Erweiterung des Anwendungsbereiches der kf-Wert-Berechnungsformel nach BEYER & SCHWEIGER (1969)

Thomas Grischek1, Sebastian Paufler1, Kerry F. Paul2, Britta Weber1
1 Lehrgebiet Wasserwesen, Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden
2 IBB Ingenieur- und Beratungsbüro für Brunnenbetriebstechnik und -instandhaltung GmbH

P 16.1 in Trinkwasser und Wasserversorgung

Zur Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwerts kf der Einzelschichten in Lockersedimenten auf Grundlage von Korngrößenuntersuchungen sind mehr als 50 Formeln verfügbar. Während die Berechnungsansätze meist ähnlich sind, werden verschiedene Parameter in die Berechnung einbezogen oder vernachlässigt (Lagerungsart, Formeigenschaften, Ungleich­körnigkeit). In der Praxis werden zudem häufig die Gültigkeitsgrenzen ignoriert. Eine bisher unbeachtete Sonderstellung stellt dabei der Anteil ≤ 0,063 mm dar, der in jeder Sedimentprobe vorhanden ist.

Die Autoren favorisieren die Nutzung der Formel von BEYER & SCHWEIGER (1969), da hier im Unterschied zu der von HAZEN (1893) und BEYER (1964) auch die Lagerungsart „dicht“ berücksichtigt wird, die allerdings für den Anteil ≤ 0,063 mm einer Korrektur bedarf.

Im Zeitraum 2016-2017 wurden dazu an der HTW Dresden Laborversuche zur Ermittlung der Durchlässigkeit einer gleichbleibenden Sedimentprobe mit variablen Feinanteilen ≤ 0,063 mm durchgeführt. Die Untersuchungen basieren auf Praxiserfahrungen von K.F. Paul und sollten die von NETZKER (2014) in Berlin begonnene systematische Untersuchung von 0 % bis 10 % Feinanteil in einer Sediment­probe mit ca. 2/3 Feinsand und 1/3 Mittelsand validieren und erweitern.

Die kf-Wert-Bestimmung erfolgte im Labor mittels Messungen nach DIN 18130 - 1 im Versuchszylinder bei einem konstanten hydraulischen Gefälle sowie aus der Kurve zur Bestimmung des Proportionalitätsfaktor C in Abhängigkeit der Lagerungsart und Cu nach BEYER & SCHWEIGER (1969) mit der Koeffizientenbestimmung nach PAUL für 0 % bindigen Anteil. Einer in der Korngrößenverteilung konstanten Sedimentprobe wurden in 1 %-Schritten Feinstanteile ≤ 0,063 mm bis 10 % der Gesamtmasse zugegeben.

Die Ergebnisse der Laborversuche bei lockerer und dichter Lagerungsart zeigen, dass die Anwesenheit von Anteilen ≤ 0,063 mm einen maßgeblichen Einfluss auf den kf-Wert hat.

Die Ergebnisse der unabhängig voneinander durchgeführten Versuche in Berlin und Dresden beweisen, dass die Berechnungsformel nach BEYER & SCHWEIGER (1969) bei der Anwesenheit bindiger Anteile zu hohe kf-Werte liefert. Die Ergänzung der B&S-Berechnungsformel um einen Korrekturfaktor α in Abhängigkeit von der Lagerungsdichte und des Anteils ≤0,063 mm ist ein praktikabler Ansatz.

Kritisch ist zu vermerken, dass die (aufwändigen) Versuche bisher nur mit einem Feinsand dominierten Sediment durchgeführt wurden und auch die Zusammensetzung des Feinanteils (mehr Ton als Schluff bzw. umgekehrt) die Wirkung bzgl. der Veränderung der Durchlässigkeit bestimmt. Die Übertragbarkeit der ermittelten Korrekturfaktoren auf andere Sedimentproben wird im Winter 2018 geprüft, bevor über die Weiterführung der Versuchsreihen mit anderen Randbedingungen und Sedimentzusammensetzungen entschieden wird. Der Ansatz der Einführung von Korrekturfaktoren für die kf-Berechnung nach BEYER & SCHWEIGER ist jedoch praxisnah und für die Abschätzung des kf-Werts zur Bemessung von Brunnen, Versickerungsanlagen u.v.m. nützlich.