Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas
Núcleo de Engenharia de Água e Solo
CCA 039 – Irrigação e Drenagem
Drenagem Agrícola: Aula 3
TALES MILER SOARES
Cruz das Almas - BA, 20 de outubro de 2009
Tópico da aula 3
Estudos básicos para elaboração de projetos
de drenagem
As causas e os efeitos da drenagem envolvem
conceitos multidisciplinares:
Engenharia hidráulica
Geologia
Física do solo
Química do solo
Qualidade da água, Salinidade do solo
Topografia, Conservação do solo
Meteorologia, Hidrologia
Fisiologia vegetal
Provérbio chinês: fortunas não vêm aos pares e
transtornos não vêm sozinhos...
Na elaboração de projetos de drenagem,
investigações multidisciplinares são necessárias!!!
Por que os estudos básicos para elaboração de
projetos de drenagem são imprescindíveis?
Por que os estudos básicos para elaboração de
projetos de drenagem são imprescindíveis?
São necessários para:
- definir a extensão do problema
- determinar as possíveis soluções
- levantamento de dados a serem usados nos
modelos de dimensionamento da intervenção
(subterrânea ou superficial).
Quais seriam os estudos básicos para
elaboração de projetos de drenagem?
Quais seriam os estudos básicos para
elaboração de projetos de drenagem?
1.
2.
3.
4.
Investigações quanto às características da área
Investigações do solo
Investigações da hidrologia
Critérios de drenagem
1. Investigações quanto às características
da área
1. Investigações quanto às características
da área
1.1 Legalidade da intervenção
Ver quais são os órgãos e suas exigências quanto ao
impacto da drenagem...
Só depois da autorização, partir para etapas posteriores...
-
Requerimento assinado
Registro do imóvel
Croquis da propriedade
Croquis aproximado do projeto (layout preliminar)
Memorial descritivo da obra
Se prevê irrigação... Outorga rios federais (ANA)
e estaduais (INGÁ)
Destinação do efluente... IMA
Preservação mata ciliar... IMA, SEMARH?
1. Investigações quanto às características
da área
INGÁ: Instituto de gestão das águas e clima
do Governo do Estado da Bahia
1. Investigações quanto às características
da área
CRA: Centro de Recursos Ambientais do
Governo do Estado da Bahia
IMA Instituto do Meio
Ambiente do Governo do
Estado da Bahia
1. Investigações quanto às características
da área
1.2 Reconhecimento Inicial
1. Investigações quanto às características
da área
1.2 Reconhecimento Inicial
Consiste em uma visita na área do projeto
Época
Chuvosa
Acompanhamento de
conhecedor da propriedade
????
????
a) Identificar as causas e a gravidade do problema:
- principais pontos de entrada e saída de água,
- ocorrência de transbordamentos de cursos d’água,
- a existência de pontos de surgência da água subterrânea
1. Investigações quanto às características
da área
1.2 Reconhecimento Inicial
b) Visualizar a drenagem natural
- Como ela se processa?
- Existem pontos de saída para o projeto futuro?
1. Investigações quanto às características
da área
1.2 Reconhecimento Inicial
c) Fazer tradagens para conhecer os tipos de perfis do solo
A melhor alternativa será um sistema com enfoque
superficial ou subterrâneo?
d) Verificar a faixa de preservação permanente que deverá
ser mantida fora da área do projeto
e) Procurar definir como será o layout do futuro projeto e
fornecer uma estimativa de custo ao interessado
1. Investigações quanto às características
da área
1.3 Saneamento
1. Investigações quanto às características
da área
1.3 Saneamento
Etapa prévia aos estudos detalhados, pois muitas vezes o
encharcamento é tão grande que não permite o
levantamento topográfico...
O saneamento consiste:
- na abertura do dreno de cintura
- na escavação de uma rede
casualizada.
de
macrodrenagem
1. Investigações quanto às características
da área
Abertura dos drenos de cintura
São drenos trapezoidais com 1,5 a 2 m de profundidade,
traçado na interseção da encosta com a várzea.
Funções: interceptar o escoamento superficial e subterrâneo
de áreas adjacentes.
Localização: Não devem estar nem muito encosta a cima, ao
ponto de não interceptar o lençol freático, nem muito morro
abaixo, ao ponto de reduzir a área cultivada.
1. Investigações quanto às características
da área
Abertura dos drenos de cintura
Localização:
1. Investigações quanto às características
da área
Abertura dos drenos de cintura
Se a área for protegida com dique e com saída por
bombeamento, o dreno de cintura deve desviar a água para
fora do reservatório, aliviando o trabalho da casa de
bombas...
Saída por gravidade nem sempre é possível.
- A cota final do dreno principal é baixa em
relação ao corpo hídrico receptor;
- Existe um dique separando o corpo hídrico
receptor do dreno principal.
1. Investigações quanto às características
da área
Dreno principal
Dreno principal
MB
Reservatório
dique
Os drenos de cintura têm a mesma função dos
drenos agrícolas?
Os drenos de cintura têm a mesma função dos
drenos agrícolas?
Não!
Drenos agrícolas são dimensionados para drenar a água
em curto espaço de tempo (função da tolerância vegetal).
Poucos dias
Drenos de cintura drenam a água em semanas...
1. Investigações quanto às características
da área
1.3 Saneamento
Escavação de rede de macrodrenagem casualizada
Função: remover o excesso de água em pontos
aleatorizados
Localização: drenos aleatorizados no terreno, mas em
direção ao ponto de saída
1. Investigações quanto às características
da área
1.4 Levantamento Topográfico
a) Da área do projeto
b) Da área de contribuição e da bacia hidrográfica
1. Investigações quanto às características
da área
a) Levantamento topográfico da área do projeto
Estabelecer uma malha de pontos, cujas cotas são levantadas
com estação total, teodolito ou nível (em relação a uma
referência)...
Traçar linhas paralelas e perpendiculares:
cada interseção é um ponto
- Malhas menores (10 x 10 m) quando se prevê a
sistematização (cultivo de arroz inundado, por exemplo)
- Malhas maiores (30 x 30 ou 50 x 50 m) para demais casos.
1. Investigações quanto às características
da área
a) Levantamento topográfico da área do projeto
Mapa obtido deve possuir uma escala entre 1:500 até
1:2.000
As curvas de nível devem ter uma diferença de cota tal
que permita serem individualizadas com clareza no mapa
e, ao mesmo tempo, possam descrever o relevo da área a
contento.
Geralmente, variam de 20 em 20 cm (áreas planas) a 50 a
50 cm
1. Investigações quanto às características
da área
b) Levantamento topográfico da área de contribuição e
da bacia hidrográfica
O mapa da área de contribuição é importante para se
estimar as vazões provenientes do escoamento superficial
que entrarão na área ou que deverão ser interceptadas.
O mapa da bacia é importante quando se prevê obras de
retificação dos cursos d’água ou a construção de diques.
Ideal é ter um mapa local em escala de 1:1.000 a no mínimo
1:5.000 com curvas de nível de 0,5 em 0,5 m a 2 em 2 m.
Na falta de mapas locais, ver disponíveis... IBGE (1:50.000), etc
1. Investigações quanto às características
da área
1.5 Estudo da zona freática
Muitas vezes, empresas de drenagem e saneamento não
fazem esse estudo, a despeito de sua importância para
os projetos, sobretudo de drenagem subterrânea.
a) Mapas das isóbatas (mesma profundidade)
b) Mapa das isoípsas (mesma cota freática)
c) Linhas de fluxo
1. Investigações quanto às características
da área
1.5 Estudo da zona freática
a) Mapas das isóbatas (mesma profundidade)
Mostra as curvas de igual profundidade do lençol
freático em relação à superfície.
Como obter essas curvas?
1. Investigações quanto às características
da área
1.5 Estudo da zona freática
a) Mapas das isóbatas (mesma profundidade)
Como obter essas curvas?
Na época chuvosa,
Abrir poços de observação e medir a profundidade do
lençol freático até a superfície
Malha de pontos: 50 x 50m ou 100 x 100 m
Também avaliar o nível
abastecimento, nos lagos
canais)...
d’água nos poços de
e cursos d’água (rios,
Poço de observação
Perfurações de 2 a 4’
Paredes não revestidas ou impermeabilizadas
Instalado em área de fácil acesso em qualquer época
a) POÇO EM SOLO ESTÁVEL
(Ø 50 a 80 mm)
b) POÇO EM SOLO INSTÁVEL
(Ø 80 a 100 mm)
A medição pode ser feita de várias maneiras...
Fita
molhada
Flutuador Amperímetro
Linígrafo
Transdutor
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
Mapa das isóbatas permite:
- distinguir zonas de diferentes graus de severidade do
problema de drenagem subterrânea
Onde o L.F. está mais alto e prejudicial?
- identificar com clareza até que limite deve se estender a
rede de drenos subterrâneos.
Ex.: Instalar drenos a partir de L.F. < 0,8m (limite depende da cultura?)
Questão de prova...
O mapa das isóbatas dá idéia da direção
do fluxo subterrâneo? Explique.
Os valores de altura do L.F. não são cotas, pois a
superfície do terreno é uma referência variável.
Cota é a altura de um ponto em
relação a um nível de referência
horizontal fixo.
1. Investigações quanto às características
da área
Como o mapa das isóbatas não dá idéia da direção do
fluxo subterrâneo, torna-se necessário avaliar as cotas do
lençol freático.
b) Mapa das isoípsas
Mostra as curvas de igual cota freática, tomando uma
referência de nível arbitrária.
Basta subtrair a cota da ‘boca do poço de observação’
da profundidade do lençol freático.
Exemplo:
Cota poço: 112 m; Altura do L.F.: 10 m
Cota freática = 112 – 10 = 102m
1. Investigações quanto às características
da área
Basta subtrair a cota da boca do poço de observação
da profundidade do lençol freático.
Cota do poço
110
108
103
105
Profundidade do LF
5
4
3
7
Cota freática
105
104
100
98
A profundidade do lençol é
maior. A cota freática é menor!
Cota do poço
110
108
103
105
Altura LF
5
4
3
7
Cota freática
105
104
100
98
Superfície
do solo
Cota de 100
(Referência)
99,8
99,6
99,4
99,2
99,0
98,8
Mapa das isoípsas permite:
- identificar com clareza as zonas de entrada
preferencial do escoamento subterrâneo, onde a
interceptação é mais necessária, além das zonas de
descarga.
1. Investigações quanto às características
da área
1.5 Estudo da zona freática
c) Linhas de fluxo
- São traçadas no mapa das isoípsas
- A água sai das maiores cotas freáticas para as
menores
- As linhas de fluxo são perpendiculares às cotas
99,6
99,4
99,8
freáticas
99,2
99,0
98,8
Mapa das isoípsas e linhas de fluxo
Vicente de Paula (UFRPE)
1. Investigações quanto às características
da área
1.5 Estudo da zona freática
c) Linhas de fluxo
A declividade das linhas de fluxo ajuda a decidir como é
mais conveniente locar os drenos drenos de campo:
Declividade > 1%
Drenos interceptores
Declividade < 1%
Drenos podem ficar em paralelo
Em Paralelo
Interceptores
2. Investigações do solo
2.1 Estudo do perfil
Quais características podem ser encontradas
no perfil de solos mal drenados?
2. Investigações do solo
2.1 Estudo do perfil
Quais características podem ser encontradas no perfil
de solos mal drenados?
Citando algumas:
a) Acúmulo de matéria orgânica pela condição anaeróbica;
b) Cores escuras no horizonte A devido ao acúmulo de
m.o.;
c) Cores acinzentadas nos horizontes B e C (gleização)
devido a presença de Fe e Mn nas formas reduzidas;
d) Mosqueado amarelo-avermelhado na faixa de flutuação
do lençol freático;
e) Favorecimento de formação e presença de argilas
2. Investigações do solo
2.1 Estudo do perfil
Como proceder?
Tradagens a profundidade de 3 a 5 m
Trados com extensores até 4m e sonda mecânica se > 4m
Material recolhido deve ser colocado em seqüência
sobre uma lona, permitindo a visualização de
horizontes...
Avaliar (não precisa ser ‘pedólogo’):
Textura expedita de campo (arenosa, argilosa?)
Cor (preto, cinza, vermelho, amarelo?)
Consistência (maciço, compacto, desestruturado?)
Grau de estruturação
Profundidade da camada de impedimento
2. Investigações do solo
2.1 Estudo do perfil
O que é camada de impedimento?
2. Investigações do solo
2.1 Estudo do perfil
O que é camada de impedimento?
É aquela na qual o movimento da água é desprezível
(Isso representa baixa permeabilidade para os
drenos)
Quantitativamente, é aquela que tem condutividade
hidráulica menor que 1/10 da condutividade dos
estratos superiores.
K Inferior 
K Superior
10
2. Investigações do solo
2.1 Estudo do perfil
Como
identificar
a
camada
de
impedimento em condições de campo?
2. Investigações do solo
2.1 Estudo do perfil
Como
identificar
a
camada
de
impedimento em condições de campo?
I) Constatação de camada rochosa. Caso do SemiÁrido
II) Presença de camada argilosa muito compacta e
seca por dentro. Caso de São Paulo
No Nordeste também são encontrados os horizontes
fragipã e duripã, por endurecimento com agentes
cimentantes... Solos duros e coesos quando secos!
2. Investigações do solo
2.2 Classes de solo problemáticas
2. Investigações do solo
2.2 Classes de solo problemáticas
Questão de prova!
Embora qualquer classe de solo possa apresentar
problemas de drenagem, existem algumas correlações
bem estabelecidas entre a ocorrência de certas classes
e problemas de drenagem...
Certo ou errado? Justifique-se.
2. Investigações do solo
Qualquer tipo de solo está sujeito aos problemas de
drenagem!!!
Mas, geralmente, esses problemas são mais usuais em
alguns tipos de solo, quais sejam:
a) Solos orgânicos
b) Glei tiomórfico
c) Glei húmico e pouco húmico
d) Planossolo
e) Areia quartzoza hidromórfica
Organossolo
s
Muito
Arejamento
Classes de solo versus DRENAGEM
Fonte: Santana e Sans (2008)
a) Solos orgânicos x drenagem
- Principal problema é a subsidência!
Quanto maior o rebaixamento do lençol, maior o problema.
- Dificuldade de estabilização de taludes (inclinação dos drenos)
- Hidrofobia (dificuldade de re-umedecimento)
- Perigo de incêndios após a drenagem!
Campo de extração comercial de
turfa em Boa Esperança – MG.
http://www.turfaboa.com.br/turfa.html
b) Glei tiomórficos
Horizontes B ou C
ricos em sulfeto
Quando drenados,
ocorre a reação:
15 FeS2 + 15 O2 + 2 H2O  2 Fe2(SO4)3 + 2 H2SO4
O que acontece com os cultivos nesse solo após
drenagem?
b) Glei tiomórficos
Horizontes B ou C
ricos em sulfeto
Quando drenados,
ocorre a reação:
15 FeS2 + 15 O2 + 2 H2O  2 Fe2(SO4)3 + 2 H2SO4
- Esse ácido reduz o pH causando problemas nutricionais graves
- A quantidade de calcário para reverter o processo inviabiliza
projetos
- O ácido também leva à corrosão de estruturas
- Quando se trada, é comum cheiro de ‘ovo podre’: Sulfeto de
Ferro
Recomendação geral: não explorar! Exceção: cultivo de arroz,
desde que horizontes com tiomorfismo permaneçam
submersos.
c) Glei Húmico e pouco húmico
Horizontes B e C com condutividade hidráulica muito baixa.
A drenagem clássica é economicamente inviável se o lençol estiver em
profundidade < 60 cm. Espaçamento seria muito pequeno!!!
Preferível: torpedeamento
Quando possível, só drenagem por superfície.
Deficiência de O2 causa intensa redução do Fe e Mn,
o que se evidencia em cores cinzo-oliváceas,
esverdeadas, azuladas...
http://www.agencia.cnptia.embrap
a.br
d) Planossolos
Horizonte B textural raso e com condutividade
hidráulica muito baixa
Drenagem imperfeita no perfil
Mesmas restrições do glei
http://www.uep.cnps.embrapa.br/fome_zero_trincheiras.php
e) Areia quartzoza hidromórfica
Baixo potencial agrícola (baixa CTC e baixa capacidade
de retenção de água)
Riscos de contaminação por lixiviação
Dificuldade de estabilização de taludes
Suscetibilidade à erosão
Recomendação: Solos para preservação da vegetação
nativa
http://www.agencia.cnptia.embrap
a.br
2. Investigações do solo
2.3 Problemas com vazamento vertical
‘Seepage’ vertical
Que problema é esse???
2. Investigações do solo
2.3 Problemas com vazamento vertical
‘Seepage’ vertical
A presença de horizontes arenosos abaixo da camada
de impedimento (argilosas semi-permeáveis) é um
indício de vazamentos verticais...
Localização: Esse problema pode se dar ao longo de
toda a encosta ou apenas em pontos localizados...
Fato: A linha piezométrica se posiciona acima da linha
do lençol freático!
Drama: O lençol freático não abaixa, pois as camadas
subsuperficiais alimentam-no.
A – Aqüífero não-confinado ou freático: o nível da água no piezômetro
independe do quanto o piezômetro penetra (fluxo é horizontal)
B – Aqüífero confinado: a água está sob pressão e quanto mais
profundo a instalação do piezômetro maior é o seu nível de água
C- Aqüífero semi-confinado: a camada permeável é superposta por uma
semi-permeável. O nível da água no piezômetro depende do quanto o
piezômetro penetra (fluxo vertical)
2. Investigações do solo
2.3 Problemas com vazamento vertical
Como identificar esse
problema???
2. Investigações do solo
2.3 Problemas com vazamento vertical
Como identificar esse problema???
a) Para identificar o problema, deve-se instalar pelo
menos dois piezômetros a profundidades diferentes.
b) Se o piezômetro mais profundo apresentar uma leitura
de nível de água mais superficial existe o risco de
seepage
2. Investigações do solo
2.3 Problemas com vazamento vertical
Qual a diferença entre
piezômetros e poços de
observação?
Qual a diferença entre
piezômetros e poços de
observação?
D=2a4“
Paredes laterais
permeáveis
Fluxo radial
D=1a2“
Paredes laterais
impermeáveis
Fluxo vertical
2. Investigações do solo
2.3 Problemas com vazamento vertical
É possível resolver o
problema do seepage vertical?
2. Investigações do solo
2.3 Problemas com vazamento vertical
É possível resolver o
problema do seepage vertical?
a) Planejar um dreno de cintura profundo;
Cuidado: se muito fundo, pode captar água do rio!!!
Impacto ambiental!
b) Implantar drenos verticais de alívio no fundo do
dreno de cintura.
Especialmente, se os drenos de cintura não podem ser
muito profundos! Pode ser anti-econômico!
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Que é isso?
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Porosidadade drenável é o volume de água que será drenado
livremente, por unidade de volume de solo, através do
rebaixamento do lençol freático.
Volum eH 2O

Volum eSolo
Isso
representa
uma
umidade
em
base
de
volume!
Considerando que a água drenável está entre a saturação e
a capacidade de campo, tem-se:
  S  cc
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Porosidadade drenável representa a razão entre a altura de
água drenada e a altura da camada do solo que foi drenada
hH 2O

Z Solo
Isso
representa
uma
umidade
em
base
de
volume!
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Ordem de grandeza
Muito baixa: 1 a 2%
Média: 10 a 15 %
Muito alta: 25 a 35%
Qual o significado?
Quanto menor a porosidade drenável,
menos aeração no solo!!!!
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Como calcular a porosidade drenável?
Coletar amostras no perfil do solo
Levar ao laboratório para saturação
Estabelecer uma tensão equivalente à capacidade de campo:
60 cca (esse valor depende do tipo de solo) em funil de
Haines ou em mesa de tensão
Secar em estufa e pesar
Calcular a umidade na saturação e na capacidade de campo
Calcular a porosidade drenável
  S  cc
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Van Beers estabeleceu um método empírico para
determinação da porosidade drenável:
  K0
Entretanto, esse método tem baixa precisão
quando comparado com as observações de
campo.
a
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Exercício 1:
Um solo tem lençol freático a 50 cm de profundidade. Após
drenagem, o lençol é rebaixado a 100 cm. Se sua porosidade
drenável é de 20 %, qual a lâmina drenada?
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Exercício 1:
Um solo tem lençol freático a 50 cm de profundidade. Após
drenagem, o lençol é rebaixado a 100 cm. Se sua porosidade
drenável é de 20 %, qual a lâmina drenada?
hH 2O

Z Solo
hH 2O
0,20 
(100 50)cm
hH 2O  10cm  100mm
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Exercício 2:
Um solo tem lençol freático a 100 cm de profundidade e sua
porosidade drenável é de 10%. Com solo em capacidade de
campo, choveu e infiltrou 50 mm. Qual a nova profundidade
do lençol freático?
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Exercício 2:
Um solo tem lençol freático a 100 cm de profundidade e sua
porosidade drenável é de 10%. Com solo em capacidade de
campo, choveu e infiltrou 50 mm. Qual a nova profundidade
do lençol freático?
hH 2O

Z Solo
50m m
0,10 
(1000m m x)m m
100m m 0,1x  50m m
 0,1x  50m m 100m m
x  500 mm  50cm
2. Investigações do solo
2.4 Estudo da porosidade drenável
Exercício
Ao se efetuar a leitura da umidade de um solo acima do L.F.,
verificou-se que esta é de 30 % (base volume). Sabendo-se
que o LF está a 1,5 m de profundidade, calcular sua nova
profundidade após uma chuva de 180 mm que se infiltrou
totalmente.
Dados:
ϴ Saturação: 47,5%
ϴ cc: 40%