drenagem_5_espacamento_drenos_glover

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
CÁLCULO DO ESPAÇAMENTO ENTRE DRENOS
FLUXO HORIZONTAL E VARIÁVEL
EQUAÇÃO DE GLOVER-DUMM
*
4. FLUXO EM DIREÇÃO AOS DRENOS
Quanto ao regime:		fluxo permanente
				fluxo variável
Quanto à direção:		fluxo horizontal
				fluxo radial
				fluxo horizontal e radial
	A escolha da equação para o cálculo do espaçamento entre drenos é feita em função do regime de escoamento e da direção do fluxo para os drenos.
*
4.1. FLUXO PERMANENTE 
	Nesta situação supõe-se que o nível freático encontra-se estabilizado no tempo e no espaço:
A quantidade de água que chega ao lençol freático (recarga), é igual à quantidade que é eliminada pela drenagem (descarga).
Na prática, esta situação ocorre em dois casos:
 Precipitações de intensidade constante e longa duração (situação típica que ocorre no inverno europeu);
 Irrigação em regiões semi-áridas, com freqüência e lâmina aplicada conhecidas.
*
4.1. FLUXO PERMANENTE:
CRITÉRIO DE PROJETO
 Capacidade de descarga dos drenos
MAIOR QUE
recarga do lençol freático
Esta condição impede que o nível freático se eleve.
*
4.1. FLUXO VARIÁVEL
Situação típica de regiões tropicais
 
	Nesta situação supõe-se que em conseqüência de uma chuva ou de uma irrigação, o nível freático eleva-se a uma certa altura acima do nível inicial, e depois de cessada a recarga, começa a descer. 
*
4.1. FLUXO VARIÁVEL:
CRITÉRIO DE PROJETO
	“N” dias após a recarga, o nível freático deve ser rebaixado até uma profundidade “p”, definida em função da espécie vegetal cultivada.
	Como as recargas são muito intensas (precipitações de verão), a capacidade de escoamento da rede de drenagem será menor que a recarga.
ADMITE-SE QUE O NÍVEL FREÁTICO SERÁ ELEVADO E DEPOIS COMEÇARÁ A DESCER.
*
4.2. DIREÇÃO DO FLUXO
4.2.1. FLUXO HORIZONTAL
	A trajetória das linhas de fluxo é paralela, não há cruzamento ou convergência. É o caso de fluxo para drenos tipo valetas escavadas até a camada impermeável.
camada impermeável
*
4.2.2. FLUXO RADIAL
	Neste caso há convergência das linhas de fluxo, com aumento da resistência ao escoamento.
4.2. DIREÇÃO DO FLUXO
*
5. ESPAÇAMENTO ENTRE DRENOS PRIMÁRIOS 
Equação de GLOVER-DUMM para
fluxo horizontal e variável
S é o espaçamento entre os drenos para fluxo variável e horizontal (m);
K0 é a condutividade hidráulica do solo saturado (m/dia);
*
h0
ht
h0 é a altura do nível freático sobre os drenos após uma chuva crítica (m); 
D0 é a altura entre o nível da água nos drenos e a camada impermeável (m);
ht é a altura do nível freático sobre os drenos após o tempo t (m).
*
t é o tempo estabelecido para que o nível freático baixe de h0 até ht (dias);
 é a porosidade drenável do solo.
	A porosidade drenável é um parâmetro que estima a quantidade de água que o solo irá liberar assim que o nível freático começa a ser rebaixado.
5. ESPAÇAMENTO ENTRE DRENOS PRIMÁRIOS 
*
CONCEITO E ESTIMATIVA DA POROSIDADE DRENÁVEL DO SOLO
	Quando a rede de drenagem promove o rebaixamento do nível freático, os macroporos (aqueles nos quais os fenômenos capilares são desprezíveis) perdem água imediatamente, gerando um volume que deve ser coletado pelos drenos. O restante da água que saturava os poros do solo vai sendo drenada mais lentamente.
	Esta parcela do volume de poros total do solo que perde água neste primeiro momento é denominada porosidade drenável ().
*
	A determinação da porosidade drenável () pode ser feita em câmara de pressão ou mesa de tensão, submetendo uma amostra do solo a uma pressão ou sucção de 60 cmH2O.
	O volume de poros drenado a esta tensão é a porosidade drenável procurada.
CONCEITO E ESTIMATIVA DA POROSIDADE DRENÁVEL DO SOLO
*
*
Exemplo:
	Uma amostra com porosidade total P=50% foi saturada, colocada em uma mesa de tensão e submetida a uma sucção de 60 cmH2O. Após o equilíbrio (quando cessa a drenagem ou 24 horas depois), a amostra foi retirada e colocada em estufa para permitir a determinação de umidade volumétrica. O valor obtido foi =35%. Qual o valor da porosidade drenável ()?
  = P -  = 50% - 35% = 15%
CONCEITO E ESTIMATIVA DA POROSIDADE DRENÁVEL DO SOLO
*
5.1. CORREÇÃO DA EQUAÇÃO PARA FLUXO HORIZONTAL E RADIAL
Sc = S – C
Sc é o espaçamento corrigido para fluxo horizontal e radial (m);
 S é o espaçamento para fluxo horizontal (m);
 C é a correção (m).
*
P é o perímetro molhado do dreno tubular (m)
	Considera-se, por segurança, que o dreno deve escoar a meia seção, o que faz que P seja dado por:
P = *r
 r é o raio do dreno tubular (m). 
5.1. CORREÇÃO DA EQUAÇÃO PARA FLUXO HORIZONTAL E RADIAL
*
5.2. ESTIMATIVA DE h0
h0 é a altura do nível freático sobre os drenos após a recarga (m);
hi é a altura inicial do nível freático, no centro do espaçamento entre os drenos no momento da recarga – definido arbitrariamente (m);
hr é a elevação provocada no nível freático por uma precipitação escolhida R (m);
R é o valor da altura de precipitação igualada ou superada 5 vezes num ano (m);
 é a porosidade drenável do solo.
*
Camada impermeável
Superfície do Solo
Z
Camada impermeável
Superfície do Solo
Z
hi
hi = 0
*
CHUVA CRÍTICA PARA A ESTIMATIVA DE H0
-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-/-
Ni = 5462	MJ = nº de dias em que precip. > intervalo da classe.
*
5.3. ESTIMATIVA DE ht E t
ht = Z – pr
 Z é a profundidade de instalação dos drenos abaixo da superfície do solo (m);
 pr é a profundidade recomendada para o nível freático, para diferentes tipos de culturas, no tempo t após a recarga (m).
*
p0
h0
pr1
ht1
Camada impermeável
Z
5.3. ESTIMATIVA DE ht E t
*
VALORES RECOMENDADOS PARA PROFUNDIDADE DO NÍVEL FREÁTICO (PR), APÓS A RECARGA, PARA TRÊS CLASSES DE CULTURAS.
Classe A: Hortaliças e forrageiras
Classe B: Cereais
Classe C: Pomares 
*
Exemplo: 	Z = 1,0 m (ht = Z - pr)
Após a chuva  Se p0 = 0,2 m (profundidade do nível freático após a chuva)
 h0 será 0,8 m (inadequado para hortaliças)
Pois a recomendação é:
Dia 1: 	 (pr1) = 0,30 m	 ht1 = 0,70 m
Dia 2: 	 (pr2) = 0,50 m	 ht2 = 0,50 m
Dia 3: 	 (pr3) = 0,70 m	 ht3 = 0,30 m
Dia 4: 	 (pr4) = 0,80 m	 ht4 = 0,20 m
*
5.4. DIMENSIONAMENTO DE DRENOS TUBULARES CORRUGADOS
 Vazão escoada pelos drenos (regime de fluxo variável)
Q é a vazão máxima escoada em cada dreno tubular (m3/s);
k0 é a condutividade hidráulica do solo saturado (m/dia);
Sc é o espaçamento entre drenos corrigido para fluxo horizontal e radial (m);
*
L é o comprimento do dreno tubular (em torno de 200 m);
h0 é a altura inicial do nível freático sobre os drenos após uma chuva crítica;
D é a zona do perfil do solo onde se dá o fluxo de água em direção aos drenos (m)
5.4. DIMENSIONAMENTO DE DRENOS TUBULARES CORRUGADOS
*
Dimensionamento do diâmetro de drenos tubulares corrugados
d é o diâmetro interno do dreno (m);
i é a declividade da linha de drenos tubulares (0,1m a 0,15m de desnível a cada 100m de comprimento);
Q é a vazão máxima escoada em cada dreno tubular (m3/s).
5.4. DIMENSIONAMENTO DE DRENOS TUBULARES CORRUGADOS
*
EXEMPLO
	Com os dados abaixo, calcule o espaçamento entre drenos tubulares e o seu diâmetro utilizando a equação de GLOVER.
 Profundidade de instalação dos drenos: 1,1m
 Profundidade da camada impermeável: 3,0m
 Porosidade drenável do solo: 10%
 Condutividade hídrica: 1,3 m/dia
 Profundidade do nível freático antes da recarga crítica: 0,9 m
 Recarga crítica (precipitação igualada ou superada 5 vezes num ano): 45 mm
 Diâmetro dos drenos tubulares a ser testado: 100 mm
 Rebaixamento desejado do lençol freático: compatível com o cultivo de hortaliças.
	Assumindo que o comprimento dos drenos tubulares será de 250 m e que serão instalados com declividade de 0,2%, dimensione que diâmetro atende as necessidades do projeto.
*
SOLUÇÃO: Alguns parâmetros, tais como  e k0 foram fornecidos diretamente; os demais precisam ser obtidos para que possamos utilizá-los na equação. Para calcular h0 utiliza-se a seguinte fórmula:
h0 = hi + hr
Calcula-se hi utilizando a fórmula: hi = Z – pi
pi é a profundidade em que o nível freático
está estabilizado antes da precipitação crítica, que é um dado fornecido pelo enunciado do problema (0,9 m neste caso);
Z é a profundidade de instalação dos drenos, que é de 1,1 m para este problema;
hi = 1,1 – 0,9 = 0,2 m
	Geralmente estabelecemos um valor em torno de 0,2 a 0,3 m para hi.
*
	Calcula-se hr mediante o emprego da seguinte fórmula: hr = R/
R é a altura de precipitação igualada ou superada 5 vezes num ano, que é de 45 mm para este problema, portanto 0,045 m.
 foi fornecido como 10%, portanto utiliza-se o valor 0,1.
hr = 0,045 / 0,10 = 0,45 m
h0 = 0,2 + 0,45 = 0,65 m
*
	Para a determinação do valor de ht segue-se o procedimento exposto a seguir:
Classe A: Hortaliças e forrageiras
Classe B: Cereais
Classe C: Pomares
OBSERVAÇÃO: Visto que a profundidade de instalação dos drenos é 1,1 m e á altura h0 é de 0,65 m, a zona do perfil do solo livre de saturação será de 0,45 m de profundidade após a recarga.
*
	Vamos determinar a maior taxa necessária de rebaixamento do nível freático considerando o cultivo de hortaliças:
1º dia)	pr=0,30 (tabela), porém a zona não saturada estende-se até 0,45m, portanto não há necessidade de rebaixamento do nível freático;
2º dia)	pr=0,50, porém a zona não saturada continuaria estendendo-se até 0,45m de profundidade se não houver rebaixamento do nível freático. Portanto, a profundidade do nível freático deverá ser rebaixada de 0,45 m até 0,50 m em dois dias:
0,50 - 0,45 = 0,05 / 2dias = 0,025 m/dia (taxa de rebaixamento)
3º dia)	0,70 – 0,45 = 0,25/3dias=0,0834 m/dia
4º dia)	0,80 – 0,45 = 0,35/4dias=0,0875 m/dia  maior taxa de rebaixamento.
Escolha de ht e de t:
ht = Z – pr = 1,1 – 0,8 = 0,3 m
*
Consideração:
	
	A profundidade recomendada (pr) adotada foi de 0,8 m, o que nos levou a ter um valor de ht = 0,3 m e um tempo t estabelecido para que o nível freático baixe de h0 até ht de quatro dias.
*
Estimativa do valor de D:
D é a zona do perfil do solo onde se dá o fluxo de água em direção aos drenos (m). Para calcular D se usa a seguinte fórmula:
D0 é a altura entre o nível da água nos drenos e a camada impermeável (m), ou seja, é a diferença entre a profundidade da camada impermeável (3,0 m) e a profundidade de instalação dos drenos (1,1 m).
D0 =3m – 1,1m = 1,9m
D = 1,9 + (0,65 + 0,3)/2 = 2,375 m
*
Após obter todos os dados:
S = 36,40 m
	A segunda equação a ser utilizada é a correção da equação de GLOVER para fluxo horizontal e radial em drenos tubulares.
Sc = S – C
Em que:
Sc é o espaçamento corrigido para fluxo horizontal e radial (m);
C é a correção (m).
*
	Para calcular C utiliza-se a seguinte fórmula:
C = D * ln(D/P)
Em que:
P é o perímetro molhado do dreno tubular (m) e D é o valor já visto anteriormente.
	Para calcular P utiliza-se a seguinte fórmula, que considera, por segurança, que o dreno deve escoar a meia seção:
P =  * r
Em que:
r é o raio do dreno tubular (m); como comercialmente os tubos de drenagem tem diâmetros definidos, utiliza-se um valor de raio ao acaso, e posteriormente no cálculo do diâmetro, verificaremos se a tubulação é a adequada. 
*
	Para a marca comercial KANANET, temos tubulações com os seguintes diâmetros: 65 mm; 100 mm; 150 mm; e 200 mm. Neste exemplo utilizaremos a de 100 mm de diâmetro (50 mm de raio).
Então:
P =  * 0,05 = 0,157 m
Tendo todos os valores:
C = 2,375 * ln(2,375 /0,157) = 6,45 m
Sc = 36,40 m – 6,45 m = 29,95 m
*
	Determinação da vazão escoada pelos drenos primários e do diâmetro desses drenos (considerando drenos tubulares de plástico com corrugações).
Vazão escoada pelos drenos (regime de fluxo variável):
Q = [(7,3x10 –5 x k0 x D x h0)/Sc] x (L + (Sc/2))
Em que:
Q é a vazão máxima escoada em cada dreno tubular (m3/s);
L é o comprimento do dreno tubular (m geral, em torno de 200 ma 400 m); no nosso exemplo será de 250 m;
Q = (7,3x10 –5 x 1,3 x 2,375 x 0,65)/ 29,95 x (250 + (29,95 /2))
Q = 0,0013 m3/s = 1,3 l/s
*
Esquema da rede de drenagem
Dreno primário
Coletor
Área drenada por cada dreno primário
L
Sc/2
Sc
S
L
*
	Dimensionamento do diâmetro de drenos tubulares corrugados:
d = 0,2557 x Q0,375 x i-0,187
Em que:
d é o diâmetro interno do dreno (m)
i é a declividade da linha de drenos tubulares (0,1 a 0,15 %), o valor deve ser decimal (0,001 a 0,0015); 
d = 0,2557 x 0,0013 0,375 x 0,001-0,187 = 0,077 m
	Como o valor do diâmetro está próximo do valor utilizado na equação da correção do espaçamento, consideramos que o tubo de drenagem de 100 mm é o ideal. Caso o valor do diâmetro calculado fosse maior ou muito menor, seria necessário um novo cálculo.