Triaxialzellen oder Stechzylindern. Dabei wird die Bodenprobe von Wasser durchströmt. Filter (Filtersteine, Filterpapier) an der Wassereintritts- und Ausstrittsseite sorgen für eine gleichmäßige Verteilung  der Wasserströmung und verhindern gleichzeitig den Transport von kleinsten Partikeln. Für eine hinreichend genaue die Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes der Bodenprobe sind auch die Einflüsse der Filter (insbesondere bei stark durchlässigen Böden) zu berücksichtigen.

Weiterführende Informationen sind im Dokument "Einfluss von Filtersteinen und Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes kf" zu finden.