Lucrari hidrotehnice antierozionale - Valuri de pamant si Canale

Lucrari hidrotehnice antierozionale

Valuri de pamant

Sunt lucrari hidrotehnice antierozionale care se executa pe terenurile arabile, cu pante de 1 12 % (pana la 15 % pe pasuni).

Ele nu scot terenul din circuitul agricol. Au o sectiune triunghiulara sau parabolica si necesita nivelarea in prealabil a terenului.

In cazul unei executii gresite pot duce la agravarea starii de eroziune.

Problemele care trebuie rezolvate la calculul valurilor de pamant sunt:

a)      - determinarea sectiunii transversale;

b)      - determinarea lungimii valurilor;

c)      - determinarea distantei intre valuri;

d)     - determinarea numarului de valuri pe unitatea de lucru (parcela, tarla).

Valuri orizontale (de nivel)

Se pot executa in zonele secetoase, cu terenuri permeabile, acolo unde nu exista pericolul alunecarilor de teren. Se executa doar pe parcelele (tarlalele) afectate de eroziune (sau in pericol).

Desenarea valurilur inclinate pe planul de situatie se face conform celor de mai jos.

Fig. 6  O orizontala pe un plan de situatie este o paralela cu curbele de nivel (A - B)

Pentru a desena un val sau canal inclinat pe planul de situatie se procedeaza ca in figura 7.

Dreapta AC (reprezentata cu linie intrerupta) nu este orizontala cu toate ca are aceeasi cota la ambele capete (50,00 m), deoarece la mijloc are o cota sub cea a capatelor.

Fig. 7

Cota punctului B se obtine prin interpolare intre C si D (intre care este o diferenta de nivel egala cu echidistanta curbelor de nivel).

De exemplu: Cota B=54.00 m

Panta i va fi:

L= distanta masurata la scara planului de situatie

Fig.8

Distanta dintre doua valuri orizontale se determina din doua conditii:

Apa sa nu depaseasca viteza critica, de la care ar provoca eroziune prin scurgerea pe versant. In literatura de specialitate exista o formula pentru calculul acestei viteze. Aceasta relatie a permis verificarea experimentala in diferite conditii de teren si stabilirea distantei de neeroziune intre valurile vecine, care este intabelata (in functie de rezistenta solului la eroziune si de panta terenului).

Distanta aleasa din prima conditie se verifica in functie de capacitatea de acumulare a apei in spatele valului de pamant orizontal (se verifica pe 1 metru de val) atunci cand pe teren cade ploaia maxima pe 24 de ore, specifica zonei geografice in discutie, H. Inaltimea ploii maxime in 24 de ore cu asigurarea de 10 % se gaseste in tabele. H _{10% Romania} = 70 120 mm

In final se alege distanta cea mai mica din cele doua valori analizate si se noteaza d. Lungimea valurilor de pamant se ia egala cu latimea unitatii de lucru care trebuie amenajata (parcela, tarla), si se noteaza l.

Numarul de valuri de pamant se determina in functie de lungimea parcelei (tarlalei) de amenajat, notata L:

Nr valuri = L/d + 1

Valuri inclinate

Se executa pe terenuri cu permeabilitate redusa si in zonele cu precipitatii abundente si/sau pericol potential de alunecare a terenului.

Apa curge in lungul valurilor, care prezinta o panta longitudinala i = (0,1

Apa transportata de valurile inclinate este deversata intr-un debuseu (canal de evacuare care conduce apa, in conditii de inlaturare a riscului de eroziune, intr-un emisar).

Fig. 9

Determinarea sectiunii transversale se face ca la valurile orizontale.

Determinarea distantei intre valuri se face din doua conditii:

Conditia de neeroziune (apa care se scurge pe versant de la un val la altul sa nu capete o viteza care sa depaseasca viteza critica de eroziune V_cr). Distantele maxime admise intre valuri, din conditii de neeroziune, sunt date in tabele in functie de rezistenta solului la eroziune (mare, mijlocie, mica) si de panta terenului.

Distanta propusa din prima conditie se verifica hidraulic pentru ca viteza apei in lungul valului sa nu depaseasca viteza critica de eroziune, sa nu fie sub viteza de depunere (a materialului solid transportat de apa) iar valul sa poata transporta debitul maxim colectat de pe versant, pe suprafata dintre doua valuri vecine.

V_sedimentare < V₂ < V_eroziune

Aceste limite au urmatoarele valori: 0,3 m/s < V₂ < 0,9 m/s (sau 0,6 m/s dupa alti autori)

Viteza in lungul valului ca si debitul colectat pe versant se determina cu formule din literatura tehnica, formule care nu fac obiectul prezentului curs.

La valuri relativ scurte (100 - 200 m) se recomanda o panta unica - i₂ - de 0,2

La valuri lungi (l > 200 m) panta i₂ se face variabila :

prima suta de metri (de la capatul valului) %

a doua suta de metri

a treia suta de metri 0,2 %

etc. (pana la varsarea in debuseu sau emisar)

La aceste valuri se lucreaza cu o panta medie, calculata ca medie ponderata a pantelor propuse pe tronsoane.

Lungimea valului inclinat se ia egala cu latimea parcelei (tarlalei) amenajate si se noteaza l.

Numarul de valuri inclinate care trebuie executate pe o parcela de teren se determina cu:

N_valuri = L/d + 1

L = lungimea parcelei (m)

d = distanta dintre valuri (m)

Canale de coasta din pamant

Canalele de coasta din pamant pot avea diverse sectiuni transversale, in functie de faptul ca vor fi orizontale (apa va stagna) sau inclinate (apa va curge in lungul lor). Sectiunile posibile sunt:

triunghiulara

trapezoidala sau trapezoidala cu berma

parabolica

Fig. 10

Canalele de pamant se executa de obicei in plantatiile de vie si pomi deoarece scot din circuitul agricol suprafetele pe care se executa.

Panta versantului nu va depasi 18 25 % pentru culturi de camp si in plantatiile de vie si pomi, 35 % pentru pasuni si 45 % in plantatii forestiere.

Canale orizontale

Acestea retin precipitatiile si favorizeaza infiltrarea in sol a apei colectate. Se executa in zone secetoase, cu terenuri permeabile si fara riscuri de alunecari.

Sectiunea cea mai folosita e cea trapezoidala (cu sau fara berma).

Problemele care se pun la calculul canalelor orizontale sunt:

a) determinarea sectiunii transversale,

b) determinarea distantei intre canale

c) determinarea lungimii canalelor,

d) determinarea numarului de canale.

Fig. 11

a) Sectiunea transversala - w - se determina din conditia ca volumul de sapatura (w w ₃) sa fie egal cu cel de umplutura (w w ₅). A fost exprimat volumul prin suprafete deoarece se calculeaza pe o portiune de canal cu lungimea de 1 m.

Din sistemul de ecuatii :

w w w w

h = h' + h"

rezulta h'si h" si apoi se calculeaza sectiunea udata a canalului:

w w w w

b) Determinarea distantei intre canale se face din doua conditii:

apa, in timpul scurgerii pe versant de la un canal la altul, sa nu depaseasca viteza critica de eroziune; in functie de aceasta conditie, distantele sunt date in tabele ca valori maxime admise.

cantitatea de apa colectata pe suprafata dintre doua canale vecine sa poata fi inmagazinata in canalul orizontal situat in aval (calculele se fac ca la valurile orizontale, singura diferenta fiind forma sectiunii transversale)

c) Lungimea canalelor se ia egala cu latimea unitatii teritoriale amenajate (parcela, tarla).

d) Numarul de canale care trebuie amplasate pe o parcela se determina cu:

N_canale = L/d + 1

in care:

L = lungimea parcelei (tarlalei; m)

d = distanta intre canale (m)

Canale inclinate

Se executa in zonele cu ploi abundente (volume mari de apa colectata), teren impermeabil sau cu risc de alunecare, pentru evacuarea rapida a surplusului de apa de pe versanti.

a) Sectiunea cea mai folosita este cea triunghiulara.

Fig. 12

Se recomanda ca adancimea - h - sa fie  0,2 0,4 m

Pentru compensarea volumelor de sapatura cu cele de umplutura se pune conditia (calculul se face pe un metru de canal):

w w w w

Adaugand si relatia h = h' + h" se pot calcula h'si h" si apoi sectiunea udata a canalului :

w w w w

La canale cu berma mare h poate ajunge pana la 1,15 m.

La canale cu berma mica h poate ajunge pana la 0,8 m.

b) Determinarea distantei intre canalele inclinate se face din doua conditii:

neeroziunea versantului, la scurgerea apei de la un canal la altul (distanta maxima admisa - d - este data in tabele)

2) Q_canal Q_colectat  si V_sedimentare < V_{2 (canal)} < V_eroziune

a)      Lungimea canalelor inclinate, egala cu latimea parcelei amenajate

b)      Determinarea numarului de canale inclinate

Calculele se fac ca la valurile inclinate, singura diferenta fiind forma sectiunii transversale.

Se va da o atentie deosebita racordarii canalului inclinat cu debuseul, pentru a nu apare eroziuni in aceasta zona. Racordarea se poate face fara cadere sau cu cadere consolidata cu piatra sau beton.

Terase

Terasele sunt lucrari hidrotehnice care se executa pe terenuri cu panta peste 22 25 % (pana la 40 % pe pasuni). La agroterase executate in zone secetoase se poate concepe proiectarea acestora chiar incepand de la pante ale terenului de 6 %, scopul principal - in aceasta situatie - fiind retinerea totala a apelor provenite din precipitatii. Terasele au forma de trepte largi, care realizeaza reducerea pantei, diminuarea scurgerii, combaterea eroziunii solului si asigurarea conditiilor de cultivare a suprafetei respective.

Clasificarea teraselor se poate face dupa urmatoarele criterii:

a) Dupa folosinta: agroterase (culturi de camp)

terase in plantatiile de pomi si vie

b)      Dupa executie:

b1) cu zid de sprijin (Minis, Murfatlar); zidarie de piatra uscata;

zidarie cu mortar sau beton simplu (in ziduri se vor prevedea barbacane pentru evacuarea apei din spatele acestora)

cu taluz (teren inclinat, de cele mai multe ori, inierbat)

b2) cu platforma continua

izolate (pentru pomi)

c)      Dupa inclinarea platformei:

c1) in lungul terasei platforma inclinata (2

platforma orizontala

c2) pe directie transversala platforma orizontala

platforma inclinata (i = 10

La executia teraselor se va face compensarea terasamentelor (sapatura va fi egala cu umplutura).

Fig. 13

Daca se planteaza pomi, distanta intre randuri va fi de 3 4 m.

Daca se planteaza vie, distanta intre randuri va fi (1,5 2) m.

Agroterasele se executa in zone cu pante mai reduse, au latimi utile de circa 30 50 m (latimea ar putea fi un multiplu al latimii utilajelor agricole folosite) si de cele mai multe ori au platforma inclinata transversal.

In tara noastra terasele sunt larg folosite incepand din 1952 si mai ales in ultima perioada.

Debusee

Debuseele sunt canale care transporta apele colectate de pe versanti de catre valurile, canalele sau terasele inclinate.

Debuseele conduc apele catre emisari sau catre zone amenajate special la baza versantului.

Clasificarea debuseelor se poate face dupa mai multe criterii:

a)      Dupa tipul de sectiune

- trapezoidale

- dreptunghiulare

- parabolice

- tubulare (debusee ingropate)

b) Dupa materialul care protejeaza sectiunea

- inierbate si brazduite

- cu pereu de piatra rostuita

- cu pamant stabilizat

- cu dale de beton sau beton turnat la fata locului (monolit)

c) Dupa forma profilului longitudinal

- cu panta continua

- cu trepte de cadere (ruperi de panta)

d) Dupa natura

- naturale (pe fire de vale existente)

- artificiale

Debuseele vor avea o sectiune suficienta pentru a permite evacuarea intregului debit colectat pe versant.

Fig. 14

Viteza de curgere a apei in debuseu va fi mai mica sau egala cu viteza admisa a captuselii debuseului (de exemplu, V_ad.beton 10 m/s).

Se urmareste sa se scoata din circuitul agricol o suprafata minima (a aparut in acest fel solutia cu debuseu ingropat).

Se analizeaza economicitatea solutiilor propuse si se are in vedere executarea de podete pentru utilajele agricole.

Amplasarea se face pe fire naturale de vale sau la marginea unitatilor de lucru (parcele, tarlale), pe directia de panta a terenului.

Debitul de dimensionare a debuseului se determina insumand debitul tuturor canalelor (valurilor sau teraselor) inclinate, la care se aplica un coeficient datorat atenuarii scurgerii de catre canale (c = 0,7

Unele caracteristici ale debuseelor sunt prezentate in tabelul urmator.

Panta debuseului se propune in prima faza egala cu panta terenului (versantului).

Determinarea ariei necesare pentru sectiunea de scurgere nu face obiectul prezentului curs.

Pe versantii cu pante mari se impune executia unor debusee in trepte. In acest caz se pot executa debusee cu latimea la suprafata apei constanta (si latimea fundului variabila) sau cu latimea la fund constanta si cu latimea maxima a sapaturii (la nivelul terenului) variabila.

Fig. 15

i_p < i  (i_p este panta de proiectare)

Pentru inaltimea treptelor se recomanda:

h' = 0,4 0,7 m

Mai jos sunt prezentate desenele pentru debuseu cu latime la fund variabila (1) si pentru debuseu cu latime la fund constanta (2)

Fig. 16 Debuseu cu latimea la fund constanta

Fig. 17 Debuseu cu latimea constanta la nivelul terenului

Daca avem un versant cu o rupere de panta urmata de o panta foarte mare, atunci se poate inlocui debuseul in trepte cu un debuseu tip canal rapid, cu macrorugozitati artificiale (redane, dinti etc.).

Fig. 18 Debuseu canal rapid

Pe un canal rapid se executa un singur fel de macrorugozitati artificiale.

Pentru a se economisi teren agricol si a se usura lucrarile mecanizate pe suprafetele respective de teren se pot executa si debusee ingropate, formate din tuburi de beton sau azbociment. Pentru deversarea apelor aduse de canalele, terasele sau valurile inclinate se executa pe debuseu camine din zidarie sau din beton.

Fig. 19 Debuseu ingropat