Sistemul de drenaj orizontal

Sistemul de drenaj orizontal tubular este destinat de a evita, sau a stopa detormaţiile active pe

versanţi ca rezultat a amplasării geologice a structurilor. În afara de aceasta sistemul de

drenaj orizontal contribuie la:

Creşterea stabilităţii versanţilor la menţinerea nivelului apelor subterane lai o cotade calcul; la Crearea condiţiilor normale de exploatare a obiectelor, a reţeleloringinereşti sau a terenurilor agricole amplasate in localitatea data. Sistemele de drenaj

orizontal folosite de se împart in:

Principale care au rol de a mari coeficientul de stabilitate a versantului pâna la 3-5 ori.

Auxiliare, care în combinaţie cu alte sisteme (mecanice),

contribuie la menţinerea nivelurilor constante ale apelor 

subterane.

Sistemul de drenaj orizontal se proiectează pe baza unui şir de date iniţiale,investigaţii şi prospecţiuni cum ar fi:

Amplasarea geologica a terenului;

Amplasarea straturilor permiabile si impermiabile,grosimea lor;

Proprietăţile de filtrare a solului;

Compoziţia granulometrica a stratului permiabil;

Valoarea precipitaţiilor atmosferice;

Date hidrologice privind hidrograful;

Prezenţa izvoarelor.

Sistemul de drenaj orizontal folosit in prezent se împarte în:

1. Drenaj perfect, cinci drenuri se aşează direct pe stratul impermeabil.

Drenaj imperfect, cinci drenuri se afla mai sus de stratul impermeabil.

Scheme de drenaj

1

 

Fig.1 Schema drenajului orizontal tubular 1 Filtru_ invers cir 2 straturi2 Conducta de drenaj.3 Linia de depresie4 Materialul filtrant

Fig. 2 Drenaj orizontal radial

1 Conductele de drenaj2  Nivelul apelor subterane

3,4 Linia de depresie intre două fântâni colectoare5 Poziţie de contact a suprafetelor predespuse spre6 Fântână colectoare7 1.  Filtru

2

 

Fig. 3 Schema de drenaj orizontal tubular 

1 Conducta orizontala de drenaj2 Nivelul apelor subterane pina la instalarea drenajului3 Nivelul apelor subterane după instalarea drenajului4 Fântâna de acumulare

Fig. 4 Schema de drenaj combinat. Drenaj tubular cu perete derezistenţă.

1 perete de rezistenta2 conducta3 linia de depresie4 drenaj tubular 5 suprafaţa solului

Date iniţiale pentru proiect

1 Suprăfaţa bazinului. F =3,3 ha

2 Înălţimea stratului de drenaj. q = 9,0 nun/zi

3 Coeficient de filtratie a pamintuluL. K  f = 5,0 m/zi

4 Sarcina maxima efectiva. Hd = 4,7 m5

6 Coeficientul de filtratie a materialului. K mat = 31 m/zi

7  Grosimea stratului filtrant δ = 0.023 m8 Coefiicient de neomogenitate a materialului, n = 7.1

9 Valoarea. D50 = 1,19

10  Distanta de la axul drenului pina la impermiabil T= 1,65 m11  Distanta de la suprafaţa libera, a apei la suprafaţa

solului. α = 0,97 m

Tipul conductelor: de polietilena cu perforaţii dreptunghiulare

Elementede proiectare a drenajului

Materialele de drenaj si alegerea lor.

Din punct de vedere constructiv drenajul subteran se poate realiza sub 2 metode:

-prin forjare se execută drenuri verticale

 

-prin canale, galerii, conducte - SP.U tuburi rirenante se execută drenajulorizontal

Un sistem de drenaj orizontal este alcătuit din:

Drenuri absorbante captează apa subterană an exces şi o evacuează în drenurile colectoare. Drenurile colectează apa şi o transportă. Ele suntalcătuite din tuburi drenate şi material filtrant. Tubul drenat esteprevăzut cu orifîcii pentru accesul apei.

Drenuri colectoare primesc apa captată de drenurile absorbante şi otransportă la canalele de evacuare aceste drenuri sunt prevăzute cuprefiri i deci ele pot capta, si apă Drenuri de intercepţie captează apasubterană ,provenită de la surse învecinate perimetrului drenant.Canale de evacure colectează apa de la drenurile colectoare în reţeauahidrografică.

În agricultură drenajul orizontal se foloseşte pentru micşorarea coteiapelor subterane în localitatea din apropierea cursului de apă înscopul folosirii acestor terenuri pentru cultivare. Calculul de filtraţiese efectuiază în baza legii principale a filtraţiei laminare, legeaDarcy, care este aplicabilă la micşorarea curenţilor de filtraţie prinporii pământului, cât şi legea filtraţiei turbulente care sunt aplicabilela mişcarea curentului prin materialul filtrant.

Determinarea distantei dintre drenajuri

l . Drenaj imperfect

2. Drenaj perfect

q – înălţimea stratului de drenaj

 T – distanţa de la axa drenului până la stratul impermeabil.

K –coeficient de filtraţie.

 

Schema de calcul pentru determinarea distanţei

Calculam distanta intra drenuri, B pentru drenaj perfect:

=⋅=⋅=0.9

0.57.422

q

k  H  B

f  

d 

7.00 m

În cazul când drenurile se află aproape de stratul impermeabildistanţa se exprimă prin formula lui S.Averianov:

=⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅

= ''

0.9

65.17.40.522

22 α α 

q

T  H  K  B

d  f  

3,61

( )

=

⋅⋅+

+=

]2sin

1lg94.2[)2(1

21'

T  DbT 

T  H d 

π 

α 

0,38

=+= α d  H b4.7+0.97=5.67

În cazul când stratul impermeabil se află la adâncimi mari (B/T<3) sefoloseşte o altă formulă a lui Averianov:

   

  

 

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

 D H 

bq H  K  B

d 

d  f  2

2lg/)(

π π 

=7,26 m

Am folosit următoarele notaţii:

B Distanţa dintre drenuri, mHd Sarcina maxima efectiva.

α Distanta de la suprafaţa libera a apei la suprafaţasolului

Kf  Coeficient de filtraţie al pământului

T Distanţa de la axul drenului pina la stratulimpermeabil

D Diametrul exterior al drenajului, m

In cazul când avem câteva straturi cu permiabilitatea diferita, coeficientul de filtraţieK se calculează astfel:

nn K l  K l  K l 

 L K 

+++=

...2211

unde: L1,l2,ln – grosimea stratului, m

L - distanta dintre suprafaţa solului si stratul impermiabilK1,K2...Kn -coeficientul fiecărui strat 

 

Determinarea debitului drenului

Debitul liniar se calculează conform formulei

654.06.453/7.452/2 0 −⋅⋅=Φ−Φ⋅⋅= π π  id  f  lin H  K Q=0.32 m3/zi

05.0/67.54/40 ⋅==Φ Db= 453,6

unde Ф0 – rezistenţa de filtraţie a drenului ideal

In cazul nostru avem drenaj din plastic cu perforaţii

a -dreptunghiulare b - circulare

 

Pentru conducte din polietilenă cu perforaţii dreptunghiulare avem:

τ 

δ 

l n

SD

l n

S 

 K 

 K 

 D

 D

 K 

 K 

mat 

 f  

mat 

 f  

i ⋅⋅

⋅⋅⋅+

+⋅  

 

  

 −=Φ

2lg6.4

2lg13.2

=0,654 Pentru conductedin polietilenă cu perforaţii circulare avem:

( )033.10066.0()(

101.14.492lg13.2Ф

5.4

0

82.1

0i +⋅⋅

+⋅⋅+

+⋅  

 

  

 −=

−

d  sn

d 

 K 

 K 

 D

 D

 K 

 K 

mat 

 f  

mat 

 f   δ 

Фi – creşterea rezistenţei de filtraţie condiţionată de filtru, parametriilui şi grosimea, configuraţia tuburilor de drenaj.

 

D=0,05m Diametrul exterior al conductei de drenaj, m

δ Grosimea filtrului, m = 0,023

S Pasul perforaţiei = 0,15 m

l lungimea = 0,05 m

n numărul rândurilor perforaţiei = 4

τ lăţimea = 0,005 m

N=n/s cantitatea de perforaţii pentru 1 metru

d0 Diametrul găurilor perforaţiei = 0,005 m

Kmat Coeficientul de filtraţie a materialului

Am folosit următoarele notaţii

 

 

Unele caracteristici ale conductelor de drenaj din polietilenă

Diametrul exterior D,mm

Diametrul interior d, mm

Grosimea peretelui∆, mm

40 37,20 1,4+0,4

50 47,00 1,5+0,4

63 59,60 1,7+0,4

75 71,00 2,0+0,5

90 85,60 2,2+0,6

110 104,60 2,7+0,8

125 119,00 3,0+0,8

140 133,00 3,5+0,9

Conducte de polietilenă netede

Fig. 6 Schema funcţionarii hidraulice a drenajului orizontal.

 

1 Oglinda apelor 

2 poziţia superioara a curentului de filtratie

3 suprafaţa pământului  

Distanta dintre drenajuri se calculează in baza datelor teoreticedespre mişcarea apei in porii care se socoate uniforma si staţionara.In acest caz avem fîltratie laminara cu alimentare de suprafaţa; q,graniţa superioara a schemei de filtratie este suprafaţa solului, ceainferioara este stratul impermiabil.

 

Materiale pentru Execuţia Drenului

La executarea sistemului de drenaj orizontal se foloseşte o gama largă demateriale de construcţie (ciment, otel. beton, confecţii metalice,lemn), ponderea cea mai mare avand-o materialele specifice acestor lucrări,

tuburile de drenaj si filtrele. De alegerea corecta a materialelor de drenaj depinde in

mod hotaritor. atât parametrii proiectaţi cit si durata funcţionarii. Tuburile dedrenaj pot avea diferite lungimi si parametri ca exemplu cele din ceramica au 0.3 - O.S

m. lungime, cele din plastic l - 6. For ma secţiunii transversale poate fi

cilindrică poliedrica, ovala. Ultimii 20 de ani au căpătat o raspindire maretuburile de mase plastice, datorita duratei mari de funcţionare

(policlorura de ventil, polietilena de mare densitate)

Avantajele tuburilor de drenaj sunt:

Capacitatea de transport cu masa 20...30% mai mare decit a celeidin ceramica, datorita rugozităţii mici.

Sistemul orizontal de drenaj

 Tuburile de plastic sunt mai puţin influenţate de tasări, mişcări alescoarţei.

Posibilitatea mecanizării lucrărilor.

Gradul de mecanizare.

Masa materialului transportat de 40 de ori mică, iar cheltuielile de 4-6 ori.

Calculul hidraulic al sistemului de drenaj orizontal tubular 

In dependenta de date hidrologice si factorii climaterici , condiţiile de lucrua drenajului tubular orizontal se schimbă atât anual cit si in decursula mai multor ani.

In cazul acţiunii atmosferice adică după topirea zăpezilor, vânturilede primăvară, ploile intensive de toamna, drenajul lucreazăneîntrerupt. In aceste perioade nivelul apei granulare aproapecoincide cu nivelul pământului. Astfel sarcina drenajului estemaximală. Debitul drenajului si viteza mişcării apei in tuburi la felmaximal.

Calculul hidraulic ai sistemul de drena j orizontal tubular consta indeterminarea diametrului drenului, adâncimea umplerii cu apă sicercetarea vitezei de mişcare.

Valoarea Q(m3/s) cu suprafaţa bazinului F, care trec in canalulcolector sunt legate prin relaţia:

Q = q*F

Pentru calcularea debitului unui drenaj Qd (m3/zi) se utilizează relaţia :

=⋅= d lind  l QQ0,32 m/zi*Eld

Dacă drenurile sunt aranjate la distanţa B una de alta, atunci suma debitului

 pe toate drenurile este:

 

=⋅== ∑=

532.01

l 

nd lin sum l QQ

1.6= sumQ

1.6

∑=

l 

nd l 

1 - suma lungimii tuturor drenurilor (5 drenuri)

Diametrul interior d, a drenului se calculează după formula:

V=0,7 m/s

=⋅

⋅=

V 

Qd  d 

π 

4

0.76

În cazul când in apropierea drenului lipseşte căminul de vizitare, se

instalează canal, cel mai des trapezoidal

Forma canalului prismatic de evacuare

Calculul se efectuiază în baza ecuaţiei lui Ghezy  RI  AC Q =

A -aria secţiunii A=h(b+mh)C - coeficientul Iui Chezy C=1/n*R1/6

R -raza hidraulică R=A/P

I - panta piezometrică I=0.0001

P - perimetrul udat212 mhb P  ++=

n – rugozitatea n=0.025 m=2 b=6.1

Nr. h(m) b(m) A (m2) P (m) R (m) C Q (m3/s)

1 0,5 0,6 0,8 2,8361 0,2821 49,393 0,20992 1,0 0,7 2,7 5,1721 0,522 44,577 0,8696

3 1,5 0,8 5,7 7,5082 0,7592 41,88 2,0799

4 2,0 0,9 9,8 9,8443 0,9955 40,03 3,9141  

Se construeşte graficul dependentei h de Q h(Q)

 

Dependenţa h de Q

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 1 2 3 4 5

Q (m3/s)

   h   (  m   )

Guri de evacuare

In cazul colectoarelor de tip deschis drenurile absorbante pot fidescărcate direct pe guri de evacuare. Tot prin guri de evacuare darde diametrul mai mari descarcă si drenuri colectoare.

Fig. 7. Guri prefabricate pentru evacuarea drenului

 

1 gura prefabricată din beton2 tub record3 mufa pentru record.4 drenaj ceramic

În terenurile instabile in care taluzurile colectoare deschise autendinţa de degradare prin alunecări ce au loc îndeosebi primăvara,gurile de descărcare ale drenului trebuie bine consolidate, astfelmărind costul

Alegerea şi calculul filtrului:

Filtrele drenajului tubular se împart în:

1. Din materiale locale (materiale granulare):

2. Din materiale plastice (pinza sticîata)

Principala condiţie dictată faţă de materialul filtrant estepermeabilitatea înaltă a lui cu respectarea următoarelor condiţii

Alegerea filtrului se reduce la determinarea compozitei granulometrice caresatisface condiţia de nepătrundere a particulelor de pământ prin filtru

.Condiţia de nepătrundere a particulelor de pământ prin filtru

 

a) După valoarea lui τ se calculează:

D60%=(0,4 - 0,8)τ=0.6*0.005=0.003

b) Coeficientul de neomogenitate granulară trebuie să fie:

10≤φ η 

c) Calculăm diametrul mediu:

106060

10

 D D D ==

φ η =0.0003

d) Diametrul maximal al granulelor materialului filtrant 

Dmax=(3 - 5)τ= 005.04 ⋅ =0.02

D50=(8 – 12)d50= 19.110 ⋅ =11.9

e) Determinam viteza de filtratie a materialului filtrant:

Vmatf=( )22

5050 9.1119.1311000)(1000 ⋅⋅=⋅⋅ Dd  K mat 

Vmat=31

 

0Funcţiile şi necesităţile filtruluiNecesitatea filtrului este o problema mult discutatăde specialişti. Pentru a o putea aborda trebuie mai întâi de precizat caresunt funcţiile filtrului. Filtrul drenului are 2 funcţii importante, I funcţieconstă in reducerea rezistentei hidraulice la curgerea apei spredrenaj absorbante rezistente datorita curbării si concentrării liniilor 

da curent (Fig.8 a) în apropierea drenului unde secţiunea de curgere semicşorează foarte mult. Prin aşezarea  între tub şi solul de drenaj, unui

material cu permeabilitate mai mare ca apa, creşte secţiunea de filtraţie şicorespunzător se reduce curbarea şi concentrarea liniilor de curent (Fig.8 b)

în aproprierea drenului secţiunea de curgere se micşorează foarte mult.

Fig.8 Spectrul hidraulic în procesul de fîltraţie a apei în zonaapropiată drenurii.

 b)

Dren fără filtru Dren prevăzut cu filtru

1 Linii de egală presiune.2 Linii de curent3 Filtru.4 Orificii pentru intrarea apei

A II funcţie – protejarea drenului împotriva calmatării fizice şibiochimice, asigurând astfel păstrarea în timp a parametrilor debază a drenului.