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 DIMENSIONAMENTO DE AÇUDE E SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE UM POÇO ARTESIANO PARA IRRIGAÇÃO Eugênio de Souza Viana ANÁPOLIS GO 2012

2 EUGÊNIO DE SOUZA VIANA DIMENSIONAMENTO DE AÇUDE E SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE UM POÇO ARTESIANO 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 2012

3 EUGÊNIO DE SOUZA VIANA DIMENSIONAMENTO DE AÇUDE E SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE UM POÇO ARTESIANO 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. Aprovada em: 05 / 12 / BANCA EXAMINADORA ii

4 Á Deus, pelas alegrias, pelo convívio, pelos amigos e pelos professores que tive ao longo da minha vida, os quais contribuíram para definir meu caráter, minha personalidade e esperança em algo melhor; Em especial à minha família, que sempre esteve em todos os momentos de minha vida, e é por ela que procuro esquecer a distância que nos separa tentando buscar a realização dos meus objetivos. Dedico este texto. iii

5 AGRADECIMENTOS A valorização de um trabalho técnico-científico não está apenas no produto final. A sua elaboração não depende apenas do conhecimento e/ou experiência do seu autor, tendo em vista que nenhum de nós é capaz de sozinho, produzir algo em qualquer atividade sem o compartilhamento e o comprometimento de outras pessoas e entidades, na troca de experiências e informações. Neste contexto, quero expressar os meus agradecimentos. À Universidade Estadual de Goiás (UEG) e ao curso Engenharia de Agrícola por oferecer oportunidade de realização do curso; Ao professor e Orientador Neander Berto Mendes, pelo incentivo, empenho e dedicação na transmissão do conhecimento ao longo do curso de Engenharia Agrícola, e pelo auxílio às atividades e discussões deste Trabalho de Conclusão; Aos meus amigos Alan Amorim Pessoa, Anna Paula El Man, Antônio Henrique Alves Galante, Lara Neiva de Siqueira, Rafael Rabelo Silva, Thiago Borges e todos os outros, pela nossa caminhada, contribuição, amizade e companheirismo de sempre. Á todos que direta ou indiretamente contribuíram para que eu pudesse alcançar mais esse degrau. iv

6 RESUMO As irregularidades pluviométricas observadas no Semiárido brasileiro, tanto em quantidade como em distribuição ao longo do ano, a evapotranspiração alta e o déficit hídrico acentuado favorecem a construção de açudes e a exploração de lençóis subterrâneos através de poços artesianos visando a garantia de água para diversos fins, entre eles a irrigação. O objetivo do presente trabalho foi dimensionar um pequeno açude e um poço artesiano para viabilizar a implantação de um perímetro irrigado em uma propriedade no Oeste do estado da Bahia. O estudo visa verificar o volume de água que o açude consegue disponibilizar descontando-se as perdas decorrentes da evaporação e infiltração somado com o volume de um poço artesiano e, a partir disso, determinar a área máxima que pode ser irrigada para as culturas que serão praticadas. A metodologia utilizada foi o método de classificação hidropedológica e dimensionamento de açudes para pequenas bacias hidrográficas, o qual permite fornecer rapidamente uma avaliação dos recursos hídricos de pequenas bacias hidrográficas, nas zonas Semiáridas do nordeste brasileiro com precipitações médias inferiores a mm e determinar as dimensões do açude em função desses. Os resultados mostram que descontadas as perdas por evaporação e infiltração iguais a ,21 m 3, o açude pode oferecer um volume total de ,48 m 3 e que o poço artesiano considerando a sua vazão diária de 134,4 m 3 descontando-se o volume para o abastecimento da propriedade disponibiliza para irrigação um volume anual de ,00 m 3. Com os recursos oferecidos por essas obras o produtor rural pode produzir com segurança cerca de 4 ha de cebola tendo como fonte hídrica o açude, e implantar um perímetro de laranja pera de 1,8 ha utilizando a água do poço artesiano. Palavras chave: Bacias hidrográficas. Fonte hídrica. Perímetro irrigado. v

7 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA RECURSOS HÍDRICOS Recursos hídricos no Brasil IRRIGAÇÃO Importância econômica da irrigação para o Brasil Importância econômica da irrigação para o Nordeste AÇUDES Açudes no Brasil A utilização de açudes na região Nordeste Principais elementos constituintes de um açude Aspectos técnicos para construção de açudes APROVEITAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA POÇOS ARTESIANOS Poços artesianos no nordeste Poços artesianos e semi-artesianos Poços jorrantes e não jorrantes Abertura de poços Poços não revestidos Poços revestidos Profundidade do poço Diâmetro do poço Disponibilidade de energia elétrica Dimensionamento do conjunto motobomba A escolha da motobomba MATERIAL E MÉTODOS O PROJETO vi

8 4.2 O MÉTODO DADOS PRELIMINARES DELIMITAÇÃO DA BHD CÁLCULO DO VOLUME ESCOADO ANUAL MÉDIO ( V ESC ) Determinação do L 600 Padrão Determinação dos fatores de correção Estimativa da pluviometria média anual Determinação dos coeficientes C e A Cálculo do volume escoado anual médio CÁLCULO DA VAZÃO MÁXIMA DA CHEIA DE PROJETO Determinação da superfície de contribuição de cheia (Sc) Fator de Correção (FC) DIMENSIONAMENTO DO AÇUDE Cálculo dos coeficientes geométricos α e K Volume e cota máxima da represa Dimensionamento do canal extravasor Amortecimento de cheias Altura final da barragem Largura da crista e comprimento da projeção dos taludes Estimativa do volume de terra em função da altura da barragem DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO DO POÇO ARTESIANO Dimensionamento do conjunto motobomba ESCOLHA DAS CULTURAS E DIMENSIONAMENTO DA SUPERFÍCIE DO PERÍMETRO IRRIGADO Cálculo do volume disponível Cálculo do volume de abastecimento Cálculo do volume por hectare Cálculo do volume de perdas Cálculo final da superfície potencial do perímetro RESULTADOS E DISCUSSÃO DIMENSIONAMENTO DO AÇUDE Coeficientes geométricos α e K vii

9 5.1.2 Volume e cota máxima da represa Amortecimento de cheias Dimensionamento do sangradouro Dimensionamento do canal extravasor Altura final da barragem Largura da crista e comprimento da projeção dos taludes Estimativa do volume de terra em função da altura da barragem SISTEMA DE BOMBEAMENTO DO POÇO ARTESIANO DIMENSIONAMENTO DA SUPERFÍCIE DO PERÍMETRO IRRIGADO Volume disponível Volume de abastecimento Volume consumido por hectare na cultura da cebola Volume consumido por hectare na cultura da laranja Cálculo do volume de perdas Cálculo da superfície potencial do perímetro Cálculo final da superfície potencial do perímetro CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO viii

10 1 INTRODUÇÃO A formação de lagos artificiais através do barramento constitui uma das mais antigas técnicas de aumentar as disponibilidades hídricas para atendimento de demandas por águas pelas sociedades. São dotadas de mecanismos de controle com a finalidade de obter a elevação do nível de água ou criar um reservatório de acumulação ou de regularização de vazões (ATLAS DIGITAL DAS ÁGUAS DE MINAS, 2011). Ainda segundo Atlas Digital das Àguas de Minas, 2011, a sustentabilidade da agropecuária, na maior parte das propriedades agrícolas, é dependente da reserva de água para uso em períodos de escassez, o que é geralmente resolvido com a construção de pequenos reservatórios. Em áreas rurais utiliza-se a construção da barragem de terra para uma série de finalidades, destacando-se a irrigação, seguida de: abastecimento da propriedade, piscicultura, recreação, dessedentação de animais, dentre outras. A escolha de um determinado tipo de barramento de água para uma determinada seção é um problema tanto de viabilidade técnica quanto de custo. Entretanto, no meio rural há um predomínio das barragens de terra, em consequência da facilidade de construção e valor da obra. Em uma definição mais comum as barragens de terra nada mais são que muros de retenção de água suficientemente impermeáveis, construídos de terra e materiais rochosos,segundo misturas e proporções adequadas em locais onde a topografia se apresente suavemente ondulada e onde existam áreas de empréstimo de material argiloso/arenoso suficiente para construção do maciço compactado, e em local próximo e de fácil acesso (CARVALHO, 2008). Em várias propriedades é comum encontrar construções dessa natureza sem nenhum tipo de dimensionamento técnico e sem obedecer a aspectos básicos de segurança com o intuito de reduzir os custos da obra. No entanto a construção de uma barragem de terra necessita de um projeto que contemple os vários conhecimentos de engenharia incluindo os de preservação ambiental. Os lagos artificiais brasileiros, formados por represamento de rios ou águas subterrâneas, recebem diferentes denominações, tais como: represas, reservatórios, açudes, etc., que nada mais são que sinônimos, uma vez que eles têm a mesma origem e finalidade. O fato de a maioria das propriedades rurais não possuírem cursos d água dentro de suas terras, faz com que o uso dos recursos subterrâneos se torne o único meio de se produzir uma cultura irrigada. Quando a vazão requerida pelo perímetro a ser irrigado é maior que aquela que um poço fornece, pode-se optar pelo represamento da água do mesmo. 9

11 2 OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GERAL a) Dimensionamento de um pequeno açude, e de um sistema de bombeamento de um poço artesiano para irrigação e cálculo de área irrigável. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) Determinação dos parâmetros geométricos do açude; b) Determinação dos parâmetros geométricos do poço Artesiano; c) Cálculo do sistema de bombeamento do poço artesiano; d) Cálculo da superfície potencial irrigável. 10

12 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1 RECURSOS HÍDRICOS Os recursos hídricos disponíveis para os diversos usos ocorrem na superfície da terra em rios, riachos e lagos ou na sub-superfície, armazenados nos poros dos sedimentos arenosos ou fraturas de rochas cristalinas. A captação mais convencional desses mananciais é por intermédio de barramentos superficiais ou por poços para captação da água subterrânea. (COSTA et al., 2002). À medida que as populações e as atividades econômicas crescem, muitos países atingem rapidamente condições de escassez de água ou se defrontam com limites para o desenvolvimento econômico (MORAES et al., 2002). Segundo o último relatório da ONU, a agricultura capta atualmente 70% da água doce do planeta e para 2050 é previsto um aumento necessário de mais 70% da produção agrícola e 19% de seu consumo mundial de água Recursos hídricos no Brasil O Brasil encontra-se em uma posição privilegiada em relação a outros países quanto a quantidade de recursos hídricos. Estima-se que tenha aproximadamente 12% das reservas mundiais de água doce. O país possui uma grande quantidade de rios de grande porte e boa quantidade de água no subsolo. Entretanto, mais de 73% das bacias de água doce presente no país encontra-se na região amazônica que tem apenas 5% da população. Assim os outros 95% dispõem apenas de 27% desse potencial. As dimensões continentais e os contrastes climáticos, populacionais e socioeconômicos fazem com que o Brasil apresente, à semelhança do restante do mundo, uma distribuição irregular da quantidade de água para os diversos usos requeridos. A região Semiárida, por exemplo, caracteriza-se principalmente pela escassez de água, decorrente da incidência de chuvas apenas em curtos períodos de três a cinco meses por ano, irregularmente distribuídas no tempo e no espaço. Essa característica causa uma forte dependência da intervenção do homem sobre a natureza, no sentido de garantir, por meio de obras de infraestrutura hídrica, o armazenamento de água para abastecimento humano e demais usos produtivos (GARJULLI, 2003). 11

13 3.2 IRRIGAÇÃO De acordo com Bernardo (1997), [...] A finalidade básica da irrigação é proporcionar água às culturas de maneira a atender às exigências hídricas durante todo seu ciclo, possibilitando altas produtividades e produtos de boa qualidade. Sendo que a quantidade de água necessária às culturas é função da espécie cultivada, da produtividade desejada, do local de cultivo, do estádio de desenvolvimento da cultura, do tipo de solo e da época de plantio. Na agricultura irrigada, o fator água otimizado possibilitará, sem maiores riscos, melhor utilização dos demais fatores de produção e, por consequência, maior produtividade com melhor combinação dos insumos empregados. Sempre partindo do fato de que água é um bem nobre, com disponibilidade cada vez mais limitada e de uso múltiplo. Apesar do grande consumo de água, a irrigação representa a maneira mais eficiente de aumento da produção de alimentos. Estima-se que, a nível mundial, no ano de 2020 os índices de consumo de água para a produção agrícola sejam mais elevados na América do Sul, África e Austrália. Pode-se prever um incremento maior da produção agrícola no hemisfério Sul, especialmente pela possibilidade de elevação da intensidade de uso do solo que, sob irrigação, produz até três cultivos por ano (PAZ et al., 2000). Estima-se que a área irrigada no mundo ocupe cerca de 17% de toda a terra agricultável e responda pela produção de mais de 40% de todo o alimento consumido. Atualmente, mais de 50% da população mundial depende de produtos irrigados (PAULINO et al., 2011) Importância econômica da irrigação para o Brasil A influência da agricultura irrigada como de qualquer outra atividade na macroeconomia, pode ser medido pelo crescimento do PIB (Produto Interno Bruto). Como toda a cadeia de produção esta relacionada com a variação do PIB, quanto mais tecnificado for o cultivo (utilização de adubos, defensivos químicos, implementos agrícolas, irrigação, etc), maior será a contribuição da agricultura para um incremento no PIB. Segundo Lima et al. (s.d.), a intensificação da prática da irrigação configura uma opção estratégica de grande alcance para aumentar a oferta de produtos destinados ao mercado interno, consolidar a afirmação comercial do Brasil no mercado internacional altamente competitivo e melhorar os níveis de produção, produtividade, renda e emprego no meio rural e nos setores urbano-industriais que se vinculem, direta ou indiretamente, ao complexo de atividades da agricultura irrigada. 12

14 O Censo de 2006 divulgado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas- IBGE mostrou que o Brasil irrigava 4,45 milhões de hectares, um aumento significativo de 1,8 milhão desde o Censo, de 1996, quando a área era de 2,66 milhões de hectares. O gráfico da Figura 1 mostra a evolução da irrigação brasileira em cada região do país. Dados mais atuais dizem que a área irrigada no Brasil corresponde a apenas 6% da área plantada, mas em contrapartida, a produção advinda da irrigação é responsável por mais de 16% da produção e por 35% do valor econômico gerado pelo setor agrícola. Figura 1: Crescimento da área irrigada de 1996 a 2006 por região brasileira Fonte: Ministério da Integração Nacional, Importância econômica da irrigação para o Nordeste Os projetos públicos de irrigação na região nordeste brasileira foram as bases fundamentais para a implantação dos atuais projetos privados, e como consequência, fundamentais na geração de empregos diretos e indiretos. Foi a ação governamental de menor custo e mais efetiva de inclusão social na região, ajudando a reduzir a pobreza e a migração para a periferia das grandes cidades (BERNARDO, 2007). A irrigação desempenha um papel importante no Nordeste. Isto pode ser verificado claramente pelo estudo realizado por Maia Gomes e Vergolino (1995), citado por Vanzela e Andrade (2002), no qual a partir de um índice 100, verificou o crescimento do Produto Interno Bruto - PIB para cada sub-região da região Nordeste (Tabela 1). 13

15 Tabela 1. Estimativa da Evolução do Produto Interno Bruto no Nordeste por Sub-Regiões. Regiões/Anos Regiões Metropolitanas ,0 315,0 450,9 562,7 621,1 Zona da Mata ,6 209,9 274,7 243,2 343,3 Semiárido ,3 192,3 188,7 238,9 110,6 Irrigação ,7 191,1 442,4 463,9 587,4 Nordeste/ Total ,7 230,9 285,7 327,7 318,5 Fonte: VANZELA e ANDRADE (2002). *Cálculos: Maia Gomes e Vergolino (1995). De acordo com a Tabela 1, depois das regiões metropolitanas (crescimento de 621,1), as regiões que mais tiveram incrementos no PIB de 1970 a 1992, foram as áreas irrigadas (587,4), seguida da Zona da Mata (343,3) e Semiárido (110,6), evidenciando a importância da irrigação para a crescimento econômico da região. Vale lembrar também, o papel importante dos perímetros irrigados da Companhia de Desenvolvimento dos Vales do São Francisco e do Parnaíba - CODEVASF, que exercem um papel relevante no cenário econômico dessa região, pois, além de gerar emprego e renda para a maioria da população, contribuem com parte expressiva da receita proveniente da atividade agropecuária. 3.3 AÇUDES A formação de estoques de água, através da construção de açudes e barragens - a partir da utilização das águas superficiais e subterrâneas - é de fundamental importância para as populações rurais e urbanas, e para o desenvolvimento da agricultura e da pecuária. Se, por um lado, as barragens de grande porte são construídas para garantir o abastecimento das populações e a implementação de grandes perímetros de irrigação, por outro, os pequenos e médios açudes podem permitir uma produção agrícola de auto sustentação a nível de pequeno produtor, desde que explorados através de um dimensionamento hídrico adequado e de uma politica de manejo racional (MOLLE e CADIER, 1992). 14

16 3.3.1 Açudes no Brasil O Brasil possui a maior rede de açudes do mundo sendo que a grande maioria encontra-se na região nordeste do país com quase reservatórios e com um volume armazenado de cerca de 37 bilhões de m³ de água. Os açudes multiplicam-se com métodos construtivos cada vez mais avançados feitos com aprimoramento e rigor técnico por engenheiros brasileiros (S.O.S RIOS DO BRASIL, 2010) A utilização de açudes na região Nordeste. Os desafios quanto ao uso e preservação dos recursos hídricos no Nordeste brasileiro são maiores que em qualquer outra região. Nessa região, os recursos são limitados e têm, como agravantes, a deficiente distribuição espacial das chuvas ao longo do ano. Além disso, a evapotranspiração média de aproximadamente 2000 mm anuais aliado à presença de um escudo cristalino, favoreceram a construção de açudes. Segundo SUASSUNA (2012) no Nordeste, os pequenos e médios açudes, com volumes compreendidos entre m³ e m³, representam 80% dos corpos de água nos estados. Segundo Jóffily, citado por Molle e Cadier (1992), os açudes sempre foram os meios empregados pelos nordestinos para neutralizar os efeitos das secas, desde os primeiros tempos da colonização. Com o seu senso prático, compreenderam que esse era o único meio de suprir a falta de rios perenes e de lagos ou lagoas permanentes e, aguilhoados pela imperiosa lei da necessidade, iniciaram a construção de barragens, trabalho que, afinal, tornou-se o primeiro e mais necessário para o represamento da água na região nordestina. Quanto à utilidade da construção do açude de grande acúmulo de água, Andrade (1982) citado por Lima et.al. (1998) afirma que se pode argumentar que a construção de represas trouxe grandes benefícios à agricultura da região semiárida porque, além de permitir e favorecer a industrialização possibilitou a implantação de grandes projetos de irrigação Principais elementos constituintes de um açude Para um melhor entendimento do estudo de açudes são apresentados os conceitos básicos sobre suas partes constituintes (Figuras 2 e 3): 15

17 FIGURA 2. Vista superior do maciço, espelho d água e canal extravasor. Fonte: Atlas digital das águas de Minas, FIGURA3. Representação esquemática dos elementos básicos de uma pequena barragem de terra ou açude. Fonte: Atlas digital das águas de minas, Taludes Os taludes São as faces laterais e inclinadas, paralelas ao eixo do aterro. O talude de montante situa-se na parte do maciço que mantém contato com a água represada enquanto que o talude de jusante situa-se em oposição a este. 16

18 Tibau (1977) citado por Landerdahl (2010) afirma que o talude de montante, é mais extenso e, por consequência, mais inclinado, oferece maior superfície à pressão da água no reservatório, cujo efeito é aumentar a estabilidade da barragem, anulando a tendência ao deslizamento e proporcionando simultaneamente maior resistência à infiltração. O talude de jusante, além da função de aumentar a estabilidade, concorre para que a projeção da linha de infiltração (linha que água percorre dentro do aterro) se mantenha dentro do corpo da barragem, pois do contrário, provocaria a sua queda Base e aterro Aterro ou maciço é a parte da obra construída transversalmente ao curso d água com a função de retê-la; é a própria estrutura do açude. A construção do maciço requer o dimensionamento dos taludes de montante e de jusante, essenciais para a estabilidade do mesmo, em acordo com o tipo de material que será utilizado na compactação (LANDERDAHL, 2010). Base ou saia do aterro é a projeção dos taludes de montante e jusante mais a largura da crista sobre a superfície do aterro; é a área do terreno onde se deposita o aterro Crista do aterro Corresponde a parte mais alta do aterro. É a parte superior da barragem. Sua largura depende da altura da obra, não devendo nunca ser inferior a 3,0 m. No caso de servir também de estrada deve ter largura de 6,0 m. Aumentando-se a largura da crista, aumenta-se a estabilidade da barragem, porém aumenta-se também o custo de construção. A altura do açude por sua vez é a distância entre a base e a crista Folga e Núcleo Borda livre ou folga, é a distância mínima entre a superfície da água quando o açude estiver no nível máximo e a crista. Determina-se a borda livre de um açude, levando em conta a altura, a velocidade máxima das ondas e a aceleração da gravidade local. Muitas vezes para efeito de segurança e com o objetivo de diminuir a infiltração, usase colocar no centro do aterro um núcleo (miolo) de terra boa (argilosa), como se fosse um muro ou uma parede; esse núcleo diminui o caminhamento da água no corpo do aterro (CARVALHO, 2008). 17

19 Extravasor ou sangradouro Estrutura construída para escoar o excesso de água ou enxurrada durante e após a ocorrência de uma chuva. É responsável pela garantia da integridade do açude, para as vazões máximas ocorridas, sendo, portanto um importante dispositivo de segurança do mesmo. Pode ser situado em várias posições em relação ao aterro devendo dar preferência a um extravasor largo e raso a fim de não diminuir a profundidade útil do lago e valorizando o trabalho já feito para construção da parede Fundação Trata-se de escavação procedida no local de assentamento do maciço, na área da projeção vertical da crista ou coroamento, com largura e profundidade variáveis, dependente do tipo de solo (Figura 4). Tem por função a substituição da camada permeável do local, por outra de melhor potencial de compactação visando à impermeabilização do maciço (LANDERDAHL, 2010). (a) Abertura da vala (b) solo argiloso (c) compactação com rolo FIGURA4. Detalhes da construção da fundação Barragem de terra no Semiárido mineiro, construída pela Ruralminas - bacia do Jequitinhonha, município de Medina MG. Fonte: Atlas digital das águas de minas, Desarenador e espelho d água O desarenador é um dispositivo instalado sob o aterro. Objetiva principalmente a eliminação dos depósitos do fundo e ao esvaziamento do reservatório. O espelho d água corresponde a área da represa, a superfície da água acumulada no reservatório. 18

20 3.3.4 Aspectos técnicos para construção de açudes Segundo Bureau of Reclamation, 2002, o dimensionamento de uma barragem ou reservatório é uma operação complexa na qual são levados em consideração diversos parâmetros Uso previsto do açude Se o objetivo principal é o abastecimento, procura-se fazer um açude profundo, de fácil acesso e não sujeito a poluição. No caso da irrigação que é a finalidade deste projeto, deve-se evidentemente locar o açude próximo a áreas adaptadas para tal fim, sempre observando a possibilidade da distribuição da água através da gravidade de forma a diminuir os custos do projeto de irrigação. Devem ser avaliados ainda: a superfície a ser irrigada; o volume a ser armazenado em função da demanda; o nível de segurança etc. Além disso, o projeto deve assegurar a solidez da obra e impedir vazamentos que prejudicariam a reserva d agua construída Escolha do local O provável local de construção de um açude passa pela avaliação do proprietário da futura represa acompanhado do técnico que irá efetuar o levantamento. O trabalho conjunto permite determinar alternativas para qualificar o projeto, como posicionamento da taipa (maciço), área a ser atingida pelo alague, localização do vertedouro, entre outros (KIELING, 1991). Segundo Molle (1994), a escolha do local do açude é muito importante, pois, trata-se, na medida do possível, de: - minimizar o volume de terra (e o preço do empreendimento); - minimizar a superfície do espelho d'água (e a evaporação); - maximizar o volume armazenado e a profundidade. A primeira etapa, no campo, inicia-se pela coleta de dados e informações topográficas e georreferenciadas no local escolhido para a construção da obra, além da observação e análise das condições do solo onde será assentado o maciço do açude e o local de posicionamento do vertedouro. Ainda obtêm-se informações da bacia hidrográfica ou de contribuição e sua influência no armazenamento da água no açude, além da disponibilidade de jazida de material que será usado na construção do maciço (KIELING, 1991). 19

21 Topografia O terreno escolhido para construção não deve ser, na medida do possível, excessivamente declinado, porque isto dificulta o trabalho das máquinas e a execução do sangradouro. No entanto, áreas pouco inclinadas acarretam em uma barragem comprida e cara; deve-se então encontrar situações intermediarias e equilibradas para contornar o problema. Outra observação que pode ser feita com relação a um declive excessivo do terreno, é a de que isso acarreta em um acúmulo reduzido de água fazendo com que seja necessário espraiar a área com alargamento da mesma. Cuidados deverão ser tomados para que o lago não fique raso possibilitando a invasão por plantas aquáticas e o aumento da evaporação Tipo de solo Procuram-se solos apresentando uma textura equilibrada (mistura de areia, silte e argila: podzólicos, Bruno não cálcicos, aluviões, etc. A aparência das primeiras camadas dos solos não é sempre um bom indicador da qualidade do material em profundidade; é aconselhável escavar buracos ou efetuar sondagens com um trado em diversos locais a fim de verificar a qualidade deste material (MOLLE e CADIER, 1992). Segundo Carvalho (2008), deve se evitar a localização do reservatório sobre material que permita infiltração excessiva. O melhor leito para um reservatório é uma camada natural de terra de textura fina. O material escolhido para a execução principalmente do maciço e fundação da barragem, devem possuir características necessárias para a sua utilização que são: impermeabilidade, alta resistência à erosão, média resistência ao cisalhamento e boa a razoável trabalhabilidade Área de empréstimo A fim de limitar o deslocamento das máquinas (e o custo da obra), a área de empréstimo, local de onde será retirada a terra necessária à construção do aterro, deve estar em uma região mais próxima possível do local da barragem. É aconselhável se possível o uso do material que está no fundo do vale, ou seja, a montante do açude, dessa forma além de reduzir a distancia, ainda contribui com o aumento da profundidade da represa. 20

22 Vegetação Considera-se nesse caso a densidade da vegetação. Se for muito densa, o custo da derrubada e limpeza da área pode significar um percentual significante no orçamento da obra. A limpeza do local é importante tanto para o desenvolvimento das atividades construtivas quanto para manter a qualidade da água uma vez que a inundação sem uma limpeza prévia acarreta no aumento da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) por um período relativamente longo prejudicando o desenvolvimento de algumas atividades para as quais o açude está sendo construído, principalmente se for alguma atividade criatória Bacia hidrográfica de contribuição Entende-se por bacia hidrográfica toda a área de captação natural da água da chuva que escoa superficialmente para um corpo de água ou seu contribuinte (SEMA-RS, 2010). Os limites da bacia hidrográfica são definidos pelo relevo, considerando-se como divisores de águas as áreas mais elevadas. O corpo de água principal, que dá o nome à bacia, recebe contribuição dos seus afluentes, sendo que cada um deles pode apresentar vários contribuintes menores, alimentados direta ou indiretamente por nascentes (Figura 5). FIGURA 5. Área de captação de uma bacia hidrográfica de contribuição. Fonte: Secretaria do meio ambiente- RS,

23 A bacia hidrográfica geralmente apresenta grande extensão, por isso dificilmente se procede ao seu levantamento a campo. A área da bacia pode ser obtida por meio de carta topográfica do IBGE (exemplo na Figura 6), ou fotografias aéreas da região que será estudada, ou ainda, por meio de um levantamento planialtimétrico do perímetro da bacia (CARVALHO, 2008). A área de captação é um parâmetro fundamental a se saber, pois é necessário conhecer o volume de água produzido a fim de verificar se o mesmo atende a demanda de um açude a ser construído tendo como fonte de abastecimento a bacia em estudo. FIGURA6: Carta topográfica da região do sul de minas com identificação da área de drenagem ou contribuição. Fonte: MARCIANO, No desenvolvimento de um projeto de um açude ou barragem como citado anteriormente, além do conhecimento da área, são necessárias informações dos aspectos físicos e climatológicos tais como localização, relevo (altitude e declividade), forma, rede de drenagem (caracterização dos regimes dos cursos d água existentes), solo, cobertura vegetal, precipitação, umidade do solo etc Bacia de acumulação É o reservatório ou bacia hidráulica, no qual serão retidas as águas represadas pelo maciço. A bacia de contribuição encontra-se inserida na bacia hidrográfica (Figura 7), e, ao contrário dessa, necessita ter seus parâmetros determinados a campo. Procede-se geralmente 22

24 ao levantamento topográfico plani-altimétrico, levantamento das características do solo e da cobertura vegetal. FIGURA 7 - Croqui das bacias: A) de Contribuição e B) de Acumulação. Fonte: CARVALHO, Hidrologia A hidrologia é umas das questões mais problemáticas no projeto de barragens e na avaliação da sua segurança devido à falta de dados hidrológicos e recursos. Em função disso, muitas vezes são utilizados métodos regionais e/ou fórmulas empíricas, tanto para o dimensionamento do reservatório como para o cálculo da vazão de projeto (BRASIL, 2002). Isso colabora para que o dimensionamento seja feito de forma errada comprometendo o projeto. A classificação hidrológica das bacias hidrográficas constitui juntamente com a avaliação da superfície de drenagem e das precipitações, os três elementos fundamentais que permitem os cálculos dos volumes hídricos disponíveis e das vazões de pico das cheias (BUREAU OF RECLAMATION, 2002). 23

25 Impactos ambientais Segundo a Secretaria do Meio Ambiente do Ceará CEMACE, 2011, a construção de novos reservatórios deve ser muito bem planejada levando-se em consideração não apenas aspectos locais, mas também a influência na hidrologia da bacia hidrográfica do açude. Apesar do menor percentual de impactos negativos em relação aos positivos, na construção de um açude, alguns são significativos e de longa duração, ou até mesmo irreversíveis. Além da predominância de impactos positivos, o empreendedor dispõe de medidas mitigadoras para controlar os impactos ambientais adversos. Essas medidas têm a condição de atenuar os impactos ambientais adversos e/ou maximizar os impactos benéficos, buscando também formas diretas ou alternativas de compensação dos efeitos negativos da obra da barragem principalmente sobre os meios físico e biológico. Nesse sentido algumas ações podem ser tomadas para minimizar os impactos negativos tais como se segue: Recuperação das áreas de empréstimo aplicação de práticas mecânicas e/ou revegetação com espécies nativas; proteção do reservatório com relação ao assoreamento é conveniente que na área da bacia de contribuição sejam realizados serviços de conservação de solo em toda sua extensão, como a construção de bacias de captação de água superficial, cordões de contorno, terraços, plantio em nível, etc. de forma a minimizar o assoreamento do reservatório e a contaminação da água com fertilizantes e pesticidas, principalmente em áreas de cultivo de culturas anuais (ATLAS DIGITAL DAS ÁGUAS DE MINAS, 2011). Monitoramento da barragem deve ser monitorada, periodicamente (refazer a cobertura vegetal, preenchimento de rachaduras, desobstrução do sangradouro, afloramento de água no talude de jusante da barragem, etc.), no sentido de contribuir para a segurança da obra; Alteração da qualidade da água controle da utilização de fertilizantes e defensivos agrícolas à montante do reservatório da barragem, bem como da descarga de efluentes orgânicos (águas residuárias de residências, criatórios de animais ou agroindústrias, etc.). 24

26 3.4 APROVEITAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA. Segundo Rebouças (2000) citado por Campos ( 2001), nos Estados Unidos, cerca de 25% da água doce disponível é de origem subterrânea e 95% da população rural abastece-se a partir de poços. No Brasil embora não tenha estatísticas precisas nesse aspecto, há exemplos de grandes cidades abastecidas por águas subterrâneas. A cidade de Natal no Rio Grande do Norte com população de habitantes é abastecida a partir de 123 poços tubulares, com profundidade média de 80 metros, produzindo até 200 m³/h. Há um acréscimo contínuo do número de empresas privadas e órgãos públicos com atuação na pesquisa e captação de recursos hídricos subterrâneos. Mais que uma reserva de água, as águas subterrâneas devem ser consideradas como um meio de acelerar o desenvolvimento econômico e social de regiões extremamente carentes, e de todo o Brasil. No Brasil, as secas são fenômenos frequentes que acarretam graves problemas sociais e econômicos, como no Polígono das Secas, e também nas regiões Centro-Oeste, Sul e Sudeste. Desta forma, a exploração de águas subterrâneas tem aumentado significativamente. Vários núcleos urbanos abastecem-se desse recurso de forma exclusiva ou complementar. Indústrias, propriedades rurais, escolas, hospitais e outros estabelecimentos utilizam água de poços rasos e artesianos (PORTAL AMBIENTE BRASIL, 2012). Importantes áreas de irrigação são mantidas com recursos hídricos subterrâneos, como na região da Chapada do Apodi (RN e CE), o oeste baiano, região de expansão dos cerrados, dentre outras. Em 2004, já se contabilizava no Brasil um total de outorgas de direito de usos construtivos dos recursos hídricos para fins diversos, em águas de domínio dos estados e da união, totalizando uma vazão outorgada de m³/s, sendo m³/s de águas superficiais e 89 m³/s de águas subterrâneas (COELHO, 2007). Apenas um dos reservatórios subterrâneos encontrados na região Nordeste do país possui um volume de 18 trilhões de metros cúbicos de água para o abastecimento humano. Isso é suficiente para abastecer a população brasileira atual por, no mínimo, 60 anos. Os sistemas aquíferos brasileiros (Figura 8) armazenam importantes excedentes de água doce e desempenham um importante papel socioeconômico, devido à sua potencialidade hídrica. 25

27 FIGURA 8: Representação esquemática dos principais aquíferos brasileiros Fonte: Portal São Francisco, POÇOS ARTESIANOS A água no interior do solo não existe apenas acima da camada impermeável, mas também no interior ou abaixo da mesma, que é onde estão localizados os maiores lençóis de água subterrânea, chamados de artesianos. A formação dos lençóis artesianos encontra-se associada ao processo de formação da crosta terrestre. Através do material que deu origem a camada rochosa podendo esse apresentar uma considerável porosidade permitindo a passagem de água da chuva até o seu interior, e, através do posicionamento dos blocos rochosos separados por falhas ou fendas interligadas a grandes galerias existentes no interior de rochas localizadas em maiores profundidades ( PORTAL SÃO FRANCISCO, 2012). Retirar água doce do subsolo por meio de poços é uma alternativa usada quando as fontes superficiais são inexistentes ou insuficientes. Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL, Citada por Portal Ambiente Brasil, 2012, no Brasil, estima-se que existam mais de poços tubulares em atividade (irrigação, pecuária, abastecimento de indústrias, condomínios, etc.), mas o maior volume de água ainda é destinado ao abastecimento público. 26

28 A utilização de poços artesianos viabiliza economicamente uma propriedade rural além de agregar valor à mesma. As vantagens da irrigação com poços artesiano são: aumento da produção e do faturamento em mais de uma ou duas safras ao ano; diminuição da dependência das condições climáticas (ocorrência de chuva), tanto no início quanto no final da colheita; garantia de água com qualidade; e custo reduzido de distribuição de água. Os poços artesianos captam água de aquíferos subterrâneos que por sua vez são abastecidos pela água das chuvas e em alguns casos também pela neve (Figura 9). FIGURA 9: Recarga natural dos aquíferos através da água das chuvas. Fonte: GEOESTE, Poços artesianos no nordeste Existem, atualmente, mais de poços tubulares em funcionamento no Nordeste. Também é comum, na zona rural, o atendimento de pequenas comunidades através de chafarizes abastecidos por poços. Pode-se afirmar que prevalece o abastecimento público, inclusive nas grandes cidades como Maceió e Natal, inteiramente abastecidas por água subterrânea, e Recife, com 20% de sua demanda. Nos Estados do Piauí e Maranhão, o percentual de aproveitamento de água subterrânea ultrapassa os 80%. O uso da água subterrânea na irrigação vem tomando força em vários pontos do Nordeste, como Mossoró (RN), Piauí, Pernambuco e Bahia (PORTAL AMBIENTE BRASIL, 2012). 27

29 3.5.2 Poços artesianos e semi-artesianos Poços semi-artesianos Para não serem confundidos com os poços freáticos rasos, que em algumas regiões do Brasil são conhecidos como cisternas, os poços freáticos tubulares são chamados também, de poços de semi-artesianos ou pocinhos (MARKOWICZ et.al., 2006). O objetivo ao se perfurar esses poços, é o de captar água armazenada no lençol freático. Portanto sua profundidade máxima corresponde á profundidade da camada impermeável que se encontra abaixo da superfície do solo. As vazões para esse tipo de poço geralmente fica entre 500 L/h e 3000 L/h Poços artesianos Ao contrário dos poços semi-artesianos, que são abastecidos apenas com água do lençol freático, os artesianos captam água armazenada dentro ou abaixo da camada rochosa. Nos lençóis artesianos são encontradas as maiores quantidades de água subterrânea e sua formação está associada ao processo de formação da crosta terrestre (MARKOWICZ et.al., 2006). Quando existirem o subsolo camadas de rochas que são permeáveis a passagem de água, da mesma forma que acontece com o solo, as águas das chuvas que infiltram e chegam até essa camada poderão chegar ao seu interior e formar um reservatório do tipo artesiano. Outra maneira é através de falhas ou fendas existentes em grandes blocos rochosos que estão interligados a grandes galerias localizadas a grandes profundidades. Geralmente os poços artesianos podem ser perfurados em uma faixa de 50 a 400 m de profundidade Poços jorrantes e não jorrantes Dos lençóis artesianos obtêm-se poços jorrantes e não-jorrantes. Os poços não- jorrantes ocorrem quando a parte mais alta do lençol artesiano que irá abastecer o poço encontra-se abaixo da saída do poço, na superfície do solo (Figura 10). 28

30 FIGURA 10: Poço artesiano não- jorrante. Fonte: MARKOWICZ et.al., Os poços artesianos jorrantes (Figura 11) por sua vez, acontecem quando existe uma diferença de carga ou energia entre a saída do poço e a parte mais alta do lençol artesiano que o abastece. Nesse caso a energia hidráulica da água armazenada na parte mais alta do lençol forçará, com certa pressão, a água a jorrar pela saída do poço. 29

31 FIGURA 11: Poço artesiano jorrante. Fonte: MARKOWICZ et.al., Abertura de poços Poços artesianos são obras de engenharia hidráulica e devem ser construídos seguindo critérios técnicos. Para tal é necessário contratar uma empresa de perfuração que tenha a participação de um geólogo, pois esse profissional é especialista na origem e constituição do planeta e possui conhecimento das características geológicas de uma região, que são importantes antes de iniciar uma perfuração ( MARKOWICZ et.al., 2006). Com base nos conhecimentos dos tipos de rocha de um local e as profundidades médias pode se indicar os melhores locais para construção de um poço garantindo o sucesso da operação e até reduzindo custos no caso de uma possível perfuração de um local inadequado Contaminação do poço A qualidade da água é um fator importante, por isso é necessário verificar se água retida embaixo da terra não se encontra contaminada observando se no local existem fontes que levem a isso. São consideradas fontes contaminantes: instalações para animais; depósitos de lixo; esgotos a céu aberto; fossas secas ou sépticas; plantações tratadas com adubos químicos e agrotóxicos etc. (Figura 12). 30

32 FIGURA 12: Fontes de contaminação de águas subterrâneas: fossa; plantação tratada com agrotóxico; depósito de lixo; esgoto a céu aberto; leito de rio e instalação para animais. Fonte: MARKOWICZ et.al., Na escolha do local correto deve-se adotar uma distância mínima dessas fontes de contaminação das águas e garantir que a construção ocorra em uma cota superior a esses prováveis focos. Outra observação a ser feita, é que não se deve perfurar poços em leitos de rios devido ao risco de infiltração de águas contaminadas Qualidade da água Depois da abertura do poço é necessário fazer análises físico-química e bacteriológica da água a fim de garantir sua qualidade. No que se refere à irrigação, a salinidade é um fator muito importante, pois a presença deste em quantidades excessivas inviabiliza a produção vegetal e causa danos ao solo podendo até inutiliza-lo para práticas agrícolas. 31

33 O perigo de salinização segundo os técnicos do laboratório de salinidade dos Estados Unidos citado por Teissedre (2011) é baseado na condutividade elétrica (CE) como indicadora do perigo de salinização do solo e classificado de acordo com sua concentração total de sais solúveis em: C1 - Água com salinidade baixa, podendo ser usada na maioria das culturas e na maioria dos solos com pouca probabilidade de ocasionar salinidade sendo necessária alguma lixiviação (remoção por meio de água) o que ocorre em práticas normais de irrigação. C2 - Água de salinidade média pode ser usada sempre que houver um grau moderado de lixiviação. Nessas condições, plantas com moderada tolerância aos sais podem ser cultivadas na maioria das vezes sem práticas de controle da salinidade. C3 - Água com salinidade alta. Não pode ser usada em solos com deficiência de drenagem e mesmo naqueles com drenagem adequada, podem precisar de práticas especiais de controle, o que às vezes se torna inviável devido ao alto custo. Só pode ser usada em culturas com boa tolerância aos sais. C4 - Água com salinidade muito alta. Não é adequada para irrigação sob condições normais, mas pode ser usada em condições muito restritas. Nesse caso os solos deverão ser muito permeáveis com boa drenagem e devendo ser aplicadas grandes lâminas de irrigação para que ocorra lixiviação. A água só pode ser usada em culturas que são bem tolerantes aos sais. Além disso, a qualidade da água se aplica também aos equipamentos de irrigação. Certas águas apresentam tendência em corroer os equipamentos de irrigação, os rotores da bomba, alargar o orifício dos aspersores etc. Outras apresentam propriedade de depositar escamas de cal e/ou sílica e outros materiais levando ao entupimento dos sistemas de irrigação. Do ponto de vista químico a água de poços artesianos é geralmente de boa qualidade com baixos teores em sais, exceto águas de grandes profundidades e em regiões semiáridas que possuem concentração de cloretos e sulfetos, etc. que danificam o solo e prejudicam a absorção por vegetais. Do ponto de vista biológico, raramente sofre contaminação por rejeitos urbanos e industriais (TEISSEDRE, 2011) Poços não revestidos A estrutura para esse tipo de poço depende da constituição da camada impermeável encontrada durante a perfuração. Assim, quando ela for de rochas resistentes, o poço terá as 32

34 seguintes partes: tubulação metálica, colocada na camada de aluvião; selo sanitário, construído na superfície do solo (MARKOWICZ et.al., 2006) Furo Perfuração feita no solo, no sentido vertical, até uma profundidade necessária a obtenção da vazão de água requerida. Assim a água fluirá através de trincas e falhas existentes na camada rochosa, até atingir o interior do poço, para ser posteriormente bombeada Tubulação metálica Deverá ser instalada na camada de aluvião, ou seja, na parte que vai da superfície do solo até a rocha. Deve ficar encabeçado no material rochoso e se estender até 60 cm acima da superfície do solo (Figura 13). FIGURA13: Detalhe do encabeçamento do tubo de aço na rocha. Fonte: MARKOWICZ et.al., Selo sanitário Deve ser feito de concreto da superfície do solo até uma profundidade de quatro metros. A função desse item é impedir a entrada de água das chuvas ou qualquer outro material dentro do poço. Na construção do selo sanitário deve-se construir uma laje em volta do tubo (Figura 14) 33

35 FIGURA 14: Esquema da disposição do selo sanitário na entrada do poço. Fonte: MARKOWICZ et.al., Quando acima da rocha existir lençóis com boa capacidade de armazenamento de água, esta deverá ser aproveitada. Para isso deve-se substituir nesses trechos a tubulação metálica por filtros e na outra parte por tubos cegos. O filtro corresponde a uma tubulação com inúmeros furos construída em PVC ou às vezes aço galvanizado, ele deve ser colocado em toda extensão do lençol freático (entre a rocha e a linha freática) como mostra a Figura 15. Nesse caso, haverá também abaixo do selo sanitário entre a parede do solo recortado e o filtro, uma camada de areia grossa (pré-filtro). FIGURA 15: Poço artesiano, com filtros na camada de aluvião. Fonte: MARKOWICZ et.al.,

36 Porém esse material com o passar do tempo deve ser reposto devido à acomodação da areia. E, para isso constrói-se uma tubulação de recarga de 50 mm de diâmetro conforme mostrado na Figura 16. FIGURA 16: Esquema da tubulação para recarga de pré-filtro em um poço artesiano. Fonte: MARKOWICZ et.al., Poços revestidos Esse tipo de poço artesiano ocorre quando o subsolo for formado por material menos consistente, como aluvião, areia e algumas rochas sedimentares já em decomposição. O revestimento evitará que a água ao escoar através dos poros atinja a parede do poço e provoque desmoronamento e comprometa o funcionamento do mesmo (MARKOWICZ et.al., 2006). Os dois primeiros metros a partir do fundo poço devem ser revestidos com tubo cego devendo ser fechado na parte inferior evitando a entrada de areia. Nos trechos onde existe água, o poço deve ser formado por filtros e onde não houver, por tubos cegos (Figura 17). O ideal é que os filtros sejam instalados desde o início de cada camada armazenadora de água até dois metros abaixo desta, ou seja, que eles entrem dois metros na rocha. Isso maximiza a captação de água mesmo com o rebaixamento do lençol em épocas de seca. (Figura 17). 35

37 FIGURA 17. Poço artesiano revestido e posição recomendada para os filtros. FONTE: MARKOWICZ et.al., No local onde se instala a moto bomba utiliza-se um tubo cego de quatro metros de comprimento com a finalidade de evitar aspiração de areia pra dentro do poço e possíveis desmoronamentos decorrentes do fluxo da água. (Figura 18). FIGURA 18. Tubo cego montado no local de instalação do conjunto motobomba. FONTE: MARKOWICZ et.al., Profundidade do poço É difícil prever qual será a profundidade de um poço. No entanto a linha freática e a camada impermeável acompanham a inclinação do terreno de forma mais acentuada, daí entende-se que as menores profundidades se localizam nas áreas menos inclinadas. Ao fazer isso se pode diminuir o custo da obra através da redução dos gastos com materiais e 36

38 equipamentos utilizados no processo (Figura 19). Na perfuração de um poço, paga-se por metro perfurado o qual é estabelecido em contrato. FIGURA 19: Esquema demonstrativo da melhor opção para profundidade de um poço. Fonte: MARKOWICZ et.al., Diâmetro do poço O diâmetro de um poço artesiano deve ser determinado em função do diâmetro da motobomba que será instalada para levar a água até a superfície. A bomba é escolhida de acordo com a vazão a ser bombeada. Segundo Markowicz et.al. (2006), geralmente bombas de três a quatro polegadas de diâmetro atendem a grande maioria dos poços. Estas são capazes de bombear vazões de L/h ou mais Disponibilidade de energia elétrica A disponibilidade de energia elétrica será necessária para a alimentação do conjunto motobomba e os cabos alimentadores deverão ser dimensionados criteriosamente em função da distância entre a rede elétrica e o poço. Quanto mais distante da rede maior deverão ser as bitolas dos cabos e mais cara será a instalação, além disso, o sistema de irrigação utilizará desse meio para o seu funcionamento tornando esse recurso indispensável para o projeto Dimensionamento do conjunto motobomba Para que a água seja levada do subsolo até a superfície, é preciso dimensionar corretamente a motobomba. Para isso é necessário conhecer alguns parâmetros. 37

39 Nível estático do poço Corresponde ao nível atingido naturalmente pela água dentro do poço na ausência de bombeamento (Figura 20). FIGURA 20: Esquema mostrando o nível estático. Fonte: MARKOWICZ et. al., Nível dinâmico Corresponde ao nível em que a água chega dentro do poço quando essa está submetida ao bombeamento. Para cada vazão bombeada, o nível dinâmico terá uma profundidade diferente, até que vazão máxima do poço seja atingida (Figura 21). Para determinar esse parâmetro a empresa perfuradora utiliza uma bomba de teste bombeando uma vazão desejada e um registro que permita variar essa vazão anotando o nível dinâmico do poço para cada uma delas (MARKOWICZ et.al., 2006). Figura 21: Esquema mostrando o nível dinâmico de um poço. Fonte: MARKOWICZ et.al.,

40 Altura manométrica Correspondente à diferença de altura entre o nível dinâmico e o ponto de entrada de água no reservatório somada as perdas de carga ao longo de toda a tubulação, medida em m.c.a. A altura manométrica pode ser calculada medindo-se o comprimento total da tubulação desde o ponto de captação da água no interior do poço até a entrada de onde será armazenada. Ao valor encontrado somam-se perdas que ocorrem quando a água passa por essa tubulação e das peças especiais presentes na mesma (Figura 22). FIGURA 22: Esquema demonstrativo da altura manométrica. Fonte: MARKOWICZ et.al., Vazão a ser bombeada Refere-se a um volume de água que é extraído do poço em um intervalo de tempo dado em m³/h ou L/h. A vazão pode ser determinada utilizando um recipiente de volume conhecido e marcando-se o tempo gasto para enchê-lo (Figura 23). Para obter maior precisão, devem ser feitas no mínimo cinco repetições para que seja obtido um tempo médio de enchimento e então calculada a vazão. 39

41 FIGURA 23: Medição da vazão de um poço recém-aberto. Fonte: MARKOWICZ et.al., A escolha da motobomba Depois do dimensionamento prossegue-se com a escolha do produto, isso pode ser realizado utilizando-se catálogos de fabricantes nos quais são apresentados modelos com suas características técnicas, vazão e altura manométrica. Quando se trata de poços artesianos, as bombas axiais (Figura 24) são as únicas que podem ser utilizadas. Essas trabalham afogadas, ou seja, ficam dentro do poço. As bombas axiais são compostas por motor elétrico blindado, entrada d água e bomba composta por vários rotores. FIGURA 24: Motobombas submersíveis de fluxo axial. Fonte: Águas americanas bombas hidráulicas s.d. 40

42 4 MATERIAL E MÉTODOS Entende-se por metodologia o emprego dos métodos adequados na execução de um trabalho de pesquisa de caráter científico, buscando o esclarecimento de um determinado processo ou fenômeno. Procura-se detalhar a forma e o desenvolvimento do trabalho. A metodologia sugerida aqui se constitui em um estudo de caso descritivo. O estudo de caso caracteriza-se pelo estudo detalhado de um ou mais objetos, para permitir o conhecimento aprofundado do mesmo (GIL, 1994). 4.1 O PROJETO O objetivo deste trabalho consiste no dimensionamento de um açude e de um poço artesiano para atender a implantação de um perímetro irrigado. A região é dotada de áreas de boa aptidão agrícola nas quais não se desenvolve nenhuma atividade devido à falta de água ou mais precisamente, devido a não exploração dos recursos hídricos. A propriedade não conta com nenhum curso natural de água e as condições pluviométricas da região são irregulares. A escolha da cultura e a implantação do perímetro foram condicionadas à quantidade de água armazenada pelo açude somada a vazão do poço. A função do poço artesiano será fornecer água para o consumo humano da propriedade e irrigação de um cultivo perene fazendo com que o produtor não fique dependente apenas do açude para produzir. 4.2 O MÉTODO O método de classificação hidrológica para pequenas bacias hidrográficas utilizado aqui, permite determinar a quantidade de água disponível na bacia anualmente. O volume escoado na BHD (Bacia Hidrográfica de Drenagem) é o volume de água que vai alimentar o reservatório. A classificação hidropedológica da bacia e o modelo do dimensionamento foram desenvolvidos a partir do método utilizado por Molle e Cadier (1992). O método proposto permite fornecer rapidamente uma avaliação dos recursos hídricos de pequenas bacias hidrográficas, nas zonas Semiáridas do nordeste brasileiro com precipitações anuais médias inferiores a mm. Seu princípio consiste em determinar a lâmina escoada padrão (L 600 ) a partir das classes de solos (CS) que ocorrem na BHD (SILVA, 2000). 41

43 A precisão dos resultados obtidos por este método indireto é evidentemente inferior a de um estudo hidrológico clássico e completo da bacia; entretanto deve-se levar em consideração o custo e a demanda de tempo (vários anos de observações) que o estudo clássico exige, o método indireto pode ser utilizado quando necessita-se de informações em tempo menor, para pequenos aproveitamentos hídricos. 4.3 DADOS PRELIMINARES Os dados para realização do projeto foram obtidos através de órgãos oficias dos governos federal e estadual. Foram usados, dados fornecidos pela Superintendência de Estudos Econômicos e Sociais da Bahia (SEI) e Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), além do uso da ferramenta Google Earth para obtenção da área da bacia com maior precisão. A propriedade está em uma altitude de 441m acima do nível do mar, localizada na latitude 10º (Sul) e longitude 43º (Oeste) a 18 km da cidade de Buritirama na região Oeste do estado da Bahia, distante 867 km de Salvador. O clima da região é do tipo Semiárido com longos períodos secos e chuvas ocasionais concentradas em poucos meses do ano. A pluviometria média anual fica entre 800 e 900 mm anuais e será mais precisamente calculada por interpolação de isoietas presentes no mapa de pluviometria da região (Anexo A). As formações geológicas da propriedade são constituídas a partir de conglomerados/brechas; depósitos eluvionares e coluvionares; filitos; quartzitos e xistos. Para classificação do solo é sempre aconselhável que se faça uma análise do mesmo. Aqui foi determinado através do mapa exploratório de reconhecimento dos solos de Buritirama-Ba tendo como base as coordenadas do local. O relevo da propriedade é composto pelas formações do tipo depressão do São Francisco, Serras Setentrionais do Planalto do Espinhaço, do tipo ondulado ou suave ondulado e a vegetação da BHD caracteriza-se por ser uma zona de contato entre Cerrado Arbóreo Aberto sem Floresta-de-Galeria, e Caatinga. 4.4 DELIMITAÇÃO DA BHD Delimitar a BHD consiste em determinar a linha de contorno e calcular a superfície (S) da bacia. Para áreas menores de 5 Km² pode-se utilizar fotografias aéreas ou mapas precisos. Nesse caso, a fim de obter uma delimitação da bacia com maior precisão, adotou-se o uso de fotografia aérea para determinar a área (Figura 25) com o uso da ferramenta Google Earth. 42

44 Através da fotografia foi possível calcular a área da bacia num total de 0,88 Km², ou seja, 88 ha já incluso o espelho d água. FIGURA 25. Fotografia aérea do local do açude com a delimitação da bacia hidrográfica de contribuição. FONTE: GOOGLE EARTH, CÁLCULO DO VOLUME ESCOADO ANUAL MÉDIO ( V ESC ). O método de classificação hidrológica para pequenas bacias hidrográficas utilizado aqui, permite determinar a quantidade de água disponível em uma bacia volume escoado V esc ( m³) na BHD é o volume de água que vai alimentar o açude. anualmente. O Esse escoamento varia em função do total pluviométrico anual ou da lâmina escoada da bacia L(p) que corresponde à média de todas as lâminas escoadas em cada um dos anos do período de retorno que é o número médio de anos durante o qual espera-se que a precipitação analisada seja igualada ou superada. Nesse caso esse período foi de 40 anos ( ). A lâmina é calculada de acordo com Equação1: ( ) ( ) ( ) Em que: L(p) = lâmina escoada da bacia, em mm; C = fator de correção climática do local do barramento determinada a partir do mapa de zoneamento climático (Anexo B); A = fator de correção que varia em função do L600 corrigido; 43

45 p = pluviometria média anual estimada, em mm; L600 = coeficiente que caracteriza a capacidade de escoamento de uma bacia se esta fosse situada num local com precipitação anual média de 600 mm, na zona climática Sertão, em mm Determinação do L 600 Padrão. Por meio do mapa exploratório de reconhecimento dos solos de Buritirama BA e Barra BA (Anexo C1 e C2), verifica-se no local do açude, a presença de Latossolo vermelho amarelo (VE) correspondendo a 80% da área e Planossolo (PLS) correspondo a 20% da área. Utilizando-se o método dos tipos de solo (Ts), encontra-se na Tabela 2 o L600 correspondente a cada tipo de solo identificado na área da bacia. TABELA 2 Aptidão ao escoamento dos principais solos do Nordeste Semi Árido. Tipo de solo (Ts) Características L 600 (mm) % do NE Semiárido Bruno não cálcico e Litólico Afloramento de rocha * 37 25,5 Vértico 25 3,2 90 3,3 Textura arenosa a média 15 5,7 Podzólico Média argila ou plínico 25 3,5 Textura argilosa ou solo raso 37 4,2 Vertissolo 25 1,3 Cambissolo Textura média a argilosa 15 1,8 Textura argilosa ou solo raso 37 2,1 Solonetz solonizado 125 3,5 sal! Planossolo solódico 70 7,9 sal! Areia quartzosa 0 11,1 Regossolo Com fragipam 5 2,5 * 5 15,1 Latossolo Textura média a argilosa 10 2,8 Textura argilosa 15 2,3 *Indica que o solo não apresenta nenhuma das características acima mencionadas. Fonte. Modificada de Molle e Cadier, De acordo com tabela tem-se Latossolo vermelho amarelo (VE) indicando L 600 = 10 mm, e, Planossolo (PLS) indicando L 600 = 70 mm. No cálculo do L 600 padrão relaciona-se o tipo de solo com o percentual da área que ele ocupa. Dessa forma o L 600 padrão pode ser expresso pela Equação 2: 44

46 ( ) Em que: S VE = percentual de área do Latossolo vermelho amarelo (VE) versus o L 600 correspondente a esse tipo de solo; S VA = percentual de área do Planossolo (PLS) versus o L 600 correspondente a esse tipo de solo. Para o caso em estudo com S VE = 0,8 x 10; S PLS = 0,2 x 70 e tendo por base os valores da tabela acima para os referidos tipos de solo, verificou-se um L 600 padrão igual a 22 mm Determinação dos fatores de correção. O valor final do L600 deverá ser corrigido em função do tipo de vegetação da bacia hidráulica, a possível presença de outros açudes a montante e a presença de solos arenosos profundos nos leitos dos rios e nas partes baixas das vertentes. O L600 corrigido foi calculado pela Equação 3: ( ) Em que: CV = fator de correção que considera o tipo de vegetação da BHD; CA = fator de correção que considera a presença de outros açudes a montante; CL = fator de correção que considera a presença de solos arenosos profundos nos leitos dos rios e nas partes baixas das vertentes. Os valores de CV variam entre 0,5 e 2, segundo o grau de conservação da vegetação. O fator de correção (CV) pode ser obtido na Tabela 3. 45

47 TABELA 3 Fator de correção do estado de conservação da vegetação CV. Estado da cobertura vegetal Solos com 50 mm < L600 < 20 mm Solos com L600 < 20 mm ou L600 >50 mm Extremamente bem conservada Mais de 80% com Caatinga fechada 0,5 0,75 sem zona de solo nu Bem conservada Vegetação ou pasto bem conservado 0,75 0,90 Normal BHD com 20% a 50 % desmatada ou 1,00 1,00 com cobertura vegetal rala Degradada BHD com 60% ou mais desmatada 1,50 1,25 Muito degradada Solos nus e degradados com marcas de erosão acentuadas 2,00 1,50 Fonte. Molle e Cadier,1992. O fator de correção CA dependerá dos açudes já existentes na bacia de alimentação e varia entre 1 e 1,6, podendo, excepcionalmente, ser inferior a 1 quando o número ou volume dos açudes situados a montante for muito elevado. Neste caso, recomenda-se a realização de um estudo especifico. Sendo S a a soma das superfícies das bacias hidrográficas dos açudes de montante e S a superfície total da bacia hidrográfica, a densidade de açudes pode ser medida a partir da razão Sa/S. O valor de CA é obtido na Tabela 4. TABELA 4 Fator de correção para presença de outros açudes a montante CA. Densidade de açudes Muito forte > 0,5 açude/km² Normal entre 0,25 e 0,5 açude/ Km² Ou Sa/S > 0,55 Entre 0,35 e 0,55 0 CA < 1 1 1,6 Fonte. Molle e Cadier,1992. Nula A escolha de fator de correção CL (Tabela 5) é subjetiva e requer conhecimento dos mecanismos de funcionamento hídrico da bacia, ou seja, das zonas de retenção de água ao longo do percurso do escoamento. A retenção ocorre em função das depressões e do tipo de 46

48 solo presente e a escolha do fator é definido a partir da importância do volume absorvido por essas áreas. TABELA 5 Fator de correção para presença de solos arenosos profundos CL Importância do mecanismo de retenção Muito elevada Elevada Normal Fraca ou nula Fator CL 0,8 0,9 1 1,2 Fonte. Molle e Cadier,1992. Para o caso em estudo verificou-se através do valor de L 600 padrão um fator CV igual a 1,00. Devido à ausência de açudes na bacia de alimentação, adotou-se 1,6 como o valor de CA. A importância da retenção ao longo da bacia foi observada como normal por isso adotouse 1 como sendo o valor de CL. Assim utilizando a Equação 2, foi encontrado o valor de L 600 corrigido igual a 35,2 mm Estimativa da pluviometria média anual. A estimativa de pluviometria é feita através da interpolação de isoietas presentes no mapa de pluviometria da região (Anexo A). Desenha-se a menor reta que liga as duas curvas passando pelo local considerado (geralmente as curvas aproximam-se de duas retas paralelas e esta reta fica quase perpendicular às duas curvas) de acordo com a Figura 26. Figura 26: Determinação da pluviometria por interpolação a partir do mapa de isoietas. 47

49 Mede-se a distância em Km do local do açude até a isoieta de menor volume (b) e a distância entre as duas isoietas D(ab). Encontrando-se a diferença entre as isoietas (a-b), calcula-se o acréscimo X que deverá ser adicionado à isoieta de menor valor (b) a partir da Equação 4: ( ) ( ) ( ) Em que: X = valor a ser somado a isoieta de menor volume, em mm; Db = distância do local do açude até a isoieta de menor valor, igual a 4 Km; D (ab) = distância entre as duas isoietas, igual a 24 km; (a-b) = diferença de volume entre as isoietas, igual a 100 mm. A soma de X com a isoieta a é igual à precipitação média anual P da região que neste caso é igual a 820 mm Determinação dos coeficientes C e A. O fator climático C está relacionado com a delimitação de zonas climáticas e varia de 1 para 0,5 quando se passa de uma zona para outra. Essa faixa possui uma largura de 50 km. O coeficiente climático C vale 1 na zona SERTÃO e 0.5 na zona TRANSIÇÃO e pode ser consultado no Anexo D, a partir do qual pode-se observar as coordenadas do local de construção do açude, nesse caso na zona sertão. O coeficiente A pode ser obtido a partir da Tabela 6 segundo o valor de L 600 corrigido já calculado anteriormente. TABELA 6 Valor do coeficiente A em função do valor de L 600 Corrigido. BHD com L600 <15 mm Caso geral BHD com L600 > 60 mm 0,0040 0,0033 0,0025 Fonte. Molle e Cadier, De posse dos dados, de L 600 corrigido = 35,2 mm; da pluviometria média anual P = 820 mm; do coeficiente C=1 e do coeficiente A= 0,0033, e utilizando a Equação 1 foi obtida a lâmina escoada anual média da bacia hidrográfica que é igual a 72,75 mm. 48

50 4.5.5 Cálculo do volume escoado anual médio. O volume que escoa por ano na bacia em m³, pode ser calculado utilizando a Equação 5: ( ) ( ) Onde: V esc = volume escoado anual médio, em m 3. S = superfície da Bacia Hidrográfica de Drenagem, em Km²; L (P) = Lâmina anual média da bacia, em mm. O volume escoado anual médio calculado foi igual a ,00 m CÁLCULO DA VAZÃO MÁXIMA DA CHEIA DE PROJETO A vazão de pico da cheia do projeto corresponde á vazão natural da cheia no local do barramento, sem levar em conta a influência do açude. O cálculo consiste em determinar a superfície de contribuição de cheia SC e fazer as correções relacionadas com a forma da rede de drenagem, zona climática etc. A vazão máxima de cheia de projeto é determinada a partir da expressão utilizada para áreas menores de 5 km², conforme a Equação 6: ( ) Onde: Qx = vazão máxima de cheia de projeto, em m³/s; Sc = Superfície de contribuição de cheia, em Km²; Fc = fator de correção Determinação da superfície de contribuição de cheia (Sc) A superfície de contribuição de cheia é determinada a partir da Equação 7: ( ) Onde: S1 = superfície (em Km²) de solos com L600 < 4 mm; S2 = Superfície (em Km²) de solos com 5 mm< L600 < 30 mm; S3 = Superfície (em km²) de solos com L600 >30 49

51 Nesse caso Sc foi obtido tendo-se Sc = 0,5xS 2 (solos com 30 mm > L 600 >5mm) + S 3 (solos com L600 > 30mm). O valor encontrado para Latossolo vermelho amarelo (VE) com L 600 = 10 mm e Planossolo (PLS) com L600 = 70 mm foi igual a 0,528 Km Fator de Correção (FC) O fator de correção Fc introduz correções acerca dos fatores de forma da BHD, da forma da rede de drenagem, do relevo, da degradação da bacia e do clima e varia de 0,5 a 1,2. Em condições normais e na zona climática do Sertão, todos os fatores corretivos têm o valor 1. Apenas é feito cálculos quando a bacia apresenta características especiais. Por meio das coordenadas geográficas do local do barramento (Anexo B) verifica-se que o mesmo se encontra justamente na zona sertão fazendo desnecessário o cálculo desses fatores. Através do valor de Sc = 0,528 Km 2, o fator de correção Fc = 1 e utilizando a Equação 6 foi possível encontrar vazão máxima de cheia de projeto (Qx) = 10,20 m 3 /s. 4.7 DIMENSIONAMENTO DO AÇUDE Cálculo dos coeficientes geométricos α e K O levantamento topográfico do local do açude e da futura bacia hidráulica permite calcular os coeficientes geométricos do futuro açude. (K) é chamado coeficiente de abertura e representa o caráter mais ou menos "aberto" do vale do açude e ( α ) é chamado coeficiente de forma e depende da forma mais ou menos curva das encostas do açude. Utilizou-se as curvas de nível (Figura 27) das profundidades 2,5 e 1,5 metros (os níveis mais altos são os mais representativos e deve haver no mínimo um metro entre os dois). Aqui foi utilizado o software livre Google Earth, e as versões demonstrativas dos softwares Surfer e Autocad para a obtenção das alturas e áreas das curvas de nível e por meio das equações 8 e 9 foram calculados os coeficientes α e K. ( ) ( ) ( ) Em que: α = coeficiente de forma; S1 e S2 = áreas da curva de nível 1 e curva de nível 2 respectivamente; H1 e H2 = alturas das curvas de nível 1 e curva de nível 2 respectivamente. 50

52 ( ) ( ) Em que: K = coeficiente de abertura. FIGURA 27: Curvas de níveis da bacia hidráulica utilizadas para obtenção dos coeficientes geométricos.. O perfil topográfico da bacia hidráulica em três dimensões pode ser visualizado através da Figura 28. FIGURA 28: Vista do perfil topográfico da bacia hidráulica. 51

53 4.7.2 Volume e cota máxima da represa O volume escoado médio da bacia foi estimado em V esc = ,00 m 3. O açude foi dimensionado de forma a otimizar economicamente o investimento. Um açude com capacidade maior do que o volume escoado médio (V x > V esc ) raramente encherá e, assim, não valorizará o acréscimo no investimento que foi necessário para deixá-lo com esta capacidade; dessa forma, para pequenos açudes o volume da represa V x, deve ficar entre 50% e 60 % de V esc. Pode-se através disso também, garantir que o açude sofra sangria na ordem de 40 a 50% do volume escoado na bacia evitando a salinização do mesmo. A cota máxima da represa é o nível máximo que a água chegará antes de sangrar, ou seja, é a altura normal da água sendo igual à altura da soleira do sangradouro. A mesma foi obtida através da Equação 10: Onde: V x = volume do açude, em m 3 ; H x = cota máxima da represa, em m. ( ) ( ) ( ) A fim de verificar se os cálculos estão corretos, obteve-se o valor V x a partir de H x, K e α usando a equação 11: Dimensionamento do sangradouro ( ) O sangradouro ou extravasor deve ter capacidade suficiente para permitir o escoamento máximo que pode ocorrer na seção considerada. A vazão de dimensionamento para esse dispositivo de segurança é igual à vazão máxima de cheia de projeto Q x de acordo com a Equação 12. O dimensionamento do sangradouro consiste em definir sua largura L, a altura da sua lâmina máxima admissível H v e a forma do vertedor. O sangradouro utilizado é do tipo lateral, possui forma retangular e foi escavado no terreno natural a fim de minimizar o custo de construção (Figura 29). 52

54 FIGURA 29: Esquema de um sangradouro lateral de formato retangular. Fonte: Adaptada de Molle e Cadier, Cálculo da largura do sangradouro e altura da lâmina Em pequenas barragens, a altura da lâmina máxima admissível H V deve variar entre 0,50 m (ou menos se for possível) e 1,00 m podendo, excepcionalmente, alcançar 1,50 m. Dessa forma, procurou-se também construir o sangradouro o mais largo possível, desde que seu custo não fosse muito alto. Assim atribui-se um valor a H v e calculou-se a largura do sangradouro de modo que a vazão admissível resultante desse cálculo fosse igual à vazão máxima de cheia de projeto Q x como expresso na Equação 12: Onde: H v = altura de lâmina d água máxima admissível acima da soleira, em m; L sang = largura do sangradouro, em m. ( ) 53

55 Proteção do sangradouro Quando o sangradouro é construído lateralmente ao maciço como verificado na Figura 26, é construído um muro de proteção (Figura 30) e muros guia feitos de alvenaria separando o aterro e a água a fim de evitar erosão. Ele deverá, por isto, chegar até a altura do coroamento do maciço, aprofundar-se de 30 a 50 cm abaixo do nível do solo e estender-se a montante e a jusante, acompanhando os taludes. Para evitar as infiltrações entre o muro de proteção e o maciço, é necessário construir um muro perpendicular (pé-de-galinha), que entra no maciço numa profundidade de aproximadamente um terço da altura do aterro A extremidade do muro de proteção que fica dentro da água deve ser encurvada, a fim de acompanhar a correnteza. FIGURA 30: Detalhe do muro de proteção lateral do sangradouro. Fonte: Molle e Cadier, Dimensionamento do canal extravasor O canal extravasor (Figura 31) tem a função de escoar a água depois do sangradouro e deve permitir, no mínimo, o escoamento da vazão admissível no sangradouro. O dimensionamento consiste em determinar a largura da base necessária para escoar um volume d água com uma altura H V. 54

56 FIGURA 31: Canal extravasor escavado no solo com escada de dissipação de energia. Fonte: Atlas Digital das Águas, O cálculo foi feito utilizando a Equação 13 (Equação para canais de Manning). ( ) ( ) ( ) Onde: Q x = vazão máxima de cheia de projeto em m 3 ; n = coeficiente de rugosidade de Manning (Tabela 7); b = largura da base em m; i = declividade em m/m. O coeficiente de rugosidade n foi obtido a partir da tabela 7 como mostrado a seguir: TABELA 7 Valores do coeficiente de rugosidade n de Manning. Natureza das paredes Condições de conservação M. Boa Boa Regular Má Canais com fundo em terra e talude com pedras 0,028 0,030 0,033 0,035 Canais c/leito pedregoso e talude vegetado 0,025 0,030 0,035 0,040 Canais abertos em rocha (irregular) 0,035 0,040 0,045 - Canais com revestimento de concreto 0,012 0,014 0,016 0,018 Canais de terra (retilíneos e uniformes) 0,017 0,020 0,023 0,025 Canais dragados 0,025 0,028 0,030 0,033 Fonte: CARVALHO, 2008 adaptada Declividade do canal extravasor 55

57 O canal deve ter uma declividade compatível com o terreno a fim de evitar erosão. De forma geral procura-se construí-lo com baixa declividade. Deve-se dar uma atenção especial à parte inicial do canal, logo a jusante da soleira, removendo os obstáculos que possam frear a água. A declividade em m/m foi calculada utilizando-se a Equação 14: ( ) ( ) Proteção do fundo do canal extravasor O aterro do canal deve ser feito com terra compactada, ao contrário deve ser prioritariamente coberto de vegetação para diminuir os riscos de erosão. Deve-se verificar se o fluxo da água logo depois da soleira do sangradouro trecho AB (Figura 32) não é freado, pois o mesmo não deve encontrar obstáculos ou estreitamento. Figura 32: Perfil da soleira e do canal extravasor. Fonte: Molle e Cadier, No trecho BC, a água tem, geralmente, muita força erosiva e acaba levando a terra do fundo do canal: será necessário colocar pedras grandes ou construir pequenas quedas Amortecimento de cheias Toda represa amortece ou diminui a vazão de pico da cheia que a atravessa, pois, uma parte da vazão que entra na represa apenas contribui para elevar o nível da água. Tendose calculado as características geométricas do açude e do sangradouro, pode-se levar em conta a redução da vazão devido ao amortecimento das cheias no açude. 56

58 ( ) Onde: X 0 = coeficiente intermediário, adimensional; S = superfície da Bacia Hidrográfica de Drenagem (BHD), em ha; S Amort = superfície dos espelhos d agua que podem amortecer as cheias, em há. Quando a superfície total S lag dos açudes, lagoas ou depressões que existem dentro da BHD é nula o que corresponde a esse caso, S Amort é calculado a partir da superfície máxima S X do açude; para sua obtenção utilizou-se a Equação 16. ( ( ) ) ( ) Quando o valor de X 0 é maior que 100 considera-se desprezível o amortecimento, ao contrário encontra-se o coeficiente de amortecimento das cheias (K Amort ) a partir do ábaco da Figura 33. FIGURA 33: Ábaco para obtenção do coeficiente de amortecimento das cheias. Fonte: Molle e Cadier,1992. De posse do valor de K Amort corrigiu-se a vazão da cheia de projeto Q x através da equação: ( ) 57

59 4.7.6 Altura final da barragem A altura da barragem está condicionada à cota máxima da represa H x, a altura da lâmina d água no extravasor H v e a uma altura de folga colocada entre o nível máximo de água e a crista da barragem. A altura da barragem pode ser representada pela Equação 18. Onde: H = altura da barragem em m; f = folga em m. ( ) A folga foi calculada em função da profundidade do açude e da extensão do espelho d água como mostrado na Tabela 8. TABELA 8 Valores mínimos da folga em função da extensão do espelho d água e da profundidade da água junto à barragem. Extensão do espelho d água ( km) Profundidade (m) 0,2 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Até 6,0 m 0,75 0,8 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25 6,1 a 9,0 m 0,85 0,90 0,95 1,05 1,15 1,25 1,35 Fonte: CARVALHO, Ao valor obtido na tabela acrescentou-se um valor correspondente à altura de possíveis ondas que podem se formar no reservatório. A altura dessas ondas pode ser estimada pela equação 19. ( ) Em que: h 0 = altura da onda, em m; L = maior dimensão da represa a partir da barragem, em km. 58

60 4.7.7 Largura da crista e comprimento da projeção dos taludes Largura da crista A largura da crista deve ter no mínimo 3m e foi determinada em função da altura da barragem como mostra a Tabela 9. TABELA 9 Valores da largura da crista, em metros, em função da altura H da barragem. Altura da barragem H (m) >12 Largura mínima da crista (m) 3 3, Fonte: CARVALHO, Comprimento da projeção dos taludes A largura da base (B) observada na Figura 34 foi calculada em função da geometria da barragem utilizando-se a Equação 20: ( ) ( ) Em que: c = largura da crista da barragem em m; Z 1 = inclinação do talude de montante; Z 2 = inclinação do talude de jusante; H = altura da barragem em m. A inclinação dos taludes foi determinada de acordo com o material utilizado no aterro e a altura do mesmo (Tabela 10) TABELA 10 Inclinação dos taludes em função do tipo de material usado e altura do aterro(*). Altura do aterro (**) Até 5 metros De 5,1 a 10 metros Material do aterro Montante Jusante Montante Jusante Solo argiloso 2,00: 1 1,75: 1 2,75: 1 2,25: 1 Solo arenoso 2,25: 1 2,00: 1 3,00: 1 2,25: 1 Areias e cascalhos 2,75: 1 2,25: 1 3,00: 1 2,50: 1 Pedras de mão 1,35: 1 1,30: 1 1,50: 1 1,40: 1 Fonte: CARVALHO, (*) valores usuais considerando-se que o material de fundação não condiciona a estabilidade do talude (casos nos quais as fundações são mais resistentes que os maciços compactados das barragens). (**) para barragens com altura > 10 m podem ser usadas as mesmas inclinações dos taludes para barragens de terra, desde que a estabilidade da barragem seja verificada. 59

61 FIGURA 34: Seção transversal do maciço. Fonte: Elaborada pelo autor, Estimativa do volume de terra em função da altura da barragem O custo da obra baseia-se principalmente em gastos com horas-máquinas utilizadas na escavação, transporte, movimentação e compactação de terra que será utilizada no açude por isso é importante o conhecimento do volume do aterro para que possa ser calculado o custo da obra. De posse dos dados topográficos (curvas de nível), do local escolhido para construção, da altura da barragem e da largura da crista obtém-se o volume do aterro através da Equação 21: ( ) ( ) ( ) ( ) Onde: L = comprimento total da barragem, em m; f = comprimento do fundo, em m; C = largura da crista, em m. O comprimento do fundo e o comprimento total da barragem podem ser exemplificados como mostra a Figura

62 FIGURA 35: Esquema demonstrativo da altura (H), o comprimento de fundo (f) e o comprimento total (L) da barragem. Fonte: Elaborada pelo autor, O núcleo da barragem será construído com o mesmo material do aterro, pois o mesmo é homogêneo e constituído de material argiloso o que garante boas condições de impermeabilidade. Não será necessário escavar o terreno para fundação porque o maciço será assentado em terreno firme com solo bastante argiloso. 4.8 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO DO POÇO ARTESIANO Os dados para o estudo do poço foram obtidos através das características de poços para região por meio das coordenadas geográficas da propriedade e usando informações do Instituto de Gestão das Águas e Clima-INGÀ do estado da Bahia. O sistema aquífero no qual o poço foi perfurado está localizado na província São Francisco no domínio dos metassedimentos (Figura 36). Os Metassedimentos são aquíferos fissurais livres, rasos e de baixa capacidade de armazenamento. Suas águas são, normalmente, de boa qualidade e a capacidade média de produção dos poços é de 6,94 m³/h. A maioria das áreas deste domínio está em regiões com precipitações pluviométricas acima de 800 mm/ano o que corresponde a esse caso que possui precipitação média de 820 mm anuais. As profundidades são muito variáveis, com média em torno de 120 m. 61

63 FIGURA 36: Domínios Hidrogeológicos do Estado da Bahia. Fonte: Instituto de Gestão das Águas e Clima da Bahia, Dimensionamento do conjunto motobomba Profundidade, Nível estático e dinâmico Adotou-se uma profundidade do poço de 108 m, profundidade do nível estático (N E ) igual a 74 m e profundidade do nível dinâmico (N D ) igual a 96 m Vazão a ser bombeada A vazão a ser bombeada é a vazão fornecida pelo poço, nesse caso tendo por base a vazão média para poços da região adotou-se um valor um pouco abaixo do encontrado considerando uma margem de segurança. O valor adotado foi 6 m 3 / h. Assim sendo, considerando um bombeamento constante por 24 horas pode - se armazenar um volume de 144 m 3 / dia. 62

64 Reservatório A água do poço será bombeada para um reservatório a partir do qual a mesma será captada para os devidos fins. A diferença de nível entre (D N ) entre a superfície do solo e a entrada da água no reservatório adotada foi de 30 m Cálculo da altura manométrica A altura manométrica para um poço artesiano pode se obtida pela Equação 22: ( ) Onde: H m = altura manométrica em m.c.a; N D = profundidade de nível dinâmico em m; D N = diferença de nível entre o reservatório e o solo em m; H T = perda de carga total em m. A perda de carga total foi obtida somando- se os valores da perda de carga contínua H f com as perdas localizadas em função de peças especiais ao longo da tubulação H c. A perda de carga contínua é obtida usando-se a formula de Hazem Willians conforme a Equação 23: ( ) ( ) Onde: L = comprimento total da tubulação em m; D = diâmetro da tubulação em m; Q P = vazão do poço em m 3 /s; C = coeficiente de rugosidade do material da tubulação. O diâmetro da tubulação foi determinado em função da vazão como mostrado na Tabela

65 TABELA 11 Diâmetros comerciais de tubos para poços artesianos em função da vazão. Vazão em L/h Diâmetros - bitolas comerciais Tubos roscáveis Tubos soldáveis (mm) De 0 a /4'' 25 De a '' 32 De a ¹/4'' 40 De a ¹/2'' 50 De a ¹/2'' 60 De a '' 75 De a '' 85 De a '' 110 De a '' 140 Fonte: Catálogo de motobombas Schneider, 2011 modificada. As peças especiais utilizadas em poços artesianos são as seguintes: luva de fixação do tubo de recalque, curva de 90, união, tê de redução com manômetro, válvula de retenção horizontal, válvula de retenção vertical e registro de gaveta. As válvulas de retenção são instaladas a fim de evitar problemas como golpe de aríete (variação de pressão decorrente de variação da vazão, causadas por alguma perturbação ao fluxo da água), giro no sentido contrário e empuxo ascendente. A primeira válvula de retenção vertical deve ser instalada logo após a bomba ou, no máximo, depois dos primeiros 6 metros da tubulação de recalque e as próximas a cada 60 m. O esquema típico de instalação de motobombas submersas em poços profundos, com todas as peças utilizadas, é mostrado na Figura

66 FIGURA 37: Esquema típico de instalação de motobombas submersas em poços profundos. Fonte: Catálogo de motobombas Schneider, As perdas de carga localizadas Hc ocasionadas por essas peças podem ser determinadas a partir da tabela da Figura 38 os valores estão de acordo com a NBR-5626/82 (PVC e cobre) e NBR -92/80 (ferro fundido galvanizado, bronze ou latão). Dessa forma a perda de carga total é igual a perda verificada na tubulação (Equação 22) somada com as perdas equivalentes em metros de canalização decorrente de peças especiais. 65

67 FIGURA 13: Perdas de carga localizadas em conexões, considerando-se os comprimentos equivalentes em metros de canalização. Fonte: Catálogos de bombas Schneider Cálculo da potência A potência requerida pela bomba foi definida utilizando-se a Equação 24. ( ) Onde: P = potência requerida para a realização do trabalho desejado, em cv; H m = altura manométrica, em m.c.a; 0,37 = constante para adequação das unidades. η = rendimento esperado da bomba, ou fornecido através da curva característica da mesma, em percentual (%). 66