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 cota de calcul; la Crearea condiţiilor normale de exploatare a obiectelor, a reţelelor inginereşti 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

Fig. 2 Drenaj orizontal radial

Fig. 3   Schema de drenaj orizontal tubular

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

Date iniţiale pentru proiect

Elemente de 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 drenajul orizontal

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 sunt alcătuite din tuburi drenate şi material filtrant. Tubul drenat este prevăzut cu orifîcii pentru accesul apei.
Drenuri colectoare primesc apa captată de drenurile absorbante şi o transportă la canalele de evacuare aceste drenuri sunt prevăzute cu prefiri i deci ele pot capta, si apă Drenuri de intercepţie captează apa subterană ,provenită de la surse învecinate perimetrului drenant. Canale de evacure colectează apa de la drenurile colectoare în reţeaua hidrografică.
În agricultură drenajul orizontal se foloseşte pentru micşorarea cotei apelor subterane în localitatea din apropierea cursului de apă în scopul folosirii acestor terenuri pentru cultivare. Calculul de filtraţie se efectuiază în baza legii principale a filtraţiei laminare, legea Darcy, care este aplicabilă la micşorarea curenţilor de filtraţie prin porii pământului, cât şi legea filtraţiei turbulente care sunt aplicabile la 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:
7.00 m
În cazul când drenurile se află aproape de stratul impermeabil distanţa se exprimă prin formula lui S.Averianov:
3,61
0,38
4.7+0.97=5.67
În cazul când stratul impermeabil se află la adâncimi mari (B/T<3) se foloseşte o altă formulă a lui Averianov:
=7,26 m
Am folosit următoarele notaţii:
B	Distanţa dintre drenuri, m	
Hd	Sarcina maxima efectiva.	
α	Distanta de la suprafaţa libera a apei la suprafaţa solului	
Kf	Coeficient de filtraţie al pământului	
 T	Distanţa de la axul drenului pina la stratul impermeabil	
 D	Diametrul exterior al drenajului, m	

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

unde: L1,l2,ln – grosimea stratului, m         
L - distanta dintre suprafaţa solului si stratul impermiabil           
K1,K2...Kn -coeficientul fiecărui strat

Determinarea debitului drenului
Debitul liniar se calculează conform formulei
=0.32 m3/zi
= 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:
=0,654 Pentru conducte din polietilenă cu perforaţii circulare avem:

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

       

Unele caracteristici ale conductelor de drenaj din polietilenă

Fig. 6 Schema funcţionarii hidraulice a drenajului orizontal.

                          

Distanta dintre drenajuri se calculează in baza datelor teoretice despre 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, cea inferioara este stratul impermiabil.
Materiale pentru Execuţia  Drenului
La executarea sistemului de drenaj orizontal se foloseşte o gama largă de  materiale 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 de drenaj pot avea diferite lungimi si parametri ca exemplu cele din ceramica au 0.3 - O.S m. lungime, cele din plastic l - 6. Forma secţiunii transversale poate fi cilindrică poliedrica, ovala. Ultimii 20 de ani au căpătat o raspindire mare tuburile 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 celei din ceramica, datorita rugozităţii mici. 
Sistemul orizontal de drenaj
Tuburile de plastic sunt mai puţin influenţate de tasări, mişcări ale scoarţei.
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 lucru a drenajului tubular orizontal se schimbă atât anual cit si in decursul a mai multor ani.
In cazul acţiunii atmosferice adică după topirea zăpezilor, vânturile de primăvară, ploile intensive de toamna, drenajul lucrează neîntrerupt. In aceste perioade nivelul apei granulare aproape coincide cu nivelul pământului. Astfel sarcina drenajului este maximală. Debitul drenajului si viteza mişcării apei in tuburi la fel maximal.
Calculul hidraulic ai sistemul de drenaj orizontal tubular consta in determinarea diametrului drenului, adâncimea umplerii cu apă si cercetarea vitezei de mişcare.

Valoarea Q(m3/s) cu suprafaţa bazinului F, care trec in canalul colector sunt legate prin relaţia:
Q = q*F 
Pentru calcularea debitului unui drenaj Qd (m3/zi) se utilizează relaţia :
0,32 m/zi*Eld
Dacă drenurile sunt aranjate la distanţa B una de alta, atunci suma debitului pe toate drenurile este:
1.6                                1.6
- suma lungimii tuturor drenurilor (5 drenuri)
Diametrul interior d, a drenului se calculează după formula:
V=0,7  m/s                         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         

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 udat                   
n – rugozitatea                                         n=0.025       m=2       b=6.1          
 
Se construeşte graficul dependentei h de Q   h(Q)    

Guri de evacuare
In cazul colectoarelor de tip deschis drenurile absorbante pot fi descărcate direct pe guri de evacuare. Tot prin guri de evacuare dar de diametrul mai mari descarcă si drenuri colectoare.
Fig. 7. Guri prefabricate pentru evacuarea drenului

În terenurile instabile in care taluzurile colectoare deschise au tendinţa de degradare prin alunecări ce au loc îndeosebi primăvara, gurile de descărcare ale drenului trebuie bine consolidate, astfel mărind 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 este permeabilitatea înaltă a lui cu respectarea următoarelor condiţii
Alegerea  filtrului   se  reduce   la  determinarea  compozitei   granulometrice   care satisface 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:

c)	Calculăm diametrul mediu:
=0.0003
d)	Diametrul maximal al granulelor materialului filtrant

Dmax=(3 - 5)τ==0.02 
D50=(8 – 12)d50==11.9

e)	Determinam viteza de filtratie a materialului filtrant:
Vmatf=
Vmat=310
Funcţiile şi necesităţile filtrului
Necesitatea     filtrului     este     o     problema     mult     discutată     de specialişti. Pentru a o putea aborda trebuie mai întâi de precizat care sunt funcţiile filtrului. Filtrul drenului are 2 funcţii importante, I funcţie constă in reducerea rezistentei  hidraulice  la curgerea apei  spre drenaj  absorbante rezistente datorita curbării  si  concentrării liniilor da curent (Fig.8 a) în apropierea drenului unde secţiunea de curgere se micşorează foarte mult. Prin aşezarea între tub şi solul de drenaj, unui material cu permeabilitate mai mare ca apa, creşte    secţiunea de filtraţie şi corespunzător 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  zona apropiată drenurii.

b)
Dren fără filtru               Dren prevăzut cu filtru

A II funcţie – protejarea drenului împotriva calmatării fizice şi biochimice, asigurând astfel păstrarea în timp a parametrilor de bază a drenului.