Infiltração e dry well
Capitulo 48- Recarga artificial de águas subterrâneas
Engenheiro Plínio Tomaz [email protected] 22/agosto/2011
Capítulo 48
Recarga artificial das águas subterrâneas
O rei Ezequias mandou executar em Jerusalém por volta de 700 aC um túnel em rocha maciça com 535m de
comprimento, que levava a água da Fonte de Gion para o Tanque de Siloé, com 1,80m de altura, em forma de S e que
funciona até hoje. A obra foi executada em duas frentes e no dia encontro, as duas equipes de trabalhadores
marcaram o evento escrevendo em aramaico no teto do túnel.
Bíblia de Estudo -Nova Versão Internacional, 2003.
48-1
Infiltração e dry well
Capitulo 48- Recarga artificial de águas subterrâneas
Engenheiro Plínio Tomaz [email protected] 22/agosto/2011
Sumário
Ordem
48.1
48.2
48.3
48.4
48.5
48.6
48.7
48.8
48.9
48.10
48.11
48.12
48.13
48.14
48.15
48.16
48.17
48.19
48.20
48.21
48.22
48.23
48.24
Assunto
Capítulo 48- Recarga artificial das águas subterrâneas (BMP)
Introdução
Tecnologias básicas para recarga das águas subterrâneas
Reservatório de infiltração
Alteamento do lençol freático pela Equação de Hantush
Reservatório de infiltração para recarga baseado na equação de Green e Ampt,
1911
Califórnia- Aquifer storage and recovery (ASR)
Trincheira de infiltração
Poços secos (dry Wells) executados na zona vadosa
Dimensionamento do sistema de dry well situado em zona vadosa, não saturada
e acima do lençol freático
Recarga por meio de poços tubulares profundos de injeção em zona saturada
Volume de recarga artificial
Método de Theis, 1935
Aeroporto Internacional de Guarulhos
Legislação paulista
Volume de recarga artificial
Método do volume para recarga
Método da área para recarga
Trincheira de infiltração
Outorga para recarga artificial de aqüíferos
Método de análise de recessão- Meyboom, 1961
Método da Recessão Sazonal ou Método de Meyboom, 1961
Fórmulas empíricas para a recarga média anual
Bibliografia e livros consultados
67 páginas
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Infiltração e dry well
Capitulo 48- Recarga artificial de águas subterrâneas
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Apresentação
A recarga de aqüíferos é um assunto complexo e de pequena bibliografia disponível. Devido a
isto fizemos este capítulo especial com algumas considerações sobre recarga.
Tratamos da recarga do aquifero usando águas pluviais, mas também pode ser usada água de
reúso de esgotos após o tratamento primário, secundário e terciário
Apresentamos o método de Meyboom que é usado para recarga de aqüíferos.
Guarulhos, 19 de setembro de 2010
Plinio Tomaz
Engenheiro civil
48-3
Infiltração e dry well
Capitulo 48- Recarga artificial de águas subterrâneas
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Capítulo 48- Recarga artificial das águas subterrâneas (BMP)
48.1 Introdução
48.3 Reservatório de infiltração
Para que isto aconteça é importante as condições geológicas existentes devendo existir solos
permeáveis e aqüífero não confinado bem como área disponível para a construção da reservatório de
infiltração.
Na Figura (48.7) temos um esquema de reservatório de infiltração.
Figura 48.7- Esquema de infiltração
Fonte: Bouwer, 2002.
Dimensionamento do reservatório de infiltração
Área da superfície (As) do reservatório de infiltração localizada no fundo da mesma, pode ser
calculada pela seguinte equação:
As= SF x WQv / (T x K)
Sendo:
As= área da fundo da reservatório de infiltração (m2)
WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3)
SF= fator de segurança= 2
T= tempo para infiltração da água no solo = 48h
24h  T  72h
K= condutividade hidráulica (m/h).
13mm/h  K  60mm/h
d= profundidade da reservatório (m) 0,30 d  1,80m
d= WQv / As
Exemplo 48.1
Calcular um reservatório de infiltração off line onde a área da bacia tem 6ha e a área impermeável é de
60%.
Rv= 0,05+ 0,009 x AI= 0,05 + 0,009 x 60= 0,59
O valor de WQv será:
WQv= (P/1000) x Rv x A (ha) x 10000m2
P=25mm Rv=0,59
A=6ha
WQv= (25/1000) x 0,59 x 6ha x 10000m2 = 885m3
SF= 2 (fator de segurança)
K= 13mm/h= 0,013m/h
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T= 48h
WQv= 885m3
As= SF x WQv / ( K x T)
As= 2 x 885/ (0,013 x48) = 2837m2
Profundidade = Volume WQv / área do fundo da reservatório = 885m3/ 2837m2= 0,31m OK
Pré-tratamento
Volume = 0,1 x WQv= 0,1 x 885m3 = 89m3
Os detalhes do pré-tratamento podem ser visto no Capítulo 4 deste livro.
Exemplo 48.2
Calcular um reservatório de infiltração off line onde a área da bacia tem 2ha e a área impermeável é de
50%.
Rv= 0,05+ 0,009 x AI= 0,05 + 0,009 x 50= 0,5
O valor de WQv será:
WQv= (P/1000) x Rv x A (ha) x 10000m2
P=25mm Rv=0,5
A=2ha
WQv= (25/1000) x 0,5 x 2ha x 10000m2 = 250m3
SF= 2 (fator de segurança)
K= 60mm/h= 0,06m/h
T= 48h
WQv= 250m3
As= SF x WQv / ( K x T)
As= 2 x 250/ (0,06 x48) = 174m2
Profundidade = Volume WQv / área do fundo da reservatório = 250m3/ 174m2= 1,44m OK
Pré-tratamento
Volume = 0,1 x WQv= 0,1 x 250m3 = 25m3
Os reservatórios de infiltração são lagoas rasas com altura máxima de 1,00m e cujo objetivo é
que as águas se infiltrem no solo e as grandes vantagens de fazer uma reservatório rasa são:
 Teremos um pequeno tempo de residência da água dentro da lagoa.
 Crescerá menos algas.
 A pouca profundidade reduzirá a compactação e conseqüentemente diminuirá o entupimento
(clogging) que é uma camada no fundo da lagoa.
 A manutenção é fácil de se fazer e remover a camada fina de sedimentos impedindo o clogging.
 O custo de construção é menor devido a menor altura de escavação.
 A evapo-transpiração existirá, mas não será muito grande.
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Figura 48.8- Reservatório de infiltração
Fonte: University of Califórnia, 2001
O reservatório de infiltração ainda possui a vantagem de melhorar a qualidade das águas pluviais
como consta na Tabela (48.1) do FHWA, 2000. Haverá remoção de fósforo total, nitrogênio total, metais
e bactérias.
Tabela 48.1 - Estimativa de remoção dos poluentes de um reservatório de infiltração em %
TSS
Sólidos totais em
suspensão
99%
TP
Fósforo total
TN
Nitrogênio total
Metais
65% a 75%
60% a 70%
95% a 99%
DBO
Demanda bioquímica
de oxigênio
80%
Fonte: FHWA, 2000
Bactéria
90%
Uma desvantagem do reservatório de infiltração é que necessita relativamente de áreas grandes,
comparadas, por exemplo, com os poços de recarga secos ou profundos, conforme Jemez, 2002.
A Figura (48.9) mostra a formação do clogging, que é uma espessura de aproximadamente 1mm
e que pode chegar até 10mm e que impede a infiltração da água no solo.
Figura 48.9- Esquema mostrando o entupimento (clogging) que tem de 1mm de espessura até 10mm
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Fonte: Bouwer, 2002.
A Figura (48.10) mostra o alteamento do lençol freático quando se faz uma infiltração.
Figura 48.10- Esquema do alteamento do lençol freático devido a recarga do aqüífero.
Fonte: Bouwer, 2002.
Exemplo 48.3
Dimensionar um reservatório de infiltração on line com bacia de área de 3.000m2 (0,3ha), com área
impermeável do terreno AI=50%, K=13mm/h, tempo de concentração de tc=10min, usando a equação
de chuva de Natal, RN para Tr=5anos.
Conforme programa Pluvio 2.1 da Universidade de Viçosa a equação de intensidade da chuva da
cidade de Natal é:
I= 586,66 x Tr 0,26/ ( t+ 15) 0,68
Sendo:
I= intensidade da chuva máxima (mm/h)
Tr= periodo de retorno (anos). Adotado Tr=5anos
t= tempo de concentração= 10min
I= 586,66 x 5 0,26/ ( 10+ 15) 0,68
I=100mm/h
Vazão de pico pelo Método Racional
Q= CIA/360
Sendo:
Q= vazao de pico (m3/s)
C= coeficiente de runoff
AI= area impermeavel =50%
Rv=C= 0,05+0,009 x AI= 0,05+0,009x50=0,50
A= area da bacia (ha)= 3000m2= 0,3ha
Q= CIA/360
Q= 0,50 x 100 x 0,3/360= 0,042m3/s
V= Q x tc= 0,042m3/s x 10min x 60s= 25,2m3
Area do fundo do reservatório As
As= SF x WQv / (T x K)
SF= 2 (fator de segurança)
Fazemos com que WQv seja igual a V
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As= 2 x V / (T x K)
T=48h= tempo máximo de esvaziamento
24h ≤T≤72h
K=13mm/h
As= 2 x 25,2m3 / (48h x 13mm/h/1000) = 81m2
Profundidade “d” da bacia de infiltração
d= V/As= 25,2m3/ 81m2= 0,31m
0,30m ≤d≤1,80m
Dimensões:
Profundidade=0,31m
Comprimento igual o dobro da largura
W= largura
W x 2W = 81m2
W= 6,4m
Comprimento= 2 x W= 2x 6,4= 12,8m
Extravasor
O extravasor deverá ser dimensionado para Tr=100anos
I= 586,66 x 100 0,26 /( 10+ 15) 0,68
I= 218mm/h
Q= CIA/360
Q= 0,50 x 218 x 0,3/360= 0,091m3/s
Vamos usar tubulação de concreto com declividade S=0,01m/m (1%) e n=0,013.
Usando a fórmula de Manning para tubos a seção plena
D=[( Q . n) / (0,312 . S 0,5)] 3/8
D=[( 0,091x0,013) / (0,312 x 0,01 0,5)] 3/8
D=0,29m Adoto D=0,30m OK
Pré-tratamento
A fim de preservar o reservatório de infiltração é aconselhável que se faça um pré-tratamento,
cujo volume é 10% do volume a ser infiltrado. Assim como será infiltrado 25,2m 3 então 0,1 x
25,2m3= 2,52m3.
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Figura 48.11-Pré-tratamento. Uma parte dos 0,1WQv da água pluvial fica armazenada e outra
passa por cima do vertedor em gabião.
Fonte: Condado de Chester, USA
Para a sedimentação é necessário usar uma área mínima As para que seja feita a deposição.
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Curso de manejo de águas pluviais
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Engenheiro Plínio Tomaz 29 setembro de 2010 [email protected]
As= Qo / vs
Sendo:
As= área da superfície do pré-tratamento (m2)
Qo= vazão de entrada no pré-tratamento.(m3/s)
vs= velocidade de sedimentação para partícula média de 125μm (m/s)= 0,0139m/s.
As= Qo / 0,0139
O volume deverá atender no mínimo tempo de permanência de 5min.
Vpre= Qo x (5min x60s)
(m3)
Sendo:
V= volume da caixa de pré-tratamento (m3)
Cálculo de Qo
Qo= 0,1 x V/ (5min x 60)= 0,1 x 25,2/ 300=0,0084m3/s
As = Qo/ 0,0139= 0,0084/0,0139= 0,60m2
Poder ser feita uma pequena caixa para deter os solidos maiores que 125micra com volume de
2,52m3 e área de 0,60m2
Adotando 0,50m de profundidade teremos:
2,52m3/ 0,50=5m2
Pré-tratamento com faixa de filtro gramada
Podemos fazer uma faixa de filtro gramada com 3,0m de largura que servirá como prétratamento.
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Curso de manejo de águas pluviais
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48.6 Califórnia- Aquifer storage and recovery (ASR)
Na Califórnia foram gastos de 1996 a 2000 mais de 500 milhões de dólares na recarga de
aqüíferos subterrâneos, com diversos nomes, sendo o mais popular o groundwater storage projects
(Jones, 2003) conforme Figura (48.11) e conhecido mundialmente como Aquifer Storage and
Recovery (ASR).
Grandes volumes de água são transferidos através de canais e levados para reservatórios
subterrâneos, que são os aqüíferos. A água é depois bombeada através de poços tubulares profundos
para uso municipal e irrigação, constituindo cerca de 30% de toda a água usada na Califórnia
conforme Figura (48.12) a Figura (48.15).
Figura 48.16- No mapa da Califórnia estão os 15 grandes projetos.
Fonte: American Water Works Association, Journal, february, 2003
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Figura 48.17- Barragem no rio Santa Clara, Califórnia
Fonte: American Water Works Association, Journal, february, 2003
Figura 48.18- Barragem de borracha inflável para recarga no Alameda County Water District, Califórnia.
Fonte: American Water Works Association, Journal, february, 2003
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Figura 48.19- Área de recarga de Orange County Water Distrit, Califórnia que recebe água do
canal do rio Santa Ana. A reservatório foi escarificado mecanicamente para facilitar a recarga
e evitar entupimentos e para que a taxa de percolação atinja 3m/dia (125mm/h).
Fonte: American Water Works Association, Journal, february, 2003
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48.7 Trincheira de infiltração
As trincheiras de infiltração são escavações feitas no solo que chegam até profundidades de
2,40 abaixo da superfície, mas 1,20m acima de lençol freático. Nela são introduzidas pedras britas ou
areia grossa ou pedregulhos. Os tubos perfurados instalados no meio da trincheira permitem a
introdução de água ao longo da mesma.
Requer também a existência de solo com boa taxa de permeabilidade e podem ser escavadas
mais profundas que as reservatórios de infiltração.
As trincheiras de infiltração necessitam de menos terra e possuem a vantagem que podem ser
aterradas de maneira que as pessoas não suspeitam da obra que está no subsolo, não alterando a
paisagem local.
O custo da trincheira de infiltração é intermediário entre uma reservatório de infiltração e um
poço de recarga.
Diferentemente das reservatórios de infiltração as trincheiras de infiltração são difíceis de
serem feitas a manutenção, devendo sempre fazer um pré-tratamento adequado. Em último caso a
mesma é abandonada e construída outra em local próximo.
Algumas vezes a trincheira de infiltração é entupida não por materiais inorgânicos e sim por
materiais orgânicos (clogging biológico) e para isto deve-se deixá-la inoperante por um ano mais ou
menos e ela entrará em funcionamento normal novamente.
Uma das maneiras de procurar se evitar um pouco o fenômeno do entupimento é envolver o
material drenante com bidim.
Exemplo 48.6
Dimensionar uma trincheira de infiltração na cidade de Natal, RN em uma área com 3000m2
para periodo de retorno de Tr=5anos sendo a taxa de infiltração do solo de 13mm/h, índice de vazios
dos agregados de 0,3, tempo de concentração de 10min.
Conforme programa Pluvio 2.1 da Universidade de Viçosa a equação de intensidade da chuva da
cidade de Natal é:
I= 586,66 x Tr 0,26/ ( t+ 15) 0,68
Sendo:
I= intensidade da chuva máxima (mm/h)
Tr= periodo de retorno (anos). Adotado Tr=5anos
t= tempo de concentração= 10min
I= 586,66 x 5 0,26/ ( 10+ 15) 0,68
I=100mm/h
Vazão de pico pelo Método Racional
Q= CIA/360
Sendo:
Q= vazao de pico (m3/s)
C= coeficiente de runoff
AI= area impermeavel =50%
Rv=C= 0,05+0,009 x AI= 0,05+0,009x50=0,50
A= area da bacia (há)= 3000m2= 0,3ha
Q= CIA/360
Q= 0,50 x 100 x 0,3/360= 0,042m3/s
V= Q x tc= 0,042m3/s x 10min x 60s= 25,2m3
dmax= f . Ts / n
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dmax= 13mm/h . 48h / 0,30 =2080mm=2,08m
At = Vw / (n . dt + f .T)
T= 2h
f= 13mm/h
n=0,30
At = 25,2m3 / (0,30 . 2,08 + 13 .2h/1000) = 25,2 /0,65= 39 m2
Adotando comprimento de 30m, a largura será 1,3m e profundidade será 2,08m.
Pré-tratamento
Para o pré-tratamento vamos fazer uma faixa de filtro gramada usando a Tabela (14.2)
Tabela 48.6 - Guia para dimensionamento de faixa de filtro gramada para ser usado como prétratamento
Parâmetro
Área impermeável à montante
Área permeável (jardins, etc) à
montante
Comprimento
paralelo ao
11m
23m
23m
30m
fluxo da água
(45,7m FHWA)
máximo de
entrada (m)
Declividade
máxima do
<2%
>
<2%
> 2%
<2%
> 2%
<2%
> 2%
Faixa de filtro
2%
gramada (6%)
Comprimento
mínimo do
3,00
4,5
6,00
7,5
3,0
3,6
4,5
5,4
Faixa de filtro
gramada (m)
paralelo ao
fluxo da água
Fonte: Estado da Geórgia, 2001.
Se a área impermeável a montante for aproximadamente de 23m e a declividade do terreno for
menor que 2%, então usando a Tabela (14.2) achamos que o comprimento da faixa gramada deve ser
de 6,00m.
48-6
Curso de manejo de águas pluviais
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48.8 Poços secos (dry wells) executados na zona vadosa para infiltração de esgoto tratado
(terciário) ou águas pluviais.
Os primeiros poços secos executados na zona vadosa foram feito em 1990 no estado do
Arizona na cidade de Scottsdale e funcionam muito bem até hoje. Ainda o uso dos dry wells é muito
limitado.
A vida útil de um dry well é de 20anos conforme Metcalf e Eddy, 2007.
O dry well pode ser usado para infiltração de águas pluviais ou de esgotos sanitários após o
trtamento terciário. Quando o dry well for usado para infiltração de esgotos sanitarios devem ser
tomados alguns cuidados.
É importantíssimo para o bom funcionamento de um dry well é que os esgotos sejam tratados
pelo sistema MBR (membrane bioreactors) que é o uso de membranas junto com o lodo ativado e
isto evitará o clogging (entupimento).
Os poços secos executados na zona vadosa possuem diâmetros de 1,00m a 2,00m e com
profundidades de 10m a 50m, sempre situados acima do lençol freático para permitir a infiltração das
águas.
A construção é feita por métodos manuais ou mecânicos de escavação e o poço é preenchido
com agregados de diâmetros grandes e pequenos.
A causa do clogging conforme Metcalf e Eddy, 2007 são basicamente três:
 Clogging devido a ação biológica: o uso de cloração de 2mg/L a 5mg/L evitará o problema.
 Clogging devido a entrada de ar: é necessário deixar um aerador de cerca de 75mm e que os
efluentes sejam lançados no fundo do poço através de um tubo de plástico com cerca de
450mm de diâmetro.
 Clogging devido ao sólido total em suspensão: o uso de tratamento como o MBR resolverá o
problema.
Os dry well geralmente são feitos em locais onde no solo temos menos que 20% de argila ou
que tenha menos de 40% de argila e silte juntos.
A declividade do terreno não pode passar de 15%.
Se existe um hotspot, isto é, um posto de gasolina, oficina mecânica ou local de potencial
contaminação do aqüífero subterrâneo, não deverá ser feita a recarga.
Deve ficar no mínimo a 3,00m de algum prédio.
É recomendado que o tempo de infiltração da água no solo seja de no máximo 48h.
Deve ser feito estudo para achar a condutividade hidráulica K na profundidade do dry well
sendo uma amostra para cada 500m2 e no mínimo duas amostras.
Equação de Zangar
A taxa de recarga na zona vadosa pode ser calculada usando a Equação de Zangar conforme
Bouwer, 2002. Na concepçao de Zangar, 1953 salienta que o escoamento da água no dry Wall é no
fundo, mas também nas paredes.
Q= ( 2 π K Lw 2 ) / [ ln( 2Lw/rw) -1 ]
Sendo:
Q= taxa de recarga (m3/dia)
K= condutividade hidráulica (m/dia) obtido em testes.
Lw= profundidade da água no poço (m)
rw= raio do poço (m)
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ln= logaritmo neperiano.
Lw > 10 x rw
Exemplo 48.7
Dimensionar a taxa de recarga em m3/dia de um dry well com diâmetro de 0,30m e profundidade de
8m em local com solo com condutividade hidráulica de 25mm/h.
Vamos usar a equação de Zangar:
Q= ( 2 π K Lw 2 ) / [ ln( 2Lw/rw) -1 ]
K= 25mm/h= 0,6m/dia
Lw= 8,00m
rw= 0,30/2= 0,15m
Q= ( 2 π 0,6x 82 ) / [ ln( 2x8/0,15) -1 ]=21m3/dia
Verificação: 10 x rw= 10 x 0,15= 1,5m
O comprimento Lw tem que ser maior que 10rw e, portanto está OK.
Exemplo 48.8
Dimensionar a taxa de recarga em m3/dia de um poço de infiltração com 6,00m de diâmetro e
profundidade de 3,00m sendo a condutividade hidraulica K=25m/h.
Primeiramente verifiquemos se podemos usar ou não a equação de Zangar.
10 x rw= 10 x (6,00/2)= 10 x 3= 30m
Lw= 3,00m
Como Lw não é maior que 10 vezes o raio, então não se aplica a equação de Zangar.
Usaremos então a equação de Darcy
Q= K x A x (h1- h2)/L
(Equação 17.1)
(Equação 17.2)
Q= K x A x G
Sendo:
Q= vazão constante que passa pelo cilindro (m3/s; m3/dia);
h1= carga hidráulica no piezômetro 1 (m) e
h2= carga hidráulica no piezômetro 1 (m) e
z1= cota do ponto P1 (m)
z2= cota do ponto P2 (m)
L= distância entre os piezômetros 1 e 2
A= área da seção transversal do cilindro (m2)
H= variação da carga hidráulica entre os piezômetros 1 e 2
K= condutividade hidráulica (m/s; m/h; mm/h; m/dia)
G= gradiente hidráulico = (h1-h2)/L
O valor de G= 1
Q= K x A
K=25mm/h=0,6m/dia
A=area da superficie e do fundo
Area do fundo= PI x D2/4= 3,1416 x 6 2/4= 28,3m2
Area lateral do poço= PI x D x h= 3,1416 x 6,00 x 3,00= 56,5m2
Area total= 28,3m2 + 56,5m2= 84,8m2
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Q= K x A = 0,6 x 84,8= 51m3/dia
Figura 48.20- Figura de poço de infiltração
Fonte: Plano Diretor de Manejo de águas pluviais de Natal, 2009
48.9- Dimensionamento do sistema dry well situado em zona vadosa, não saturada e acima do
lençol freático.
O nosso objetivo é infiltrar águas pluviais na região vadosa do solo, isto é, na região não
saturada ou até atingirmos a região saturada.
A fórmula só é válida quando o comprimento Lw for maior que 10 x raio do poço. A distância
entre um poço e outro é no mínimo de cinco diâmetros.
Concepção
A ideia é termos um reservatório de pedras britadas de aproximadamente 0,20m de altura e
sobre estas pedras vai o geotêxtil. Sobre o geotêxtil vai terra e a grama propriamente dita. A chuva
caindo sobre o gramado se infiltra rapidamente para o reservatório de pedra que encaminhará a água
para o dry well e o mesmo levará a água para ser infiltrada.
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Haverá uma malha de furos de brocas perfurados manualmente, dimensionados para que não
haja estagnação da água de chuva.
A concepção do projeto é fazer brocas manuais com profundidade de até 6,00m e diâmetro
que varia de 0,15m a 0,30m em solo acima do lençol freático.
No furo perfurado pelas brocas colocaremos tubos de PVC perfurado com furos ou ranhuras
até atingir o fundo conforme modela de Zangar, 1953..
Dentro do tubo jogaremos um geotêxtil (bidim) e lançaremos mistura de pedra 1 e 2.
Chuva
Vamos usar duração de chuva de 1h para períodos de retorno de 5anos, 25anos e 100anos.
A sugestão é que a água de chuva se infiltre rapidamente e se acumule no reservatório de pedra
britada.
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Figura 48.21- Esquema do dry well
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Dimensionamento do sistema dry well situado em zona vadosa, não saturada e acima do
lençol freático.
Vamos chamar a precipitação P (m) sobre a area A (m2) num determinado tempo D (h).
O equilibrio de volume será o volume da precipitação num determinado tempo que será igual
ao volume armazenado no reservatório de britada e mais o volume infiltrado no dry well
calculado como equação de Zangar.
Vc= VR+ Vdry
Vc= volume da precipitação num determinado tempo (m3)
VR= volume de água armazenada nas pedras britadas (m3)
Vdry= volume diário a ser infiltrado no dry well (m3/dia)
Vc= P . A . D
Sendo:
Vc= volume precipitado na area A em determinado tempo D em m 3.
D= duração da chuva em horas
A= area que levara água para o reservatorio de pedra britada e que abastecerá o dry well em
m2
P= precipitação num determinado tempo D (m)
VR= h . n . A
Sendo:
VR= volume armazenado no reservatorio de pedra britada (m3)
h= altura do reservatorio de pedra britada (m)
n= porosidade efetiva das britas no reservatorio (adimensional)
O volume no dry well Vdry será igual a vazão diária infiltrada pelo mesmo com a equaçao de
Zangar.
Vdry= Q
2
Q= ( 2 π K Lw ) / [ ln( 2Lw/rw) -1 ]
Sendo:
Vdry= volume que se infiltra no dry well (m3) em um dia
Q= taxa de recarga (m3/dia)
K= condutividade hidráulica (m/dia) obtido em testes.
Lw= profundidade da água no poço (m)
rw= raio do poço (m)
ln= logaritmo neperiano.
Condição proposta por Zangar,1953 pois teremos menos erros. Lw ≥ 10 x rw
A equação original de Zangar ,1953 aparece o seno hiperbolico que dá o mesmo resultado da
equaçao acima com logaritmo neperiano. Observar que temos que achar a função inversa do
seno hiperbolico que é asenh em planilha Excel.
Q= ( 2 π K Lw 2 ) / [ senh-1( Lw/rw) -1 ]
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Q= volume (m3/dia)
n= porosidade efetiva=0,35
h= altura do reservatório de pedra britada (m). Varia de 0,15m 0,30m.
A= área de seção circular de lado= PI x b2/4
b= diametro da area circular (m)
D= duração da chuva (h). Geralmente D=1h.
P= precipitação da região para 1h de duração e Tr=5anos
Raio b
O raio b proposto por Zangar, 1953 é dado pela equação:
K . PI x b2 = Q
b= [Q / (K x 3,1416)] 0,5
Sendo:
b= raio do círculo de abrangência do dry well (m)
Q= vazão de infiltração (m3/dia)
K= coeficiente de permeabilidade (m3/dia)
Zangar, 1953 sugere a equação:
b= Lw x ( 2/ [senh-1 (Lw/rw) -1]
Exemplo 48.9
Calcular a taxa de recarga de um poço seco com 50m de profundidade, raio de 1,00m e
condutividade hidráulica de 0,48m/dia
Q= ( 2 π K Lw 2 ) / [ ln(2Lw/rw) -1 ]
Q= ( 2 π x 0,48 x 502 ) / [ ln( 2x 50/1,00) -1 ] = 2091m3/dia
Exemplo 48.10
Calcular a taxa de recarga de um poço seco com 2,5m de profundidade, raio de
0,30m e condutividade hidráulica de 0,0288m/dia (20mm/h= 1,2mm/h=28,8 L/diax m2).
Q= ( 2 π K Lw 2 ) / [ ln(2Lw/rw) -1 ]
Q= ( 2 π x 0,0288 x 2,52 ) / [ ln( 2x 2,5/0,30) -1 ] = 0,45m3/dia
Exemplo 48.11
Dado Q= 0,45m3/dia
K= 0,0288m/dia =1,2mm/h= 28,8 L/m2 x dia
b= [Q / (K x 3,1416)] 0,5
b= [0,45 / (0,0288x 3,1416)] 0,5
b= 2,23 m
Diâmetro do circulo 2 x b= 2 x 2,23m= 4,47m
Area do circulo (m2)= A=PI x 4,472/4= 15,67m2
Volume de chuva (m3)= P x D= (51,8mm/1000) x 1,00h= 0,81m3
Volume no reservatório de brita britada (m3)= h x n x A=0,10 x 0,35 x 15,67=0,55m3
Volume diário infiltrado no dry well (m3)= 0,45m3
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Tempo de esvaziamento (dias) = (Volume de chuva – Volume reservatório de pedra)/ Volume
infiltrado no dry well= (0,81m3-0,55m3)/ 0,45m3= 0,58 dias= 13h < 48h OK
b= Lw x ( 2/ [senh-1 (Lw/rw) -1]
b= 2,5x ( 2/ [senh-1 (2,5/0,15) -1]= 1,99m
Portanto, o resultado é muito semelhante ao obtido de b=2,23m
Metcalf e Eddy, 2007 apresenta outras duas equações devidas a Zangar e citados por Bouwer
e Jackson, 1974. As equações são as seguintes:
Q= (K x 2 x PI x Lw2) / { ln [ Lw/rw + ( Lw2/rw2 -1) 0,5 -1 } para Si>> L
Sendo:
K= condutividade hidráulica (m/dia)
Q= vazão (m3/dia)
Lw= profundidade da água dentro do dry well (m)
Ln= logaritmo neperiano
rw=raio do poço (m)
Si= distância do fundo do dry well até a área impermeável (m). Observar que não leva em conta o
nível do lençol freático conforme se pode ver na Figura (48.16)
Para um poço de infiltração (dry well) rasom isto é, Si <2Lw então podemos fazer uma
simplificação:
K= [3 x Qx ln (Lw/rw)] / [ PI x Lw x (3 x Lw + 2 x Si)]
Si<(2 x Lw),
Q=K x[ PI x Lw x (3 x Lw + 2 x Si)] / (3 ln (Lw/rw)) Si<(2 x Lw),
Figura 48.22- Esquema de um poço seco executado na zona vadosa
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Exemplo 48.12
Dimensionar um dry well (poço de infiltração) com diametro de 4,00m (rw=4,00/2=2,00),
profundidade de Lw=3,00m e K=25mm/h=0,6m/dia. Supõe-se que o lençol freatico está a 7,00m de
profundidade e, portanto o valor de Si= 7,0-3,0=4,0m usando a equação de Metcalf-Eddy. Ver Figura
(48.22).
Verifiquemos primeiramente se obtece as relações Si < 2 x Lw
2 x Lw= 2 x 3=6
Como Si=4 < 6 OK.
Q=K x[ PI x Lw x (3 x Lw + 2 x Si)] / (3 ln (Lw/rw))
Q=0,6 x[ 3,1416 x 3,0 x (3 x 3,00+ 2 x 4)] / (3 ln (3/2)) =79m3/dia
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48.11 Recarga por meio de poços tubulares profundos de injeção na zona saturada
Os poços tubulares profundos de recarga penetram no aqüífero subterrâneo onde é feita a
injeção de água. São muito caros e não necessitam de grandes desapropriações.
Para manutenção é necessário que duas ou três vezes ao dia durante 15min por dia seja feito o
bombeamento para prevenir entupimentos e fazer o desenvolvimento do poço.
O Brasil ainda não possuem padrões de qualidade da água de injeção no aqüífero.
É muito importante estabelecer critérios para recarga de aqüíferos subterrâneos usando o
volume WQv com objetivo manter o fornecimento de água subterrânea de maneira a conservar a
vazão base dos cursos de água.
A recarga de um poço tubular profundo depende se o aqüífero é confinado ou não conforme
Figura (48.23).
Figura 48.23- Recarga radial em poços tubulares profundos localizados em aqüíferos confinados e não confinados.
Fonte: Todd, 1980.
Quando a água entra pelo poço, forma-se um cone semelhante, mas inverso ao cone de
depressão que se forma em torno do poço.
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Conforme Todd, 1980 foram estabelecidas duas equações para aqüíferos confinados e não
confinados para a taxa de recarga Qr.
Qr= (2π K b (hw – h0) / ln (ro/rw)
para aqüíferos confinados
Qr= (π K (hw2– h0 2 ) / ln (ro/rw)
para aqüíferos não confinados (livres)
Sendo:
Qr= taxa de recarga (m3/dia)
K= condutividade hidráulica (m/dia)
b=espessura do aqüífero confinado (m)
hw= equivalente ao nível dinâmico do poço (m) conforme Figura (48.16b)
ho=altura do lençol freático (m)
ln= logaritmo neperiano
ro= raio do cone de depressão (m)
rw= raio do poço (m)
Segundo Todd, 1980 a recarga será aproximadamente a vazão equivalente produzido por uma
bomba centrifuga para retirar água do poço tubular profundo.
Exemplo 48.13
Dimensionar um poço seco executado na zona vadosa para recarga de 260m 3 com coeficiente de
permeabilidade K=36mm/h (0,864m/dia) e poço com r=1,00m de raio e profundidade de L=10m.
Q= ( 2 π K L 2 ) / [ ln( 2L/r) -1 ]
Q= ( 2 π x 0,864 x 102 ) / [ ln( 2x 10/1,00) -1 ] = 272m3/dia > 260m3
Exemplo 48.14
Calcular a recarga de um poço tubular profundo com diâmetro de 200mm em aqüífero não confinado
com coeficiente de armazenamento 0,012, transmissibilidade 5,46m2/h, (Poço P-04´ou 15E) do
Aeroporto Internacional de Guarulhos com espessura da camada filtrante de 76m.
O poço está no graben Cumbica em região sedimentar com camadas de arenito intercaladas
com camadas de solo argiloso.
Profundidade do poço = 134m
Nível estático em 1989 = 64,93m (a partir da superfície)
Nível dinâmico em 1989 = 75,4m ( a partir da superfície)
Vazão = 47,2m3/h (1989) vazão extraída pelo poço artesiano
T=transmissibilidade= 5,46m2/dia
Mas T= K x h
h= camadas de areia intercaladas com camadas de argilas= 76m (retirado do perfil geológico do poço
15E).
K= T/h = 5,46m2/dia / 76m = 0,072m/h= 1,73m/dia = 72mm/h
hw= 134m- 64,93m = 69,07m
ho= 134m- 74,5m= 59,5m
rw= 200mm/2 = 100mm= 0,10m
ro=350m (raio de influência do poço tubular profundo)
Qr= (π K (hw2– h0 2 ) / ln (ro/rw)
Qr= (π x 1,73x (69,072– 59,5 2 ) / ln (350/0,10) = 822m3/dia= 34m3/h
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Portanto, a vazão de recarga será de 822m3/dia de águas pluviais de boa qualidade, ou seja, 34
m3/h, que é próximo da vazão extraída como afirma Todd, 1980.
48.13 Aeroporto Internacional de Guarulhos
Nota: os dados foram extraídos da tese de doutoramento do geólogo dr. Hélio Nóbile Diniz
elaborada em 1996 cujo titulo é: “Estudo potencial hidrogeológico da bacia hidrográfica do rio
Baquirivu- Guaçu, municípios de Guarulhos e Arujá”.
Diniz, 1996 aconselhou que se fizesse a recarga no Aeroporto Internacional de Guarulhos
através de poços de injeção (poços tubulares profundos) captando águas pluviais. Sugeriu que
captasse as águas pluviais que caem nas pistas que possuem 1km de largura por 4km de comprimento
e como o excedente hídrico anual é de 550mm teríamos:
550mm x 1km x 4km= 2.200.000m3/ano
Precipitação média anual= 1400mm
Evapotranspiração= 850mm/ano
Excedente hídrico = 1400mm- 850mm= 550mm
Consumo médio anual do Aeroporto= 2700m3/dia x 365 dias= 985.500m3/ano < 2.200.000m3/ano
Até o presente momento não há nenhum sistema de injeção em poços tubulares profundos ou
reservatórios de infiltração no Aeroporto Internacional de Guarulhos.
A influência sobre a recarga depende da precipitação local, da evapotranspiração, do tipo de
solo e da cobertura vegetal existente. Quando cresce a impermeabilização há diminuição natural da
infiltração das águas pluviais no solo e é necessária a recarga artificial.
Há uma grande dificuldade em se determinar a forma que deve ser feita a recarga no Brasil,
pois desconhecemos pesquisas sobre o assunto.
A recarga artificial de aqüíferos está documentada nos Estados Unidos desde o século 19
quando começou o stress do suprimento das águas subterrâneas. Duas forças básicas induziram a
recarga artificial, o crescimento da população e novas técnicas de inundação para se fazer a
infiltração.
Nos ano de 1950 começou a prática na Califórnia de recarga devido a intrusão salina na área
costeira.
A recarga dos aqüíferos numa bacia hidrográfica deve-se a:
 Infiltração direta das chuvas;
 Contribuição do rio e seus afluentes.
48.14 Legislação Paulista
Primeiramente conforme Decreto 32.955/91 do Estado de São Paulo no seu artigo 6º X
define o que é recarga artificial como sendo operação com finalidade de introduzir água num
aqüífero.
O artigo 43 estabelece que “A recarga artificial dependerá de autorização do DAEE,
condicionado à realização de estudos que comprovem a sua conveniência técnica, econômica e
sanitária e a preservação da qualidade das águas subterrâneas”.
A Figura (48.24) mostra o ciclo hidrológico natural. A recarga natural provem normalmente
das precipitações. As precipitações quando no solo, uma parte fica interceptada nas folhas e paredes,
outra parte se escoa superficialmente e outra parte se infiltra no solo e começa a percolação. As
plantas utilizam uma parte desta água e restante vai passando pela zona aerada do aqüífero livre e
chega até a zona não aerada onde está o lençol freático. Este é o caminho que a água faz até fazer a
recarga que estamos tratando.
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A recarga é o processo de infiltração que conduz a água até o lençol freático, isto é, a zona
saturada. De maneira grosseira a recarga é a introdução de água no reservatório de água subterrânea.
Figura 48.24-Ciclo hidrológico
Fonte: Patrick Valverde Medeiros
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48.22 Fórmulas empíricas para a recarga média anual
Possuímos a recarga de vários locais, sendo a mais comum a das chuvas, que é a recarga
natural, mas existe a recarga de canal (infiltração), de irrigação e de reservatórios de infiltração.
Na Índia Kumar e Seethpathi, 2002 fizeram uma fórmula empírica com 8% de precisão (para
a região) que fornece a recarga das águas das chuvas.
Rr= 1,37 ( P- 388) 0,76
Sendo:
Rr= recarga do aqüífero subterrâneo devido somente a águas das chuvas (mm/ano)
P=precipitação média anual da estação (mm)
Exemplo 48.24
Estimar a recarga devida as chuvas para local com 1500mm.
Rr= 1,37 (P- 388) 0,76
Rr= 1,37 (1500- 388) 0,76= 283mm
Também na Índia em 1970 Krishna Rao elaborou as seguintes equações empíricas para P e Rr
em milímetros:
Rr= 0,20 x (P-400) para áreas com precipitações entre 400mm e 600mm
Rr= 0,25 x (P-400) para áreas com precipitações entre 600mm e 1000mm
Rr= 0,35 x (P-600) para áreas com precipitações maiores que 1000mm
Sendo:
Rr= recarga devido as chuvas (mm)
P= precipitação (mm)
Exemplo 48.25
Estimar a recarga devida as chuvas para local com 1.771mm- Cidade de Campos do Jordão, Estado
de São Paulo.
Rr= 0,35 x (P-600) =0,35 x (1771-600)= 410mm (Por Meyboom achamos 502mm)
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48.23 Bibliografia e livros consultados
-CRITICAL AQUIFER RECHARGE AREAS (CARAS). Chapter 6: Critical aquifer recharge
áreas. Executive report- Best avaliabre science, volume I, february, 2004.
-DELLEUR, JACQUES W. The handbookd of groundwater engineering. 1999. ISBN 0-8493-26982.
-FENNESSEY, LARRY. Hydrologic budgets for development scale áreas in Pennsylvania.
-FENNESSEY, LAWRENCE A. J. et al. The NRCS curve number, a new look at an old tool.
Villanova University, outubro de 2001.
-McCUEN, RICHARD H. Hydrologic analysis and design. 2a ed. Prentice Hall, 1998
-PLANO DIRETOR DE MANEJO DE ÁGUAS PLUVIAIS DE NATAL, RN, 2009
-REICHARDT, KLAUS E TIMM, LUIZ CARLOS. Solo, planta e atmosfera- conceitos, processos e
aplicações, 2004. Editora Manole.
-ZANGAR, CARL N. Theory and problems of water percolation. United States Depatment of the
Interior – Bureay of Reclamation. Denver, Colorado, abril de 1953, 87 páginas.
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