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नमस्कार दोस्तों, आज हम पढेंगे civil engineering के कुछ बहुत important topic में से एक permeability के बारे में, इसका use ना सिर्फ geotech engg में है- बल्कि hydrology, irrigation और well-hydraulics भी permeability के बिना अधूरे हैं। permeability से हम seepage की velocity ओर कोई soil से seepage का discharge भी calculate कर सकते हैं।

permeability को हम hydraulic conductivity के नाम से भी जानते हैं, permeability से हम drainage filter design करतें हैं, permeability की knowledge से हम किसी well का steady ओर unsteady discharge calculate कर सकते हैं। आज हम पढेंगे कि permeability क्या है, इसका use क्या है,इसे measure कैसे करते हैं, इसको affect करने वाले external agenciesक्या हैं,ओर अलग अलग soil की permeability अलग क्यों होती है।

Permeability क्या हैं?

Permeability मतलब किसी soil solid में कितनी आसानी से fluid flow कर सकता है, जितनी ज्यादा permeability उतनी आसानी से fluid flow कर सकता है, उस सिस्टम में, permeability-resistance का भी measure है, इसे हम इस तरह से समझ सकते हैं कि एक soil में अगर soil के particles दूर दूर होंगे तो resistance कम होगा और permeability ज्यादा होगी, ओर जितने particles पास पास होंगे उतना resistance ज्यादा होगा और permeability भी कम होगी। जैसा कि clay में होता है।

अलग अलग जगह पर permeability को affect करने वाले parameter अलग होते हैं। इसे हम k से denote करते है। यह उन structure के लिए बहुत important है. जो directly या indirectly पानी के contact मे रहते है। soil में flow खाली जगह(space) के through होता है, जो आपस मे interconnected होते हुए एक रास्ता बनाते हैं, पानी के free flow के लिए, पानी इन रास्तों से सीधे के वजाय एक random motion करता है जो unpredictable होता है, जबकि soil mechanics में हम इसे एक straight line में मानते है जिससे calculation easily हो सके।

पानी के flow कि velocity खाली space पर depend करती है।

Permeability का importance

• Permeability saturated soil के settlement को affect करता है।
• permeability किसी भी slope की stability को affect करती है।
• Permeability earth dam के design में बहुत importance रखती है।
• Soil पर filter design में permeability use होती है।

यह भी पढ़े- Consolidation क्या है और इसको affect करने वाले क्या कारण है?

Permeability को affect करने वाले factors

C=constant

d=particle का size mm में

Permeability shape of soil particle पर depend करती हैl

Example- ऐसा मानते हैं कि हमारे पास एक square box ओर 2 तरह की ball हैं, एक क्रिकेट बॉल ओर दूसरी glass की balls हैं- जैसे कंचे अगर हम square box को क्रिकेट के बॉल से fill करेगे तो कम बॉल लगेगी पर खाली जगह(voids) ज्यादा होगी बॉक्स में इसी तरह अगर कंचे से बॉक्स भरेंगे तो ज्यादा कंचे लगेंगे और खाली जगह भी कम होगी, अब इसी बॉक्स में अगर हम एक गिलास पानी डालदें तो क्रिकेट बॉल वाले बॉक्स में resistance कम है तो जल्दी पानी नीचे चला जायेगा क्योंकि surface area कम है अभी voids ज्यादा है, पर अगर हम एक गिलास पानी कंचे वाले बॉक्स में डालेंगे तो पानी को resistance ज्यादा मिलेगा, surface area ज्यादा मिलेगा और पानी कम और कुछ  टाइम के बाद नीचे आएगा ।यही केस है permeability का अगर soil coarse grain है तो cricket ball की तरह होगा D ज्यादा होगा तो k भी ज्यादा होगी और fine grain है तो D कम और k भी कम मिलेगी।

Void ratio

e=void ratio

Composition

Gravel, silt और sand में mica के होने से permeability कम हो जाती है और clay में पानी के molecules का attraction permeability कम कर देता है।

Structural arrangement

Soil के particles का arrangement अगर angular है-तो उनके बीच में पैकिंग अच्छी होगी तो पानी को निकालने का रास्ता नहीं मिलेगा जिससे permeability कम हो जाएगी।जबकि अगर particle round है,तो उनके बीच में packing अच्छी नहीं होगी और खाली जगह मिलने से पानी easily निकल जायेगाऔर permeability बढ़ जायेगी।

Stratification

अगर soil की surface केparallel पानी जाएगा तो उसकी permeability ज़्यादा होगी वजाय perpendicular के।

अगर soil में कोई foreign material आ जायेगा तो उसकी permeability कम हो जाएगी क्योंकि वो void को भर देगा।

Range of permeability

• Gravel   –   – cm/s
• Sand     –   –   cm/s
• Silt        –  –   cm/s
• Clay      –   –   cm/s

Test to determine permeability

Lab methods

1. constant head test
2. falling head test
3. water filtration method.

Field methods

1. Pumping in
2. Pumping out

The constant head test is used for coarse-grain soil

The falling head is for fine-grain soil.

यह भी पढ़े- Compaction क्या है और इसको affect करने वाले कारण?

Darcy’s law

इस experiment मे Darcy ने setup लगाया और permeability की mathematical equation दी। ये experiment एक porous soil के through किया गया जिसमें पानी के flow की rate directly proportional थी, total available head के।

Here,

• V = discharge velocity or superficial velocity
• k = coefficient of permeability or hydraulic conductivity
• i = hydraulic gradient
•  = fall in total head
• L = length of soil specimen

Assumptions

• soil saturated होनी चाहिए।
• Temperature 27c है।
• flow laminar है।
• flow continuous और steady है।
• पूरे cross-sectional area से flow हो रहा है।

The validity of Darcy law

• slow और viscous fluid पर ही apply होता है, naturally, mostly groundwater flow इस रेंज में lie करते है।
• Darcy law हर वो fluid पर apply कर सकते हैं जिसका Reynolds number 1 से कम है क्योंकि flow के laminar होने के किये Reynolds number 1 से कम होना ही चाहिए।

Test of permeability determination

1 Constant head permeability test

यह टेस्ट coarse grain के लिए किया जाता है, इसमे saturation 100℅ मानकर चलते हैं।

इस arrangement में पानी की supply को constant रखते हैं जिससे एक constant head maintain रहे।

2 Falling head permeability test

यह fine soil के लिए उसे होता है, जिनमे seepage बहुत धीरे धीरे होता है।

Undisturbed soil sample को लेके एक cylinder container में arrange करते हुए उस पर पानी का flow होने देते हैं।test start होने के टाइम पानी की level (h1) measure करते हैं, और फिर कुछ देर बाद जब कुछ पानी नीचे चला जायेगा तो पानी की level कम हो जाएगा (h2) , इस level तक आने के लिए time note करेगे जो calculation में use होगा।

इसे हम एक ट्रिक से भी याद कर सकते हैं जैसे- constant head coarse के लिए use होता है तो, दोनों  c letter से start हो रहे है औऱ falling head fine के लिए use होता है तो दोनों f letter से start हो रहे हैं।

3 Pumping out test

बड़े engineering projectsमें permeability mostly इसी method से निकलते हैं, यह method सबसे अच्छा काम करता है अगर soil homogeneous और coarse grain हो तो।

इस test में आसपास की बहुत बड़ी जगह की soil affect होती है, तो यह टेस्ट accurate result देता है, जबकि यह टेस्ट बहुत महंगा होता है इसलिए बड़े projects में एक या दो जगह ही करते हैं।

इस test में एक main well dig करते और उसके साथ कुछ दूरी पर दो और well dig करते हैं, main well से पानी बाहर निकालते हैं और तबतक निकालतेहैं जबतक के पास वाले well में water level constant न हो जाये इसके लिए pipe में pores होते हैं जिससे पानी बाहर आता है।

Permeability of stratified soil

Field पर soil अलग अलग होती है और सतहों में मिलती है और discharge निकलने के लिए soil की permeability पता होनी चाहिए,इसके लिए 2 methods दिए गए हैं ।

1 Horizontal flow (Parallel to bedding)

इसमे soil की हर layer में head loss same माना जाता है, soil की हर layer का  cross-sectional area same माना जाता है।soil की कोई भी layer पर piezometer लगाने पर वह same height ही दिखाता है।

Mostly cases में soil की horizontal permeability ज्यादा होती है vertical permeability से।

ट्रिक- Horizontal flow में पानी एक ही लेयर पर रहेगा दूसरी और लेयर को cross नही करेगा तो resistance भी कम मिलेगा, जिससे permeability ज्यादा होती है horizontal में जबकि vertical में soil की layer को cross करना पड़ता है तो resistance ज्यादा होगा और permeability भी कम मिलेगी।

Permeabilityके पता होने से हम soil के अंदर discharge, velocityका पता लगा सकते हैं।

2 Vertical flow (Normal to bedding plane)

इसमे ऐसा माना जाता है किsoil की हर लेयर से discharge same होगा जबकि head lossअलग अलग होगा अलग अलग soil की layers का।

Velocity भी same होती है, vertical flow के केस में।

Pumping in test

Pumping in test soil की बस एक layer की permeability के लिए किया जाता है, जबकि pumping out test अलग अलग layer के लिये किया जाता है।

Pumping in test की value ज्यादा accurate नहीं होती है लेकिन सस्ता होने की वजह से इसका use ज्यादा किया जाता है।

ये test soil में किये गए bore के आसपास की soil को consideration में लेती है लेकिन ये soil बहुत कम होती है pumping out की comparison में, पर ज्यादा economical होने की वजह से इसका use ज्यादा किया जाता है

तो दोस्तों इस तरह से हमारा आज का यह टॉपिक खत्म होता है। आशा करता हू आज आपके Permeability क्या है और इसे निकलने के test क्या है? और इनसे जुड़े कई सवालो के जवाब मिल गए होंगे। अगर आपके अभी भी कोई सवाल इंजीनियरिंग से जुड़े है, तो आप हमे कमेन्ट करके जरूर बताये।

इंजीनियरिंग दोस्त (Engineering Dost) से जुड़ने के लिए आपका धन्यवाद 🙂