DE102009045029A1

DE102009045029A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes

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Publication number: DE102009045029A1
Application number: DE102009045029A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. rer. nat. Punzel; Manfred Dr.-Ing. Seyfarth
Original assignee: UMWELT GERAETE TECHNIK GmbH; Umwelt-Gerate-Technik GmbH
Current assignee: UMWELT GERAETE TECHNIK GmbH; Umwelt-Gerate-Technik GmbH
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes, mit einer an ihrer Unterseite im Wesentlichen offenen Infiltrationshaube, die mit der offenen Seite auf dem Untergrund auflegbar ist oder aufliegt, und deren durch den Untergrund abgegrenzter Hohlraum vollständig mit einer Infiltrationsflüssigkeit befüllbar oder befüllt ist, sowie mit einem mit dem Hauben-Hohlraum hydraulisch verbundenen Infiltrationsgefäß zur Beschickung des Hauben-Hohlraumes mit einer Infiltrationsflüssigkeit nach vollständiger Befüllung des Hauben-Hohlraumes mit Infiltrationsflüssigkeit, wobei die durch die Haubenöffnung aufgespannte Fläche AH zur Querschnittsfläche AI eines Innenhohlraumes des Infiltrationsgefäßes, in dem der Flüssigkeitsspiegel der Infiltrationsflüssigkeit zumindest während eines Abschnittes der Infiltrationszeit absinkt, in einem Verhältnis von AH/AI = 2500 bis 4000 steht. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate, welches mit der Vorrichtung durchführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Infiltrometer zur störungsfreien Bestimmung der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit in Untergründen mit sehr geringen hydraulischen Durchlässigkeiten, z. B. Deponieabdeckungen oder andere poröse Materialschichtungen.
Für mineralische Dichtungen im Deponieabdichtungssystem werden in der Regel gesättigte hydraulische Leitfähigkeiten im Bereich k_f < 1 × 10^–9 m/s bzw. k_f < 5 × 10^–10 m/s gefordert. Eine Überprüfung dieses Parameters erfolgt praxisüblich im Laborversuch an entsprechenden Bodenproben. Dabei weist das Labor-Messverfahren die Nachteile auf, dass die eingebaute Dichtschicht durch die Probenahme und die Probe durch Randeffekte bei der Entnahme gestört wird.
Es ist daher erstrebenswert, die Bestimmung an hand einer Feldmessmethode durchzuführen, um die genannten Fehlerquellen zu vermeiden.
Es sind verschiedene Infiltrometer zur Feldmessung der hydraulischen Leitfähigkeit in Böden bekannt. Ein Tensionsinfiltrometer, wie zum Beispiel in 1 dargestellt, koppelt an den zu untersuchenden Boden bzw. Untergrund 10 eine wassergefüllte Tensionskammer 1 an, in der die Wasserspannung bzw. der Wasserdruck im Versuchslauf konstant auf einem vorgewählten Wert gehalten wird.
Auf der Tensionskammer 1 Ist ein Standrohr angeordnet, in dessen oberen Bereich ein Luftpolster 3 ist. An das Standrohr 2 beziehungsweise das oben im Standrohr 2 befindliche Luftpolster 3 ist eine Pneumatikleitung 60 angeschlossen, die zum U-Rohr-Manometer 100 führt sowie zum oberen Bereich eines Befülltankes 30. Die Unterseite des Befülltankes 30 ist mit einer Hydraulikleitung 50 mit der Tensionskammer 1 hydraulisch verbunden. In der Hydraulikleitung 50 ist ein erstes Ventil 51 zur Absperrung der Leitung angeordnet. in der Pneumatikleitung 60 ist ein zweites Ventil 61 zur Absperrung angeordnet.
An der Unterseite der Tensionskammer 1 ist eine Membran 4 angeordnet, die zur Auflage auf dem Untergrund 10 gelangt. Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Drucks von Infiltrationsflüssigkeit 43 in der Tensionskammer 1 ist im Befülltank 30 eine Mariottesche Flüssigkeitszuführung 41 angeordnet.
Vom Befülltank 30 strömt die Infiltrationsflüssigkeit 43 über die Hydraulikleitung 50 in die Tensionskammer 1. Aus der Tensionskammer 1 gelangt die Infiltrationsflüssigkeit 43 durch die Membran 4 in den Untergrund 10 und sickert dort ab. Je nach Infiltrationsrate des Untergrundes 10 gelangt somit ein bestimmtes Volumen an Infiltrationsflüssigkeit 43 aus der Tensionskammer 1 und somit auch aus dem Befülltank 30 in den Untergrund 10. Insbesondere bei Untergründen mit sehr geringen hydraulischen Durchlässigkeiten, wie zum Beispiel Deponieabdeckungen oder anderen porösen Materialschichtungen, wird die stationäre Infiltrationsrate bei der jeweils gewählten Wasserspannung gemessen.
Die Infiltrationsrate wird aus der Sinkgeschwindigkeit des Wasserspiegels im Infiltrationsgefäß ermittelt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Sinkgeschwindigkeit und Infiltrationsrate ist proportional zum Verhältnis der Innenquerschnittsfläche des Befülltankes zu der der Tensionskammer.
Für eine praktikable Feldmessung sollte die beobachtete Auslaufrate am Infiltrationsgefäß bzw. am Befülltank mindestens einen Wert von etwa 10 mm/h erreichen.
Eine Tensionskammer weist prinzipiell den Nachteil auf, dass diese Kammer über eine Kontaktschicht kapillar an den zu untersuchenden Boden angekoppelt werden muss. Eine aufwändige Planierung und Störung dieser großen Messfläche ist unvermeidbar.
Zur Bestimmung der Infiltrationsrate sind des Weiteren Haubeninfiltrometer bekannt, die statt der Tensionskammer eine nach unten offene Haube aufweisen, die direkt auf den zu untersuchenden Untergrund gestellt werden kann. Eine Planierung beziehungsweise Einebnung des Untergrundes ist demzufolge nicht mehr notwendig, wie sie zur Benutzung des Tensionsinfiltrometers erforderlich ist. Bis auf den Unterschied in der Gestaltung der Tensionskammer beziehungsweise Infiltrationshaube sind das Tensionsinfiltrometer und das Haubeninfiltrometer identisch. Das heißt, dass auch beim Haubeninfiltrometer die Infiltrationsflüssigkeit aus einem Befülltank in die durch die Haube und den Untergrund gebildete Kammer eingeleitet wird. Die Infiltrationshaube ist ebenfalls über ein Standrohr mit einem U-Rohr-Manometer zur Ablesung des herrschenden Drucks verbunden. Allerdings besteht auch beim herkömmlichen Haubeninfiltrometer der Nachteil, dass bei Bestimmung von hydraulischen Leitfähigkeiten von Untergründen mit sehr geringen hydraulischen Durchlässigkeiten, wie zum Beispiel Deponieabdeckungen oder anderen poröse Materialschichten, auch nur eine extrem geringe Fließrate der Infiltrationsflüssigkeit festgestellt werden kann. Bei einem zur Befüllung der Infiltrationshaube ausreichenden Volumen von Infiltrationsflüssigkeit im Befülltank und einer dadurch bedingten großen Querschnittsfläche des Befülltankes ist somit ebenfalls beim Haubeninfiltrometer eine nur unzureichend detektierbare Sinkgeschwindigkeit des Flüssigkeitsspiegels festzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes zur Verfügung zu stellen, mittels derer in einfacher und im Feldversuch handhabbarer Weise mit geringem Montage- und konstruktivem Aufwand eine einfache und zuverlässige Ablesung der Infiltrationsrate vor Ort ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes gemäß Anspruch 1 und durch das Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes gemäß Anspruch 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Unteranspruch 10 angegeben.
Die Erfindung ergänzend wird außerdem ein Verfahren zur Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit gemäß Anspruch 11 zur Verfügung gestellt.
Es wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes zur Verfügung gestellt, mit einer an ihrer Unterseite im Wesentlichen offenen Infiltrationshaube, die mit der offenen Seite auf dem Untergrund auflegbar ist oder aufliegt, und deren durch den Untergrund abgegrenzter Hohlraum vollständig mit einer infiltrationsflüssigkeit befüllbar oder befüllt ist. Die Vorrichtung umfasst außerdem ein mit dem Hauben-Hohlraum hydraulisch verbundenes Infiltrationsgefäß zur Beschickung des Hauben-Hohlraumes mit einer Infiltrationsflüssigkeit nach vollständiger Befüllung des Hauben-Hohlraues mit Infiltrationsflüssigkeit. Erfindungsgemäß sind die durch die Haubenöffnung aufgespannte Fläche AH und die Querschnittsfläche AI eines Innenhohlraumes des Infiltrationsgefäßes, in dem der Flüssigkeitsspiegel der Infiltrationsflüssigkeit zumindest während eines Abschnittes der Infiltrationszeit absinkt, derart dimensioniert, dass sie ein Verhältnis von AH/AI = 2500 bis 4000 aufweisen. Es lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere die stationäre Infiltrationsrate eines Untergrundes mit sehr geringer hydraulischer Durchlässigkeit, wie zum Beispiel eines Deponiebodens, bestimmen. Als Infiltrationsflüssigkeit dient dabei bevorzugt Wasser. Die Messung sollte insbesondere im gesättigten Zustand durchgeführt werden, das heißt, dass bei der Messung möglichst alle Poren des Untergrundes mit Infiltrationsflüssigkeit gefüllt sind. Durch die Erzeugung eines Unterdruckes beim Versickern von Infiltrationsflüssigkeit und durch Befüllung beziehungsweise Beschickung der Infiltrationshaube aus dem Infiltrationsgefäß kann jedoch auch im ungesättigten Bereich gemessen werden. Das Volumen von versickerter Infiltrationsflüssigkeit wird durch die Nachbefüllung aus dem Infiltrationsgefäß ausgeglichen, wozu vom Infiltrationsgefäß über die hydraulische Verbindung ein Infiltrationsflüssigkeitsvolumenstrom über eine entsprechende Leitung mit Anschlüssen zum Hauben-Hohlraum geleitet wird. Die Infiltrationshaube ist dabei derart auf den Untergrund aufzulegen, dass eine möglichst flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der Haube und dem Untergrund geschaffen ist.
Die Haube hat bevorzugt die Form eines Hohlkugelsegmentes, zum Beispiel mit einem Durchmesser von circa 600 mm, wobei jedoch die Erfindung nicht auf Hohlkugelsegmente eingeengt ist, sondern auch andere, haubenähnliche Formen eingesetzt werden können. Die Querschnittsfläche AI eines Innenhohlraumes des Infiltrationsgefäßes entspricht dabei der Oberfläche der Flüssigkeitssäule der Infiltrationsflüssigkeit im Infiltrationsgefäß, zumindest in dem Bereich, in dem der Flüssigkeitsspiegel bei Versickerung absinkt.
Bevorzugt ist das Infiltrationsgefäß als ein relativ dünnes Röhrchen mit konstantem Durchmesser aufgebaut, sodass über den gesamten Bereich des Absinkens des Flüssigkeitsspiegels das beanspruchte Verhältnis gilt. Somit besteht auch das beanspruchte Flächenverhältnis über den gesamten Bereich des Infiltrationsgefäßes, den der Flüssigkeitsspiegel beim Absinken der Infiltrationsflüssigkeit im Infiltrationsgefäß passiert. Ein bevorzugter Innendurchmesser des röhrchenförmigen Infiltrationsgefäßes beträgt 10 mm. Durch das erfindungsgemäße Verhältnis von der durch die Haubenöffnung aufgespannten Fläche zur Querschnittsfläche des Innenhohlraumes des Infiltrationsgefäßes wird gewährleistet, dass ein relativ großes Volumen von Infiltrationsflüssigkeit mit einer dementsprechend großen Fläche auf dem Untergrund aufgebracht werden kann, sodass selbst bei sehr geringen Infiltrationsraten eine derart großes Flüssigkeitsvolumen je Zeiteinheit in den Untergrund sickert, dass dieses Volumen in optisch einfacher Weise innerhalb dieses Zeitabschnittes durch eine dementsprechende Absinkgeschwindigkeit des Flüssigkeitsspiegels im Infiltrationsgefäß festgestellt werden kann. Dabei muss zur vollständigen Befüllung des Volumens unter der Infiltrationshaube die Infiltrationsflüssigkeit nicht aus dem Infiltrationsgefäß eingebracht werden, sondern wird, wie unten detaillierter beschreiben, aus einem extra Befülltank unter die Haube geleitet. Somit wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht, dass zunächst eine einfache und vollständige Befüllung des Haubenvolumens erfolgt und beim Beginn der Versickerung von Infiltrationsflüssigkeit die Infiltrationsrate mittels des ein nur geringes Flüssigkeitsvolumen umfassenden Infiltrationsgefäßes feststellbar ist.
Wie bereits erwähnt, umfasst die Vorrichtung vorteilhafterweise einen hydraulisch mit dem Hauben-Hohlraum verbindbaren oder verbundenen Befülltank, aus dem Infiltrationsflüssigkeit zur vollständigen Befüllung des Hauben-Hohlraumes in diesen füllbar ist. Somit lässt sich vor Beginn der eigentlichen Messung das Haubenvolumen vollständig mit Infiltrationsflüssigkeit fluten, ohne dass dafür das Flüssigkeitsvolumen aus dem Infiltrationsgefäß benötigt werden würde.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung weist diese eine pneumatische Leitung auf, die an einer Oberseite des Hauben-Hohlraumes sowie an einer Oberseite des Befülltanks zur Leitung von Luft vom Hauben-Hohlraum in den Befülltank angeschlossen oder anschließbar ist. Damit wird erreicht, dass die beim Befüllen des Haubenvolumens unter die Haube strömende Infiltrationsflüssigkeit nicht gegen ein Luftpolster in der Infiltrationshaube drücken muss, womit eine vollständige Befüllung gewährleistet wird. Außerdem wirkt der mit der pneumatischen Leitung ausgestattete Befülltank als eine Unterdruckpumpe, womit eine schnellere Befüllung des Haubenvolumens realisierbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst außerdem eine Mariottesche Flüssigkeitszuführung zur Realisierung eines konstanten Druckes der Infiltrationsflüssigkeit im Hauben-Hohlraum, und zwar unabhängig vom Füllstand der Infiltrationsflüssigkeit im Infiltrationsgefäß. Das heißt, um nicht den Flüssigkeitsdruck unter der Infiltrationshaube dem jeweiligen Druck der Wassersäule im Infiltrationsgefäß auszusetzen, ist zur Vergleichmäßigung des Druckes eine Mariottesche Flüssigkeitszuführung an das Infiltrationsgefäß gekoppelt.
Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Handhabbarkeit beziehungsweise Größe der Infiltrationshaube sowie der beobachtbaren Sinkgeschwindigkeit des Flüssigkeitsspiegels im Infiltrationsgefäß haben Verhältnisse von der durch die Haubenöffnung aufgespannten Fläche AH zur Querschnittsfläche der Flüssigkeitssäule im Infiltrationsgefäß von 2800 bis 3500 ergeben. Dabei hat sich insbesondere ein Verhältniswert von AH/AI = 3000 als optimal herausgestellt. Das heißt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere dann vorteilhaft ausgestaltet ist, wenn sie entsprechend der angegebenen bevorzugten Durchmesserverhältnisse dimensioniert ist.
Zwecks seitlicher Abdichtung der Infiltrationshaube auf dem Untergrund ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Ring aufweist, der im auf dem Untergrund aufgestellten Zustand der Haube im Wesentlich konzentrisch zur Haube ebenfalls auf dem Untergrund aufgestellt oder aufstellbar ist, wobei der dadurch entstandene Ringspalt zwischen dem Haubenrand und dem Ring mit feuchtem Sand abgedichtet ist. Es ist dabei davon auszugehen, dass der Sand im Ringspalt bereits flüssigkeitsgesättigt ist und somit ein seitliches Absickern der Infiltrationsflüssigkeit verhindert beziehungsweise stark verringert.
Zur Anzeige des herrschenden Druckes unter der Infiltrationshaube und somit zur Ermöglichung der Berechnung der hydraulischen Leitfähigkeit unter Verwendung der jeweils gemessenen Infiltrationsrate und des gemessenen Druckes umfasst die Vorrichtung außerdem ein U-Rohr-Manometer zur Messung des Druckes der Infiltrationsflüssigkeit im Hauben-Hohlraum, wobei das U-Rohr-Manometer an den Hauben-Hohlraum angeschlossen ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes zur Verfügung gestellt, wobei bei dem Verfahren eine an ihrer Unterseite im Wesentlichen offene Infiltrationshaube auf den Untergrund aufgesetzt wird, das durch den Untergrund und die Infiltrationshaube eingeschlossene Volumen vollständig mit einer Infiltrationsflüssigkeit gefüllt wird, und die Infiltrationsflüssigkeit unter der Haube zumindest teilweise im Untergrund versickert wird, wobei zur Gewährleistung einer ständig vollständigen Befüllung des Hohlraumes unter der Infiltrationshaube von außen aus einem Infiltrationsgefäß Infiltrationsflüssigkeit in den Hohlraum nachgefüllt wird und das Volumen von nachgefüllter Infiltrationsflüssigkeit je Zeiteinheit gemessen wird. Das heißt, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführbar ist.
Es lassen sich somit Untergründe mit hydraulischen Leitfähigkeiten mit bis zu kf < 1 × 10^–9 m/s messtechnisch erfassen.
Dadurch, dass das durch den Untergrund und die Infiltrationshaube eingeschossene Volumen, welches dem Hauben-Hohlraum-Volumen entspricht, vollständig mit Infiltrationsflüssigkeit gefüllt ist, wird vermieden, dass sich an der Oberseite der Infiltrationshaube eine Gasblase bildet. Dies hat den Vorteil, dass bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungen bei Temperaturänderungen die Infiltrationshaube mit der darin befindlichen Infiltrationsflüssigkeit eine konstante Volumenausdehnung erfährt, im Gegensatz zu herkömmlichen Infiltrationshauben, die im Inneren an der Oberseite eine Gasblase aufweisen, die sich bei Temperaturerhöhungen stärker ausdehnt als die Infiltrationsflüssigkeit, wodurch es zu ungewünschten Druckschwankungen unter der Haube kommen kann.
Zur vereinfachten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass nach vollständiger Befüllung des durch den Untergrund und die Infiltrationshaube eingeschlossenen Volumens aus dem Befülltank dieser von der Infiltrationshaube abgekoppelt wird und das Infiltrationsgefäß angekoppelt wird. Das heißt, dass die Infiltrationshaube zunächst vollständig aus dem Befülltank befüllt wird, dieser anschließend abgekoppelt wird und das Infiltrationsgefäß angekoppelt wird. In alternativer Ausführung ist das Verfahren jedoch auch derart durchführbar, dass das Volumen in der Infiltrationshaube zunächst vollständig aus dem Befülltank befüllt wird, danach die Befüllung aus dem Befülltank zum Beispiel durch Schließung eines Ventils beendet wird und durch Öffnung eines weiteren Ventils eine hydraulische Verbindung zwischen der Infiltrationshaube und dem Infiltrationsgefäß herstellt wird. Somit bleibt bei der zweiten Alternative der Befülltank an der Infiltrationshaube angeschlossen, wird jedoch hydraulisch von dieser getrennt.
Als Infiltrationsflüssigkeit saute Wasser verwendet werden, welches vorteilhafterweise vor Einfüllung in die Infiltrationshaube entgast wurde, sodass es keine Gasblasen aufweist, die gegebenenfalls an der Oberseite der Infiltrationshaube zu einem unerwünschten Gasvolumen führen könnten.
Die Erfindung ergänzend wird außerdem ein Verfahren zur Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit, insbesondere zur Bestimmung der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit eines Untergrundes zur Verfügung gestellt, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate mehrmals durchgeführt wird, wobei bei jeder Durchführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens ein anderer Druck der Infiltrationsflüssigkeit eingestellt wird und danach aus den ermittelten Infiltrationsratenwerten die jeweiligen Werte für die hydraulische Leitfähigkeit berechnet werden. Es ist dabei vorauszusetzen, dass dem Fachmann auf dem Gebiet der Bestimmung von Infiltrationsraten beziehungsweise hydraulischen Leitfähigkeiten der Weg zur Berechnung der hydraulischen Leitfähigkeit auf Basis einer gemessenen Infiltrationsrate geläufig ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt dabei
1 die bereits beschriebene erfindungsgemäße Infiltrationseinrichtung mit Tensionskammer,
2 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate bei der vollständigen Befüllung der Infiltrationshaube,
3 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate beim Versickern der Infiltrationsflüssigkeit und mit angeschlossenem Infiltrationsgefäß.
Die Infiltrationseinrichtung gemäß 1 mit Tensionskammer 1 ist bereits bei der Darstellung des Standes der Technik erläutert worden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate gemäß der 2 und 3 unterscheidet sich im Wesentlichen von der herkömmlichen Vorrichtung gemäß 1 dadurch, dass sie einen Befülltank 30 aufweist, der an die Infiltrationshaube 20 anschließbar ist, sowie unabhängig davon ein Infiltrationsgefäß 40, welches ebenfalls an die Infiltrationshaube 20 angeschlossen oder anschließbar ist. In 2 ist die Vorrichtung unter Nutzung des Befülltankes 30 dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass die im Befülltank 30 aufgenommene Infiltrationsflüssigkeit 43 über eine Hydraulikleitung 50 und ein erstes Ventil 51, sowie über einen Hydraulikleitungsanschluss 25 an der Infiltrationshaube 20 in deren Hohlraum 22 geleitet wird, sodass der Hohlraum 22 vollständig gefüllt ist. Zur Ermöglichung der vollständigen Befüllung des Hohlraumes 22 ist an dessen Oberseite 23 über einen Pneumatikleitungsanschluss 26 eine Pneumatikleitung 60, in der ein zweites Ventil 61 angeordnet ist, an der Oberseite 31 des Befülltankes 30 angeschlossen. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein ungestörtes Strömen der Infiltrationsflüssigkeit 43 aus dem Befülltank 30 in den Hohlraum 22 der Infiltrationshaube 20, wobei dabei das zuvor darin enthaltene Gasvolumen über die Pneumatikleitung 60 in den Befülltank zurückströmt. Das Ausströmen von Infiltrationsflüssigkeit 43 aus dem Befülltank 30 sowie das Einströmen von Luft in den Befülltank 30 erfolgt dabei gleichzeitig, sodass der Befülltank als Unterdruckpumpe ein relativ schnelles Befüllen des Hohlraumes 22, selbst bei relativ geringem Querschnitt der Hydraulikleitung 50, ermöglicht.
Zwecks Abdichtung der Infiltrationshaube 20 auf dem Untergrund 10 ist konzentrisch zum Haubenrand 24 ein Ring 70 auf dem Untergrund 10 angeordnet, der im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders mit relativ geringer Länge aufweist. In dem sich zwischen dem Haubenrand 24 und dem Ring 70 ergebenden Ringspalt 80 ist Sand 90 eingebracht, der in bevorzugter Ausgestaltung bereits befeuchtet ist. Dieser Sand 90 stellt somit eine seitliche Abdichtung der Infiltrationshaube 20 dar, sodass ein seitliches Abströmen von Infiltrationsflüssigkeit 43 aus der Infiltrationshaube 20 verhindert beziehungsweise stark vermindert wird.
Nachdem der Hohlraum 22 unter der Infiltrationshaube 20 vollständig mit Infiltrationsflüssigkeit 43 aus dem Befülltank 30 befüllt wurde, wird der Befülltank 30 von der Infiltrationshaube 20 abgekoppelt. Stattdessen wird, bevorzugt an den Hydraulikleitungsanschluss 25, das Infiltrationsgefäß 40, wie in 3 dargestellt, angeschlossen.
Dabei ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, dass jeweils nur ein Gefäß, nämlich Befülltank 30 oder Infiltrationsgefäß 40, an der Infiltrationshaube 20 angeschlossen ist, sondern es können sowohl der Befülltank 30 als auch das Infiltrationsgefäß 40 zeitgleich an der Infiltrationshaube 20 angeschlossen sein, wobei jedoch je nach Stadium des durchzuführenden Verfahrens eine der hydraulischen Verbindungen zwischen den genannten Gefäßen und der Infiltrationshaube 20 unterbrochen ist, sodass nicht aus beiden Gefäßen gleichzeitig Infiltrationsflüssigkeit 43 in den Hohlraum 22 strömt.
Nachdem in beschriebener Art und Weise der Hohlraum 22 vollständig mit Infiltrationsflüssigkeit 43 gefüllt wurde und die hydraulische Verbindung zwischen Befülltank und Infiltrationshaube 20 unterbrochen wurde, setzt eine Versickerung der Infiltrationsflüssigkeit 43 unter der Infiltrationshaube 20 durch beziehungsweise in den Untergrund 10 ein. Um weiterhin eine vollständige Befüllung des Hohlraumes 22 unter der Infiltrationshaube 20 zu gewährleisten, wird wie in 3 dargestellt das Infiltrationsgefäß 40 über die Hydraulikleitung 50 an die Infiltrationshaube 20 angeschlossen. Je nach Volumenstrom der versickernden Infiltrationsflüssigkeit 43 wird ein entsprechender Volumenstrom aus dem Infiltrationsgefäß 40 dem Hohlraum 22 zugeführt. Dies bewirkt ein Absinken des Flüssigkeitsspiegels im röhrchenförmig ausgestalteten Infiltrationsgefäß 40.
Dadurch, dass die von der Infiltrationsflüssigkeit 43 bedeckte Fläche auf dem Untergrund 10 im Verhältnis zur Fläche des Flüssigkeitsspiegels im Infiltrationsgefäß 43 sehr groß ist, sinkt der Flüssigkeitsspiegel selbst bei geringen Infiltrationsraten derart schnell ab, dass sich das Maß des Absinkens einfach visuell, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Skale, auch in relativ geringen Zeitspannen feststellen lässt.
Zur Aufrechterhaltung eines im Wesentlichen konstanten Druckes der Infiltrationsflüssigkeit 43 unter der Infiltrationshaube 20 ist an das Infiltrationsgefäß 40 eine Mariottesche Flüssigkeitszuführung 41 angeschlossen.
An der Oberseite des Hauben-Hohlraums 23 ist über einen Manometeranschluss 101 eine Manometerleitung 102 angeschlossen, die zu einem U-Rohr-Manometer 100 führt. in diesem U-Rohr-Manometer 100 lässt sich der jeweilige, durch die Mariottesche Flüssigkeitszuführung 41 eingestellte Druck in der Infiltrationsflüssigkeit 43 detektieren.
Aus den je Versuch ermittelten Infiltrationsratenwerten und Druckwerten lassen sich in einfacher und für den Fachmann bekannter Weise die jeweiligen Werte der hydraulischen Leitfähigkeit des Untergrundes berechnen.

1: Tensionskammer
2: Standrohr
3: Luftpolster
4: Membran
10: Untergrund
20: Infiltrationshaube
21: Unterseite
22: Hohlraum
23: Oberseite des Hauben-Hohlraums
24: Haubenrand
25: Hydraulikleitungsanschluss
26: Pneumatikleitungsanschluss
30: Befülltank
31: Oberseite des Befülltanks
40: Infiltrationsgefäß
41: Mariottesche Flüssigkeitszuführung
42: Bereich des Absinkens des Flüssigkeitsspiegels
43: Infiltrationsflüssigkeit
50: Hydraulikleitung
51: Erstes Ventil
60: Pneumatikleitung
61: Zweites Ventil
70: Ring
80: Ringspalt
90: Sand
100: U-Rohr-Manometer
101: Manometeranschluss
102: Manometerleitung

Claims

Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes, mit einer an ihrer Unterseite im Wesentlichen offenen Infiltrationshaube, die mit der offenen Seite auf dem Untergrund auflegbar ist oder aufliegt, und deren durch den Untergrund abgegrenzter Hohlraum vollständig mit einer Infiltrationsflüssigkeit befüllbar oder befüllt ist, sowie mit einem mit dem Hauben-Hohlraum hydraulisch verbundenen Infiltrationsgefäß zur Beschickung des Hauben-Hohlraumes mit einer Infiltrationsflüssigkeit nach vollständiger Befüllung des Hauben-Hohlraumes mit Infiltrationsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Haubenöffnung aufgespannte Fläche AH zur Querschnittsfläche AI eines Innenhohlraumes des Infiltrationsgefäßes, in dem der Flüssigkeitsspiegel der Infiltrationsflüssigkeit zumindest während eines Abschnittes der Infiltrationszeit absinkt, in einem Verhältnis von AH/AI = 2500 bis 4000 steht.
Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen hydraulisch mit dem Hauben-Hohlraum verbindbaren oder verbundenen Befülltank umfasst, aus dem Infiltrationsflüssigkeit zur vollständigen Befüllung des Hauben-Hohlraumes in diesen füllbar ist.
Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine pneumatische Leitung aufweist, die an einer Oberseite des Hauben-Hohlraums sowie an einer Oberseite des Befülltanks zur Leitung von Luft vom Hauben-Hohlraum in den Befülltank angeschlossen oder anschließbar ist.
Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mariottesche Flüssigkeitszuführung zur Realisierung eines konstanten Druckes, der von der Infiltrationsflüssigkeit im Infiltrationsgefäß und im Hauben-Hohlraum erzeugt wird, unabhängig vom Füllstand der Infiltrationsflüssigkeit im Infiltrationsgefäß.
Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Haubenöffnung aufgespannte Fläche AH zur Querschnittsfläche der Flüssigkeitssäule im Infiltrationsgefäß AI in einem Verhältnis von AH/AI = 2800 bis 3500 steht.
Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Haubenöffnung aufgespannte Fläche AH zur Querschnittsfläche der Flüssigkeitssäule im Infiltrationsgefäß AI in einem Verhältnis von AH/AI = 3000 steht.
Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Ring aufweist, der im auf den Untergrund aufgestellten Zustand der Haube im Wesentlichen konzentrisch zur Haube ebenfalls auf den Untergrund aufgestellt ist, wobei der dadurch entstandene Ringspalt zwischen dem Haubenrand und dem Ring mit feuchtem Sand abgedichtet ist
Vorrichtung zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung außerdem ein U-Rohr-Manometer zur Messung des Druckes der Infiltrationsflüssigkeit im Hauben-Hohlraum aufweist, welches an den Hauben-Hohlraum angeschlossen ist.
Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes, bei dem i) eine an ihrer Unterseite im Wesentlichen offene Infiltrationshaube auf den Untergrund aufgesetzt wird, ii) das durch den Untergrund und die Infiltrationshaube eingeschlossene Volumen vollständig mit einer Infiltrationsflüssigkeit befüllt wird, die Infiltrationsflüssigkeit unter der Haube zumindest teilweise im Untergrund versickert wird, wobei zur Gewährleistung einer ständig vollständigen Befüllung des Hohlraumes unter der Infiltrationshaube von außen aus einem Infiltrationsgefäß Infiltrationsflüssigkeit in den Hohlraum nachgefüllt wird und das Volumen von nachgefüllter Infiltrationsflüssigkeit je Zeiteinheit gemessen wird.
Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate eines Untergrundes nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach vollständiger Befüllung des durch den Untergrund und die Infiltrationshaube eingeschlossenen Volumens aus dem Befülltank dieser von der Infiltrationshaube abgekoppelt wird.
Verfahren zur Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit, insbesondere zur Bestimmung der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit, eines Untergrundes, bei dem das Verfahren zur Messung der Infiltrationsrate nach wenigstens einem der Ansprüche 9 oder 10 mehrmals durchgeführt wird, wobei bei jeder Durchführung des Messverfahrens ein anderer Druck der Infiltrationsflüssigkeit eingestellt wird, und danach aus den ermittelten Infiltrationsraten die jeweiligen Werte für die hydraulische Leitfähigkeit berechnet werden.