of 32/32
INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 – conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL 1 DRUMURI II: INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 COLECTAREA SI EVACUAREA APELOR Drumurile sunt supuse actiunii mai multor categorii de ape: - apele din precipitatii atmosferice (ploaia), care se pot cumula, în functie de regiune, cu cele din topirea zapezilor. Aceste ape trebuie colectate si evacuate din zona drumului prin asigurarea pantelor transversale pe partea carosabila si acostamente, prin construirea de santuri si rigole laterale, canale de evacuare si descarcare etc. Apele din precipitatii pot stagna în zona drumului, ducând la o acumulare excesiva de umiditate în fundatie, ceea ce face ca rezistentele pamântului din corpul drumului sa scada si sa se micsoreze mult caracteristicile intrinseci ale acestuia. Aceasta umezire si / sau îmbibare cu apa a pamântului din corpul drumului influenteaza rezistenta si stabilitatea terasamentelor . Un alt fenomen ce poate sa apara din cauza apelor din precipitatii este acela de erodare sau chiar spalare a taluzurilor . Prin infiltrari se poate ajunge la alunecari sau chiar curgeri ale pamântului. - apa de suprafata care se scurge spre terasamente (de exemplu, pentru un drum asezat pe o coasta) de pe terenul înconjurator. Ca masuri de prevenire în acest caz se protejeaza terasamentele: se colecteaza apele de la o oarecare distanta de ampriza si se evacueaza direct în depresiuni si în albiile cursurilor de apa. Se realizeaza prin santuri de garda si canale de evacuare a apei. - apa subterana (de tipul: vapori, apa de higroscopicitate, apa adsorbita, apa libera etc.). Pentru protectie se realizeaza drenuri, santuri de descarcare si canale de evacuare . - ape curgatoare (râuri, pârâuri), care pot afuia permanent sau periodic picioarele rambleelor sau pot eroda terenul pe care sunt executate lunecari de terasament. Ca masuri de protectie se realizeaza regularizari de râuri, aparari de taluzuri si de maluri, constructii pentru combaterea râpelor, canale de scurgere etc.

INFRASTRUCTURA DRUMURILOR-CURS 2-Evacuarea Apelor,Santuri,Rigole,Drenuri,Calcul Debite

  • View
    839

  • Download
    78

Embed Size (px)

Text of INFRASTRUCTURA DRUMURILOR-CURS 2-Evacuarea Apelor,Santuri,Rigole,Drenuri,Calcul Debite

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    1

    DRUMURI II: INFRASTRUCTURA DRUMURILOR

    CURS 2

    COLECTAREA SI EVACUAREA APELOR

    Drumurile sunt supuse actiunii mai multor categorii de ape:

    - apele din precipitatii atmosferice (ploaia), care se pot cumula, n functie de regiune, cu cele din topirea zapezilor. Aceste ape trebuie colectate si evacuate din zona drumului prin asigurarea pantelor transversale pe partea carosabila si acostamente, prin construirea de santuri si rigole laterale, canale de evacuare si descarcare etc.

    Apele din precipitatii pot stagna n zona drumului, ducnd la o acumulare excesiva de umiditate n fundatie, ceea ce face ca rezistentele pamntului din corpul drumului sa scada si sa se micsoreze mult caracteristicile intrinseci ale acestuia. Aceasta umezire si / sau mbibare cu apa a pamntului din corpul drumului influenteaza rezistenta si stabilitatea terasamentelor.

    Un alt fenomen ce poate sa apara din cauza apelor din precipitatii este acela de erodare sau chiar spalare a taluzurilor. Prin infiltrari se poate ajunge la alunecari sau chiar curgeri ale pamntului.

    - apa de suprafata care se scurge spre terasamente (de exemplu, pentru un drum asezat pe o coasta) de pe terenul nconjurator. Ca masuri de prevenire n acest caz se protejeaza terasamentele: se colecteaza apele de la o oarecare distanta de ampriza si se evacueaza direct n depresiuni si n albiile cursurilor de apa. Se realizeaza prin santuri de garda si canale de evacuare a apei.

    - apa subterana (de tipul: vapori, apa de higroscopicitate, apa adsorbita, apa libera etc.). Pentru protectie se realizeaza drenuri, santuri de descarcare si canale de evacuare.

    - ape curgatoare (ruri, pruri), care pot afuia permanent sau periodic picioarele rambleelor sau pot eroda terenul pe care sunt executate lunecari de terasament. Ca masuri de protectie se realizeaza regularizari de ruri, aparari de taluzuri si de maluri, constructii pentru combaterea rpelor, canale de scurgere etc.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    2

    COLECTAREA SI EVACUAREA APELOR DE SUPRAFATA

    Colectarea si ndepartarea apelor de suprafata din zona drumului se realizeaza prin proiectarea si executarea de dispozitive speciale pentru colectarea si evacuarea apelor meteorice:

    - santuri la marginea platformei - santuri de garda - rigole la marginea platformei - rigole la bordura trotuarului - rigole de acostament - casiuri (pentru descarcarea rigolei de acostament la rambleu) - lucrari de canalizare - canale de evacuare - puturi absorbante

    Santuri laterale

    Ele pot fi cu sectiune neprotejata, partial pavata, pavata sau betonata.

    La deblee se executa obligatoriu, la marginea platformei, rigole / santuri cu rolul de a colecta apele de pe taluz si platforma si de a le evacua n punctele de descarcare (vai, depresiuni etc).

    sant

    ri gol a

    La rambleele mici se prevad la piciorul taluzului santuri sau rigole pentru colectarea si evacuarea apelor de suprafata.

    0.50

    0.50

    1.752:3

    2:3 1:1 sant trapezoidal

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    3

    1:31:1

    1.00

    0.25 rigola

    2:3

    Forma si dimensiunile dispozitivelor de colectare si evacuare a apelor de suprafata se stabilesc de la caz la caz, n functie de reflief, debitul si viteza apei, natura terenului, conditii de circulatie etc.

    h

    d

    1:n1:m sant trapezoidal

    1:m1:n h

    rigola

    Rigolele sunt santuri triunghiulare ce au de obicei peretii laterali captusiti. n general rigola se prefera n regiunile accidentate, datorita pantelor mari de scurgere, n ciuda sectiunii reduse. Se recomanda ca din motive de siguranta mpotriva accidentelor de circulatie, sa se prevada doar rigole pentru evacuarea apelor n afara zonei drumului. Recurgerea la santuri de forma trapezoidala se va face atunci cnd rigolele nu pot asigura ndepartarea ntregului debit de apa prevazut a fi colectat n zona.

    Att rigolele ct si santurile pot fi cu sectiune neprotejata (din pamant), partial pavata (fundul santului) sau pavata cu pereu sau placi prefabricate din beton simplu. n regiunile de munte, unde apele se scurg repede, se pot amenaja rigole taiate direct n stnca.

    Evacuarea apelor din santuri se face la cel mult 500 m iar a apelor din rigole la cel mult 250 m, n depresiuni sau n cursuri de apa.

    Adncimea santurilor si a rigolelor se stabileste astfel nct sa se poata capta si apele din patul drumului prin intermediul drenurilor de acostament.

    Adncimile minime si maxime prevazute sunt urmatoarele:

    - rigole: 0.20 m ... 0.40 m (atunci cnd se justifica tehnic si economic) - rigolele de acostament: 0.05 m ... 0.10 m - santuri: 0.30 m ... 0.50 m

    Latimea fundului santului trapezoidal este de 0.20 ... 0.50 m. Valoarea maxima se foloseste atunci cnd santul nu este protejat.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    4

    nclinarile peretilor santului sunt de: m = 1.5 (1:1.5) si n = 1 iar ale rigolei, de: m = 1.5...3 (1:1.5 ... 1:1.5) si n = 1.

    Cteva exemple de dispozitive pentru colectarea si evacuarea apelor din precipitatii sunt prezentate mai jos.

    Rigola la marginea platformei cu sectiune neprotejata

    Rigola la marginea platformei cu sectiunea partial pavata

    Rigola la marginea platformei cu sectiunea pavata (pereu sau placi prefabricate din beton

    simplu)

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    5

    Rigola cu sectiunea betonata la marginea platformei

    Rigola cu sectiunea betonata n interiorul acostamentului cu placuta carosabila din beton armat

    Rigola de acostament cu sectiunea pavata sau placa prefabricata din beton simplu pentru partea

    carosabila

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    6

    Sant la marginea platformei cu sectiune pavata sau cu placa prefabricata din beton simplu

    Oservatie: pentru a se asigura conditia ca fundul santului sau al rigolei sa fie situat la o cota cu 15 cm mai mica dect cota la care sunt situate gurile de descarcare ale drenurilor de acostament, n functie de de grosimea structurii rutiere, naltimea de la marginea platformei pna la fundul rigolei / santului (ht) poate rezulta diferita de naltimea (adncimea) rigolei / santului (hr, hs):

    hthr 0.15

    dren de acostament / strat drenant conti nuu

    Santuri de garda

    Santurile de garda (de aparare) au rolul de a colecta apele de pe coasta si de a le conduce la punctele de descarcare, n scopul protejarii taluzurilor mpotriva degradarilor prin eroziune de catre apele de suprafata. Se executa pe baza studiilor geotehnice. Santurile de garda protejeaza terasamentele si mpiedica suprancarcarea santurilor laterale ale drumului cu apele care se scurg de pe versanti. Se recomanda pereerea sau pavarea santurile de garda pentru a putea asigura ndepartarea rapida a tuturor apelor. Dimensiunile sunt aceleasi ca ale santurilor trapezoidale laterale. n debleu, santurile de garda se amplaseaza la distanta minima de 5.00 m de la muchia taluzului iar n rambleu, pentru apararea piciorului rambleului de apele care vin n sens transversal se vor executa la distante de minim 2.00 m de la piciorul taluzului.

    n regiunile de munte cu coaste lungi si pante mari, pentru mai multa siguranta, se pot executa doua sau mai multe santuri de garda.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    7

    Santuri de garda pentru rambleu

    Santuri de garda n profil mixt

    Santuri de garda n debleu

    n figurile de mai sus sunt folosite urmatoarele notatii:

    Amp ampriza drumului P platforma drumului A acostament hr, hs adncimea rigolei / santului ht naltimea de la marginea platformei pna la fundul rigolei / santului R rigola Zs zona de siguranta

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    8

    Ed / Ec dren de acostament / strat drenant continuu hd naltimea de la partea inferioara a capului de dren pna la fundul rigolei /

    santului a, b elemente geometrice ale rigolei / santului

    Casiuri

    Folosesc pentru descarcarea rigolelor de acostament pe taluzurile de rambleu. Se trateaza diferit n functie de naltimea rambleului:

    - h = 1.50 ... 3.00 m:

    - h = 3.00 ... 5.00 m:

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    9

    - h > 5.00 m:

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    10

    Notatii: 3 pereu din piatra 4 sant prefabricat 5 element prefabricat din beton simplu pentru casiuri pe taluzuri 6 pat de beton simplu 7 dig local n zona casiului, pentru mentinerea apei n sant si evitarea patrunderii acesteia pe cmp 8 camera de cadere pentru atenuarea energiei apei Se recomanda urmatoarele:

    - pentru ramblee cu h 0.50 m: utilizarea rigolelor de tip rigola la marginea platformei cu sectiunea neprotejata, partial pavata sau cu sectiune pavata, n vederea sporirii sigurantei circulatiei

    - pentru ramblee cu h = 0.50 ... 3.00 m: utilizarea rigolelor de tip rigola la marginea platformei cu sectiunea neprotejata, partial pavata sau cu sectiune pavata sau santuri de tip sant la marginea platformei cu sectiunea neprotejata, partial pavata sau cu sectiune pavata

    - pentru ramblee cu h = 3.00 ... 5.00 m: utilizarea rigolelor si santurilor de tip rigola/sant la marginea platformei cu sectiunea neprotejata, partial pavata sau cu sectiune pavata mpreuna cu rigole de acostament n cazul curbelor convertite si supranaltate atunci cnd se suprapun cu racordari concave n profilul n lung; decarcarea rigolelor de acostament se face prin casiuri

    - pentru ramblee cu h > 5.00 m: utilizarea rigolelor si santurilor de tip rigola/sant la marginea platformei mpreuna cu rigole de acostament si casiuri pe taluz pentru evitarea ravinarii taluzurilor

    - pentru deblee: utilizarea, de la caz la caz, a rigolelor si santurilor sau a altor lucrari speciale de colectare si scurgere a apelor meteorice (de exemplu canalizari) n functie de cantitatile de apa si de posibilitatile de evacuare.

    n general, panta fundului santului o urmeaza pe cea a drumului. Pe portiunile unde drumul este n palier, trebuie sa se asigure fundului santului o panta de cel putin 0.25% n teren natural, sau de 0.1% daca se paveaza fundul (santuri pereate).

    Daca santurile sau rigolele sunt neprotejate, pantele maxime admise sunt n functie de tipul de pamnt:

    - pentru pamnturi coezive: 2 ... 3%

    - pentru pamnturi necoezive: 2 ... 5 % (valoarea creste cu cresterea dimensiunii maxime a particulei)

    Daca santurile sau rigolele sunt protejate, pantele maxime admise sunt n functie de tipul de protectie:

    - pereu uscat din piatra bruta negeliva, rostuit: 5%

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    11

    - pereu zidit din piatra bruta negeliva sau piatra de ru cu mortar de ciment sau pereu din dale prefabricate din beton simplu pe pat din beton: 15%

    - pereu din dale de beton simplu turnat monolit pe pat de nisip: 10% - casiuri pe taluzuri nalte din piatra bruta sau piatra de ru zidita cu mortar de ciment

    pe pat de beton : 67%

    Cascade si canale de fuga

    Daca drumul are o declivitate accentuata (se depasesc valorile de mai sus), apa capata viteza mare si poate eroda fundul santului; n acest caz trebuie luate masuri pentru a mpiedica eroziunea: se proiecteaza cascade sau canale de fuga prin prevederea de trepte care sa conduca la caderi de nivel de pna la 50 .. 60 cm. Att la cascade ct si canalele de fuga este necesara amplasarea la capetele lor a disipatoarelor pentru amortizarea socului produs de apa n cadere, recomandndu-se ca acestea sa fie realizate din saltele de apa si praguri.

    b

    p

    Cascada

    b l

    p

    bazi n de amortizare

    Canal de fuga

    Distanta, d, ntre punctele de rupere ale pantei se stabileste n functie de naltimea de cadere propusa, h:

    0ii

    hd = (m) unde i este panta terenului

    i0 panta fundului santului

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    12

    d

    h

    i0

    i

    Daca pe sectorul de sant considerat se executa n trepte iar H este diferenta de nivel totala ntre capetele sectorului, atunci avem:

    0)1( idnhnH += Fundul santului poate avea latime constanta sau variabila.

    Elementele unei cascade:

    - pragul cascadei (punctul de cadere) care mparte constructia n doua parti: bieful superior si bieful inferior

    - peretele cascadei (zidul de cadere), care se face vertical sau cu un mic fruct - radierele de intrare si de iesire din cele doua biefuri - camera de amortizare a caderii - praguri pentru linistirea apei - aripi laterale pentru consolidarea taluzurilor

    Cascadele si canalele de fuga se pot executa din zidarie de piatra bruta sau din beton.

    n amonte si n aval de cascade si de canalele de fuga, santurile se consolideaza pentru a se mpiedica eroziunea si afuierea, iar capetele acestora se fac evazate.

    Canale de evacuare a apei

    Canalul de evacuare se executa pentru evitarea construirii unui podet.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    13

    Lungimea canalului este de minim 500 m iar panta longitudinala trebuie sa fie peste 0.5 0.7 %. Latimea canalului la fund este 0.40 m iar adncimea este 0.50 m.

    Dimensionarea dispozitivelor de colectare si evacuare a apelor de suprafata

    Pentru rezolvarea acestei probleme se executa doua categorii de calcule:

    - calcul hidrologic, n urma caruia rezulta debitul hidrologic

    - calcul hidraulic, n urma caruia rezulta debitul hidraulic Calculul hidrologic consta n determinarea cantitatii apelor de suprafata colectata n bazinul de receptie aferent fiecarui dispozitiv de colectare si evacuare n parte n functie de debitul maxim dat de apele de ploaie.

    n calculul hidrologic, ploile sunt caracterizate prin:

    - durata: timp, n minute, de la nceperea pna la ncetarea ploii

    - intensitate: grosimea stratului de apa cazuta n unitatea de timp pe o suprafata de 1 m2

    - frecventa: numarul de repetari ale unei ploi de aceeasi durata si cu intensitatea mai mare sau cel putin egala cu cea considerata, ntr-o anumita perioada de timp

    Debitul hidrologic, Qhg se determina cu urmatoarea relatie: FiSmQ chg = [l/s] unde: m este un coeficient de reducere care tine seama de capacitatea de nmagazinare pe santuri si canale; se stabileste n functie de durata de curgere, t:

    - pentru t < 40 min., m = 0.8

    - pentru t > 40 min., m = 0.9

    S suprafata bazinului de receptie aferent santului sau canalului, [ha] se alege suprafata cea mai defavorabila n lungul drumului

    S

    Determinarea suprafetei bazinului de receptie

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    14

    ic intensitatea de calcul a ploii:

    t

    kfic = [l/s ha]

    Studii statistice facute n tara noastra arata ca relatia dintre ic si t este de tipul unei parabole.

    k coeficientul ecuatiei parabolice ce exista ntre ic si t; se stabileste n functie de zona: ses, deal, munte

    f frecventa ploii de calcul, n functie de importanta drumului (f = 1/1 pentru drumuri obisnuite, f = 1/2, pentru autostrazi, f = 1/3, 1/5 pentru aeroporturi)

    t durata ploii de calcul, [min.] (15 minute pentru ses, 10 minute pentru deal, 5 minute pentru munte)

    Curbe de intensitate a ploilor de egala frecventa

    F coeficient de scurgere (< 1), dat de raportul ntre cantitatea de apa care se scurge si cantitatea de apa din precipitatii. Depinde de natura pamntului, de panta transversala, de gradul de acoperire cu vegetatie a suprafetei respective.

    Coeficientul de scurgere, F Situatia locala Teren

    impermeabil Teren

    semipermeabil Teren permeabil

    Munte 1000 m 0.70-0.60 0.60-0.50 0.50-0.30 Munte 500 1000 m 0.60-0.50 0.50-0.30 0.30-0.20 Deal 150 500 m 0.50-0.30 0.30-0.20 0.20-0.10 Podisuri 150 m 0.30-0.20 0.20-0.10 0.10-0.05 Ses 150 m 0.20-0.10 0.10-0.05 0.05-0.00

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    15

    Calculul hidraulic consta n determinarea capacitatii de scurgere a dispozitivelor de colectare si evacuare a apelor din precipitatii, care depinde de forma si de marimea sectiunii transversale, de panta longitudinala si de rugozitatea fundului si a peretilor.

    Debitul hidraulic se calculeaza cu urmatoarea relatie:

    = vQhc [m3/s] unde: v este viteza medie admisibila n sectiune:

    IRCv = [m/s] C coeficientul de viteza functie de rugozitatea si raza hidraulica (Chzy, Pavlovski, Bazin):

    RnC +

    =1

    87 (Bazin)

    n coeficient de rugozitate al sectiunii, cu valori diferite n functie de peretii santului (beton, piatra, pamnt):

    n = 0.06 pentru pereti din beton sclivisit

    n = 0.16 pentru pereti din beton nesclivisit

    n = 0.46 pentru pereti din zidarie de piatra bruta rostuita

    n = 1.30 pentru pereti din pamnt de sectiune regulata

    n = 1.75 pentru pereti neregulati, din pamnt, pietris, stnca bruta neprelucrata

    yRn

    C 1= (Pavlovski)

    y coeficient dat n tabele n coeficient de rugozitate:

    n = 0.011 pentru tencuiala din mortar de ciment (peerti sclivisiti)

    n = 0.013 pentru beton neted, zidarie de piatra cioplita foarte bine

    n = 0.017-0.03 pentru zidarie din piatra bruta cu mortar de ciment

    n = 0.020-0.027 pentru pavaj din bolovani

    n = 0.020 pentru canale (santuri) n pietris, pamnt, stnca bine cioplita

    n = 0.035 pentru canale si ruri cu profil neregulat

    R raza hidraulica:

    P

    R = [m]

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    16

    P perimetrul udat al sectiunii, [m]

    I panta hidraulica a santului sau canalului n ipoteza scurgerii uniforme (se considera egala cu declivitatea drumului pe zona respectiva)

    sectiunea efectiva de scurgere, [m2] (cu 5 cm mai putin plina dect sectiunea totala). Se pune n final conditia ca debitul hidrologic sa fie mai mic dect debitul hidraulic. Se tinde spre egalitate (fie prin micsorarea sectiunii dispozitivului, fie prin marirea suprafetei de pe care colectam apele).

    Daca debitul hidrologic este mai mare dect debitul hidraulic, cantitatea de apa ce ajunge la dispozitivul de colectare si evacuare depaseste capacitatea sectionala a dispozitivului. n acest caz se impune micsorarea marimii bazinului de receptie sau marirea debitului hidraulic prin sporirea gradului de netezire al suprafetei (C) sau sporirea dimensiunilor dispozitivului de scurgere ().

    COLECTAREA SI EVACUAREA APELOR SUBTERANE

    Apele subterane

    Apele care se gasesc si care se misca n straturile de sub nivelul terenului natural se numesc ape subterane iar stratul de roci n care se afla si circula apa subterana se numeste strat acvifer. Pozitia si nivelul stratului acvifer se stabilesc prin sondaje si se raporteaza pe harta curbele de nivel ale suprafetei apelor subterane.

    Apa infiltrata si retinuta n straturile superficiale ale terenului este provenita n special din precipitatiile atmosferice si se prezinta sub forma unor acumulari izolate.

    Cantitatea acestor ape, nivelul lor si modul lor de repartizare sunt strns legate de regimul ploilor si al zapezilor din regiunea respectiva. Aceste ape dispar de obicei pe timp calduros si uscat. Apele care se gasesc sub forma libera, n straturile de la suprafata terenului sunt numite de unii specialisti ape freatice.

    Apele subterane sunt apele din pamnt care pot fi de mai multe tipuri:

    - apa sub forma de vapori: apa care tinde sa migreze catre zone reci unde condenseaza

    - apa higroscopica: apa ce rezulta din condensarea vaporilor de apa pe granulele solide; cu ct granulele sunt mai fine cu att cantitatea de apa higroscopica este mai mare

    - apa adsorbita: apa fixata pe suprafata granulelor de pamnt si retinuta de acestea datorita atractiei moleculare; este o apa puternic legata (legatura mai puternica pentru granule fine); nu poate fi eliminata prin mijloace curente sau prin drenaje ci numai prin uscare naturala sau artificiala a pamntului

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    17

    - apa libera sau gravitationala: apa nelegata; poate fi captata si ndepartata cu ajutorul drenurilor; provine din infilitratii, circula prin straturile aluvionare sau prin crapaturile rocilor masive, se aduna si se scurge ntotdeauna pe suprafata unui strat impermeabil

    - apa capilara: apa retinuta care circula n golurile cu dimensiuni capilare dintre granulele pamntului datorita tensiunilor superficiale; ascensiunea capilara este cu att mai mare cu ct granulele pamntului sunt mai fine; nu poate fi ndepartata direct dar prin scaderea nivelului apelor gravitationale scade si nivelul apelor capilare

    Ascensiunea capilara poate fi mpiedicata prin interpunerea unui strat format dintr-un material cu granule peste 0.5 mm sau avnd particulele cu dimensiuni neegale si repartizare neuniform n grosimea stratului

    - apa solidificata (gheata): acumulare sub forma de gheata, n partile expuse frigului n timpul iernii, din cauza variatiilor de temperatura care se transmit n interiorul terasamentelor si care produc o redistribuire a apelor

    Aceste ape, daca patrund n corpul terasamentului, l pot umezi, iar patul drumului poate capata deformatii ireversibile. Pentru a evita problemele ce pot aparea ca urmare a umezirii pamntului din terasamentul drumului trebuie luate masuri care sa combata accesul apei spre patul drumului prin executia unor constructii speciale numite drenuri.

    Prin lucrari de drenaj se pot ndeparta doar apele gravitationale. Prin asigurarea unei evaporari si a unei ventilari intense se poate obtine o modificare importanta si a cantitatii de apa adsorbita.

    Drenuri

    Drenul este o constructie subterana cu permeabilitate ridicata care are rolul de a intercepta apele libere, de a le colecta si de a le evacua. Drenurile au un usor efect si asupra apelor capilare, deoarece coboara nivelul apelor care alimenteaza capilaritatea precum si asupra apei libere. Nu au efect asupra vaporilor.

    Drenurile trebuie sa absoarba si sa ndeparteze n mod permanent si cu maximum de eficienta apele care patrund, care se scurg sau care stagneaza n pamnt.

    Drenurile sunt constructii necesare pentru:

    o colectarea si evacuarea organizata a apelor de infiltratie; o coborrea nivelului pnzei freatice cnd aceasta poate influenta defavorabil comportarea

    corpului drumului;

    o asigurarea stabilitatii taluzurilor si versantilor; o asigurarea stabilitatii zidurilor de sprijin si infrastructurilor podurilor

    Drenurile pot fi executate:

    - izolat

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    18

    - n grupuri

    - n retele.

    Dupa directia de scurgere a apei colectate sunt:

    - drenuri verticale

    - drenuri orizontale

    Dupa adncimea la care colecteaza apa, drenurile orizontale pot fi

    - acoperite

    - descoperite

    Clasificarea drenurilor

    Criterii principale de clasificare a drenurilor:

    modul de functionare; drenuri care functioneaza gravitational; drenuri care functioneaza prin ventilatie; drenaj prin lucrari de inginerie biologica.

    functia drenului si ntretinerea lui; drenuri de asanare; drenuri de consolidare pentru taluzuri, terasamente si versanti alunecatori; drenuri de evacuare a apei; drenuri asociate la ziduri de sprijin.

    tehnologia de executie; drenuri executate n sapatura deschisa, manual sau mecanizat; drenuri executate prin forare de la suprafata terenului sau din chesoane

    deschise;

    drenaj realizat prin lucrari de inginerie biologica. terenul n care se fundeaza radierul drenului;

    drenuri perfecte drenuri imperfecte

    pozitia drenului n raport cu axul drumului. drenuri longitudinale; drenuri transversale;

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    19

    drenuri ventuza sau drenuri pe taluz; drenuri spice de captare.

    Drenuri orizontale deschise

    Atunci cnd stratul acvifer este aproape de suprafata terenului, pentru colectarea apelor se pot ntrebuinta santuri drenante. Apele subterane patrund n santuri infiltrndu-se prin fund si prin peretii laterali, acestia nefiind protejati cu straturi impermeabile.

    n cazul n care apele colectate n sant se pot infiltra, atunci fundul santului va fi cobort n stratul imperemeabil.

    Daca nivelul apelor subterane este cobort, sunt necesare santuri foarte adnci; n acest caz se nlocuiesc cu drenuri nchise.

    Drenuri orizontale nchise

    Se compun dintr-un sant a carui adncime trebuie sa coboare n stratul acvifer. n functie de grosimea stratului acvifer putem avea drenuri perfecte (cu baza n stratul impermeabil - strabat complet stratul acvifer) sau imperfecte (cu baza n stratul permeabil stratul acvifer are grosime mare, nu se poate cobor pna la stratul impermeabil).

    Drenul perfect poate intercepta si evacua n ntregime stratul acvifer, n timp ce drenul imperfect coboara nivelul apelor subterane.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    20

    NAS (ape subterane)

    strat permeabil

    strat impermeabil radier

    curba de depresiune

    60 .. 80 cm

    Dren perfect

    strat permeabil

    strat impermeabil Dren imperfect

    Stratul permeabil este pnza acvifera, iar daca acesta este foarte aproape de suprafata este pnza freatica.

    Nivelul apelor subterane (NAS) este strns legat de nivelul precipitatiilor.

    La drenuri se asigura scurgerea longitudinala a apelor.

    Elementele drenului sunt urmatoarele:

    - radier pentru colectarea si evacuarea apelor

    - corp drenant (umplutura drenanta)

    - capac de acoperire (nchidere) Panta longitudinala a drenurilor depinde de declivitatea drumului si de rugozitatea peretilor dispozitivului de evacuare si are valori de 0,2 10%.

    Corpul unui dren este reprezentat mai jos.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    21

    H

    L

    10 cm

    capac de inchidere

    umplutura drenanta

    radier pt. colectareasi evacuarea apelor

    2% 2%

    Elementele corpului drenului

    Atunci cnd se executa prin sapatura manuala:

    - pentru o latime L de 0.6 m naltimea H a drenului trebuie sa fie ntre 1 si 1.5 m

    - pentru o latime L de 0.8 m naltimea H a drenului trebuie sa fie ntre 1.5 si 2.0 m

    - pentru o latime L de 1.20 m naltimea H a drenului trebuie sa fie ntre 2.0 si 4.0 m Atunci cnd se executa prin sapatura mecanizata latimea drenului se stabileste n functie de latimea cupei utilajului de sapat dar nu mai putin de 25 cm,

    Radierul, de regula, se ncastreaza n stratul impermeabil pe o adncime de cca 30 .. 50 cm si se executa din zidarie sau beton simplu. n cazul drenurilor imperfecte nu se executa radier, pentru ca sub coloana de apa de sub curba de depresiune vor avea loc infilitratii.

    Radierul se executa pe fundul transeei sapata sub forma de rigola (cuneta), prin care se scurg apele.

    Radierul drenului poate fi:

    o rigid - se realizeaza din beton simplu - se foloseste n terenuri stabile, practic incompresibile, cu compresibilitate redusa

    sau medie

    - pentru pante longitudinale de 0.2 ... 0.5 %

    o elastic - se realizeaza prin compactarea terenului din talpa sapaturii drenului (pentru drenuri perfecte) sau dintr-un strat de balast de 20 cm grosime (pentru drenuri imperfecte)

    - se foloseste n pamnturi cu compresibilitate mare sau foarte mare, sau n pamnturi afectate de fenomene de instabilitate

    - pentru pante longitudinale de 0.5 ... 10 %

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    22

    n cazul radierului rigid, colectarea apelor se face prin capace semirotunde din beton, prin tub de P.V.C. sau polietilena sau printr-un canal de zidarie uscata.

    n cazul radierului elastic colectarea apelor se face prin tub de P.V.C. sau polietilena.

    Umplutura drenanta trebuie sa respecte regula filtrului invers: viteza de intrare a apei din strat n dren nu trebuie sa produca antrenari hidrodinamice. Daca totusi se produc, debitul solid trebuie sa fie retinut de umplutura drenanta.

    Umplutura drenanta are un coeficient de permeabilitate mai mare dect cel al stratului n care se executa drenul. Pe masura executiei, apele din pnza freatica se scurg n dren, se colecteaza n cuneta radierului si se evacueaza.

    Umplutura drenanta poate fi alcatuita din:

    - pietris ciuruit sau piatra sparta de cariera, cu filtru din nisip sau geosintetice

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    23

    - balast fara filtru (pentru evitarea colmatarii se executa filtru invers: unul sau mai multe straturi de nisip si pietris)

    - prefabricat geotextil drenant

    tub perforat

    geotextil

    profil din material plastic

    La alegerea materialului de filtru se recomanda:

    - coeficientul de neuniformitate U pentru fiecare strat sa fie cuprins ntre 5 si 10 iar ntre diametrele granulelor a doua straturi vecine sa existe raportul:

    61...

    41...

    3

    2

    2

    1 ===dd

    dd

    - daca D este diametrul unei fractiuni din filtru si d este diametrul unei fractiuni din pamantul stratului acvifer, sa fie satisfacute conditiile:

    515

    15 dD 5

    85

    15 dD 25

    25

    50 dD 755 >D

    unde D15, D50, D5 sunt diametrele corespunzatoare procentelor de 15, 50, 5 de pe curba de granulozitate a materialului din filtru

    d15, d85, d25 diametrele fractiunilor corespunzatoare procentelor de 15, 85 si 25 de pe curba de granulozitate a pamntului din stratul acvifer

    Cnd filtrul se executa din mai multe straturi, materialul fin se aseaza spre exterior iar materialul grosier spre interiorul umpluturii.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    24

    Capacul de nchidere. Drenul se nchide la partea superioara astfel nct apele de suprafata sa nu patrunda n dren:

    - fie cu pereu din piatra bruta asezat pe un strat de beton sau mortar, sub forma unei cunete sau casiu (cnd are rolul de a colecta apele de suprafata din zona drenanta) sau a unei rigole (cnd acopera drenurile longitudinale amplasate la marginea platformei)

    - fie cu argila batuta cu maiul n straturi de 20 cm grosime, acoperita cu pamant vegetal.

    Drenurile fara tuburi sunt acelea la care tubul este nlocuit cu o umplutura permeabila care trebuie sa asigure scurgerea ntregului debit de apa colectata. Pentru ca umplutura sa fie suficient de permeabila si totodata sa nu se colmateze, drenurile fara tub se executa din mai multe straturi, cu materiale permeabile, cu granule de marimi diferite.

    Stratul de lnga peretele de pamant se executa din nisip grauntos. Straturile urmatoare se executa fiecare din materiale cu granulele cu diametrul de 4..6 ori mai mare dect al celor din stratul precedent.

    Declivitatea acestor drenuri este mai mare si anume de 1 .. 5 %.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    25

    Drenuri orizontale forate: se elimina executia santului si a umpluturii drenante, executndu-se un foraj orizontal cu panta de scurgere de 5 .. 10%. Astfel umplutura drenanta si dispozitivul de evacuare a apelor sunt introduse ntr-o transee executata prin sapatura deschisa, prevazuta cu sprijiniri de protectie. Se poate realiza si o retea alcatuita din tuburi de drenaj si conducte de evacuare introduse n pamnt.

    Executia se ncepe din aval si consta n a realiza la nivelul stratului impermeabil un foraj cu diametrul de 10 .. 20 cm .Daca peretii nu se surpa, pe masura executiei se extrag tuburile metalice. Daca peretii se surpa, forajul pastreaza n interior tuburile metalice. Cnd forajul a atins limita pe care poate functiona (10 .. 20 .. 30 m) se introduc n interior tuburi din material plastic cu fante de 1 cm naltime si 1 mm latime. Un astfel de tub poate rezista la o sarcina de cca 70 kg. Au lungimi de 10 .. 100 cm. Tuburile se introduc bucata cu bucata n foraj si daca forajul este protejat metalic, pe masura ce se introduc tuburile de plastic, se scot cele metalice.

    Prezinta avantajul ca drenul se poate executa n cteva ore.

    Drenuri verticale: se construiesc sub forma de puturi circulare n care se colecteaza apa. Foarte rar, evacuarea apei se face prin pompare. De obicei apa este eliminata prin scurgere libera n straturile permeabile situate mai jos de straturile din care s-au colectat. n acest caz drenurile se numesc puturi absorbante. Ele se executa cu diametrul de 500 .. 600 mm.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    26

    La partea inferioara putul se poate fi umplut n ntregime cu material alcatuit din bucati mari.

    Puturile absorbante pot fi puturi forate si puturi de mina.

    Puturile forate au diametrul de 150 .. 160 mm si se umplu cu 2 3 straturi de material drenant. Tuburile cilindrice concentrice care se folosesc la executie, se scot pe masura ce se realizeaza umplutura. Puturile se mai pot executa cu tuburi perforate drenante.

    Puturile de mina se executa din beton armat cu sectiune dreptunghiulara (1.5 x 1.5m ... 2.0 x 1.5 m la interior) sau cu sectiune circulara cu diametrul de 1.0 ... 1.75 m. n pereti sunt gauri pentru patrunderea apei n put.

    Puturi de aerisire: asigura eliminarea apei peliculare si a vaporilor de apa din straturile drenante. Se executa la capatul amonte al drenului si la primul camin de vizitare pentru asigurarea aerisirii si ventilatiei. Sunt tuburi prefabricate cu diametrul de 30 cm, montate n poztie verticala.

    Executia drenurilor

    Drenurile se executa pe tronsoane de 5 .. 6 m lungime. Cnd primul tronson este gata, al doilea este n stadiul de executie a radierului, al treilea la stadiul sapaturii santului de dren.

    Iesirea la suprafata a drenurilor

    Daca un dren nu se leaga la un alt dren orizontal sau vertical, atunci trebuie sa i se dea scurgere la suprafata.

    Drenarea terasamentelor

    Drenurile folosite la interceptarea, colectarea si evacuarea sau coborrea nivelului apelor subterane se vor mparti, dupa pozitia lor, n urmatoarele tipuri:

    - drenuri executate sub santuri laterale ale drumului, nu n apropierea acestora

    - drenuri executate n taluzurile debleelor

    - drenuri executate pentru drenarea rambleelor

    - drenuri executate pentru drenarea straturilor permeabile din fundatia drumului

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    27

    - drenuri executate n spatele zidurilor de sprijin Atunci cnd nivelul apelor subterane este foarte ridicat si prin capilaritate apa se poate ridica pna la nivelul fundatiei, supraumezind patul drumului se procedeaza la coborrea nivelului apelor subterane sau la ridicarea cotei platformei drumului, pna cnd complexul rutier iese din zona de influenta a acestor ape. Cnd conditiile locale permit, este mai avantajos sa se execute o retea de drenuri.

    Coborrea nivelului apelor subterane

    Drenul executat in axa (B) coboara nivelul apelor subterane, protejnd corpul drumului. Drenurile de sub acostament (C) au un efect mai redus iar cele de sub santuri (A) efectul cel mai redus.

    Totusi, cele mai indicate sunt drenurile de sub santuri datorita posibilitatii ntretinerii lor.

    Cazul unui rambleu situat pe coasta: dren longitudinal situat n amonte, sub santul de garda.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    28

    Cazul unui profil mixt si exista o pnza de apa freatica: dren longitudinal sub sant.

    Cazul unui debleu, cnd taluzul strabate un strat acvifer : dren longitudinal deasupra crestei taluzului. Cnd exista pericolul deranjarii echilibrului natural, solutia de consolidare consta n executia unui sistem de drenuri n spic.

    Drenarea straturilor permeabile din fundatia drumului: dren transversal de acostament sau dren longitudinal de acostament:

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    29

    Prescriptii de amplasare

    - drenurile longitudinale se amplaseaza n lungul drumului sub rigola, sant sau sub o parte a acostamentului

    - drenurile transversale de interceptie se amplaseaza pe sectoare de drum cu declivitati mai mari de 4% sub patul drumului, la 50...100 m distanta ntre ele si nclinare, n sensul pantei, sub un unghi de cca 60 fata de axul drumului, la o adncime H = 1.0 ... 1.5 m; are rolul de a intercepta si evacua apele care circula prin fundatia drumului.

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    30

    - drenurile ventuza se amplaseaza pe taluzurile debleelor n scopul de a capta si evacua apele din izvoare; evacuarea se face printr-un cap de dren

    - drenurile de taluz se compun din drenuri transversale unite cu drenuri n forma de unghi; drenurile transversale se amplaseaza la distanta de 6 m iar cele n unghi pe unul sau mai multe niveluri, n functie de naltimea taluzului

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    31

    Calculul drenurilor

    Prezenta unui dren ntr-un strat acvifer are ca efect coborrea nivelului apei subterane, dupa o suprafata curba, care n sectiune transversala reprezinta o parabola denumita curba de depresiune.

    Se fac doua tipuri de calcule:

    - calcul hidrologic: se determina cantitatea de apa colectata de dren

    - calcul hidraulic: se determina dimensiunile tubului de dren

    Debitul de apa care se scurge n dren (formula lui Darcy):

    SIkSL

    hHkQ == 0

    unde k este coeficientul de permeabilitate care depinde de caracteristicile pamntului (m/s)

    I panta medie a curbei de depresiune (panta piezometrica sau gradientul hidraulic) S sectiunea transversala a masei de pamnt prin care se infiltreaza apa

    Viteza teoretica de infilitrare:

    dxdykkI

    SQv ===

    Debitul de apa pe unitatea de lungime de dren si pentru un singur perete:

    dxdykykIySvQ === )1( dyykdxQ =

    Prin integrare:

    = Hh

    dyykdxQ0

    ))((2

    )(2 00

    20

    2 hHhHkhHkQL +==

  • INFRASTRUCTURA DRUMURILOR CURS 2 conf.dr.ing. Carmen RCNEL

    32

    Dar IL

    hH = 0 gradient hidraulic

    ho este mult mai dect H (grosimea stratului permeabil):

    2

    kIHQ =

    h0 este aproximativ diametrul tubului.

    Debitul hidraulic total:

    lungimeaQQT = 2