Permeabilitätsmessungen

Permeabilitätsmessungen bezeichnen Messverfahren zur Bestimmung der Durchlässigkeit von porösen Medien gegenüber Fluiden. Die zentrale Größe ist der hydraulische Durchlässigkeitskoeffizient k (häufig einfach Durchlässigkeit), gemessen in Metern pro Sekunde (m/s). Nach dem Gesetz von Darcy beschreibt der Fluss Q durch eine Probeneinheit A einen hydraulischen Gradienten ∆h/∆l: Q = -k A (∆h/∆l). Große k bedeuten hohe Durchlässigkeit, geringe k geringe.

Labor- und Feldmethoden: Zur Labormessung eignen sich Constant-Head- und Falling-Head-Permeabilitätstests für Bodenproben bzw. Gestein. Bei konstantem Kopf wird ein konstanter Druckkopf über die Probe gehalten; bei fallendem Kopf ändert sich der Druckkopf mit der Zeit, und man erhält k aus dem zeitlichen Verlauf. Für Gesteine und Beton kommen oft Gas- oder Wasser-Permeabilitätstests zum Einsatz. In-situ können Packer- oder Slug-Tests eingesetzt werden, um die Wirksamkeit der Durchlässigkeit im Feld abzuschätzen.

Wichtige Einflussfaktoren: Der gemessene Wert hängt von der Probenvorbereitung, Saturation, Temperatur und Grenzbedingungen ab. Bei laminarem Fluss gilt Darcy's Gleichung; bei höheren Fließgeschwindigkeiten tritt Nicht-Darcy-Fluss (Forchheimer) auf. Die Permeabilität ist häufig anisotrop, d.h. Durchlässigkeit richtet sich nach der Richtung.

Anwendungen: Hydrologie, Geotechnik, Erdöl- und Gasindustrie, Umwelttechnik. Ergebnisse dienen der Abschätzung des Grundwasserflusses, der Tragfähigkeit von Bauwerken, der Eignung von Baustoffen und der Bewertung von Umweltgefahren.

Standardisierung: Es existieren standardisierte Verfahren zur Bestimmung der Permeabilität in Labor- und Feldtests, die Vorgaben zu Probenvorbereitung, Grenzbedingungen und Auswertung enthalten.