UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA AGRÍCOLA

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA AGRÍCOLA PROJETO DE UM CANAL TRAPEZOIDAL PARA IRRIGAÇÃO Jéssica Menezes Honorato ANÁPOLIS GO 01

2 JÉSSICA MENEZES HONORATO PROJETO DE UM CANAL TRAPEZOIDAL PARA IRRIGAÇÃO Monografia apresentada a Universidade Estadual de Goiás UnUCET, para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Agrícola. Área de concentração: Estruturas Hidráulicas Rurais. Orientador: Prof. Esp. Neander Berto Mendes ANÁPOLIS GO 01

3 JÉSSICA MENEZES HONORATO PROJETO DE UM CANAL TRAPEZOIDAL PARA IRRIGAÇÃO Monografia apresentada à Universidade Estadual de Goiás UnUCET, para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Agrícola. Área de concentração: Estruturas Hidráulicas Rurais. Aprovada em Banca examinadora Prof. Esp. Neander Berto Mendes Universidade Estadual de Goiás - UnUCET Orientador Avaliador Profª. Roberta Passini, pós Dra. Universidade Estadual de Goiás UnUCET Supervisora de TCC

4 AGRADECIMENTOS Agradeço Primeiramente a Deus por mais esta realização na minha vida. Ao Professor e orientador Neander Berto Mendes que, com muita paciência e atenção, dedicou seu valioso tempo para me orientar em cada passo deste trabalho. Á minha mãe, Kênia Menezes Ferreira, e ao meu pai, Kairo Torres Honorato, que me deram toda a estrutura, apoio e todo tempo que dedicaram para que eu pudesse chegar nessa etapa. À meus irmãos Gabriel Menezes e Karine Menezes por terem, mesmo pela pouca idade, me ensinado tantas coisas e pela paciência que ambos tiveram comigo. Ao meu namorado Fausto Rafael Leão por todo carinho, companheirismo e me fazer feliz. À toda minha família. À Ana Cláudia Oliveira Sérvulo, Larissa Ribeiro, Lara Neiva, Maria Luisa Teixeira, Victor Austiclínio, Rafael Araújo Queiroz pela amizade. À todos os meus amigos. Ao professor João Maurício Fernandes Souza, por sua contribuição. À UEG e a todos os professores que me ajudaram até aqui. iii

5 SUMÁRIO LISTA DE TABELAS... viii LISTA DE FIGURAS... ix RESUMO... x 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA RECURSOS HÍDRICOS Recursos hídricos no Brasil Recursos hídricos na região do nordeste brasileiro IMPORTÂNCIA DA IRRIGAÇÃO SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO Irrigação por aspersão Irrigação localizada..... Irrigação por superfície (superficial ou por gravidade)....4 TIPOS DE ESTRUTURAS HIDRÁULICAS CANAIS Elementos geométricos dos canais Tipos de escoamento em canais Critério comparativo: tempo Escoamento permanente Escoamento não permanente Critério comparativo: espaço Escoamento uniforme Escoamento não uniforme Aspectos técnicos Revestimentos Canais revestidos com Geossintéticos Geomembrana... iv

6 Canais em solos Canais revestidos em concreto Infiltração Análise da declividade e velocidade de funcionamento Forma geométrica dos canais Seções circulares e semicirculares Seção retangular Seção trapezoidal Seções muito irregulares Dimensionamento de canais Dimensões de máxima eficiência hidráulica Observações gerais ESCOAMENTO VARIÁVEL EM CANAIS Vazão de pico MATERIAL E MÉTODOS DADOS DO PROJETO Relevo, solo, fonte hídrica e clima Usuário Produção Sistema de irrigação COSIDERAÇÕES INICIAIS DIMENSIONAMENTO DO CANAL Rugosidade Declividade de fundo do canal Vazão de irrigação Vazão de irrigação por gotejamento Lâmina líquida Lâmina bruta Volume bruto Escolha do gotejador Número de emissores por planta Tempo de funcionamento e número total de setores Vazão do sistema... 5 v

7 4... Sistema de irrigação por aspersão convencional Lâmina líquida Lâmina bruta Turno de rega Intensidade de aplicação Área irrigada diariamente Tempo de irrigação e precipitação do aspersor Número de irrigações Número de posições Número de aspersores Vazão do sistema Sistema de irrigação por pivô central Vazão de infiltração Vazão de evaporação Seção de máxima eficiência Altura normal de água Velocidade de escoamento Vazão máxima Altura máxima de água RESULTADOS E DISCUSSÕES REVESTIMENTO VAZÃO DE IRRIGAÇÃO SEÇÃO DO CANAL PARA ESCOAMENTO PERMENTE E UNIFORME VAZÃO NORMAL E VERIFICAÇÃO DA VELOCIDADE VAZÃO MÁXIMA SEÇÃO DO CANAL PARA VAZÃO MÁXIMA CONCLUSÕES CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A... 8 APÊNDICE B vi

8 APÊNDICE C ANEXO ANEXO vii

9 LISTA DE TABELAS TABELA 1- Inclinação usual dos taludes TABELA - Divisão dos lotes irrigados TABELA - Coeficientes de rugosidades para canais artificiais TABELA 4 - Valores de declividade limite TABELA 5 - Valores médios mensais de evapotranspiração de referência (ET0) para o município de Acaraú CE TABELA 6 - Coeficiente de cultura máximos (Kc), fator de cobertura (FC) e espaçamento entre plantas e fileiras para algumas culturas (Sp x Sf) TABELA 7 - Valores de disponibilidade total de água no solo (DTA) para diferentes texturas TABELA 8 - Profundidade efetiva do sistema radicular (Z) de algumas culturas no estágio máximo de desenvolvimento vegetativo TABELA 9 - Fator de disponibilidade de água no solo (f) TABELA 10 - Velocidade de infiltração básica de acordo com a textura do solo TABELA 11 - Seção ótima para um canal trapezoidal TABELA 1- Dimensões para canal trapezoidal revestido de terra TABELA 1 - Valores de limite inferior de velocidade... 6 TABELA 14 - Valores de limite superior de velocidade TABELA 15 - Valores do parâmetro m em função da área de drenagem da bacia em km² TABELA 16 - Valores do parâmetro k em função das características da bacia TABELA 17 - Vazão total de irrigação TABELA 18 Seção do canal para escoamento de vazão normal TABELA 19 - Vazão normal e Velocidade TABELA 0- Dimensões do canal trapezoidal viii

10 LISTA DE FIGURAS FIGURA 01 - Região do Nordeste do Brasil FIGURA 0 - Estado do Ceará na Região Nordeste do Brasil FIGURA 0 Evapotranspiração... 0 FIGURA 04 - Irrigação por aspersão.... FIGURA 05 - Irrigação por gotejamento... FIGURA 06 - Sistema de irrigação por inundação temporária em bacias (misto)... 4 FIGURA 07 - Casos típicos de condutos livres com seção aberta (a) e com seção fechada (b) FIGURA 08 - Canal artificial... 5 FIGURA 9 - Canal de irrigação... 6 FIGURA 10 - Linhas de energia e piezométrica em condutos forçados e livres... 7 FIGURA 11 - Parâmetros hidráulicos fundamentais das seções transversais... 8 FIGURA 1 - Elementos característicos... 9 FIGURA 1 - Desmoronamento e crescimento de vegetação em canais... FIGURA 14 - Aplicação de geomembrana... 4 FIGURA 15 - Canal revestido com geomembrana... 5 FIGURA 16 - Canal trapezoidal escavado em terra... 6 FIGURA 17 - Canal revestido com concreto moldado in loco FIGURA 18 - Retirada de sacos de areia para controle da água, causando assoreamento... 8 FIGURA 19 - Processo erosivo em talude de canal de irrigação... 8 FIGURA 0 - Seção circular... 9 FIGURA 1 - Seção retangular de um canal FIGURA Inclinação (θ) das paredes laterais (talude) de um canal trapezoidal FIGURA - Seções de canais muito irregulares FIGURA 4 - Bacia do Rio Acaraú FIGURA 5 Sub-bacias da Região Hidrográfica do Acaraú FIGURA 6 - Dimensões construtivas do canal trapezoidal FIGURA 7 - Dimensões do canal revestido com (a) terra, (b) concreto e (c) geomembrana.7 FIGURA 8 - Alturas de água e borda livre para canal trapezoidal... 7 FIGURA 9 - Alturas de água e borda livre para canais revestidos com (a) terra, (b) concreto e (c) geomembrana ix

11 RESUMO Os canais são estruturas hidráulicas que podem conduzir água ou possibilitar a navegação. No que diz respeito à condução de água, os canais podem ser implantados para finalidades como abastecimento para consumo humano ou para o uso em atividades como irrigação. Independente de seu objetivo de implantação, as margens e fundos de canais estão constantemente expostos às ações erosivas do escoamento, sob a forma, de correntes e turbulência. Consequentemente, podem originar-se margens instáveis e o desenvolvimento de erosões localizadas no fundo, acarretando também risco as áreas envolventes. Dessa forma, a instalação de um sistema de revestimento irá fornecer a linha de frente contra o ataque do escoamento. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi o dimensionamento de um canal principal realizando um comparativo de eficiência entre três tipos de revestimento. Os revestimentos utilizados foram: terra, concreto e geomembrana PEAD. Foram realizados cálculos de dimensionamento do canal, inicialmente considerando um regime permanente e uniforme para obtenção da seção de máxima eficiência. Posteriormente, o dimensionamento foi realizado considerando a precipitação no local, ou seja, o escoamento variável. Como resultado o canal principal apresentou para o revestimento de terra uma largura de base de 4,44 m, largura de topo de 0,5 m, uma profundidade de 5,6m transportando uma vazão de 7,5 m³s -1. Para o canal com revestimento de concreto foi obtida uma largura de base de,06 m, a largura de topo foi de 7,54 m, profundidade de 7,54 m transportando uma vazão de 6,85 m³s -1. Enquanto que, para o canal de geomembrana de PEAD foi obtida uma largura de base de,7 m, uma largura de topo de 6,71 m, uma profundidade de,46 m transportando uma vazão de 6,85 m³s -1. O revestimento mais viável, considerando, a seção de máxima eficiência quando comparado com o concreto, é a geomembrana PEAD. Por outro lado, o revestimento de terra foi o que se mostrou inviável. Palavras-chave: Seção de Máxima Eficiência, Canal Trapezoidal, Vazão máxima. x

12 1 INTRODUÇÃO De acordo com Hwang (1984) a água tem importância vital para a vida humana sendo a engenharia hidráulica tão antiga quanto a própria civilização. Há muitas evidências de que existiram sistemas hidráulicos de considerável magnitude há vários milênios. Por exemplo, um amplo sistema de drenagem e irrigação construído no Egito pode ser considerado como anterior ao ano 00 a.c. O projeto e a operação dos modernos projetos de obras hidráulicas dependem, além dos métodos de análise, de largo emprego de muitas fórmulas empíricas, que conduzem a excelentes resultados em trabalhos de abastecimento e distribuição de água. Os sistemas hidráulicos são projetados com as finalidades de controlar, armazenar ou conduzir a água. O planejamento, a construção e a operação de sistemas hidráulicos envolvem a aplicação de princípios fundamentais em engenharia, de mecânica dos fluidos, mecânica dos solos, análise estrutural, engenharia econômica, e de muitos outros campos afins (HWANG, 1984). Os canais, também denominado condutos livres, transportam água da fonte de capitação até o local de uso. O nível da água no canal deve estar numa cota que permita a distribuição por gravidade, podendo ser utilizado, por exemplo, em irrigação e drenagem. A irrigação, de acordo com Bernardo et al. (006) é uma técnica milenar que nos últimos anos tem-se desenvolvido acentuadamente, apresentando equipamentos e sistemas para as mais distintas condições. A história da irrigação se confunde com a do desenvolvimento e prosperidade econômica dos povos. As civilizações antigas se desenvolveram em regiões áridas, onde a produção só era possível graças à irrigação. No Brasil, o primeiro projeto implantado foi possivelmente o da Fazenda Santa Cruz, no estado do Rio de Janeiro, por volta de No conceito antigo, a irrigação era vista como uma técnica que visava basicamente a luta contra seca. Em uma visão mais atual, dentro do foco empresarial do agronegócio, a irrigação é uma estratégia para elevar a rentabilidade da propriedade agrícola por meio do aumento da produção e da produtividade, de forma sustentável (preservando o meio ambiente) e com maior geração de emprego e renda, com enfoque nas cadeias produtivas. A irrigação é uma técnica absolutamente necessária para a implantação da agricultura em regiões de clima árido e semi-árido, como no Nordeste Brasileiro (CTH, 1986). 11

13 Conforme Andrade et al. (198), o Nordeste é a região dos contrastes e dos problemas crônicos, e que possui um balanço hídrico deficitário, já que a taxa de pluviosidade é bem inferior a de evaporação. Os recursos naturais do Nordeste oferecem grande potencialidade, inclusive quanto à produção de petróleo e outros minerais estratégicos. Possui também condições competitivas no mercado externo devido a sua posição geográfica. A grande seca de 1877/1880, fez surgir grandes órgãos regionais como: a Inspetoria de Obras Contra as Secas (IOCS), a Inspetoria Federal de Obras Contra as Secas (IFOCS) e atualmente o Departamento Nacional de Obras Contra Secas (DNOCS), do qual a Companhia de Desenvolvimento do Vale do São Francisco (CODE-VASF) era um setor (ANDRADE et al., 198). Dessa forma esses órgãos, não visavam apenas sanear uma calamidade periódica, mas sim promover de forma eficaz o progresso regional junto ao bem-estar da população. Fica claro, que a água é fator limitante do desenvolvimento do Nordeste, sendo assim necessário realizar um aproveitamento e um gerenciamento eficiente deste recurso. No Ceará a proporção de pessoas em domicílio com rendimentos mensais per capita de até R$ 70,00 habitando na zona rural, segundo dados do Censo 010, era 51,7%. O mesmo perfil foi observado na região Nordeste, onde uma razão de 5,5% da população extremamente pobre encontra-se em áreas rurais (IPECE, 011). Propõe-se, portando, com este trabalho, visando o desenvolvimento socioeconômico da região Acaraú CE, elaborar um projeto de canal de distribuição principal de água, como fonte hídrica para sistemas de irrigação. 1

14 OBJETIVOS.1 OBJETIVO GERAL Dimensionar um canal trapezoidal principal como fonte hídrica para irrigação.. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realizar um comparativo de eficiência entre os três tipos de revestimentos para canais. Calcular as vazões para diferentes tipos de sistemas de irrigação. Calcular a vazão de pico e verificar o dimensionamento do canal para um escoamento variável devido à uma onda de cheia. 1

15 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.1 RECURSOS HÍDRICOS A água, quando em excesso, provoca inundações e calamidades ambientais, todavia quando escassa causa fome e miséria, é também, o recurso mais importante em todos os aspectos da vida, uma vez que é indispensável à sobrevivência do homem e demais seres vivos do planeta (PAZ et al., 000). Quanto às diversas finalidades dos recursos hídricos, podem ser destacadas as seguintes, segundo Moraes e Jordão (00): abastecimento de água, geração de energia, aquicultura, harmonia paisagística, irrigação e navegação. Na produção de alimentos, de acordo com Paz et al. (000), deve-se realizar um manejo adequado de forma a conseguir excelentes resultados, ao contrário tem-se uma degeneração do meio físico natural. Infelizmente, este recurso natural encontra-se cada vez mais limitado e exaurido pelas ações impactantes do homem nas bacias hidrográficas, degradando a sua qualidade e prejudicando os ecossistemas. Quanto à preservação da quantidade e da qualidade dos recursos hídricos, segundo Nascimento e Heller (004), é fundamental já que são vulneráveis às formas pelas quais os outros recursos naturais são explorados, como no caso do solo, sendo também sensíveis às variações climáticas. Sendo os problemas de disponibilidade e de uso dos recursos naturais fortemente presentes na maioria dos países e a carência de água um fator limitante ao desenvolvimento, é preciso que haja uma aplicação de tecnologias em grande escala para sanar ou prevenir esses problemas. Uma das formas é realizar projetos de irrigação que busquem um uso eficiente da água, de modo a evitar a salinização e a erosão dos solos. Isso muitas vezes não ocorre devido a carência de mão-de-obra (PAZ et al., 000)..1.1 Recursos hídricos no Brasil O território brasileiro, segundo Agência Nacional de Águas (ANA, 010 a), possui uma extensão de 8,5 milhões de km² sendo organizado em cinco Regiões Geográficas, que abrigam 7 Unidades da Federação e um total de municípios. Para efeitos da gestão dos recursos hídricos, o Brasil está dividido em 1 Regiões Hidrográficas, formadas por inúmeras 14

16 bacias hidrográficas, com delimitação física definida naturalmente, pelos divisores topográficos de águas. O Brasil é um dos países mais ricos em recursos hídricos superficiais do planeta, todavia, a distribuição territorial dos recursos hídricos disponíveis no Brasil se mostra bastante desigual devido a grande variabilidade climática que caracteriza o país. Como pode ser observado nas regiões de maior escassez de água (Região Hidrográfica Atlântico Nordeste Oriental, que abrange o Rio Grande do Norte, Paraíba e boa parte do Ceará, Pernambuco, Alagoas e pequeno trecho do Piauí) que apresentam disponibilidade hídrica inferior a 100 m³s -1, e a de disponibilidade hídrica extremamente elevada (Região Hidrográfica Amazônica, que abrange os Estados do Amazonas, Amapá, Acre, Rondônia e Roraima, e grande parcela do Pará e do Mato Grosso) alcançando vazões da ordem de 74 mil m³s -1 (ANA, 010 c)..1. Recursos hídricos na região do nordeste brasileiro No Brasil, o Semi-Árido abrange os Estados de Alagoas, Bahia, Ceará, Minas Gerais, Paraíba, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Norte e Sergipe, ocupando uma área de 977 mil km². Dos 0 milhões de habitantes, que representa 1% da população brasileira, aproximadamente 56% encontram-se na área urbana e 44% na zona rural (ANA, 010 a). De acordo com ANA (010 a), na região semi-árida brasileira, caracterizada por clima semi-árido, é afetada por longos períodos de estiagem, os mananciais disponíveis não oferecem garantia para o abastecimento de água à população, seja em quantidade, seja em qualidade da água, evidenciando um cenário de conflitos que requer tratamento complexo e visão de planejamento estratégico. A característica climática mais marcante da Região Nordeste (Figura 01), com profunda repercussão em seu balanço hídrico, é a variabilidade de precipitação. A precipitação total média anual é de mm; entretanto, uma porção significativa da região apresenta totais anuais médios inferiores a 900 mm. Espacialmente, a chuva anual pode variar desde menos de 600 mm, no centro da região semi-árida (norte da Bahia e oeste de Pernambuco), até mais de.00 mm, no norte do Maranhão (ANA, 010 a). 15

17 FIGURA 01 - Região do Nordeste do Brasil. Fonte: ANA (010 b). Embora situada em clima tropical úmido, a zona litorânea da Região Nordeste também apresenta déficits hídricos, pois é composta de bacias de pequeno porte, rios com baixa vazão média e grande contingente populacional (ANA, 010 a). De acordo com ANA (010 b) o Estado do Ceará (Figura 0) possui 184 municípios e população de 6, milhões de habitantes. Seu território está inserido na Região hidrográfica do Atlântico Nordeste Oriental e pequena porção localizada na Região do Parnaíba. Caracterizado por clima semiárido em praticamente toda a sua extensão, com cursos d água de regime intermitente, os recursos hídricos superficiais são disponibilizados em um elevado número de reservatórios de regularização. Os mananciais superficiais são utilizados para o abastecimento de 10 sedes urbanas, enquanto as águas subterrâneas abastecem 5% do total de municípios. Em decorrência da distribuição de reservatórios no Estado e dos municípios atendidos por poços, os sistemas isolados constituem a solução mais adotada para o 16

18 abastecimento de água da população urbana, abastecendo 144 sedes municipais, ou seja, 78% do total. Contudo, os sistemas integrados são responsáveis pelo abastecimento da maior parte da população (aproximadamente 58%), devido, principalmente, à concentração populacional em Fortaleza e municípios adjacentes (ANA, 010 b). FIGURA 0 - Estado do Ceará na Região Nordeste do Brasil Fonte: ANA (010 b).. IMPORTÂNCIA DA IRRIGAÇÃO A água é fundamental para a vida, sendo porém, um recurso limitado e de valor econômico. Sua importância não se restringe apenas à sobrevivência humana, mas principalmente para o desenvolvimento de todas as atividades produtivas, devendo serem asseguradas para usos múltiplos, por exemplo, agropecuária (principalmente irrigação), geração de energia e transporte fluvial (GIAMPÁ e GONÇALES, 005). Segundo Bernardo et al. (006), a história ensina que a irrigação sempre foi um fator de riqueza, prosperidade e, consequentemente, de segurança. Dessa forma, as grandes 17

19 aglomerações que há mais de anos se fixaram às margens dos rios Huang Ho e Iang-tse- Kiang, no vasto império da China; do Nilo, no Egito; do Tigre e Eufrates, na Mesopotâmia; e do Ganges, na Índia, surgiram e cresceram em virtude da utilização de seus recursos hídricos. Há aproximadamente anos a humanidade foi se desenvolvendo em regiões úmidas, onde a necessidade de irrigação já não era essencialmente vital. No entanto, com a grande expansão das populações e consequente exploração de grande parte das áreas disponíveis, a irrigação voltou a ter seu papel fundamental no intuito de aumentar a produtividade tanto nas áreas úmidas quanto nas áreas áridas e semi-áridas, as quais representam 55% da área continental (BERNARDO et al., 006). É importante ter em mente a importância da agricultura irrigada, que apresenta muitas vantagens, podendo destacar, de acordo com Bernardo et al. (006), uma maior produção (mais de um plantio por ano), produtividade com os menores níveis de investimento comparativamente a outros setores da economia, promovendo o aumento da renda e a diminuição do êxodo rural e melhorando sensivelmente as condições de vida dos produtores e suas famílias. Informações referentes às regiões onde foi implantada a agricultura irrigada indicam mudanças socioeconômicas importantes, como: Criação de empregos diretos; Aumento da renda per capita; Crescimento considerável da demanda de bens de consumo e serviços, com aumento de estabelecimentos comerciais e industriais e do emprego nestes setores; Diminuição do êxodo rural; e Melhoria nas condições de saúde, educação, habitação e lazer dos irrigantes. Para a região semi-árida, um hectare irrigado gera em torno de 0,8 a 1, emprego direto e 1,0 a 1, emprego indireto, enquanto na agricultura de sequeiro (cultivo sem irrigação onde a precipitação anual é inferior a 500 mm) esses valores são da ordem de 0, emprego gerado por ha (BERNARDO et al., 006). Para uma produção sempre crescente de alimentos, a alternativa está na produção agrícola sob irrigação, que tem possibilitado um número maior de safras por ano, principalmente em países do hemisfério sul. Tendo em vista ser o setor agrícola o maior consumidor de água e como esta é o mais essencial e estratégico componente ao desenvolvimento da agricultura, seu controle e administração adequados e confiáveis possibilitará o manejo justo e equilibrado, preservando a sua qualidade (PAZ et al., 000). 18

20 Segundo Olitta (1984), constituindo uma técnica que proporciona alcançar a máxima produção, em complementação às demais de condução das culturas, a irrigação tem recebido desde algum tempo considerável interesse tanto no Nordeste, como no Centro Sul de nosso país. Obrigatoriamente utilizada em regiões áridas, a irrigação vinha sendo constantemente relegada a um plano inferior nas regiões onde, sob certas condições, a precipitação natural permite que as culturas se desenvolvam e produzam normalmente. O custo atual da terra, aliado ao considerável capital de exploração agrícola, envolvendo preparo do solo, adubação, controle fitossanitário, etc., não permite que a produção final fique na dependência da ocorrência ou não de uma precipitação oportuna. Assim sendo, a nova mentalidade dos empresários agrícolas tem mostrado interesse por uma produção segura que a técnica da irrigação proporciona, além de possibilitar que uma produção perto da máxima seja normalmente alcançada, salvo fatores naturais fora de controle.. SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO Para melhor entendimento dos sistemas de irrigação alguns conceitos devem ser apresentados (BERNARDO et al., 006): Disponibilidade de água no solo: é aquela água disponível às plantas no intervalo de umidade no qual a mesma está retida pela matriz do solo e pode ser absorvida pelas plantas. Atualmente, não mais se procura classificar a água do solo, mas sim caracterizála quantitativamente, para fins de estudo de sua disponibilidade, para as plantas, durante a sua movimentação pelo solo; Disponibilidade total de água do solo (DTA): é uma característica do solo, que corresponde à agua nele armazenada no intervalo entre as umidades correspondentes à capacidade de campo e ao ponto de murchamento; Disponibilidade real de água do solo (DRA): é definida como a fração da disponibilidade total de água no solo que a cultura poderá utilizar sem afetar significativamente a sua produtividade; Capacidade total de água no solo (CTA): é a quantidade de água de chuva e/ou irrigação considerada disponível para a cultura no perfil do solo que esteja sendo ocupado pelo seu sistema radicular; Capacidade real de água no solo (CRA): é a fração de CTA entre duas irrigações sucessivas para que a umidade do solo não atinja o ponto de murchamento; 19

21 Irrigação real necessária (IRN): é a quantidade real de água necessária à aplicação por irrigação; Irrigação total necessária (ITN): é a quantidade total de água que se necessita aplicar por irrigação; Evapotranspiração (ET): quantidade de água evaporada e transpirada por uma superfície (como um vegetal), durante determinado período. Isto inclui a evaporação da água do solo, a evaporação da água depositada pela irrigação, chuva ou orvalho na superfície das folhas, e a transpiração vegetal (Figura 0); Evapotranspiração potencial de referência (ET 0 ): é a evapotranspiração de uma cultura hipotética que cobre todo o solo, em crescimento ativo, sem restrição hídrica nem nutricional (ótimas condições de desenvolvimento); Evapotranspiração potencial da cultura: é a evapotranspiração de determinada cultura quando há ótimas condições de umidade e nutriente no solo, permitindo a produção potencial desta cultura no campo; Turno de rega: é o intervalo, em dias, entre duas irrigações sucessivas. Recebendo energia solar Evapotranspiração Transpiração Aquecimento para o ar Evaporação Aquecimento para o solo FIGURA 0 Evapotranspiração Fonte: NASA (01). Para aplicação de água às plantas, diversos métodos de irrigação são utilizados e a maneira mais aceita se baseia na forma que a água é colocada à disposição da planta: por superfície (superficial), aspersão, localizada e subterrânea. 0

22 ..1 Irrigação por aspersão A flexibilidade do equipamento faz este método adaptável a qualquer condição topográfica, sem a necessidade de uma sistematização do terreno, limitado somente por fatores econômicos. Com relação às condições climáticas, ventos excessivamente fortes podem acarretar problemas para a aspersão, sendo então mais indicados outros métodos de irrigação (OLITTA, 1984). O objetivo básico da irrigação por aspersão é simular uma chuva, aplicando uniformemente uma altura calculada de água, dentro de uma taxa de aplicação predeterminada. De acordo com Olitta (1984), através da rotação, os aspersores molham o terreno em uma superfície circular, havendo necessidade de uma sobreposição das mesmas para atingir uma aplicação razoavelmente uniforme. A seleção do aspersor para uma determinada situação envolve o conhecimento de suas características de funcionamento, bem como um espaçamento correto no campo. Segundo Azevedo Netto et al. (1998), nesse método, um jato de água é lançado sob pressão adequada, para cima e para o lado, sendo fracionado mecanicamente num emissor (aspersor, orifício, bocal ou spra ), de forma a ser distribuído uniformemente, em pequenas gotas sobre uma área circular do terreno. Os sistemas de irrigação por aspersão podem ser subdivididos em dois grupos: sendo o primeiro grupo, aspersão convencional (fixo, semi-fixo e móvel) e o segundo grupo, aspersão mecanizada (autopropelido, montagem direta, lateral rolante, pivô central e pivô linear). No primeiro grupo as mudanças de posição no terreno (quando houverem) são efetuadas manualmente. No segundo grupo, existe a participação de um equipamento mecânico de certo porte (uma máquina) para efetuar a distribuição de água (AZEVEDO NETTO et al., 1998). 1

23 FIGURA 04 - Irrigação por aspersão. Fonte: FERRARI (00)... Irrigação localizada De acordo com Azevedo Netto et al. (1998), a irrigação localizada tem por princípio a aplicação d água molhando apenas uma parte do solo, a ocupada pelo sistema radicular das plantas. A água é conduzida por extensão de tubulações em baixa pressão, até o próximo ao pé da planta ou da região a ser umedecida à qual é fornecida através dos emissores, de tal forma que a umidade do solo seja mantida próxima à capacidade de campo. O emissor, além de distribuir uniformemente a água, deve também dissipar a pressão da mesma de acordo com os princípios de cada um dos tipos de irrigação localizada. As principais culturas para as quais se utiliza o sistema de irrigação localizada em nosso país são: abacate, abacaxi, acerola, ameixa, ameixa carmesim, ata, banana, graviola, horticultura, laranja, limão, maçã, mamão, maracujá, melão, morango, murcote (mexerica), nectarina, olericultura, pêra, pêssego, pimenta do reino, tomate e uva. Nesse método o solo funciona como um pequeno armazenamento, mas sem reduzir a oferta de água à planta. É uma irrigação de alta frequência. Molha-se praticamente apenas a zona útil do sistema radicular da planta. Os principais tipos do sistema de irrigação localizada em uso comercial no Brasil são: gotejamento (Figura 05), microaspersão e tubo perfurado. Na irrigação por gotejo, a água é levada até ao pé da planta ou a um cocho úmido por uma extensa rede de tubulação fixa e de baixa pressão. A liberação da água para o solo é feita pontualmente através de gotejadores, na forma de gotas e em vazões reduzidas. A irrigação

24 por gotejo exige um sofisticado sistema de filtragem da água e de aplicação de fertilizantes e outros produtos químicos, tendo sido idealizada para condições específicas de uma agricultura altamente intensiva (AZEVEDO NETTO et al, 1998). Na microaspersão, de acordo Azevedo Netto et al. (1998), a água é localmente aspergida pelos microaspersores em pequenos círculos (ou setores), junto ao pé da planta. A condução é feita por rede fixa e extensa de tubos até os microaspersores que operam com baixas pressões (10 a 0 mca). As vazões e as áreas molhadas por cada microaspersor são superiores às dos gotejadores. No sistema de tubos perfurados, segundo Azevedo Netto et al. (1998) não existem emissores, cujas funções são desempenhadas por orifícios ou poros, sendo que a perfuração dos tubos deve ser feita com muita precisão. FIGURA 05 - Irrigação por gotejamento Fonte: SANTOS et al. (005)... Irrigação por superfície (superficial ou por gravidade) Irrigação por superfície é aquela na qual a condução da água, do sistema de distribuição até qualquer ponto de infiltração, dentro da parcela a ser irrigada, é feita diretamente sobre a superfície do solo. Durante o processo de infiltração, a água pode permanecer acumulada ou somente movimentar-se sobre a superfície do solo. Este sistema se adapta à maioria das culturas, aos diferentes tipos de solo (com exceção dos arenosos) e necessitam de topografia favorável, exigindo, mesmo assim, em geral, a sistematização do terreno. Os tipos de irrigação podem ser divididos em três tipos, sendo: inundação (Figura 06), sulcos e faixas. (AZEVEDO NETTO et al., 1998).

25 FIGURA 06 - Sistema de irrigação por inundação temporária em bacias (misto). Fonte: PINTO (007)..4 TIPOS DE ESTRUTURAS HIDRÁULICAS Segundo Baptista e Coelho (010), os recursos hídricos, vitais na sociedade atual só se tornam efetivamente úteis ao homem à medida que estes forem adequadamente controlados, contidos ou transportados, de acordo com uma ou mais finalidades específicas. Desta forma, o aproveitamento deste recurso natural implica, forçosamente, a implantação de obras hidráulicas, que podem ser dos mais diversos tipos, possuindo também, evidentemente, objetivos bastante diversificados. Assim, sem uma preocupação de exaustividade, são citados a seguir os tipos de estruturas mais comuns na Engenharia Hidráulica: Estruturas para armazenamento e contenção de água: barragens e diques; Estruturas para transporte e adução de água, bem como para a compatibilização com outras obras de infraestrutura: canais, bueiros e pontes; Estruturas para controle de água: vertedouros e dissipadores de energia..5 CANAIS Os canais são estruturas hidráulicas que possuem os seguintes objetivos básicos, de acordo com Baptista e Coelho (010): Condução das águas de forma a compatibilizar as necessidades com os volumes disponíveis, no tempo e no espaço; 4

26 Possibilitar ou favorecer a navegação. Dentro do primeiro objetivo, a condução de água, os canais podem ser implantados para abastecimento de água para consumo humano e industrial, condução das águas, irrigação agrícola, drenagem das águas excedentes etc. O segundo objetivo consiste, essencialmente, na implantação de hidrovias, de forma a assegurar as profundidades de água necessárias para a circulação das embarcações. Segundo Azevedo Netto et al. (1998), nos condutos livres ou canais, pelo menos um ponto da seção de escoamento está sujeito à pressão atmosférica, assim, normalmente apresentam uma superfície livre de água que estará em contanto com a atmosfera, sendo portanto, considerados canais todos os condutos que conduzem águas com uma superfície livre, com seção aberta ou fechada (Figura 07). FIGURA 07 - Casos típicos de condutos livres com seção aberta (a) e com seção fechada (b). Fonte: AZEVEDO NETTO et al. (1998). Os canais podem ser classificados, segundo Porto (004), como naturais, que são os cursos d água existentes na natureza, como por exemplo, as pequenas correntes, córregos, rios e estuários, ou artificiais (Figura 08), de seção aberta ou fechada, construídos pelo homem, como por exemplo, aquedutos, canais de irrigação, de navegação e galerias. FIGURA 08 - Canal artificial Fonte: NAGJA,

27 De acordo com Collischonn (01), os canais de irrigação (Figura 09) devem: fornecer água de acordo com a demanda, evitar perdas, manter níveis da água relativamente constantes junto às tomadas de água e superar declives. Uma das maiores dificuldades relacionadas à condução da água em canais, segundo AMARAL at al. (010), consiste na distribuição da quantidade correta de água aos lotes irrigados. Em razão da multiplicidade de usuários que entram ou saem do sistema a cada instante e das consequentes variações do nível da água nos canais, as vazões derivadas alteram-se constantemente. FIGURA 9 - Canal de irrigação Fonte: REGIÂO, 004. Os canais podem ser ditos prismáticos se possuírem ao longo do comprimento, seção reta e declividade de fundos constantes; caso contrário são ditos não prismáticos. Os conceitos relativos às linhas de energia e piezométrica são utilizados nos canais de forma análoga aos condutos forçados, de acordo com a Figura 10, observando que devido à presença da pressão atmosférica, a linha piezométrica geralmente, mas nem sempre coincide com a linha d água. 6

28 FIGURA 10 - Linhas de energia e piezométrica em condutos forçados e livres Fonte: SOUZA (010). Apesar da similaridade no tratamento analítico dos dois tipos de escoamento, cabe observar que existe muito mais dificuldade de tratar os condutos livres do que os condutos forçados. Primeiramente, considerando o aspecto relativo à rugosidade das paredes, sendo uma medida da resistência da superfície ao escoamento da água devido ao atrito ou fricção provocada por ele, para as tubulações usuais em condutos forçados, se têm rugosidades bem caracterizadas, já que os tubos decorrem de produção industrial, e a gama de variação destes materiais é pequena (ferro fundido, aço, concreto, P.V.C. entre outros). O mesmo não ocorre com as rugosidades dos canais, em que, além dos tipos de materiais usados serem em maior número, é mais difícil a especificação do valor numérico da rugosidade em revestimentos sem controle de qualidade industrial ou, mais difícil ainda, no caso dos canais naturais. A fórmula de Manning é a mais popular em projeto de canais. Em sua aplicação a parte crucial é a escolha do valor do coeficiente de rugosidade (n), exigindo do projetista critério e bom senso, na medida em que, mesmo nos canais regulares, outros fatores além do revestimento podem alterar a rugosidade, como crescimento de vegetação, processos erosivos e presença de curvas pela alteração dos perfis de velocidade. No que concerne ao estabelecimento dos parâmetros geométricos da seção (área, perímetro, altura d água), é visível a maior dificuldade para os canais, pois enquanto os condutos forçados têm, basicamente, seções circulares, os canais se apresentam nas mais 7

29 variadas formas geométricas, além do que esses parâmetros geométricos podem ainda variar no espaço e no tempo (PORTO, 004)..5.1 Elementos geométricos dos canais De acordo com a Figura 11, os principais parâmetros geométricos para descrever os canais são (AZEVEDO NETTO et al., 1998): FIGURA 11 - Parâmetros hidráulicos fundamentais das seções transversais Fonte: AZEVEDO NETTO et al. (1998). Área molhada (A): é a área da seção transversal do canal que é ocupada pelo líquido; Perímetro molhado (P): comprimento relativo ao contato do líquido com o conduto; Largura superficial (B): largura da superfície em contato com a atmosfera; Profundidade (): altura do líquido acima do fundo do canal; Profundidade hidráulica ( h ): razão entre a área molhada e a largura superficial, h = A/B; Raio hidráulico (R h ): razão entre a Área Molhada e o Perímetro Molhado, R h = A/P; Borda livre: segundo Baptista e Coelho (010), denomina-se borda livre (Figura 1) a distância vertical entre o topo do canal e a superfície da água nas condições de projeto. Esta distância é prevista como uma faixa de segurança adicional na altura da obra 8

30 face às incertezas no dimensionamento hidráulico. As bordas livres justificam-se também em função da possibilidade de formação de ondas superficiais devido à irregularidade das paredes, presença de obstáculos, sedimentação etc. FIGURA 1 - Elementos característicos Fonte: AMANTHEA (008)..5. Tipos de escoamento em canais Porto (004) diz que o escoamento de água através de uma tubulação pode ocorrer sob condições de conduto forçado ou condutos livres ou canais. O escoamento sob condições de conduto forçado tem por principais características o fato de a tubulação ser fechada, a seção ser plena (completamente cheia de água), de atuar sobre o líquido uma pressão diferente da atmosférica e o escoamento se estabelecer por gravidade ou por bombeamento. Já nos condutos livres ou canais, a característica principal é a presença da pressão atmosférica atuando sobre a superfície do líquido, em uma seção aberta, como nos canais de irrigação e drenagem, ou fechada, como nos condutos de esgoto e galerias de águas pluviais (escoamento por gravidade). Segundo Porto (004), os escoamentos dos canais podem ter por parâmetros de variabilidade o espaço e o tempo, isto é, características hidráulicas como altura d água, área molhada, raio hidráulico podem variar no espaço, de seção para seção, e no tempo Critério comparativo: tempo Tomando como critério comparativo o tempo, os escoamentos podem ser permanentes e não permanentes ou variáveis. 9

31 Escoamento permanente O escoamento ou regime é permanente se a velocidade local em um ponto qualquer da corrente permanecer invariável no tempo, em módulo e direção. Por conseguinte, os demais parâmetros hidráulicos em uma mesma seção transversal, como profundidade, vazão e área molhada, guardam um valor constante e existe entre as diversas seções do canal uma continuidade de vazão (PORTO, 004) Escoamento não permanente O escoamento ou regime não é permanente se a velocidade em um certo ponto varia com o passar do tempo. Neste caso, não existe uma continuidade de vazão e as características do escoamento dependem, por sua vez, das coordenadas do ponto considerado e do tempo. Este tipo de escoamento ocorre, por exemplo, quando da passagem de uma onda de cheia através de um canal. Deve-se, entretanto, observar que o fato de o escoamento ser permanente ou não depende da posição do observador em relação à corrente, assim o escoamento de um rio em volta do pilar de uma ponte é permanente para o observador postado sobre a ponte e não permanente para o observador em um barco impelido pela corrente (PORTO, 004)..5.. Critério comparativo: espaço Tomando como critério comparativo o espaço, os escoamentos podem ser uniformes e não uniformes ou variados Escoamento uniforme O escoamento é uniforme desde que as velocidades locais sejam paralelas entre si e constantes ao longo de uma mesma trajetória; elas podem, entretanto, diferir de uma trajetória para outra se as trajetórias são retilíneas e paralelas, a linha d água é paralela ao fundo, portanto a altura d água é constante (PORTO, 004). 0

32 .5... Escoamento não uniforme Quando as trajetórias não são paralelas entre si, o escoamento é dito não uniforme, a declividade da linha d água não é paralela à declividade de fundo e os elementos característicos do escoamento variam de uma seção para outra. Neste caso, a declividade de fundo difere da declividade da linha d água. O escoamento variado pode ser permanente ou variável, acelerado ou desacelerado, se a velocidade aumenta ou diminui no sentido do movimento. O escoamento variado, por sua vez, é subdividido em gradualmente variado e rapidamente variado. No primeiro caso, os elementos característicos da corrente variam de forma lenta e gradual, de seção para seção, e no segundo, há uma variação brusca na altura d água e demais parâmetros, sobre uma distância comparativamente pequena. Os principais exemplos fenômenos de escoamento bruscamente variado, são o ressalto hidráulico, que é uma elevação brusca da superfície livre que se produz quando uma corrente de forte velocidade encontra uma corrente de fraca velocidade, e a queda brusca, que consiste em um abaixamento notável da linha d água sobre uma distância curta (PORTO, 004)..5. Aspectos técnicos As alternativas para escolha de um determinado tipo de canal, quanto à sua forma e material de revestimento, dependem de diversos aspectos. Podem ser citados os seguintes aspectos, que devem ser levados em conta no processo de concepção do canal (BAPTISTA e Coelho, 010): Hidráulicos: vazões de projeto, velocidades de funcionamento, lâminas d água etc.; Tecnológicos e operacionais: topografia local, faixa disponível para implantação, disponibilidade de materiais, equipamentos, mão de obra, área para bota-fora, possibilidade e facilidade para manutenção etc.; Ambientais: impacto das obras e serviço, tanto no que diz respeito aos aspectos ecológicos e de qualidade das águas, como da própria inserção ambiental, em função da ocupação das áreas adjacentes, paisagismo etc.; Socais: inserção no sistema viário, possibilitando recreação e lazer etc. 1

33 .5..1 Revestimentos O revestimento, segundo Baptista e Coelho (010), tem como principais objetivos: reduzir perdas por infiltração durante a condução de água; evitar o crescimento de vegetação; e evitar o desmoronamento das paredes do canal, como demonstrado na Figura 1. FIGURA 1 - Desmoronamento e crescimento de vegetação em canais Fonte: AMANTHEA (008). Diversos revestimentos de canais são atualmente empregados na Engenharia Hidráulica, indo desde concreto, revestimentos plásticos, geomembranas até a simples proteção dos taludes com enrocamentos e com solos reforçados. A definição da seção e a escolha de material de revestimento podem ser extremamente complexas, acarretando importantes reflexos no custo da obra (BAPTISTA e COELHO, 010) Canais revestidos com Geossintéticos Segundo DNIT 161/01 EM (01), geossintéticos é uma denominação genérica de produtos poliméricos (sintéticos ou naturais), industrializados, desenvolvidos para utilização em obras geotécnicas, desempenhando uma ou mais funções, entre as quais destacam-se: reforço, proteção, impermeabilização, controle de erosão superficial, drenagem, filtração e separação. No Brasil, desde os anos 1980, a principal utilização de produtos geossintéticos como elementos protetores tem sido no emprego de geotêxteis justapostos a geomembranas, na impermeabilização de todos os tipos de estruturas e obras tais como lajes, canais, lagos

34 artificiais, tanques de efluentes industriais e reservatórios de água limpa (VERTEMATTI e NOVAIS, 004). Quando utilizados como elementos protetores, os geossintéticos atuam como uma camada redutora de tensões. O objetivo é prevenir ou reduzir os danos que seriam causados a uma determinada superfície, camada ou estrutura adjacente, preservando suas características originais (VERTEMATTI e NOVAIS, 004). Para que um determinado geossintéticos possa exercer a função principal de elemento protetor, dependendo do tipo de aplicação, ele deve, de acordo com Vertematti e Novais, 004, apresentar uma ou mais das seguintes propriedades: ser capaz de resistir a esforços de puncionamento, de tração localizada; ser capaz de não propagar rasgos; ser capaz de absorver esforços de compressão, por diminuição de volume; ser capaz de aumentar o atrito de interface entre os materiais que o envolvem e; ser permeável, permitindo o livre fluxo de fluidos. Os geossintéticos são usados frequentemente para limitar a interação entre a estrutura e a água e podem aumentar a sua estabilidade. Em obras hidráulicas, os geossintéticos podem ser usados para (ZORNBERG e BOUAZZA, 01): Reduzir ou evitar a infiltração de água por meio do uso de geomembranas; Reduzir ou prevenir a erosão das margens de canais por meio do uso de revestimentos incorporando geomembrana; Promover drenagem e/ou filtração por meio do uso de geotêxteis, georredes ou geocompostos para drenagem e; Reforçar a fundação da estrutura hidráulica ou a própria estrutura, utilizando-se geogrelhas Geomembrana O transporte de água em valetas, canais laterais e principais para plantações é tão comum quanto tanques de armazenamento de água e pequenas lagoas. Contudo, a água está se tornando cada vez mais rara e cara, especialmente com condições de seca em muitas partes do mundo. A perda por infiltração em canais e valas pode ser próxima de 0 a 50%. Porém, essa perda por ser eliminada ou minimizada com a utilização de geossintéticos como barreiras. Solo compactado e geomembranas expostas são utilizados extensivamente na impermeabilização de canais novos e na manutenção de antigos (FROBEL, 01).

35 Além disso, canais com revestimentos de concreto fissurados que tenham perdido a sua efetividade ao longo dos anos podem ser substituídos ou reparados com geomembranas. Vazamentos através de geomembranas ocorrem principalmente por defeitos nas soldas e por perfurações. Geralmente os danos são minimizados por programas de controle de qualidade de instalação e execução da obra. No entanto, vazamentos são inevitáveis, especialmente com o envelhecimento da geomembrana. Para proteger a estrutura, georredes ou geocompostos são usados para drenagem a jusante da geomembrana (ZOENBERG e BOUAZZA, 01). Desse modo, as geomembranas (Figuras 14 e 15) atuam como barreira impermeabilizante em canais, rios, lagoas, barragens e outras, sempre protegidas por elementos drenantes, protetores e dissipadores da energia das águas (VERTEMATTI e NIVAIS, 004). FIGURA 14 - Aplicação de geomembrana Fonte: ROMA (01). 4

36 FIGURA 15 - Canal revestido com geomembrana Fonte: MAR DO SUL (01) Canais em solos Para o emprego de canais simplesmente escavados em solos, como pode ser visto na Figura 16, devem ser salientados aqui dois aspectos positivos importantes, segundo Baptista e Coelho (010): o baixo custo de implantação e a sua melhor inserção ambiental. Com efeito, os custos associados aos canais em solo prendem-se, essencialmente, à escavação e ao transporte dos materiais escavados. O crescimento natural da vegetação nas margens acaba por conferir um aspecto de curso d água natural ao canal, fornecendo ainda o desenvolvimento da flora e da fauna aquática. Por outro lado, as baixas velocidades admissíveis implicam a necessidade de seções de maior porte do que aquelas correspondentes aos canais revestidos. Ainda, as próprias limitações relativas às velocidades de operação podem implicar o desenvolvimento de processos erosivos e/ou assoreamento. Além disto, o crescimento desordenado da vegetação pode prejudicar o funcionamento hidráulico do canal, através do aumento da sua rugosidade (BAPTISTA e COELHO, 010). Estes diferentes aspectos implicam a necessidade permanente de operações de manutenção deste tipo de canalização e, consequentemente, o seu relativamente elevado custo operacional. 5

37 FIGURA 16 - Canal trapezoidal escavado em terra Fonte: AMANTHEA (008) Canais revestidos em concreto Segundo Baptista e Coelho (010), os canais revestidos deste material podem ser construídos utilizando concreto moldado in loco, para estruturas de grandes dimensões, ou com o emprego de peças pré-moldadas (Figura 17), para estruturas de porte mais reduzido. Ocasionalmente utiliza-se ainda o concreto projetado ou gunita (processo de aplicação de concreto utilizado sem a necessidade de formas, bastando apenas uma superfície para o seu lançamento). A utilização do concreto é particularmente indicada para situações em que a faixa disponível para implantação da obra é reduzida. Com efeito, revestindo-se o canal com concreto, pode-se trabalhar com velocidades de escoamento mais elevadas, que possibilitam uma maior capacidade de vazão. A utilização do concreto permite ainda uma grande flexibilidade quanto à forma da seção, sendo também pouco exigente no que diz respeito à manutenção (BAPTISTA e COELHO, 010). As desvantagens deste tipo de solução prendem-se, principalmente, aos elevados custos de implantação e aos aspectos de inserção ambiental e social deficiente. Em sistemas de drenagem observam-se também impactos hidráulicos correspondentes ao aumento das velocidades de escoamento, levando à antecipação dos hidrogramas de cheia, com eventuais reflexos no funcionamento global do sistema. 6

38 FIGURA 17 - Canal revestido com concreto moldado in loco. Fonte: LCB Consultoria Ambiental (01)..5.. Infiltração De acordo com Bernardo et al. (006), o fator que, em geral, determina se deve ou não revestir um canal é a quantidade de água que será perdida por ele quando não-revestido, ou seja, comparando o custo de revestimento versus o custo da água perdida..5.. Análise da declividade e velocidade de funcionamento Segundo Bernardo et al. (006), a declividade I 0 define a inclinação do fundo do canal em relação ao plano horizontal. Aumentando-se a declividade, a velocidade aumentará, reduzindo-se a profundidade e aumentando os atritos (resistência), sempre de maneira a manter o exato balanço das forças que atuam no sistema. De acordo com Baptista e Coelho (010) um aspecto extremamente importante que deve ser levado em conta nos projetos dos canais é a faixa de velocidade de funcionamento do canal, tanto no que diz respeito às velocidades mínimas quanto às velocidade máximas. Dessa forma, conforme Porto (004) em projeto de canais deve-se adotar uma declividade de forma que a velocidade média do escoamento seja maior do que uma velocidade mínima estabelecida para evitar assoreamento (Figura 18), ou seja, deposição de lama, lodo, material em suspensão e crescimento de plantas aquáticas. 7

39 FIGURA 18 - Retirada de sacos de areia para controle da água, causando assoreamento Fonte: MPF (007) Entretanto, a velocidade média deve ser menor que uma velocidade máxima estabelecida para evitar a erosão do material dos taludes (paredes) do canal, conforme a Figura 19. FIGURA 19 - Processo erosivo em talude de canal de irrigação Fonte: MPF (007). A velocidade será menor junto às margens e ao fundo devido ao atrito da água contra essas superfícies sólidas. Ao contrário, a velocidade será máxima no centro do canal, um pouco abaixo da superfície (devido à resistência oferecida pelo ar na superfície) Forma geométrica dos canais 8

40 Segundo Azevedo Netto et al. (1998), os condutos livres podem ser abertos ou fechados, apresentando-se na prática com uma grande variedade de seções Seções circulares e semicirculares As seções circulares (Figura 0) e semicirculares são as que apresentam o menor perímetro molhado e o maior raio hidráulico por unidade de área do conduto. São, por isso, seções econômicas ideais. O máximo valor de velocidade da água, em um conduto circular, ocorre quando o conduto está parcialmente cheio e = 0,81 D, onde é a altura da lâmina líquida e D é o diâmetro da seção. A adoção da seção circular nos grandes condutos está condicionada às questões estruturais e aos processos de execução. Já a seção semicircular, bastante vantajosa para os condutos abertos, frequentemente não pode ser realizada por questões estruturais, dificuldades de execução ou inexistência de revestimento nos canais escavados. Exceção feita aos condutos de grande porte, coletores de esgotos, as galerias de águas pluviais e as linhas adutoras são de seção circular. FIGURA 0 - Seção circular Fonte: AZEVEDO NETTO et al. (1998) Seção retangular A forma retangular é, geralmente, adotada nos canais de concreto e nos canais abertos em rocha (Figura 1). A seção retangular mais favorável (que apresenta máxima eficiência hidráulica) é aquela para qual a base b é o dobro da altura h. 9

41 FIGURA 1 - Seção retangular de um canal Fonte: AZEVEDO NETTO et al. (1998) Seção trapezoidal A seção trapezoidal (Figura ) é a que mais se adapta aos tipos de revestimento, todavia deve-se atentar à inclinação das paredes laterais do canal para garantir sua estabilidade e permanência. O estabelecimento da máxima inclinação dos taludes, conforme Porto (004), é uma limitação quanto à estabilidade dos canais, sendo que esta deve ser menor que o ângulo de repouso do material de revestimento para que o talude seja geotecnicamente estável. Os valores médios comuns para os taludes dos canais abertos são apresentados na Tabela 1. TABELA 1- Inclinação usual dos taludes Natureza das paredes Z = tg θ Canais em terra em geral, sem revestimento 1:,5 a 1:5 Canais em saibro, terra porosa 1: Cascalho roliço 1:1,75 Terra compacta, sem revestimento 1:1,5 Terra muito compacta, paredes rochosas 1:1,5 Rochas estratificadas, alvenaria de pedra bruta 1:0,5 Rochas compactas, alvenaria acabada, concreto 1:0 Fonte: PORTO,

42 α θ b FIGURA Inclinação (θ) das paredes laterais (talude) de um canal trapezoidal. Fonte: Adaptado de MANNINCH (006). Sendo B a largura de topo, b a largura de fundo do canal e a altura do canal Seções muito irregulares No cálculo das condições hidráulicas dos canais que apresentam seções transversais muito irregulares ou seções duplas, obtêm-se resultados melhores quando se subdivide a seção em partes cujas profundidades não sejam muito diferentes (Figura ). FIGURA - Seções de canais muito irregulares Fonte: AZEVEDO NETTO et al. (1998)..5.4 Dimensionamento de canais De acordo com Baptista e Coelho (010) qualquer que seja o objetivo do canal, seu dimensionamento hidráulico é feito através dos mesmos procedimentos básicos. A abordagem, entretanto, é diferenciada, conforme as características da superfície de contato com a água. Com efeito têm-se os canais revestidos ou consolidados, construídos com materiais não erodíveis, e os canais não revestidos ou não consolidados, ou seja, 41

43 correspondentes a cursos d água naturais, canais artificiais simplesmente escavados ou canais revestidos com materiais não resistentes à erosão. Em função do seu objetivo, conforme os materiais e equipamentos disponíveis para a sua construção e de acordo com as condições geológicas, topográficas e ambientais do local de sua implantação, os canais podem ser projetados e construídos segundo uma grande diversidade de alternativas tecnológicas Dimensões de máxima eficiência hidráulica Para os canais revestidos admite-se que as paredes e o fundo do canal sejam estáveis, ou seja, a integridade da forma do canal e do seu revestimento é assegurada. Assim o problema central consiste na definição de uma seção adequada para transportar a vazão de projeto. Do ponto de vista puramente hidráulico uma abordagem para a questão corresponde às denominadas seções de máxima eficiência. Nas condições estabelecidas de estabilidade das paredes do canal, o problema do dimensionamento hidráulico dos canais reduz-se à otimização da seção transversal para transportar a vazão de projeto. Com efeito, tendo em vista o custo de implantação, um critério básico de projeto corresponderia exatamente à minimização da área a ser revestida e do volume de escavação, que desempenham papel importante na composição de custo do canal. Assim, busca-se a definição de seções transversais, que apresentam rendimento máximo, ou seja, que, para uma dada área, declividade e rugosidade, transportam a máxima vazão..5.5 Observações gerais Conforme Porto (004), deve-se atentar para as seguintes observações gerais: As obras de retificação, alargamento ou canalização, devem ser feitas, na medida do possível, de jusante (seção posterior ao trecho) para montante (seção anterior ao trecho). Esta é regra básica em obras de melhorias em cursos d água, principalmente em bacias hidrográficas urbanas. Se a obra for executada de montante para jusante, melhorando inicialmente as condições de drenagem na parte alta da bacia, quando ocorrer uma chuva, um volume maior de água e em um tempo menor chegará às seções de jusante, agravando ainda mais as condições de escoamento na parte baixa da bacia. 4

44 Prevendo-se o aumento da rugosidade das paredes e fundo dos canais, pelo uso e má manutenção recomenda-se adotar como coeficiente de rugosidade de projeto, valores de 10 a 15% maiores do que aqueles apresentados nas tabelas, para o revestimento usado. Deve-se, em canais abertos e principalmente em canais fechados, deixar uma folga ou revanche de 0% a 0% da altura d água, acima do nível d água máximo de projeto. Com isto tem-se uma certa folga na capacidade de vazão do canal, atende-se a uma possível sobrelevação do nível d água em uma curva do canal e também a uma diminuição da seção por possíveis depósitos de material carreado, no fundo do canal. Esta folga é importante como fator de segurança, uma vez que a vazão de projeto é determinada por critérios hidrológicos associados a uma certa probabilidade de a vazão de projeto vir a ser superada, e as condições de impermeabilidade da bacia podem variar ao longo do tempo, alterando a resposta da bacia..6 ESCOAMENTO VARIÁVEL EM CANAIS Conforme Porto (004), a grande maioria dos escoamentos livres se dá normalmente em condições de regime não uniforme (variado) e não permanente (variável), nos quais as características mudam em função do espaço e do tempo, respectivamente. Se as alterações sofridas pelo escoamento são de pequena magnitude e ocorrem de modo progressivo, pode-se supor, como simplificação, que o escoamento seja permanente, ao menos em intervalos curtos de tempo. Há, entretanto, situações físicas em que esta suposição não é admissível, como, por exemplo, ondas de cheia em canais, rios ou sistemas de drenagem (PORTO, 004)..6.1 Vazão de pico De acordo com FAO (011), a vazão de projeto é esperada após a queda de uma chuva de intensidade de duração estimada para um determinado período de retorno, tendo em consideração as características hidrológicas da bacia. A determinação da vazão máxima é um fator primordial para o dimensionamento do canal de distribuição principal. Sendo que o canal deve ser dimensionado para transportar a vazão necessária para consumo na irrigação, todavia deve-se a considerar a vazão máxima para que na ocorrência de precipitação não ocorra transbordamento da água. 4

45 Várias metodologias estão disponíveis na literatura para quantificação da vazão máxima, dada uma região hidrográfica auxiliando no planejamento, aproveitamento e controle dos recursos hídricos. Por outro lado, estes métodos podem gerar resultados distintos, pois utilizam diferentes parâmetros, devendo, portanto adotar aquele que mais se adequa as características da bacia, como por exemplo, sua área de drenagem. Para determinação da vazão máxima, os seguintes conceitos devem ser apresentados: Tempo de concentração: a determinação do tempo de concentração é imprescindível para a determinação das vazões de projeto a partir de dados de chuva. O tempo de concentração é a duração da trajetória da partícula de água que demore mais tempo para atingir a seção em estudo (VILELA e MATTOS, 1975). Na literatura estão disponíveis diversas fórmulas empíricas para estimativa do tempo de concentração em função das características da bacia hidrográfica. Intensidade de precipitação: é a quantidade de chuva que cai por unidade de tempo, está relacionada ao tamanho da bacia, podendo ser determinada através de uma série histórica a partir de processos estatísticos, estimando-se sua ocorrência dentro de um tempo (frequência) e com uma determinada duração (CARVALHO, 008); Período de retorno: é o período em anos que esta precipitação poderá recorrer ou ser superada; este tempo é utilizado para o dimensionamento de obras hidráulicas. O tempo de retorno para canais abertos tende a ser determinado em função do formato ou apenas considerando o tipo de revestimento (CAVALHO, 008). 44

46 4 MATERIAL E MÉTODOS 4.1 DADOS DO PROJETO Este trabalho realizou um comparativo entre três soluções para um canal de distribuição principal de seção trapezoidal, considerando diferentes tipos de revestimentos (terra, concreto e geomembrana), de modo a fornecer água para 47 lotes de um distrito de irrigação. Para implantação do canal foi escolhida a região do Perímetro Irrigado Baixo Acaraú (Figura 4), próximo ao litoral da região norte do Estado do Ceará, no trecho final da bacia do Rio Acaraú. Os lotes estão distribuídos nos municípios de Marco, onde tem seu início, Bela Cruz e Acaraú, onde conclui seu trajeto. FIGURA 4 - Bacia do Rio Acaraú Fonte:SUCUPIRA, Relevo, solo, fonte hídrica e clima O relevo da sub-bacia hidrográfica Baixo Acaraú (Figura 5), onde está localizado o empreendimento, é razoavelmente suave, porém com forte declividade longitudinal. Em geral, os solos são profundos, bem drenados de textura média ou média/leve e muito permeáveis. 45

47 Sub bacia Jotobá Sub bacia Macacos Sub bacia Jaibaras Sub bacia Jucurutu Sub bacia groairas Sub bacia médio acaraú Sub bacia baixo acaraú Sub bacia alto acaraú FIGURA 5 Sub-bacias da Região Hidrográfica do Acaraú. Fonte: BRASIL, 010. De acordo com ADECE (011), a fonte hídrica do canal principal é o Rio Acaraú perenizado, no trecho, pelas águas dos Açudes Públicos Paulo Sarasate e Edson Queiroz. A área de drenagem da subbacia, é de.57 km², sendo o comprimento do talvegue (rio principal) de 0 km.o clima da região é o Aw Tropical Chuvoso Usuário Tabela. A divisão dos lotes a serem irrigados e seus respectivos usurários são mostrados na 46

48 TABELA - Divisão dos lotes irrigados Categoria do produtor Área do lote Número de (ha) lotes Total (ha) Pequeno produtor Prof. Área Ciências Agrícolas (Técnico Agrícola) Empresário Total Fonte: Elaborado pela autora (01) Produção O perímetro a ser irrigado produzirá as seguintes culturas: algodão, amendoim, cenoura, citrus, feijão, manga, maracujá, melão e tomate Sistema de irrigação Os sistemas de irrigação utilizados foram: irrigação por gotejamento, irrigação por aspersão convencional e irrigação por pivô central. Desse modo foi realizada a seguinte divisão de áreas e seus respectivos sistemas de irrigação: 48 Lotes de pequenos produtores, com uma área de 8 ha cada, irrigados por aspersão; 104 Lotes de técnicos agrícolas, com área de 16 ha cada, sendo 5 lotes irrigados por aspersão convencional e 5 lotes irrigados por gotejamento. 78 Lotes de empresários, com área de 80 ha cada, sendo 9 lotes irrigados por sistema de pivô central e 9 lotes irrigados por gotejamento. 4. COSIDERAÇÕES INICIAIS A água para abastecimento do canal de distribuição principal será retirado de uma barragem localizada no Rio Acaraú no município de Marco, sendo conduzida ao canal por 47

49 conduto forçado, no final do trecho do canal tem-se um reservatório dotado de canais de drenagem para o escoamento da água. Sendo a distância entre os municípios de Marco até Acaraú, pela rodovia CE 178, de 6,5 Km, foi considerado, Km de comprimento para o canal principal, de modo que apresente um trajeto retilíneo com seção transversal constante em todo sua extensão. Para fins de cálculo foi adotado um regime permanente e uniforme, para obtenção da seção de máxima eficiência, posteriormente sendo dimensionado considerando a vazão de pico (máxima) devido à precipitação. 4. DIMENSIONAMENTO DO CANAL Para o dimensionamento do canal a fórmula adotada foi a de Manning (Equação 1), de acordo com Baptista e Coelho (010): Sendo: Q: vazão, em m³s -1 ; A: área, em m²; R h : raio hidráulico, em m; I: declividade, em m.m -1 ; n: coeficiente de rugosidade de Manning, adimensional. Qn A.Rh (1) I 0 A Fórmula de Manning é bastante utilizada para cálculos hidráulicos relativos a canais naturais e artificiais. Desse modo, foram determinadas pelas seguintes etapas para o dimensionamento do canal, alterando apenas o revestimento (terra, concreto e geomembrana): Determinação dos coeficientes de rugosidade de Manning; Determinação da declividade de fundo do canal; Cálculo das vazões de irrigação, de infiltração e evaporação; Obtenção da seção de máxima eficiência; Cálculo da vazão total; Verificação da velocidade de escoamento; 48

50 variável). Redimensionamento do canal considerando a precipitação (escoamento 4..1 Rugosidade No cálculo do escoamento uniforme uma grande dificuldade diz respeito à avaliação dos fatores de atrito, que traduzem a perda de carga. Assim, na utilização da fórmula de Manning, a determinação do coeficiente de Manning foi feita através da Tabela, de modo a considerar a pior situação, ou seja, o valor de máxima rugosidade para os revestimentos de concreto pré-moldado, solo sem revestimento e geomembrana PEAD (Polietileno de Alta Densidade). TABELA - Coeficientes de rugosidades para canais artificiais Revestimento Rugosidade Concreto pré-moldado 0,015 Solo sem revestimento 0,08 Geomembrana de PEAD 0,011 Fonte: Adaptada de BAPTISTA e COELHO (010) e CODELCO (011). 4.. Declividade de fundo do canal A velocidade é função da declividade; em consequência dos limites estabelecidos para a velocidade, decorrem os limites estabelecidos para a declividade. Os valores para declividade, que são apresentados na Tabela 4, são apenas indicativos. TABELA 4 - Valores de declividade limite. Estrutura Declividade (m.m -1 ) Canais de navegação até 0,0005 Canais industriais 0,0004 a 0,0005 Canais de irrigação pequenos 0,0006 a 0,0008 Canais de irrigação grandes 0,000 a 0,0005 Aquedutos de água potável 0,00015 a 0,001 Fonte: Azevedo Netto et al. (1998). 49

51 m.m -1. A declividade, inicialmente adotada, foi para canais de irrigação grandes, de 0, Vazão de irrigação Foram dimensionados os sistemas de irrigação pelos métodos de gotejamento, aspersão convencional e pivô central, para obtenção das respectivas vazões de sistema (Qg, Qa e Qp) e posteriormente realizado o somatório das mesmas, de modo a obter a vazão total de irrigação em m³s -1. Inicialmente, para todos os métodos de irrigação, foi estimada a evapotranspiração potencial a partir da cultura de referência através da Equação. Os cálculos foram realizados de acordo com Bernardo et al. (006): ET p = K c ET 0 () Em que: ET p (Evapotranspiração potencial): é a quantidade de água consumida pela cultura em plena atividade vegetativa, em mm.dia -1 ; ET 0 (Evapotranspiração de referência): é a taxa de evapotranspiração de uma superfície de vegetação rasteira, em mm.dia -1 (Tabela 5); Kc (Coeficiente de cultura): depende da cultura, das condições climáticas e do seu período do ciclo vegetativo (Tabela 6). TABELA 5 - Valores médios mensais de evapotranspiração de referência (ET0) para o município de Acaraú CE. Jan. Fev. Mar. Abr. Maio Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez. 5,4 5,1 4,1 4, 4, 5,1 5,5 6,7 7,1 7, 7,0 6,4 Fonte: Miranda e Gomes (006). 50

52 TABELA 6 - Coeficiente de cultura máximos (Kc), fator de cobertura (FC) e espaçamento entre plantas e fileiras para algumas culturas (Sp x Sf). Cultura Kc FC (%) Sf x Sp (m x m) Algodão 1, ,0 x 0, Amendoim 1, , x 0, Cenoura 1, Citrus 0, ,0 x 5,5 Feijão 1, ,4 x 0,4 Manga 1, ,5 x 4,0 Maracujá 1, ,0 x,5 Melão 1,00 100,0 x 0,5 Tomate 1, ,0 x 0,5 Fonte: Elaborado pela autora (01) Vazão de irrigação por gotejamento O cálculo da vazão necessário na irrigação localizada por gotejamento foi realizada segundo Bernardo et al. (006) e Vicente e Vicente (004). Sendo o gotejamento um método de irrigação de baixa aplicação e alta frequência, a irrigação necessária foi igualada a ETp, de modo que o Turno de Rega adotado foi o diário, para obtenção de melhores resultados. As culturas a serem irrigadas pelo método de gotejo são: citrus, tomate, melão, maracujá e manga. Os irrigantes ssão os técnicos agrícolas e os empresários Lâmina líquida A lâmina líquida foi obtida pela Equação, considerando o turno de rega diário. Em que: LL: lâmina líquida, em mm.dia -1 ; ETp: evapotranspiração da cultura, em mm.dia -1. LL ETp () 51

53 Lâmina bruta A lâmina bruta foi obtida pela Equação 4. LB ( LL100) / Ei (4) Onde: LB: lâmina bruta, em mm/dia; Ei: eficiência do método de irrigação, em %. (1998). A eficiência de irrigação adotada, foi de 95%, de acordo com Azevedo Netto et al Volume bruto pela Equação 5: O volume de água requisitado pela planta no cultivo (volume bruto) foi calculado LB Fc Sp Sf Vb (5) 100 Em que: Vb: volume bruto por planta, em litros/planta/dia Fc: fator de cobertura, em % (Tabela 6); Sp: espaçamento entre plantas, em m (Tabela 6); Sf: espaçamento entre fileiras, em m (Tabela 6) Escolha do gotejador Os gotejadores escolhidos foram o verde (para Sp maiores) e o azul (para Sp menores) de fluxo turbulento da Amanco, cujas vazões (qe) são de 8 Lh -1 e de 4 Lh -1 (Anexo 1). 5

54 Número de emissores por planta O número de emissores por planta (NEP) foi obtido pela Equação 6. Sp NEP (6) Se setores Tempo de funcionamento e número total de O tempo de funcionamento de um setor foi determinado pela Equação 7. Vb Ts (7) qe NEP Sendo o tempo de funcionamento por setor (Ts) obtido em horas. Considerando o tempo disponível (Td) por dia para o funcionamento do sistema de 8 horas, o número total de setores (Ns) foi calculado pela Equação 8. O tempo de funcionamento diário (TSD) é obtido multiplicando o número de setores pelo tempo de funcionamento do setor. Td Ns (8) Ts Vazão do sistema Equação 9. O cálculo da vazão do sistema de irrigação por gotejamento foi determinado pela Em que: Qg, 778 Qg: vazão do sistema de gotejo, em l.s -1 ; A: área irrigada, em ha; NEP: número de emissores por planta; A NEP qe Ns Sp Sf (9) 5

55 qe: vazão do emissor, em Lh -1 ; Ns: número de setores; Sp: espaçamento entre plantas, em m; Sf: espaçamento entre fileiras, em m Sistema de irrigação por aspersão convencional Sendo a aspersão convencional um método de irrigação de baixa frequência, a irrigação necessária foi calculada pelo Turno de Rega Máximo, em que o solo funciona como reservatório de água para as plantas, devendo ser reabastecido toda vez que a umidade atingir níveis predeterminados (VICENTE e VICENTE,004). As culturas a serem irrigadas pelo método de aspersão convencional são: algodão, feijão e amendoim. Os usuários são os pequenos produtores e os técnicos agrícolas. O dimensionamento foi realizado de acordo com Bernardo et al. (006) Azevedo Netto et al. (1998) Lâmina líquida A Lâmina Líquida (Irrigação Real Necessária) foi determinada pela Equação 10. LL DTA Z f (10) Em que: LL: lâmina líquida, em mm; DTA: disponibilidade total de água, em mm/cm de solo (Tabela 7); Z: profundidade efetiva do sistema radicular, em cm (Tabela 8); f: fator de disponibilidade de água no solo, sempre menor que 1, adimensional (Tabela 9). 54

56 TABELA 7 - Valores de disponibilidade total de água no solo (DTA) para diferentes texturas. Textura do solo DTA (mm/cm) Arenosa 0,6 1,0 Franco-arenosa 0,9 1,5 Franco-arenosa-argilosa 1,4,0 Franco-argilosa 1,6, Argilosa,0,5 Fonte: Adaptado de Bernardo et al. (006). O valor de DTA considerado, foi para textura do solo arenosa, igual à 1,0 mm/cm, por ser predominante na região. TABELA 8 - Profundidade efetiva do sistema radicular (Z) de algumas culturas no estágio máximo de desenvolvimento vegetativo. Cultura Fonte: Azevedo Netto et al., Z (cm) Algodão 60 Amendoim 0 Feijão 40 TABELA 9 - Fator de disponibilidade de água no solo (f). Grupo de culturas Valores de f Verduras e legumes 0, a 0,6 Frutas e forrageiras 0, a 0,7 Grãos e algodão 0,4 a 0,8 Fonte: Bernardo et al., Lâmina bruta A Lâmina Bruta (Irrigação Total Necessária) foi calculada pela equação 11. Em que: LB LL / Ei (11) 55

57 LB: lâmina bruta, em mm ou m³.ha -1 ; Ei: eficiência de irrigação, em decimal. Para aspersão convencional a Ei adotada foi de 0,80 (80%) de acordo com Azevedo Netto et al. (1998) Turno de rega O turno de rega (TR, em dias) foi determinado pela equação 1. LL TR (1) ETp Intensidade de aplicação A determinação da intensidade de aplicação (Ia, em mmh -1 ) foi feita pela Equação 1, considerando o tempo disponível de serviço (TD) de 1 horas. LB Ia (1) TD Área irrigada diariamente A área a ser irrigada por dia foi determinada pela Equação 14, sendo que o período de irrigação (Pi) foi considerado igual ao turno de rega. At AI / dia (14) Pi Sendo: AI/dia: área a ser irrigada por dia, em ha.dia -1 ; At: área total, em ha; Pi: período de irrigação, em dias. 56

58 4...6 Tempo de irrigação e precipitação do aspersor O tempo de irrigação foi calculado pela equação 15, sendo a precipitação do aspersor calculada pela equação 16. Lb Ti (15) Pr qa Pr (16) Sa Onde: Ti: Tempo de irrigação, em h; Pr: precipitação, em mm.h -1 ; qa: vazão do aspesor, em l.h -1 (Anexo ); Sa: espaçamento entre aspersores, em m Número de irrigações O número de irrigações por dia foi determinado pela Equação 17, sendo que é adicionada meia hora ao tempo de irrigação para mudança de posição dos aspersores. Dessa forma o número de irrigações possíveis é determinado pela Equação 18. TD NID (17) Ti 0,5 NIP NID PI (18) Número de posições Para calcular o número de posições na linha principal (Equação 19), foi considerado para os lotes dos pequenos produtores (8 ha), a dimensão da área de 50 m x 0 m; enquanto que para os lotes dos técnicos agrícolas (16 ha), a dimensão da área foi de 0 m x 500 m. 57

59 Comprimento da área( m) NPLP (19) Espaçamento. entre. linhas. laterais ( m) Número de aspersores O número de linhas irrigadas por irrigação (NLII) é calculada pela Equação 0, enquanto que o número de aspersores por linha lateral é dado pela Equação 1. Uma vez que a linha principal encontra-se no meio da área, o número total de linhas laterais (NTLL) é duas vezes o NPLP, de forma a considerar ambos os lados da linha principal. NTLL NLII (0) NIP (Largura da área) / NALL (1) Sa Vazão do sistema A vazão do sistema de irrigação por aspersão convencional (Qa, em l.h -1 ) foi determinada pela equação. Qa NALL NLII qa () 4... Sistema de irrigação por pivô central De acordo com Azevedo Netto et al. (1998) há várias equações para estimar a vazão necessária ao sistema, dentre elas a utilizada foi a Equação, devido aos dados disponíveis e por fornecer a vazão em m³s -1. LL( mm/ dia) A( ha) Qp 41,67 () Ei(%) 58

60 4..4 Vazão de infiltração O cálculo da vazão de infiltração foi considerado apenas para a solução do canal com revestimento de terra, de acordo com a textura do solo; não há infiltração para revestimento de concreto e geomembrana. A textura de solo utilizada para o revestimento do canal foi argilosa (obtida por áreas de empréstimo), entretanto foi adotada a VIB (velocidade de infiltração básica) (Tabela 10) para textura do solo adotada foi franco-argiloso, como um fator de segurança, por apresentar uma VIB média de modo que o canal fosse dimensionado de modo que a vazão transportada pudesse suprir as perdas por infiltração e ainda fornecer a necessária para a irrigação. TABELA 10 - Velocidade de infiltração básica de acordo com a textura do solo. Textura do solo VIB¹ cmh -1 Arenoso 5 (,5 -,5) Franco arenoso,5 (1, - 7,6) Franco 1, (0,8 -,0) Franco-argiloso 0,8 (0,5-1,5) Silto-argiloso 0,5 (0,0-0,5) Argiloso 0,05 (0,01-0,1) ¹VIB = velocidade de infiltração básica. O primeiro valor representa a média e os valores entre parênteses representam a faixa de variração. Fonte: Adaptado de VERMEIREIN e JOBLING (1997). Para a determinação da vazão de infiltração, foi adotada a equação 4. Em que: Qinfiltraç ão VIB L Pm (4) 59

61 Qinfiltração: vazão de infiltração, em m³s -1 ; VIB: velocidade de infiltração básica, em ms -1 ; L: comprimento do canal, em m; Pm: perímetro molhado, em m Vazão de evaporação A vazão de evaporação foi determinada, segundo a equação 5, de modo que foi considerada a perda por evaporação na superfície do canal, sendo a taxa de evaporação máxima diária para a região Acaraú de 7, mm.dia -1. Onde: Qevaporaçã o Qevaporação: Vazão de evaporação, em m³s -1 ; Tevaporação: taxa de evaporação média, em m³m -1 s -1 ; L: comprimento do canal, em m. Tevaporação B L (5) 4..6 Seção de máxima eficiência De acordo com Baptista e Coelho (010), para os canais revestidos, admite-se que as paredes e o fundo do canal sejam estáveis, ou seja, a integridade da forma do canal e de seu revestimento é assegurada. Assim, o problema central consiste na definição de uma seção adequada para transportar a vazão de projeto. Nas condições estabelecidas de estabilidade das paredes do canal, o dimensionamento dos canais foi reduzido à otimização da seção transversal para transportar a vazão de projeto. Tendo em vista, o custo de implantação, um critério básico de projeto corresponderia exatamente à minimização do perímetro a ser revestido e do volume de escavação, que desempenham papel importante na composição de custos do canal. Desse modo, foram determinadas as seções transversais de máxima eficiência hidráulica, ou seja, para uma dada área, declividade e rugosidade, transportam a máxima vazão. 60

62 Isolando a vazão na fórmula de Manning (Equação 6), observa-se que a vazão máxima é obtida para uma situação de mínimo perímetro molhado, com A, n e I constantes. 5 A Q I (6) np Foi aplicado o critério de minimização do perímetro molhado e assim foram definidas as relações para o canal principal de formato trapezoidal, apresentadas na Tabela 11 em que normal é a altura normal de água. A dedução das fórmulas para mínimo perímetro molhado é apresentada no Apêndice A. Entretanto, para o canal revestido com terra, o critério de seção de máxima eficiência não pode ser aplicado, uma vez que o ângulo de inclinação ótimo θ de 0, não permite uma situação geotécnica estável para este tipo de revestimento, tendo portanto que ser alterado, de acordo com Porto (006) para 56,. O dimensionamento para o canal revestido com terra é definido por fórmulas geométricas para o canal trapezoidal arbitrando um valor para largura de fundo b apresentadas na tabela 1. TABELA 11 - Seção ótima para um canal trapezoidal Dimensões Largura de base (b) Largura de topo (B) Em função de normal 4. NORMAL. NORMAL Área molhada (Am). ² NORMAL Perímetro molhado (Pm) Raio hidráulico (Rh) Fonte: Elaborado pela autora (01).. NORMAL NORMAL 61

63 TABELA 1- Dimensões para canal trapezoidal revestido de terra. Dimensões Em função de normal Largura de topo (B) b NORMAL tg Área molhada (Am) ( b NORMAL tg). Perímetro molhado (Pm) Raio hidráulico (Rh) Fonte: Elaborado pela autora (01). b. NORMAL.sec Am / Pm Altura normal de água A altura normal de água (Equação 7), considerando apenas a vazão normal (Q normal ), foi determinada por cálculo numérico, através do método gráfico, sendo que para os canais revestidos de concreto e geomembrana foi utilizada a Equação 8 (utilizando a seção de máxima eficiência), já para o canal de terra foi obtida pela Equação 9. A dedução para este cálculo é apresentada no Apêndice C. Qnormal Qirrigação Qinfiltração Qevaporação (7) F n Q IRRIGAÇÃO VIB.L. T 8 I 0 EVAPORAÇÃO L (8) F n Q IRRIGAÇÃO VIB.L..( b..sec ) T I 0 EVAPORAÇÃO. L.( b.. tg) ( b. tg). ( b tg ). b..sec (9) Após determinada a altura de água esta foi substituída nas vazões de infiltração e evaporação, sendo calculada a vazão normal (Qnormal), em m³s -1. 6

64 4..7 Velocidade de escoamento De acordo com as Tabelas 1 e 14, os valores foram estabelecidos de modo a evitar a deposição de matérias em suspensão e de modo a impedir a erosão das paredes, respectivamente. TABELA 1 - Valores de limite inferior de velocidade Tipo de água Velocidade média limite inferior, m.s -1 Águas com suspensões finas 0,0 Águas carregando areias finas 0,45 Águas de esgotos 0,60 Águas pluviais 0,75 Fonte: AZEVEDO NETTO et al. (1998). TABELA 14 - Valores de limite superior de velocidade. Tipo de revestimento Velocidade média limite superior, m.s -1 Canais Terreno argiloso duro 1, Canais em geomembrana PEAD 4,00 Canais de concreto 4,00 Fonte: Adaptada de PORTO (006) e CODELCO (011). Assim, a velocidade foi calculada pela equação da continuidade (Equação 0), de modo a permanecer dentro da faixa de variação indicada. Em que: V: velocidade, em ms -1 ; Q: vazão total, em m³s -1 ; A: área da seção ótima do canal, em m²; V Q/A (0) A faixa de variação adotada para canais revestidos de terra foi de 0,75 à 0,1,14 m.s -1, enquanto que para canais revestidos de concreto e de geomembrana, a faixa foi de 0,75 à 4,0 m.s -1 (PORTO, 004). 6

65 4..8 Vazão máxima Para a determinação da vazão máxima foram feitos os cálculos do tempo de concentração da Sub-bacia Baixo Acaraú e da intensidade de precipitação da região. O tempo de concentração foi estimado segundo a equação de Johnstone (Equação 1), indicado para bacias com áreas de 65 a 400 Km² (SANTOS, 010). Onde: t c : tempo de concentração, em min; t C 0,17 S: declividade média do talvegue, em m.m -1 ; L: comprimento do talvegue, em Km. L S 0,5 (1) A intensidade de precipitação foi estimada de acordo com as grandezas intensidade, duração e frequência da precipitação de acordo com a Equação. a k T i ( b t) c () Em que: I: intensidade de precipitação, em mm.h -1 ; T: tempo de retorno, em anos; t: tempo de duração da precipitação, em min; k, a, b, c: parâmetros da equação. De acordo com Liazi et al. (01), o tempo de retorno indicado para canais a céu aberto de terra é de 50 anos, enquanto que para concreto e geomembrana é de 100 anos. O tempo de duração de precipitação é igual ao tempo de concentração da bacia e os parâmetros da equação (intensidade-duração-frequência) utilizados foram para a cidade de Fortaleza, Ceará, em função de serem os valores encontrados mais próximos da região, de acordo com Festi (01): k = 506,99; a = 0,181; 64

66 b = 8; c = 0,61; A vazão máxima foi estimada através do Método de Iszkowiski (Equação ), indicados para bacias de até 4800 Km². Sendo: adimensional; Qmáx: vazão máxima, em m³s -1 ; k. m. h. A Qmáx () 1000 k e m: parâmetros que dependem da morfologia e da área da bacia, respectivamente, h: precipitação média, em mm; A: área da bacia, em Km². Os valores de m e k são apresentados nas Tabelas 15 e 16, respectivamente. TABELA 15 - Valores do parâmetro m em função da área de drenagem da bacia em km² Área de drenagem da bacia (Km²) m , 70 7, , , ,7 000, ,0 0000,8 Fonte: SANTOS (010). 65

67 TABELA 16 - Valores do parâmetro k em função das características da bacia Características Valores de k da bacia I II III IV Zona pantanosa 0,017 0,0 - - Fonte: SANTOS (010). Zona plana e levemente ondulada Zona em parte plana e em partes com colinas Zona com colinas não muito íngremes Zona com colinas não muito íngremes 0,05 0, ,0 0, ,05 0, ,06 0,016 0,06 0,6 0,07 0,185 0,46 0,7 0,08 0,1 0,6 0,6 Os valores de k são fornecidos em função das seguintes categorias: Categoria I terreno muito permeável com vegetação normal e terreno de média permeabilidade com vegetação densa; Categoria II terreno de colina ou montanha com vegetação; Categoria III terreno impermeável com vegetação normal em colina íngreme ou montanhoso; Categoria IV terreno impermeável com escassa ou nenhuma vegetação em colina íngreme ou montanhoso Altura máxima de água Para o cálculo da máxima altura de água, ou seja, considerando a precipitação, foi feito novamente o cálculo, fixando a largura de fundo do canal (b) por ter sido definido para seção ótima em função do normal. Desse modo o cálculo numérico, considerando a precipitação (Q máx ), foi realizado pela equação (4). 66

68 F n Q normal I Q 0 máx. ( b. tg). ( b. tg)...sec b (4) 67

69 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1 REVESTIMENTO Os revestimentos para realizar o comparativo foram: terra, concreto e geomembrana. No revestimento de terra, dentre os tipos de solo, foi escolhido o solo argiloso duro, em função de apresentar uma velocidade média maior em relação aos outros tipos de solo, para o concreto, foi utilizado o concreto moldado in loco por ser indicado para estruturas de grande porte e para a geomembrana, foi utilizada geomembrana PEAD (Polietileno de Alta Densidade) em função desta apresentar uma maior resistência mecânica, a ação de raios ultravioletas e ao intemperismo, além de boa flexibilidade. 5. VAZÃO DE IRRIGAÇÃO As vazões para os métodos de irrigação bem como para os respectivos usuários são apresentados na Tabela 17. Os cálculos para obtenção da vazão do sistema de irrigação por gotejo para os lotes de técnicos agrícolas e empresários são apresentados nas Tabelas 1 e, respectivamente, no Apêndice A. Já os cálculos para obtenção da vazão do sistema de irrigação por aspersão para os lotes de pequenos produtores e técnicos agrícolas são apresentados nas Tabelas e 4, respectivamente, no Apêndice A. Por fim, os cálculos para obtenção da vazão do sistema de irrigação por pivô central são apresentados na Tabela 5 do Apêndice A. 68

70 TABELA 17 - Vazão total de irrigação Nº Método de Q irrigação - lote Cultura Usuário de irrigação (l.h -1 ) lotes Q irrigação total (l.h -1 ) Citrus Técnico Agrícola 10., ,85 Empresário , ,7 Manga Técnico Agrícola 98.54, ,99 Empresário , ,87 Gotejamento Maracujá Técnico Agrícola , ,46 Empresário 66.68, ,59 Melão Técnico Agrícola , ,66 Empresário , ,6 Tomate Técnico Agrícola 174.9, ,49 Empresário , ,08 Algodão Pequeno produtor , ,85 Técnico agrícola , ,9 Aspersão Amendoim Pequeno produtor , ,4 convencional Técnico agrícola , ,5 Feijão Pequeno produtor , ,87 Técnico agrícola 18.17, ,5 Pivô central Cenoura Empresário , ,96 Feijão Empresário , ,90 Total , ,88 Fonte: Elaborado pela autora (01). Desse modo, para os cálculos de dimensionamento do canal, a vazão de irrigação utilizada foi de ,88 l.h -1, sendo 9667,6 m³.h -1 (6,841 m³s -1 ). 5. SEÇÃO DO CANAL PARA ESCOAMENTO PERMENTE E UNIFORME As dimensões do canal trapezoidal para vazão normal, ou seja, considerando apenas a vazão de irrigação e as perdas por infiltração e evaporação, são apresentadas na Tabela 18. Para o canal de terra foi adotada uma largura de base de 4,44 m, que seria sua dimensão caso a seção de máxima eficiência pudesse ser adotada. 69

71 TABELA 18 Seção do canal para escoamento de vazão normal Revestimento θ normal (m) B (m) b (m) Am (m²) Pm (m) Rh (m) Terra 56,,79 15,81 4,44 8,7 18,10,1 Concreto 0,65 6,1,06 1,15 9,17 1, Geomembrana 0,6 5,44,7 9,6 8,17 1,18 Fonte: Elaborado pela autora (01). 5.4 VAZÃO NORMAL E VERIFICAÇÃO DA VELOCIDADE Na Tabela 19, são apresentadas a vazão normal e a velocidade de escoamento no canal. TABELA 19 - Vazão normal e Velocidade Revestimento Q irrigação Q infiltração Q evaporação Q normal V canal m³s -1 m³s -1 m³s -1 m³s -1 m.s -1 Terra 6,84 0,98 0,01 7,81 0,7 Concreto 6,84 0 0,01 6,85,1 Geomembrana 6,84 0 0,011 6,85,79 Fonte: Elaborado pela autora (01). Desse modo, todas as velocidades se encontram dentro da faixa de variação recomendada. Em relação à vazão normal, pode-se observar que o canal de terra transporta a maior vazão, todavia este acréscimo é devido às perdas por infiltração. 5.5 VAZÃO MÁXIMA O tempo de concentração encontrado pelo Método de Johstone foi de 86,6 minutos ou 6,66 horas. A intensidade de precipitação encontrada para os revestimentos de terra, concreto e geomembrana, são de 6,84 mm.h -1, 0,4 mm.h -1 e 0,4 mm.h -1, respectivamente. Foi encontrado um menor valor para o canal revestido de terra, pois este possui um tempo de retorno menor (50 anos) quando comparado com os de concreto e geomembrana PEAD (100 anos). 70

72 Através da Equação de Iszkowiski foi encontrada uma menor vazão máxima para o revestimento de Terra, de 5,71 m³s -1, enquanto que para ambos revestimentos de concreto e geomembrana, a vazão máxima foi 6,47 m³s -1. Devido a bacia ter uma zona plana e levemente ondulada isso a torna menos susceptível à enchentes. 5.6 SEÇÃO DO CANAL PARA VAZÃO MÁXIMA Na Tabela 0 são apresentadas as dimensões do canal de irrigação, referentes a cada tipo de revestimento, considerando a vazão de pico, de modo que o canal não extravase na ocorrência de precipitação. A borda livre recomendada é de 0% à 0% de altura máxima, para oferecer uma segurança maior ao empreendimento, de modo a evitar o extravasamento do canal; foi adotado 0%. Desse modo a profundidade total (H total ) do canal é definida considerando a precipitação juntamente com a vazão normal, somada à borda livre. Inicialmente, o dimensionamento foi realizado para os três tipos de revestimento utilizando um ângulo de 0 para a seção de máxima eficiência para canal trapezoidal, entretanto, o ângulo não proporciona uma condição geotécnica estável ao canal revestido com terra, já que o ângulo de inclinação, recomendado por Porto (006), é de 56, (1:1,5), dessa forma o canal de terra foi dimensionado para este ângulo. TABELA 0- Dimensões do canal trapezoidal. Revestimento Comprimento (m) θ b (m) B (m) Y máx BL (m) H total (m) Terra.0 56, 4,44 0,5 4,1 1,4 5,6 Concreto.0 0,06 7,54,99 0,89,88 Geomembrana.0 0,7 6,71,66 0,80,46 Fonte: Elaborado pela autora (01). A Figura 6 apresenta as indicações das dimensões construtivas do canal. Na Figura 7 são apresentadas as dimensões do canal trapezoidal para os revestimentos de terra, concreto e geomembrana, respectivamente. 71

73 FIGURA 6 - Dimensões construtivas do canal trapezoidal. Fonte: Elaborado pela autora, 01. (a) (b) (c) FIGURA 7 - Dimensões do canal revestido com (a) terra, (b) concreto e (c) geomembrana. Fonte: Elaborado pela autora (01). 7

74 A Figura 8 apresenta as indicações das dimensões da largura de base, alturas normal e máxima e borda livre do canal. É apresentado na Figura 9 um comparativo de alturas de água normal e máxima, bem como a borda livre entre canais de seção trapezoidal com revestimento de terra, concreto e geomembrana. FIGURA 8 - Alturas de água e borda livre para canal trapezoidal. Fonte: Elaborado pela autora (01). (a) (b) (c) FIGURA 9 - Alturas de água e borda livre para canais revestidos com (a) terra, (b) concreto e (c) geomembrana. Fonte: Elaborado pela autora (01). O canal revestido com terra apresentou a maior largura de topo, portanto apresenta uma maior perda por evaporação em relação aos revestimentos analisados, em função do seu 7

75 dimensionamento contabilizar além da vazão de irrigação e perdas por evaporação (comum entre todos os canos de canais a abertos, independente do revestimento) as perdas por infiltração. Neste contexto, o canal de terra é o que se apresenta mais inviável. Entre os revestimentos de concreto e geomembrana, em função do ângulo de 0 ser o de máxima eficiência, e, portanto, podendo ser feita uma análise enquanto seção de máxima eficiência hidráulica, conclui-se que apesar de ambos transportarem a mesma vazão, a geomembrana possuiu o menor perímetro molhando, sendo assim a melhor solução do ponto de vista executivo quanto aos trabalhos de escavação. É também a solução que apresentau menor quantidade de material de revestimento. Para uma tomada de decisão definitiva é preciso fazer um levantamento dos custos de investimento e manutenção, analisar a viabilidade econômica dos projetos e proceder a comparação entre os resultados. De posse dos dados disponíveis, a escolha recaiu sobre a solução de revestimento em geomembrana. 74

76 6 CONCLUSÕES As vazões de irrigação obtidas para os canais de terra, concreto e geomembrana foram de 7,81 m³s -1, 6,85 m³s -1 e 6,85 m³s -1, respectivamente. Os perímetros molhados obtidos para os canais de terra, concreto e geomembrana foram de 18,10 m, 9,17 m e 8,16 m, respectivamente. As dimensões do canal principal obtidas para canal de terra foram de: 4,44 m de largura de base, 0,5 m de largura de topo e 5,6 m de profundidade. Para o canal de concreto as dimensões foram de:,06 m de largura de base, 7,54 m de largura de topo e,88 m de profundidade. Já para o canal revestido com geomembrana, as dimensões são as seguintes:,7 m de largura de base, 6,71 m de largura de topo e,46 m de profundidade. O revestimento que se apresentou mais inviável foi o de terra, enquanto que a geomembrana foi a que se apresentou mais viável sendo assim a melhor solução de posse dos dados disponíveis. 75

77 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS Como sugestão para trabalho futuro, realizar um comparativo entre tipos de revestimentos para canais através do levantamento de custos de investimento e manutenção analisando a viabilidade econômica dos projetos.. 76

78 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGÊNCIA NACIONAL DAS ÁGUAS. Atlas Brasil: abastecimento urbano de água: panorama nacional. Brasília: ANA :Engecorps/Cobrape, v. 1, p. 7, 010 (a). Disponível em: %0Volume%0%0-%0Resultados%0por%0Estado.pdf>. Acesso em: 5 set. 01. AGÊNCIA NACIONAL DAS ÁGUAS. Atlas Brasil: abastecimento urbano de água: resultados por estado. Brasília: ANA :Engecorps/Cobrape, v., p. 9, 010 (b). Disponível em: %0Volume%0%0-%0Resultados%0por%0Estado.pdf >. Acesso em: 5 set. 01. AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS. Atlas Brasil: abastecimento Urbano de água. Brasília: ANA, 010 (c). Disponível em: < Acesso em: 5 set. 01. ALFREDINI, P.; SOUZA, P. A.; RAMOS, C. L.; MARTINS, J. R. S.; BORSARI, R. D.; MARTINS, S. L.; FADIRA Jr., F. M. Condutos livres. São Paulo: FAU-USP, p. 4, s.d. Disponível em: < %0Condutos%0%0Livres.PDF>. Acesso em: 18 set. 01. AMANTHEA, N. R. Hidráulica Agrícola: hidrodinâmica: noções sobre condutos livres. Universidade Estadual de Londrina, 008. AMARAL, L. G. H.; RAMOS, M. M.; SILVA, D. D.; CECON, P. R.; FREITAS, L. C. S. R. Desempenho de um regulador automático de vazão para canais de irrigação. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v. 0, n. 6, p , nov-dez, 010. ANDRADE, A. B. de; OLIVEIRA, E. G. de; ARAÚJO, M. Z. T. Barragens no Nordeste do Brasil. Fortaleza: DepartamentoNacional de Obras Contra Secas, p. AZEVEDO NETTO, J. M.; FERNANDEZ, M. F.; ARAUJO, R.; ITO, A. E. Manual de hidráulica.8 ed. São Paulo: Edgard Blucher, p. BAPTISTA, M. B.; COELHO, M. M. L. P. Fundamentos de engenharia hidráulica. ed rev. e ampl. Belo Horizonte: Ed. UFMG, p. BERNARDO, S.; SOARES, A. A.; MANTOVANI, E. C. Manual de irrigação.8 ed atual. ampl. Viçosa: Ed. UFV, p. 77

79 BRASIL. Secretaria dos Recursos Hídricos. Governo do Estado do Ceará. Plano de gerenciamento das águas da Bacia do Acaraú, Ceará: ANA, p. CARVALHO, J. de A. Dimensionamento de pequenas barragens para irrigação. Lavras: Ed. UFLA, p. CODELCO Chile División Salvador. Anexo 5: memoria de cálculo sistema de dreneje: proecto: flotación de escorias convertidor teniente fundicón potrerillhos. Santiago: AMEC Earth & Environmental, p. COLLISCHONN, W. Introduzindo hidrologia. Porto Alegre: Universidade Federal do Rio Grande do Sul, s.d. Disponível em: < %0Propaga%C%A7%C%Ao%0de%0vaz%C%Ao%0em%0rios.pdf>. Acesso em:19 set. 01. CTH. Curso de elaboração de projetos de irrigação. Brasília : PNI/Fundação CTH, ESCOAMENTO superficial. Hidrologia Aplicada CIV 6, p. 49, s.d.disponível em: < df>. Acesso em: 6 set. 01 FAO. Manual sobre pequenas barragens de terra: guia para a localização, projecto e construção. Roma: Organização das Nações Unidas para a alimentação e a agricultura, p. (Publicação da FAO sobre Rega e Drenagem, 64). FERRARI, Márcio Pinheiro. Cultivo do eucalipto. Paraná: Embrapa Floresta, 00. (Embrapa Floresta. Sistema de Produção 4. Versão Eletrônica). Disponível em: < _04_sistema_de_irrigacao.htm>. Acesso em: 18 set. 01. FERREIRA, M. D. C.; SCUDELARI, A. Computação como ferramenta auxiliar no estudo da hidráulica de canais. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENSINO DE ENGENHARIA,, 004, Brasília. Disponível em: < Acesso em: 18 set. 01. FESTI, A. V. Coletânea das equações de chuva do Brasil. Paulínia: FEAP, 01. Disponível em: < Acesso em: out

80 GIAMPÁ, C. E. Q.; VELASQUEZ, L. N. M. Orientações para utilização de águas subterrâneas no estado de São Paulo. São Paulo: FIESP/DMA/ABAS, 005. Disponível em: < Acesso em: set. 01. HWANG, Ned H. C. Fundamentals of Hdraulic Engineering Sstems. Tradução de Archibald Joseph Macintre. Rio de Janeiro: Prentice-Hall do Brasil Ltda, INSTITURO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS. DNIT 161/01 EM: Geocompostos para drenagem e geotêxteis não-tecido aplicáveis a dispositivos de drenagem de rodovia: especificação de material. Rio de Janeiro, p. FROBEL, R. Geossintéticos em aplicações na agricultura. Tradução de Karla C. A. P. Maia. Brasília: Sociedade Internacional de Geossintéticos, 01. p. IPECE. A caracterização da extrema pobreza no estado do ceará: baseado nos dados do censo 010. Informe nº 09, jun, 011. Disponível em: < Acesso em: 17 set. 01. LCB Consultoria Ambiental. Projeto de integração do Rio São Fransisco. Disponível em: < Acesso em: 4 out. 01. LEMOS, M. T. R. F. Regularização e proteção contínua de cursos de água Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Faculdade De Engenharia Universidade Do Porto MAR DO SUL. Agricultura: geomembranas PEAD. Disponível em: < Acesso em: 4 nov. 01. MANNINCH, M. Fundamentos de hidráulica. Paraná: Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 006. Disponível em: 0e%06-1.pdf>. Acesso em: 19 set. 01. MIRANDA, F. R.; GOMES, A. R. M. Manejo da irrigação do coqueiro-anão. Fortaleza: Embrapa Agroindústria Tropical, p. Disponível em: < Acesso em: out

81 MORAES, D. S.; JORDÃO, B. Q. Degradação de recursos hídricos e seus efeitos sobre a saúde humana. Revista Saúde Pública, São Paulo, v. 6, n., p , 00. Disponível em: Acessp em: 1 set. 01. MPF. Projetos agrícolas em Lagoa da Confusão são multados em oito milhões. Tocantins: Procuradoria Da República No Tocantins, jun, 007. Disponível em: < dos-em-oito-milhoes>. Acesso em: 17 set. 01. NAGJA, Ana Carolina. Canal de Irrigação. XPG, 011. Disponível em: < Acesso em 19 set. 01. NASA. Modeling evapotranspiration. Earth Observator. Washingon, s.d. Disponível em: < Acesso em: 15 set NASCIMENTO, N. O.; HELLER, L.. Ciência, tecnologia e inovação na interface entre as áreas de recursos hídricos e saneamento. Revista de Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 10, n. 1, p. 6-48, jan-mar, 005. Disponível em: Acesso em: 1 set. 01. OLITTA, Antônio Fernando Lordello. Os métodos de irrigação. 11 ed. São Paulo: Nobel, p. PAZ, V. P. S.; TEODORO, R. E. F.; MENDONÇA, F. C. Recursos hídricos, agricultura irrigada e meio ambiente. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 4, n., p , 000. Disponível em: Acesso em: 1 set. 01. PINTO, J. M.; COSTA, N. D.; RESENDE, G. M. Cultivo de cebola no Nordeste. Petrolina: Embrapa Semi-Árido, 007. (Embrapa Semi-Árido. Sistemas de Produção,. Versão Eletrônica). Diponível em: igacao.htm>. Acesso em: 5 set. 01. PORTO, R. M. Hidráulica Básica. ed rev. São Carlos: EESC-USP, p. REGIÃO Hidrográfica do São Francisco. 60 Graus. Disponível em: < Acesso em: 10 nov

82 ROMA. Produtos: geossintéticos. Disponível em: < Acesso em: 4 nov. 01. SANTOS, L. C. C. Estimativa de vazões máximas de projeto por métodos determinísticos e probabilísticos p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) Centro Tecnológico, Universidade Federal do Espirito Santo, Vitória, Disponível em: < SANTOS, A. M.; MEDEIROS, A. R. M.; WREGE, M. S. Sistema de produção do morango. Pelotas - RS: Embrapa Clima Temperdo, 005. (Embrapa Clima Temperado. Sistema de Produlção, 5. Versão Eletrônica). Disponível em: < ngo/cap10.htm>. Acesso em: 5 set. 01. SILVA, G. Q. Escoamento em condutos livres. Ouro Preto, MG: UFOP Departamento de Engenharia Civil, s.d. Disponível em: < is_parte1.pdf>. Acesso em: 18 set. 01. SOUZA, R. O. R. M. Hidráulica: resumo das aulas. Belém: Universidade Federal Rural da Amazônia, 010. Disponível em: Acesso em: 19 set VERTEMATTI, J. C.; NOVAES, A. G. N. Manual brasileiro de geossintéticos. ABINT: Edgard Blucher, p. VERMEIREN, L.; JOBLING, G. A. Irrigação localizada. Campina Grande: Ed. UFPB, p. Tradução de H. R. Ghet; F. A. V. Damasceno, L. G. A. Silva Junior., J. F. de Medeiros. VICENTE, A. S. C.; VICENTE, S. E. I. Manejo da irrigação: turno de rega calculado: tensiometria. Belém: Amazônia irrigação, 004. Disponível em: < Acesso em: 15 dez VILELA S. M.; MATTOS, A. Hidrologia Aplicada. São Paulo: McGrae-Hill do Brasil. 1 ed, p. ZORNBERG, J.; BOUAZZA, M. Geossintéticos em projetos hidráulicos. Traduzido por Marianna J. A. Mendes. Brasília: Sociedade Internacional dos Geossintéticos, 01. p. 81

83 APÊNDICE A TABELA 1 Sistema de irrigação por gotejo Técnico agrícola Culturas ET 0 ET c LL Ea LB FC Sp Sf Vb Kc (mm.dia -1 ) (mm.dia -1 ) (mm.dia -1 ) (%) (mm.dia -1 ) (%) (m) (m) (L.planta 1.dia -1 ) Citrus 7, 0,9 6,48 6, , ,5 6,0 168,8 Manga 7, 1 7,0 7,0 95 7, ,5 147,8 Maracujá 7, 1, 8,64 8, , , , Melão 7, 1 7,0 7,0 95 7, ,5 7,6 Tomate 7, 1,15 8,8 8,8 95 8, ,5 1 4,4 Fonte: Elaborado pela autora, 01. TABELA 1 Sistema de irrigação por gotejo Técnico agrícola (Continuação) Culturas A qe Se TS Td Qg Qg Qg NEP NS TSD (ha) (L.h -1 ) (m) (h) (h) (L.s -1 ) (L.h -1 ) (m³.h -1 ) Citrus ,84 8,1 8,00 8,4 10.,97 10, Manga ,6 8 1,7 8,00 7, ,0 98,54 Maracujá ,68 8 1,4 8,00 50, ,9 181,91 Melão ,5 1 1,89 8 4, 8,00 4, ,07 151,59 Tomate ,5 1 1,09 8 7, 8,00 48, ,7 174, Fonte: Elaborado pela autora, 01. 8

84 TABELA Sistema de irrigação por gotejo Empresário Culturas ET 0 ET c LL Ea LB FC Sp Sf Vb Kc (mm.dia -1 ) (mm.dia -1 ) (mm.dia -1 ) (%) (mm.dia -1 ) (%) (m) (m) (L.planta 1.dia -1 ) Citrus 7, 0,9 6,48 6, , ,5 6,0 168,8 Manga 7, 1 7,0 7,0 95 7, ,5 147,8 Maracujá 7, 1, 8,64 8, , , , Melão 7, 1 7,0 7,0 95 7, ,5 7,6 Tomate 7, 1,15 8,8 8,8 95 8, ,5 1 4,4 Fonte: Elaborado pela autora, 01. TABELA Sistema de irrigação por gotejo Empresário (Continuação) A qe Se TS Td Qg Qg Qg Culturas (ha) (L.h -1 NEP NS TSD ) (m) (h) (h) (L.s -1 ) (L.h -1 ) (m³.h -1 ) Citrus ,84 8,1 8,00 14, ,87 511,6 Manga ,6 8 1,7 8,00 16, ,99 49,67 Maracujá ,68 8 1,4 8,00 176, ,51 66,68 Melão ,5 1 1,89 8 4, 8,00 10, ,7 757,96 Tomate ,5 1 1,09 8 7, 8,00 4, ,67 871,65 Fonte: Elaborado pela autora, 01. 8

85 TABELA Sistema de irrigação por aspersão convencional Pequeno produtor Culturas ETo (mm.dia -1 ) Kc ETc (mm.dia -1 ) DTA (mm.cm -1 ) Z (cm) f LL (mm) Ef (%) LB (mm) Sp (m) Sf (m) Algodão 7,0 1,0 8,60 1,0 60,0 0,8 48, ,00 0,0 1,00 Feijão 7,0 1,05 7,60 1,0 40,0 0,6 4, ,00 0,40 0,40 Amendoim 7,0 1,15 8,0 1,0 0,0 0,6 18,00 80,50 0,0 0,0 Fonte: Elaborado pela autora, 01. TABELA Sistema de irrigação por aspersão convencional Pequeno produtor (Continuação) Culturas Comp (m) TD Ia TR Pi At D molhado Sa qa x AI.dia -1 (h) (mm.h -1 ) (dias) (dias) (ha) (m) (m) (L.h -1 ) Larg (m) Algodão 1 5,00 5,56 5,56 8,0 50 x0 1,44,00 1, Feijão 1,50,17,17 8,0 50 x 0,5,00 1, Amendoim 1 1,88,17,17 8,0 50 x 0,68,00 1, Fonte: Elaborado pela autora,

86 TABELA Sistema de irrigação por aspersão convencional Pequeno produtor (Continuação) Culturas Pr (mm.h -1 ) Ti (h) NID NIP NPLP NTLL NLII NALL QLP (L.h -1 ) Algodão 5,80 10,5 1,11 6,14 18,94 7,88 6,17 1, ,96 Feijão 5,80 5,18,11 6,71 18,94 7,88 5,64 1, ,4 Amendoim 5,80,88,74 5,95 18,94 7,88 6,6 1, ,1 TABELA 4 Sistema de irrigação por aspersão convencional Técnico agrícola Culturas ETo ETc DTA Z LL Ef LB Sp Kc f (mm.dia -1 ) (mm.dia -1 ) (mm.cm -1 ) (cm) (mm) (%) (mm) (m) Sf (m) Algodão 7,0 1,0 8,60 1,0 60,0 0,8 48, ,00 0,0 1,00 Feijão 7,0 1,05 7,60 1,0 40,0 0,6 4, ,00 0,40 0,40 Amendoim 7,0 1,15 8,0 1,0 0,0 0,6 18,00 80,50 0,0 0,0 Fonte: Elaborado pela autora,

87 TABELA 4 Sistema de irrigação por aspersão convencional Técnico agrícola (Continuação) Culturas Comp (m) TD Ia TR Pi At D molhado Sa qa x AI.dia -1 (h) (mm.h -1 ) (dias) (dias) (ha) (m) (m) (L.h -1 ) Larg (m) Algodão 1 5,00 5,56 5,56 8,0 50 x500,88,00 1, Feijão 1,50,17,17 8,0 50 x 500 5,04,00 1, Amendoim 1 1,88,17,17 8,0 50 x 500 7,6,00 1, Fonte: Elaborado pela autora, 01. TABELA 4 Sistema de irrigação por aspersão convencional Técnico agrícola (Continuação) Culturas Pr Ti QLP NID NIP NPLP NTLL NLII NALL (mm.h -1 ) (h) (L.h -1 ) Algodão 5,80 10,5 1,11 6,14 4,4 48,48 7,89 18, ,9 Feijão 5,80 5,18,11 6,71 4,4 48,48 7, 18, ,87 Amendoim 5,80,88,74 5,95 4,4 48,48 8,14 18, ,5 Fonte: Elabora pela autora,

88 TABELA 5 Sistema de irrigação por pivô central Empresário Culturas ETo (mm.dia -1 ) Kc ETc (mm.dia -1 ) Ea (%) A (ha) Qp (L.s -1 ) Qp (L.h -1 ) Feijão 7,0 1,05 7, ,00 77, ,1 Cenoura 7,0 1,00 7, ,00 74, ,96 Fonte: Elaborado pela autora,

89 APÊNDICE B 1 DEDUÇÃO DE SEÇÃO ÓTIMA PARA CANAL TRAPEZOIDAL A partir da seção demonstrada na Figura 01, tem-se as seguintes equações para área molhada (Equação 1), largura de topo (Equação ), perímetro molhado (Equação ) e raio hidráulico (Equação 4). FIGURA 01 Seção trapezoidal. Fonte: Elaborado pela autora, 01. B b Am. (1) B b.. tg () Pm b..sec () Am Rh (4) Pm (Equação 5): Substituindo a Equação na Equação 1, tem-se a área molhada em função de b e Am ( b. tg). (5) 88

90 Isolando b em Am, obteve-se a Equação 6: Am b. tg (6) Substituindo Equação 6 na Equação, tem-se perímetro molhado em função da área molhada, da altura de água e da inclinação dos taludes (Equação 7). Am Pm. tg.. sec (7) A seção ótima ou seção de máxima eficiência hidráulica é igual a seção de mínimo perímetro molhado (PORTO, 004). A partir do Cálculo Diferencial tem-se: Teorema (Critério da derivada primeira para determinação de extremos): seja f uma função contínua num intervalo fechado [a, b] que possui derivada em todo ponto do intervalo (a, b), exceto possivelmente num ponto c. (i) Se f (x) > 0 para todo x < c e f (x) > 0 para todo x >c, então f tem um máximo relativo em c. (ii) Se f (x) < 0 para todo x < c e f (x) > 0 para todo x >, então f tem um mínimo relativo em c. Teorema (Critério da derivada ª para determinação de extremos de uma função): sejam f uma função derivável num intervalo (a, b) e c um ponto crítico de f neste intervalo, insto é, f (c) = 0, com a < c < b. Se f afmite a derivada f em (a, b), tem-se: (i) Se f (c) < 0, f tem um valor máximo relativo em c. (ii) Se f (c) > 0, f tem um valor mínimo relativo em c. Desse modo foi realizada a derivada primeira para determinação do extremo. Sendo obtida a equação 8, em que a altura normal está em função da área molhada e do ângulo de inclinação dos taludes:: 89

91 90 sec sec 1 tg A d dp tg A d dp sec sec 0 sec 0 tg A tg A tg A d dp tg A tg A sec sec (8) Sendo posteriormente realizada a derivada segunda para determinação de extremo: A d P d A d P d

92 cos sec sec sec sec sec sec sec sec sec sen A d P d tg A d P d tg A A d P d tg A A d P d tg A A d P d tg A tg A tg A tg A tg A Pontode Mínimo 0 1 cos sec tg A d P d sen sen A Substituindo a Equação 8 na Equação 6, obteve-se a largura de base em função de e θ (Equação 9): tg b tg b tg tg b tg tg b tg tg b tg tg b sec sec sec sec sec sec (9) Desse modo tem-se: Área molhada (em função de e ) (Equação 10):

93 9 sec sec tg A tg tg A tg b A (10) Perímetro molhado (em função de e ) (Equação 11): tg P tg P b P sec sec sec sec (11) Realizando a derivada primeira para determinação de extremo, para obtenção do ângulo θ: sec sec tg d dp sec 0 sec sec 0 sec sec 0 sen sen tg tg tg d dp Obteve-se um ângulo igual a 0, posteriormente realizada a derivada segunda para determinação de extremo:

94 9 tg tg d P d tg tg d P d sec sec sec 4 sec sec sec sec0 0 tg d P d d P d tg tg d P d sec sec sec Mínimo Ponto de d P d Obteve-se ponto de mínimo, assim a seção ótima para canal trapezoidal, ocorre para ângulo θ igual a 0. Desse modo a inclinação dos taludes é igual a 1:0,58 como demonstrado a seguir: 1 0,58 0,58 :1 0 V H Z Z tg Z tg Z Sendo ângulo θ igual a 0 para seção ótima, foi substituído θ, nas Equações 1,,, 4 e 9, obtendo-se respectivamente as seguintes relações nas seções de máxima eficiência hidráulica: Área molhada:

95 94 1,7 0 sec0 A A A tg A Largura de topo: B B B tg b B,1 4 0 Perímetro molhado: P P P tg P,46 0 sec0 Raio hidráulico: Rh Rh P A Rh Largura de base:

96 95 b b b tg b 1,15 0 sec0

97 96 APÊNDICE C 1 DETERMINAÇÃ DA ALTURA NORMAL DE ÁGUA POR CÁLCULO NUMÉRICO A partir da Fórmula de Manning tem-se (Equação 1): , I nq I nq I nq I nq ARh I nq NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL (1) Sendo a vazão normal o somatório das vazões de irrigação, infiltração e evaporação obteve-se Equação : L Q V L Q Q L Q V L Q Q L B Q V L P Q Q Q Q Q Q NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL * ESP.EVAPORAÇÃO * INFILTRAÇÃO * IRRIGAÇÃO ESP.EVAPORAÇÃO INFILTRAÇÃO IRRIGAÇÃO ESP.EVAPORAÇÃO INFILTRAÇÃO IRRIGAÇÃO EVAPORAÇÃO INFILTRAÇÃO IRRIGAÇÃO 4 4 () Substituindo a vazão normal, Equação, na Equação 1, obteve-se a altura normal de água (Equação ):

98 ESP.EVAPORAÇÃO INFILTRAÇÃO IRRIGAÇÃO 0 I L Q V L Q n I nq () A partir da Equação em função de (Equação 4), foi realizado o cálculo numérico, de modo que foi determina a raiz (ponto onde a curva cruza o eixo das abcissas), ou seja igualando F() à zero ESP.EVAPORAÇÃO INFILTRAÇÃO IRRIGAÇÃO I L Q V L Q n F (4) Substituindo normal (m) nas fórmulas anteriores (de máxima eficiência) tem-se o dimensionamento completo do canal.

99 ANEXO 1 98

100 99

101 ANEXO 100