PDF Print
Drenarea sapaturilor cu ajutorul pompei si filtrelor aciculare elimina caracteristicile negative ale drenarii directe de pe fundul sapaturii

Firma KOPRAS Sp. z o.o.

Experienta de peste douazeci de ani a firmei KOPRAS in domeniul sapaturilor de pamant, al sprijinirilor pentru sapaturi si sistemelor de drenare, permit constatarea ca instalatiile cu filtre aciculare sunt actualmente cel mai bun sistem de drenare a sapaturilor liniare in timpul executarii canalizarii la adancimi de la 2 m la 7 m in soluri necompacte si in soluri stratificate.

Formulam mai jos argumentele pentru confirmarea acestei teze.

 

INTRODUCERE

Ce este apa freatica?

In conditiile noastre climatice, in timpul executarii unor sapaturi adanci, intotdeauna, mai curand sau mai tarziu apare apa freatica. Aceasta apa este subordonata fortei gravitationale si tinde intotdeauna sa ocupe cel mai coborat nivel in sol.

Apele freatice constituie un permanent nivel hidroportant si acopera de obicei un teren de mari dimensiuni. Sunt alimentate de precipitatii sau de infiltrarile din alte bazine de apa.

In timpul executarii sapaturilor trebuie sa se aiba in vedere mari oscilatii ale nivelului apelor freatice. Aceste oscilatii se pot modifica in limitele 0,6 m pana la 6,0 m, in medie de la 0,8 m la 2,0 m.

 

Oscilatiile nivelului apelor freatice depind de:

                      intensitatea precipitatiilor atmosferice,

                      oscilatiile nivelului apelor fluviale,

                      tipul solului aflat deasupra panzei freatice,

                      anotimp,

                      activitatea umana.

Se atrage atentia ca atunci cand stratul de sol de deasupra panzei freatice este umezit de apa capilara, atunci cantitati nesemnificative de apa din precipitatii provoaca o crestere a nivelului apei freatice de 3-4 ori mai mare decat cantitatea de precipitatii masurata.

 

Apa capilara

Apa capilara este apa infiltrata in particulele solului cu forte mai mari decat forta gravitationala. Ea nu poate fi evacuata prin pomparea apei din sapatura deschisa, dar poate fi partial extrasa cu ajutorul vidului produs in instalatia de filtre aciculare de catre  pompa. Apa capilara produce un fenomen daunator coeziunii aparente a solului.

 

Informatii de baza despre scurgerea apei in soluri

Se diferentiaza urmatoarele tipuri ale scurgerii apei in soluri:

                      scurgere laminara, cand firele de lichid sunt paralele si nu se intretaie, iar   

                        viteza curgerii este mai mica de viteza critica,

       scurgere turbulenta, cand firele de lichid sunt paralele, se intretaie, iar viteza este mai mare decat viteza critica.

 

Afluxul orientativ de apa de pe 1 m2

Afluxul orientativ de apa in m3/ora de pe 1 m2 de pe fundul sapaturii poate fi primit astfel:

                      nisipuri fine                            q = 0,16 m3/ora

                      nisipuri medii                         q = 0,24 m3/ora

                      nisipuri mari, pietrisuri           q = 0,3 ÷ 3,0 m3/ora

                      roci fisurate                            q = 0,15 ÷ 0,25 m3/ora

 

Coeficientul de filtrare k t

 

TABELUL 1. Valorile aproximative ale coeficientului de filtrare k t [m/24 ore]

Nr.

Tipul solului

Coeficientul filtrarii

m/24 ore

 

1

Pietris

150 ÷250

2

Amestec

20 ÷150

3

Nisip mare

25 ÷80

4

Nisip mediu

10 ÷25

5

Nisip fin

1 ÷10

6

Turba slab repartizata

1 ÷4

7

Nisip prafos

1 ÷10-1

8

Nisip argilos

1 ÷10-2

9

Praf nisipos , turba puternic repartizata

10-1 ÷10-2

10

Argila nisipoasa

10-2 ÷10-3

11

Argila compacta, hume

10-3  si mai putin

                                   

Actiunea mecanica a apei asupra scheletului solului si influenta apei asupra         parametrilor geotehnici ai solurilor

In timpul drenarii pot aparea intre altele:

                      fenomene legate de roci curgatoare,

                      fenomenul de coeziune aparenta a solului cauzat de apa capilara,

                      tasarea constructiei cauzata de scaderea stabila a nivelului apelor freatice,

                      fenomene de umflaturi datorate inghetului.

Cele mai periculoase sunt fenomenele legate de roci curgatoare.

Fenomenul legat de roci curgatoare il constituie tulburarea stabilitatii solului ca rezultat al actiunii presiunii hidrostatice. Rezistenta solului la forfecare scade la zero si o parte din sol se deplaseaza in directia actiunii presiunii hidrodinamice, provocand totodata marirea porozitatii si a volumului porilor.

Teoretic fenomenele legate de roci curgatoare pot aparea in toate tipurile de sol permeabile la apa. Totusi cele mai susceptibile sunt nisipurile prafoase si nisipurile fine, in special cele care contin impuritati de particule ultracoloidale.

 

Ce este raza de depresiune?

Sa analizam asa zisa sapatura perfecta. Aceasta este o sapatura in soluri necompacte ajunsa pana la stratul impermeabil. Ca rezultat al pomparii continue a apei pana la fundul sapaturii survine deshidratarea peretelui sapaturii, iar pe fundul sapaturii nu mai este apa. Chiar la fundul sapaturii grosimea peretelui deshidratat al sapaturii se apropie de zero, totusi pe masura ce ne indepartam de fundul sapaturii spre in sus, grosimea partii deshidratate a peretelui sapaturii creste. La sfarsit, la inaltimea limitei superioare a nivelului apei portante, grosimea acestui perete deshidratat al sapaturii ajunge la maximum. Aceasta marime este denumita raza de depresiune R.

Dupa  Sichardt lungimea razei de depresiune R depinde de departarea oglinzii superioare a apelor freatice de fundul sapaturii S si de coeficientul de filtrare k t, ceea ce arata formula:

 

            R = 10 · S · k ½

            unde:

                        S – reducerea nivelului apei provocata de sapatura,

                        k – coeficient de filtrare.

Situatia descrisa are loc in timpul pomparii directe a apei din sapatura.

Pomparea directa a apei din sapatura provoaca intotdeauna curgerea apei in directia fundului sapaturii. Aceasta curgere produce o actiune defavorabila a presiunii de curgere, provocand slabirea structurii solului si, indeosebi in conditii nefavorabile, poate provoca aparitia urmatoarelor fenomene:

                      roci curgatoare – curgerea solului,

                      sufozia – spalarea particulelor solului.

 

Din cauza pericolului de aparitie a fenomenului de roci curgatoare nu trebuie utilizata deshidratarea directa a sapaturilor in prafurile nisipoase si in nisipurile prafoase si fine.

In afara de aceasta, deshidratarea sapaturii produce intotdeauna tasarea fundamentului, de unde influenta deshidratarii este intotdeauna nefavorabila, iar in cazul fenomenelor de roci curgatoare poate fi catastrofala.

In practica modul deshidratarii directe din sapatura se utilizeaza la fundatia obiectelor pe soluri compacte stratificate cu compozitii hidroportante, de exemplu in argile rasturnate in halda stratificate cu nisipuri hidroportante, la o adancitura mica a fundamentelor sub oglinda apei.

 

Palnia de depresiune

Sa luam in discutie situatia in care, la filtrul acicular introdus in sol se anexeaza  pompa Vidul din filtrul acicular produce absorbtia apei freatice. Apa freatica curge in directia filtrului acicular. Initial afluxul de apa freatica va fi intens. Dupa un anume interval de timp intervine deshidratarea solului in apropierea filtrului acicular. La sfarsit, la un lucru neantrerupt al  pompei, survine deshidratarea unei zone delimitate in jurul filtrului acicular. Conform principiilor hidrostaticii, sectiunea verticala a zonei deshidratate va avea forma unei palnii. Raza acestei palnii va depinde de relatiile sol-apa si inainte de toate de coeficientul de filtrare k t.

 

Curba de depresiune

Daca dupa introducerea catorva (11 – 19) filtre aciculare de-a lungul marginilor planificate ale sapaturii la o distanta de aprox. 1 m de margini, la adancimea de 1,5 m sub fundul planificat al sapaturii, filtrele se vor cupla la pompa de vid, atunci in jurul fiecarui filtru acicular se creaza o palnie de depresiune. Palniile de depresiune, suprapunandu-se, creaza in zona viitoarei sapaturi o suprafata deshidratata, care in sectiune perpendiculara pe axa sapaturii da curba de depresiune. Filtrele  aciculare introduse corect si corespunzator si pompa eficienta garanteaza deshidratarea sapaturii pe toata adancimea. Se subliniaza ca, in timpul utilizarii instalatiei de filtre aciculare, apa curge din zona peretilor planificati ai sapaturii in directia fiecarui filtru acicular localizat in exteriorul sapaturii. Datorita acestui lucru nu se produce aici nefavorabila presiune de curgere, care apare in timpul pomparii directe a apei din sapatura.Utilizarea filtrelor aciculare exclude pericolul fenomenelor de roci curgatoare. In plus actiunea vidului produs de pompa provoaca evacuarea partiala a apei capilare, ceea ce micsoreaza fenomenul coeziunii aparente a solului produs de apa capilara.

 

Raza de depresiune, indiferent de sistemul de deshidratare utilizat, depinde de coeficientul de filtrare. Cu cat mai mare este valoarea coeficientului de filtrare, cu atat mai mare este raza de depresiune, ceea ce rezulta din ecuatia lui Sichardt citata mai sus:

 

                        R = 10 · S · k ½

 

Descrierea si domeniul de utilizare a instalatiei de filtre aciculare

Instalatia de filtre aciculare se compune din pompa cu rezervor de vid, colectorul de aspirare, filtrele aciculare si teava de evacuare.

 

Utilizarea instalatiei de filtre aciculare in locul pomparii directe a apei din sapatura previne afluxul de apa in sapatura cu toate efectele negative ale acestuia. Utilizarea corecta a instalatiei de filtre aciculare in nisipurile prafoase si in nisipurile fine, care contin impuritati coloidale, previne fenomenul de roci curgatoare si tulburarea stabilitatii solului.

Filtrele aciculare pot fi utilizate si in solurile stratificate, cu conditia folosirii unei site de filtrare cu granulatie selectata. Se admite ca diametrul particulelor sitei de filtrare ar trebui sa fie de 5-10 ori mai mare decat diametrul particulelor solului, in care va fi introdus filtrul. O serie de filtre aciculare, introduse in sol de-a lungul sapaturii planificate la o adancime definita si conectate permanent la  pompa, produce in sol o zona de depresiune lipsita de apa freatica. In timpul utilizarii corecte a instalatiei de filtre aciculare, granita zonei de depresiune, denumita curba de depresiune, va avea forma unei linii care alearga in sol sub profilul fundului proiectat al sapaturii.

In functie de marimea  pompei oferita in trei tipuri de marime, la o pompa pot fi conectate de la 40 la 100 de filtre aciculare. Desigur cantitatea de filtre aciculare depinde de marimea sapaturii si de oscilatia nivelului apelor freatice in sectorul lucrarii de constructie.

Principiul de lucru al pompei

Pompa produce vid in filtrele aciculare. Subpresiunea mentinuta in instalatia de filtre aciculare duce la aceea ca, dupa aspirarea apei freatice, in jurul filtrelor aciculare se formeaza o zona de depresiune pana la granita delimitata prin curba de depresiune.

Din cauza constructiei majoritatii pompelor de vid, este necesar ca in  pompa apa absorbita din instalatia de filtre aciculare sa nu curga prin pompa de vid. Aceasta conditie a fost indeplinita prin utilizarea unui rezervor special de vid, la care se conecteaza pompa de vid. Vidul provoaca absorbtia apei freatice, care umple treptat rezervorul de vid. Dupa obtinerea unei umpleri in proportie de 75 %, se conecteaza automat pompa de evacuare. Pompa de evacuare, legata la rezervorul de vid sub oglinda de jos a apei din rezervor este permanent inundata de apa. La colectorul de evacuare al acestei pompe este instalata o supapa de retentie. Datorita acesteia rezervorul de vid este taiat de la atmosfera. In cazul unor cantitati mari de apa freatica, comanda automata tine cont de deconectarea de scurta durata a pompei de vid si de conectarea rezervorului de vid cu atmosfera.

Filtrele aciculare – infigerea filtrelor aciculare fara sita de pietris si cu sita de pietris

Filtrul acicular este o teava perforata pe un anume tronson cu orificii lunguiete sau rotunde, infasurata intr-o plasa de filtrare si obturata la capatul inferior, legata la capatul superior la o instalatie de vid. Cateva (11-19) filtre aciculare legate la un singur colector de vid creaza o instalatie de filtre aciculare.

Filtrele aciculare se introduc in sol prin metoda infigerii, cu ajutorul unei tevi de infigere, alimentata cu apa de la hidrant sau cu ajutorul pompei de clatire.

In functie de tipul de sol filtrele aciculare se infig cu sita sau fara sita.

Corespunzator acestor cerinte se folosesc tevi de cca. Φ 100 mm sau Φ 140 mm.

 

Celelalte elemente ale instalatiei de filtre aciculare

          stuturi de racordare destinate conectarii colectoarelor de absorbtie si colectoarelor de

            evacuare ale instalatiei cu pompa,

          colectoare de absorbtie,

          tevi de evacuare,

          tevi de conectare netede fara capete pentru filtrele aciculare,

          tevi elastice din polietilena,

          filtre aciculare din polietilena,

          filtre aciculare de otel,

          tevi de infigere,

          furtunuri de infigere,

          dopuri din cauciuc,

          garnituri,

          obturatoare.

TABELUL 2. Compararea proprietatilor sistemului de pompare a apei direct din sapatura cu deshidratarea sapaturii cu ajutorul filtrelor aciculare.

 

Nr.

Proprietati

Pomparea apei direct din sapatura deschisa

 

Filtre aciculare

1.

Influenta  asa numitei presiuni de scurgere asupra peretilor sapaturii.

Este o influenta negativa a presiunii de scurgere asupra constructiei sapaturii. In cazuri extreme apare fenomenul de roci curgatoare.

Nu apare o influenta negativa a lucrului filtrelor aciculare asupra sprijinirilor pentru sapaturi.

2.

Ape din precipitatii.

Apare o influenta negativa a apelor din precipitatii asupra sapaturii.

O influenta nesemnificativa asupra constructiei sapaturilor.

3.

Tipuri de sol preferate pentru modul de pompare.

Pe soluri compacte stratificate cu compozitii hidroportante.

Este cel mai eficace sistem de deshidratare a solurilor cu granulatie fina cu coeficient de filtrare kt mic si mediu si a solurilor compacte stratificate.

.

4.

Nu sunt recomandate tipuri de sol

Prafuri nisipoase, nisipuri prafoase, nisipuri fine

Soluri compacte.

5.

Adancimea de utilizare.

La o adancitura mica a fundatiilor sub oglinda apei.

Standard pana la adancimea

Hmax =7 m

Dar se poate obtine o adancime mai mare punand pompa pe o banca special sapata sub nivelul terenului. 

6.

Fundamentul constructiei.

Nu se poate reduce oglinda apei in sapatura inaintea  fundamentului obiectelor adancite semnificativ sub oglinda apei in solurile admise nisipoase.

Fundul sapaturii ramane uscat in permanenta..

7.

Fundul santului.

In solurile argiloase, in cazul marelui aflux de ape freatice si in timpul precipitatiilor atmosferice trebuie sa ramana pe fundul sapaturii un strat acoperis cu grosimea de 0,5 m.

Nu trebuie sa ramana stratul acoperis – este suficienta utilizarea filtrelor aciculare.

8.

Tehnologia.

In timpul efectuarii lucrarilor de pamant apa se infiltreaza continuu in sapatura. Cantitatea apei depinde de nivelul apelor freatice si de tipul solului.

Zona sapaturii este deshidratata pana la nivelul curbei de depresiune sub nivelul fundului sapaturii.

9.

Oscilatia nivelului apelor freatice.

Influenteaza nefavorabil asupra starii sapaturii

In cazul alegerii corespunzatoare a pompei nu influenteaza starea sapaturii.

 

 
< Prev   Next >