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
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
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 / 2012.
BANCA EXAMINADORA
ii
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
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
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 1.000 mm e determinar as dimensões do açude em função desses. Os resultados
mostram que descontadas as perdas por evaporação e infiltração iguais a 13.005,21 m3 , o
açude pode oferecer um volume total de 20.990,48 m3 e que o poço artesiano considerando a
sua vazão diária de 134,4 m3 descontando-se o volume para o abastecimento da propriedade
disponibiliza para irrigação um volume anual de 48.545,00 m3 . 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
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...................................................................................................................... 9
2 OBJETIVOS ........................................................................................................................ 10
2.1 OBJETIVO GERAL........................................................................................................ 10
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................... 10
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 11
3.1 RECURSOS HÍDRICOS ................................................................................................ 11
3.1.2 Recursos hídricos no Brasil ................................................................................... 11
3.2 IRRIGAÇÃO................................................................................................................... 12
3.2.1 Importância econômica da irrigação para o Brasil ............................................. 12
3.2.2 Importância econômica da irrigação para o Nordeste........................................ 13
3.3 AÇUDES ......................................................................................................................... 14
3.3.1 Açudes no Brasil ..................................................................................................... 15
3.3.2 A utilização de açudes na região Nordeste. .......................................................... 15
3.3.3 Principais elementos constituintes de um açude ................................................. 15
3.3.4 Aspectos técnicos para construção de açudes ...................................................... 19
3.4 APROVEITAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA. .................................................. 25
3.5 POÇOS ARTESIANOS ................................................................................................. 26
3.5.1 Poços artesianos no nordeste ................................................................................. 27
3.5.2 Poços artesianos e semi-artesianos ........................................................................ 28
3.5.3 Poços jorrantes e não jorrantes ............................................................................. 28
3.5.4 Abe rtura de poços................................................................................................... 30
3.5.5 Poços não revestidos ............................................................................................... 32
3.5.6 Poços revestidos ..................................................................................................... 35
3.5.7 Profundidade do poço ............................................................................................ 36
3.5.8 Diâmetro do poço.................................................................................................... 37
3.5.9 Disponibilidade de energia elétrica ....................................................................... 37
3.5.10 Dimensionamento do conjunto motobomba ...................................................... 37
3.5.11 A escolha da motobomba ..................................................................................... 40
4 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................ 41
4.1 O PROJETO .................................................................................................................... 41
vi
4.2 O MÉTODO .................................................................................................................... 41
4.3 DADOS PRELIMINARES ............................................................................................ 42
4.4 DELIMITAÇÃO DA BHD ............................................................................................ 42
4.5 CÁLCULO DO VOLUME ESCOADO ANUAL MÉDIO ( VESC). ................................ 43
4.5.1 Determinação do L600 Padrão. ............................................................................... 44
4.5.2 Determinação dos fatores de correção.................................................................. 45
4.5.3 Estimativa da pluviometria média anual. ............................................................ 47
4.5.4 Determinação dos coeficientes C e A. ................................................................... 48
4.5.5 Cálculo do volume escoado anual médio. ............................................................. 49
4.6 CÁLCULO DA VAZÃO MÁXIMA DA CHEIA DE PROJETO ................................... 49
4.6.1 Determinação da superfície de contribuição de cheia (Sc) ................................. 49
4.6.2 Fator de Correção (FC).......................................................................................... 50
4.7 DIMENSIONAMENTO DO AÇUDE ............................................................................ 50
4.7.1 Cálculo dos coeficientes geométricos α e K .......................................................... 50
4.7.2 Volume e cota máxima da represa ....................................................................... 52
4.7.4 Dimensionamento do canal extravasor................................................................. 54
4.7.5 Amortecimento de cheias ...................................................................................... 56
4.7.6 Altura final da barragem ....................................................................................... 58
4.7.7 Largura da crista e comprimento da projeção dos taludes ................................ 59
4.7.8 Estimativa do volume de terra e m função da altura da barragem ................... 60
4.8 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO DO POÇO
ARTESIANO ........................................................................................................................ 61
4.8.1 Dimensionamento do conjunto motobomba ........................................................ 62
4.9 ESCOLHA DAS CULTURAS E DIMENSIONAMENTO DA SUPERFÍCIE DO
PERÍMETRO IRRIGADO.................................................................................................... 67
4.9.1 Cálculo do volume disponível ................................................................................ 68
4.9.2 Cálculo do volume de abastecimento .................................................................... 69
4.9.3 Cálculo do volume por hectare.............................................................................. 69
4.9.4 Cálculo do volume de perdas ................................................................................. 71
4.9.5 Cálculo final da superfície potencial do perímetro ............................................. 72
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................................ 74
5.1 DIMENSIONAMENTO DO AÇUDE ............................................................................ 74
5.1.1 Coeficientes geométricos α e K ............................................................................. 74
vii
5.1.2 Volume e cota máxima da represa ........................................................................ 74
5.1.3 Amortecimento de cheias ...................................................................................... 74
5.1.3 Dimensionamento do sangradouro ....................................................................... 75
5.1.4 Dimensionamento do canal extravasor................................................................. 75
5.1.6 Altura final da barragem ....................................................................................... 76
5.1.7 Largura da crista e comprimento da projeção dos taludes ................................ 76
5.1.8 Estimativa do volume de terra e m função da altura da barragem ................... 76
5.2 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DO POÇO ARTESIANO ........................................ 77
5.3 DIMENSIONAMENTO DA SUPERFÍCIE DO PERÍMETRO IRRIGADO ................ 79
5.3.1 Volume disponível .................................................................................................. 79
5.3.2 Volume de abastecimento ...................................................................................... 79
5.3.3 Volume cons umido por hectare na cultura da cebola ......................................... 79
5.3.4 Volume cons umido por hectare na cultura da laranja ....................................... 80
5.3.5 Cálculo do volume de perdas ................................................................................. 82
5.3.6 Cálculo da s upe rfície potencial do perímetro. ..................................................... 82
5.3.7 Cálculo final da superfície potencial do perímetro ............................................. 83
6 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 84
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................... 85
ANEXO................................................................................................................................. 90
viii
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
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
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.
3.1.2 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
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).
3.2.1 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
O Censo de 2006 divulgado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e EstatísticasIBGE 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, 2011.
3.2.2 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
Tabela 1. Estimativa da Evolução do Produto Interno Bruto no Nordeste por Sub-Regiões.
Regiões/Anos
1970
1975
1980
1985
1988
1992
Regiões Metropolitanas
100
186,0
Zona da Mata
100
160,6
Semiárido
100
149,3
Irrigação
100
193,7
Nordeste/ Total
100
162,7
Fonte: VANZELA e ANDRADE (2002).
*Cálculos: Maia Gomes e Vergolino (1995).
315,0
209,9
192,3
191,1
230,9
450,9
274,7
188,7
442,4
285,7
562,7
243,2
238,9
463,9
327,7
621,1
343,3
110,6
587,4
318,5
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
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 70.000 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)
3.3.2 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 10.000 m³ e
200.000 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.
3.3.3 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
FIGURA 2. Vista superior do maciço, espelho d’água e canal extravasor.
Fonte: Atlas digital das águas de Minas, 2011.
FIGURA3. Representação esquemática dos elementos básicos de uma pequena barragem de
terra ou açude.
Fonte: Atlas digital das águas de minas, 2011.
3.3.3.1 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
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.
3.3.3.2 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.
3.3.3.3 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.
3.3.3.4 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
3.3.3.5 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.
3.3.3.6 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 ,2011.
3.3.3.7 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
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.
3.3.4.1 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.
3.3.4.2 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
3.3.4.3 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.
3.3.4.4 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.
3.3.4.5 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
3.3.4.6 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.
3. 3.4.7 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 , 2010.
21
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, 2012.
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.
3.3.4.8 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
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, 2011.
3.3.4.9 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
3.3.4.10 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
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 700.000 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 70.660 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 2.044 m³/s, sendo 1.955 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
FIGURA 8: Representação esquemática dos principais aquíferos brasileiros
Fonte: Portal São Francisco, 2012.
3.5 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 200.000 poços tubulares em atividade (irrigação, pecuária, abastecimento de
indústrias, condomínios, etc.), mas o maior volume de água ainda é destinado ao
abastecimento público.
26
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, 2012.
3.5.1 Poços artesianos no nordeste
Existem, atualmente, mais de 60.000 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
3.5.2 Poços artesianos e semi-artesianos
3.5.2.1 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.
3.5.2.2 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.
3.5.3 Poços jorrantes e não jorrantes
Dos lençóis artesianos obtêm-se poços jorrantes e não-jorrantes. Os poços nãojorrantes 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
FIGURA 10: Poço artesiano não- jorrante.
Fonte: MARKOWICZ et.al., 2006.
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
FIGURA 11: Poço artesiano jorrante.
Fonte: MARKOWICZ et.al., 2006.
3.5.4 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.
3.5.4.1 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
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., 2006.
.
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.
3.5.4.2 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
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).
3.5.5 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
seguintes partes: tubulação metálica, colocada na camada de aluvião; selo sanitário,
construído na superfície do solo (MARKOWICZ et.al., 2006).
3.5.5.1 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.
3.5.5.2 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., 2006.
3.5.5.3 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
FIGURA 14: Esquema da disposição do selo sanitário na entrada do poço.
Fonte: MARKOWICZ et.al., 2006.
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., 2006.
34
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., 2006.
3.5.6 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
FIGURA 17. Poço artesiano revestido e posição recomendada para os filtros.
FONTE: MARKOWICZ et.al., 2006.
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., 2006.
3.5.7 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
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., 2006.
3.5.8 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 20.000 L/h ou mais.
3.5.9 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.
3.5.10 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
3.5.10.1 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., 2006.
3.5.10.2 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., 2006.
38
3.5.10.3 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., 2006.
3.5.10.4 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
FIGURA 23: Medição da vazão de um poço recém-aberto.
Fonte: MARKOWICZ et.al., 2006.
3.5.11 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
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 1.000 mm. Seu princípio consiste em determinar a
lâmina escoada padrão (L600 ) a partir das classes de solos (CS) que ocorrem na BHD (SILVA,
2000).
41
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 10º52´13.87´´(Sul) e longitude 43º32´56.46´´(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
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, 2004.
4.5 CÁLCULO DO VOLUME ESCOADO ANUAL MÉDIO ( VESC).
O método de classificação hidrológica para
pequenas bacias hidrográficas utilizado
aqui, permite determinar a quantidade de água disponível em uma bacia
anualmente. O
volume escoado Vesc ( m³) na BHD é o volume de água que vai alimentar o açude.
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 (1960-1990). 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
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.
4.5.1 Determinação do L600 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
L600 (mm) % do NE Semiárido
Bruno não cálcico e
Litólico
Afloramento de
rocha
Podzólico
*
Vértico
Textura arenosa a média
Média argila ou plínico
Textura argilosa ou solo raso
Vertissolo
Cambissolo
Solonetz solonizado
Planossolo solódico
Areia quartzosa
Regossolo
Latossolo
Textura média a argilosa
Textura argilosa ou solo raso
Com fragipam
*
Textura média a argilosa
Textura argilosa
37
25
25,5
3,2
90
3,3
15
25
37
25
15
37
125
70
0
5
5
10
15
5,7
3,5
4,2
1,3
1,8
2,1
3,5 sal!
7,9 sal!
11,1
2,5
15,1
2,8
2,3
*Indica que o solo não apresenta nenhuma das características acima mencionadas.
Fonte. Modificada de Molle e Cadier, 1992.
De acordo com tabela tem-se Latossolo vermelho amarelo (VE) indicando L600 = 10
mm, e, Planossolo (PLS) indicando L600 = 70 mm. No cálculo do L600 padrão relaciona-se o
tipo de solo com o percentual da área que ele ocupa. Dessa forma o L600 padrão pode ser
expresso pela Equação 2:
44
( )
Em que:
SVE = percentual de área do Latossolo vermelho amarelo (VE) versus o L600
correspondente a esse tipo de solo;
SVA = percentual de área do Planossolo (PLS) versus o L600 correspondente a esse
tipo de solo.
Para o caso em estudo com SVE = 0,8 x 10; SPLS= 0,2 x 70 e tendo por base os
valores da tabela acima para os referidos tipos de solo, verificou-se um L600 padrão igual a 22
mm.
4.5.2 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
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
0,5
0,75
0,75
0,90
1,00
1,00
1,50
1,25
2,00
1,50
Extremamente bem conservada
Mais de 80% com Caatinga fechada
sem zona de solo nu
Bem conservada
Vegetação ou pasto bem conservado
Normal
BHD com 20% a 50 % desmatada ou
com cobertura vegetal rala
Degradada
BHD com 60% ou mais desmatada
Muito degradada
Solos nus e degradados com marcas
de erosão acentuadas
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 Sa 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
Ou Sa/S
CA
Muito forte >
0,5 açude/Km²
Normal entre
0,25 e 0,5 açude/
Km²
Nula
> 0,55
Entre 0,35 e 0,55
0
<1
1
1,6
Fonte. Molle e Cadier ,1992.
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
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
Fator CL
Muito elevada
0,8
Elevada
Normal
Fraca ou nula
0,9
1
1,2
Fonte. Molle e Cadier ,1992.
Para o caso em estudo verificou-se através do valor de L600 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 L600
corrigido igual a 35,2 mm.
4.5.3 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
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.
4.5.4 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 L600
corrigido já calculado anteriormente.
TABELA 6 – Valor do coeficiente A em função do valor de L600 Corrigido.
BHD com L600 <15 mm
Caso geral
0,0040
0,0033
BHD com L600 > 60 mm
0,0025
Fonte. Molle e Cadier, 1992.
De posse dos dados, de L600 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
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:
Vesc = volume escoado anual médio, em m3 .
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 64.021,00 m3 .
4.6 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 S C 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:
Q x = vazão máxima de cheia de projeto, em m³/s;
Sc = Superfície de contribuição de cheia, em Km²;
Fc = fator de correção.
4.6.1 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
Nesse caso Sc foi obtido tendo-se Sc = 0,5xS2 (solos com 30 mm > L600 >5mm) + S3
(solos com L600 > 30mm) . O valor encontrado para Latossolo vermelho amarelo (VE) com
L600 = 10 mm e Planossolo (PLS) com L600 = 70 mm foi igual a 0,528 Km2 .
4.6.2 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 Km2 , o fator de correção Fc = 1 e utilizando a
Equação 6 foi possível encontrar vazão máxima de cheia de projeto (Qx) = 10,20 m3 /s.
4.7 DIMENSIONAMENTO DO AÇUDE
4.7.1 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
(
)
( )
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
4.7.2 Volume e cota máxima da represa
O volume escoado médio da bacia foi estimado em Vesc = 64.021,00 m3 . O açude foi
dimensionado de forma a otimizar economicamente o investimento. Um açude com
capacidade maior do que o volume escoado médio (Vx > Vesc) 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 Vx , deve ficar entre 50%
e 60 % de Vesc. 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:
Vx = volume do açude, em m3 ;
Hx = cota máxima da represa, em m.
A fim de verificar se os cálculos estão corretos, obteve-se o valor Vx a partir de Hx ,
K e α usando a equação 11:
(
)
4.7.3 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 Hv 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
FIGURA 29: Esquema de um sangradouro lateral de formato retangular.
Fonte: Adaptada de Molle e Cadier, 1992.
4.7.3.1 Cálculo da largura do sangradouro e altura da lâmina
Em pequenas barragens, a altura da lâmina máxima admissível HV 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 Hv 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:
Hv = altura de lâmina d’água máxima admissível acima da soleira, em m;
Lsang = largura do sangradouro, em m.
53
4.7.3.2 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 ,1992.
4.7.4 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 HV.
54
FIGURA 31: Canal extravasor escavado no solo com escada de dissipação de energia.
Fonte: Atlas Digital das Águas, 2012.
O cálculo foi feito utilizando a Equação 13 (Equação para canais de Manning).
(
)
(
)
(
)
Onde:
Q x = vazão máxima de cheia de projeto em m3 ;
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.
Condições de conservação
Natureza das paredes
M. Boa
Boa
Regular
Canais com fundo em terra e talude com
pedras
0,028
0,030
0,033
Canais c/leito pedregoso e talude vegetado
0,025
0,030
0,035
Canais abertos em rocha (irregular)
0,035
0,040
0,045
Canais com revestimento de concreto
0,012
0,014
0,016
Canais de terra (retilíneos e uniformes)
0,017
0,020
0,023
Canais dragados
0,025
0,028
0,030
Fonte: CARVALHO, 2008 adaptada.
Má
0,035
0,040
0,018
0,025
0,033
4.7.4.1 Declividade do canal extravasor
55
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:
(
)
(
)
4.7.4.2 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, 1992.
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.
4.7.5 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
(
)
Onde:
X0 = coeficiente intermediário, adimensional;
S = superfície da Bacia Hidrográfica de Drenagem (BHD), em ha;
SAmort = superfície dos espelhos d’agua que podem amortecer as cheias, em há.
Quando a superfície total Slag dos açudes, lagoas ou depressões que existem dentro da
BHD é nula o que corresponde a esse caso, SAmort é calculado a partir da superfície máxima
SX do açude; para sua obtenção utilizou-se a Equação 16.
(
(
)
)
(
)
Quando o valor de X0 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 KAmort corrigiu-se a vazão da cheia de projeto Q x através da
equação:
(
)
57
4.7.6 Altura final da barragem
A altura da barragem está condicionada à cota máxima da represa Hx , a altura da
lâmina d’água no extravasor Hv 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, 2008.
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:
h0 = altura da onda, em m;
L = maior dimensão da represa a partir da barragem, em km.
58
4.7.7 Largura da crista e comprimento da projeção dos taludes
4.7.7.1 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)
Largura mínima da crista (m)
4
3
6
3,5
8
4
10
5
>12
6
Fonte: CARVALHO, 2008
4.7.7.2 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;
Z1 = inclinação do talude de montante;
Z2 = 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, 2008.
(*) 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
FIGURA 34: Seção transversal do maciço.
Fonte: Elaborada pelo autor, 2012.
4.7.8 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 35.
60
FIGURA 35: Esquema demonstrativo da altura (H), o comprimento de fundo (f) e o
comprimento total (L) da barragem.
Fonte: Elaborada pelo autor, 2012.
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
FIGURA 36: Domínios Hidrogeológicos do Estado da Bahia.
Fonte: Instituto de Gestão das Águas e Clima da Bahia, 2010.
4.8.1 Dimensionamento do conjunto motobomba
4.8.1.1 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.
4.8.1.2 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 m3 / h. Assim sendo,
considerando um bombeamento constante por 24 horas pode - se armazenar um volume de
144 m3 / dia.
62
4.8.1.3 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 (DN) entre a superfície do solo e a
entrada da água no reservatório adotada foi de 30 m.
4.8.1.4 Cálculo da altura manométrica
A altura manométrica para um poço artesiano pode se obtida pela Equação 22:
(
)
Onde:
Hm = altura manométrica em m.c.a;
N D = profundidade de nível dinâmico em m;
DN = diferença de nível entre o reservatório e o solo em m;
HT = perda de carga total em m.
A perda de carga total foi obtida somando- se os valores da perda de carga contínua
Hf 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 m3 /s;
C = coeficiente de rugosidade do material da tubulação.
O diâmetro da tubulação foi determinado em função da vazão como mostrado na
Tabela 11.
63
TABELA 11 – Diâmetros comerciais de tubos para poços artesianos em função da
vazão.
Diâmetros - bitolas comerciais
Vazão em L/h
Tubos roscáveis
Tubos soldáveis (mm)
De 0 a 1.000
3/4''
25
De 1.000 a 2.000
1''
32
De 2.000 a 4.000
1 ¹/4''
40
De 4.000 a 8.000
1 ¹/2''
50
De 8.000 a 15.000
1 ¹/2''
60
De 15.000 a 30.000
2''
75
De 30.000 a 60.000
3''
85
De 60.000 a 120.000
4''
110
De 120.000 a 200.000
5''
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 37.
64
FIGURA 37: Esquema típico de instalação de motobombas submersas em poços profundos.
Fonte: Catálogo de motobombas Schneider, 2011.
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
FIGURA 13: Perdas de carga localizadas em conexões, considerando-se os comprimentos
equivalentes em metros de canalização.
Fonte: Catálogos de bombas Schneider 2011.
4.8.1.5 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;
Hm = 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
4.8.1.6 Escolha do conjunto motobomba
De posse dos valores da vazão e altura manométrica e potência, foi escolhido o
conjunto motobomba. Como já dito anteriormente o modelo de equipamento a ser utilizado
para poços artesianos deve trabalhar dentro do poço (bomba afogada) do tipo axial.
O
conjunto é escolhido através de catálogos de fornecedores (Anexo D).
4.9 ESCOLHA DAS CULTURAS E DIMENSIONAMENTO DA SUPERFÍCIE DO
PERÍMETRO IRRIGADO
O dimensionamento do perímetro consiste em determinar a superfície S Pot a ser
implantada em função do volume Vx que o açude consegue armazenar somada ao volume do
reservatório que acumulará a água do poço artesiano. Procurou-se deixar o nível da água do
açude acima de 0,5 m de forma que a tomada d’água fique nessa profundidade a partir do
fundo do açude.
Foi projetado um perímetro em função de duas culturas, uma de ciclo curto e outra
perene. As culturas escolhidas foram a cebola (ciclo de 105 dias irrigáveis) e citros (laranja
pera) com irrigação diária.
O método de irrigação adotado para o cultivo da cebola é o gotejamento. Esse
sistema propicia uma economia de 50% no consumo de água em relação aos tradicionais
métodos utilizados como irrigação por sulco e aspersão, que já vem sendo implantado na
região semiárida com sucesso.
Para o pomar de laranja a ser implantado utilizou-se o sistema de irrigação por
aspersão convencional semiportátil. Nesse sistema a linha principal é fixa e as linhas laterais
móveis; assim pode-se setorizar o pomar e reduzir os custos com o sistema. A eficiência dos
sistemas de irrigação pode ser verificada na Tabela 12.
67
TABELA 12 – Valores de eficiência dos principais sistemas de irrigação.
Método
Sistema
Sulco
Corrugação
Faixa
Inundação
Lençol freático fixo
Lençol freático variável
Convencional portátil
Convencional semi portátil
Convencional fixo
Autopropelido
Pivô central
Deslocamento linear
Gotejamento
Microaspersão
Superficial
Subsuperficial
Aspersão
Localizada
Eficiência(%)
40-70
40-70
50-75
50-70
40-70
40-70
60-75
60-75
70-80
60-70
75-90
75-90
80-95
80-90
Fonte: Adaptada de EMBRAPA, 2011.
Para o cálculo da área utilizou-se a Equação 25:
(
)
(
)
Onde:
SPot = superfície potencial irrigável, em ha;
Vdisp = volume disponível, em m3 ;
Vabas= volume de abastecimento da propriedade, em m3 ;
Vperdas= volume de perdas, em m3 ;
Vha = volume que será utilizado por hectare, em m3 .
4.9.1 Cálculo do volume disponível
Tendo em mãos a profundidade inicial e final do açude e a vazão diária do poço
artesiano (QPdiária) foi possível estimar o volume disponível através da Equação 26.
(
)
(
)
Onde:
Dias/ciclo = quantidade de dias que dura o ciclo de desenvolvimento da cultura.
68
O volume inicial corresponde á máxima altura que água poderá chegar na barragem
(Hx ) e o volume final ao nível se pretende deixar o açude (Hfinal), dessa forma utilizando os
coeficientes geométricos do açude α e K chega-se na Equação:
(
(
)
)
4.9.2 Cálculo do volume de abastecimento
O volume de abastecimento é aquele destinado a outros fins que não seja a irrigação
do perímetro e deve ser subtraído do volume disponível.
Foi considerado que na propriedade não se desenvolve nenhuma atividade agrícola
além da que se propõe aqui, portanto o abastecimento refere-se ao consumo humano por dia
estimado em 200L/ pessoa e que no local residem 7 indivíduos.
Calculou-se o consumo ao longo do ciclo das culturas pela Equação 28:
(
)
(
)
Em que:
Vabas /p.irr = volume total utilizado no abastecimento durante todo o período que a
cultura será irrigada, em m3 ;
QTDpess = quantidade de pessoas na propriedade;
CONSper = consumo de água diário por pessoa, em L.
4.9.3 Cálculo do volume por hectare
Nesse caso considerou-se a evapotranspiração (ETo) diária da região e os valores do
coeficiente de cultura (Kc) para as culturas escolhidas . Foi utilizado a Eto de Hargreaves da
estação meteorológica mais próxima do local do açude (Barra-BA) distante 70 Km da represa.
Os valores da evapotranspiração podem ser consultados na Tabela 13.
69
TABELA 13 – Evapotranspiração diária para cada mês do município de Barra-Bahia.
Jan.
6,3
Fev.
6,0
Mar.
5,4
Eto ( mm) - cidade de Barra - BA
Abr. Mai. Jun. Jul. Ago. Set.
4,9
4,6
4,2 4,2
4,9
5,9
Out.
6,7
Nov.
6,8
Dez.
6,1
Fonte: Adaptada de Molle e Cadier, 1992.
O coeficiente de cultura para cebola (Tabela 14) é dado em função do estádio de
desenvolvimento; no caso da laranja também pode ser considerado a presença de plantas
invasoras, como pode ser observado na Tabela 15.
TABELA 14 – Coeficiente de cultura (Kc) da cebola nos diferentes estádios de
desenvolvimento para diferentes sistemas de irrigação.
Sistema de irrigação
Estádio
Sulco/aspersão
Gotejamento
Inicial (I)
0,55 - 0,70
0,70 - 0,80
Vegetativo (II)
0,75 - 0,85
0,75 - 0,85
Formação de bulbos (III)
0,95 - 1,10
0,90 - 1,00
Maturação (IV)
0,70 - 0,80
0,60 - 0,70
Fonte: EMBRAPA SEMIÁRIDO, 2012.
TABELA 15 – Valores
predominantemente secas.
Jan.
Árvores adultas com
cobertura superior a
0,6
70%.
Cultivos limpos sem
programa de controle 0,85
de plantas invasoras.
Árvores jovens com
cobertura arbórea de 0,55
50%.
Cultivos limpos sem
programa de controle 0,85
de plantas invasoras.
Árvores jovens com
cobertura inferior a
0,45
20%.
Cultivos limpos sem
programa de controle 0,95
de plantas invasoras.
de Kc correspondentes
aos citros cultivados em zonas
Fev. Mar Abr. Mai. Jun. Jul. Ago. Set. Out Nov.
Dez.
0,6
0,55 0,55 0,50 0,50 0,55 0,55 0,55
0,50
0,85 0,85 0,85 0,80 0,80 0,75 0,75 0,80 0,81 0,82
0,85
0,55 0,55 0,55 0,50 0,50 0,45 0,45 0,50 0,50 0,50
0,55
0,85 0,85 0,85 0,80 0,80 0,75 0,75 0,80 0,81 0,82
0,85
0,45 0,45 0,45 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40
0,45
0,95 0,95 0,95 0,90 0,90 0,85 0,85 0,90 0,90 0,90
0,95
0,6
0,6
Fonte: ALMEIDA, 2010.
70
Sem considerar possíveis chuvas, calculou- se a lâmina de irrigação necessária por quinzena
sendo essa igual ao valor da evapotranspiração versus o valor do Kc por quinzena. O volume
necessário á irrigação de um hectare é expresso pela Equação 29:
(
)
(
)
Onde:
Ef = eficiência do sistema de irrigação.
4.9.4 Cálculo do volume de perdas
Calcula-se o rebaixamento do nível do açude EVINF devido à evaporação e
infiltrações a partir da Eto da estação mais próxima. Somou-se a Eto dos meses referentes ao
ciclo das culturas. O valor do rebaixamento foi calculado usando-se a Equação 30:
(
)
Onde:
EVINF= rebaixamento devido a evaporação e infiltração, em mm;
C1 = coeficiente relacionado com a extensão do espelho d’água;
C2 = coeficiente relacionado com a infiltração do local.
O coeficiente 1,65 é um fator de correção utilizado quando os cálculos forem
realizados por meio da Eto de Hargreaves. O coeficiente C 1 é encontrado na Tabela 16.
TABELA 16 – Obtenção do coeficiente de extensão do espelho d’água
Superfície do espelho d’água (hectares)
Situação do vale
0 a5
5 a 10
10 a 20
20 a 50
Normal
0,90
0,85
0,80
0,75
Bem protegida
0,81
0,77
0,72
0,68
C1 .
> 50
0,70
0,63
Fonte: Adaptada de Molle e Cadier ,1992.
O vale do açude é considerado como normal. Com uma superfície do espelho d’água
estimado em 1,31 ha, adotou-se como coeficiente C 1 o valor de 0,90.
O coeficiente C 2 é obtido a partir de uma avaliação de campo observando a
inclinação das encostas e a incidência do vento no espelho d’água. Classifica-se como:
Classe 1 - açudes de pouca infiltração: C2 = 1.10
Classe 2 – açudes de infiltração média: C 2 = 1.25
71
Classe 3 - açudes de infiltração alta: C 2 = 1.63.
Para esse projeto considerou- se infiltração média e portanto o coeficiente C 2 é igual
a 1,25.
O volume de perdas calcula-se a partir do valor EVINF, estimado como indicado
anteriormente, e da superfície média. Essa superfície é igual, a (SInical + SFinal)/2
e
correspondem a altura inicial Hx e altura final que se pretende deixar o açude Hfinal. Assim, o
volume de perdas pode ser determinado utilizando-se a Equação 31:
(
(
)
(
)
)
(
)
EVINF é expresso em mm; o coeficiente 0,54 corresponde a uma correção da
fórmula com relação ao valor real e o fator 10-3 ao fato de EVINF ser expresso em mm
devendo ser convertido em m.
4.9.5 Cálculo final da superfície potencial do perímetro
De posse de todos os dados calculou-se a superfície potencial irrigável S pot. No
entanto sabe-se que nessas áreas a irrigação geralmente começa depois do inverno e raramente
o açude estará na sua cota máxima. Por isso faz-se uma correção relacionando o volume
máximo que o açude armazena (VX ) com o volume que escoa na bacia (Vesc ) através da
Equação 32.
(
)
Com o valor dessa razão entra-se no ábaco da Figura 39 e encontra- se o coeficiente
de redução CR e então se calcula a superfície do perímetro irrigado através da Equação 33:
(
)
Onde:
Sperim = superfície real do perímetro;
CR =coeficiente de redução.
72
FIGURA 39: Determinação do coeficiente de redução da superfície potencial irrigável.
Fonte: Molle e Cadier ,1992.
73
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 DIMENSIONAMENTO DO AÇUDE
5.1.1 Coeficientes geométricos α e K
Utilizando as curvas de nível da Figura 27 curva S1 com altura H1 igual a 1,5 m e
com área de 11.937,00 m2 e curva S2 com altura H2 de 2,5 m e área igual a 12.720,00 m2 e
jogando esses valores na Equação 8, obteve-se o coeficiente de forma do açude α igual a
1,12.
O valor do coeficiente de abertura K por meio da Equação 9 e utilizando os valores
de α, H1 e S1, foi igual a 10.094,50.
5.1.2 Volume e cota máxima da represa
O volume do açude Vx como dito anteriormente deve ser dimensionado considerando
o volume médio que escoa na bacia Vesc devendo ficar entre 50 e 60% do mesmo. Nesse caso
optou-se por um volume máximo do açude de 60% do volume escoado na bacia, ou seja, Vx =
0,6Vesc, sendo que os outros 40% funcionam como margem de segurança para que o açude
possa sofrer sangria.
A salinidade das águas é um problema sério em açudes principalmente na região
Nordeste e é consideravelmente aumentada quando o açude não sangra. Dessa forma tendo o
valor de Vesc igual a 64.021,00 m3 o volume calculado do açude Vx é igual a 38.412,70 m3 .
De posse dos coeficientes geométricos e o volume do açude e utilizando a Equação
10, chegou-se ao valor de 3,3 m de altura.
Utilizando a equação 11 foi feita a verificação da coerência dos cálculos quanto ao
volume Vx a ser armazenado; o valor de 38.380,40 m3 encontrado mostra que o mesmo está
correto.
5.1.3 Amortecimento de cheias
No cálculo da redução da vazão máxima devido ao amortecimento das cheias pelo
açude, levou-se em conta para o cálculo da superfície de amortecimento, a superfície máxima
SX do açude através da Equação 16 num total de 1,31 ha.
74
Obteve-se o coeficiente intermediário, usando-se a Equação 15, igual a 67. Através
do ábaco da Figura 33 verifica-se um coeficiente de amortecimento K amort igual a 0,88; de
posse do valor encontrado, corrigiu-se a vazão da cheia de projeto Qx usando-se a Equação
17 para 8,98 m3 /s.
5.1.3 Dimensionamento do sangradouro
No dimensionamento definiu-se uma largura L, atribuindo-se um valor a altura de
lâmina máxima admissível acima da soleira (Hv ) de forma que a vazão seja igual à vazão de
projeto, nesse caso igual a 10,20 m3 /s. O valor de Hv foi considerado em função da largura L
máxima possível do sangradouro, e assim permitir que o volume escoe provocando o mínimo
de erosão possível, para isso adotou-se o valor de 0,60 m que está um pouco acima do mínimo
recomendado (0,50 m) para barragens de terra. A largura do sangradouro utilizando a
Equação 12 foi dimensionada para 16 m, nesse caso desconsiderou-se o amortecimento de
cheias pelo açude por entender que a redução da largura é um valor pequeno, a diferença
servirá portanto como um fator de segurança extra. Para altura HV dimensionada recomendase a construção de os muros guia de proteção com altura de 0,8 m.
5.1.4 Dimensionamento do canal extravasor
O canal extravasor assim como o a sangradouro foi escavado no solo e não será
revestido com nenhum material específico, sendo a proteção do fundo ou aterro feita através
da compactação do mesmo a fim de evitar erosão ao entrar em contato com a água da sangria.
Com essas informações e considerando a qualidade das paredes do canal como boa encontrase na Tabela 7 o coeficiente de rugosidade (n) igual a 0,020.
A declividade do canal calculada através da Equação 14 foi igual a 0,0178 m/m, ou
seja, deve ter uma inclinação de 1,78 cm a cada metro de canal. A largura da base (b)
necessária para escoar o volume d’água que passa no sangradouro foi calculada por meio da
equação 13 e o valor encontrado foi igual a 6 m.
A passagem da água do sangradouro para o canal extravasor se dará por meio de
estreitamento da seção de 16 m (sangradouro) para 6m (extravasor).
O mesmo deverá ser
feito de forma gradual a fim de evitar que água que passa pela soleira seja freada pela redução
súbita da seção; o canal será escavado até uma distância em que não haja mais perigo das
águas ameaçarem a estrutura do aterro.
75
5.1.6 Altura final da barragem
O fundo da barragem encontra-se na cota 440 m com a profundidade da água (Hx )
igual a 3,3 m; estimou-se para cota 444 m por meio de fotografia aérea e Google Earth a
extensão máxima que o espelho d’água pode chegar para essa cota; o valor encontrado foi
igual a 0,45 Km; com isso obteve- se na Tabela 8 uma folga correspondente para barragem
igual a 0,75 m.
O valor da altura de ondas que podem se formar no açude foi calculado através da
Equação 19 e foi igual a 0,78 m. Assim utilizando a Equação 18 chegou-se na altura final (H)
da barragem igual a 5,4 m.
5.1.7 Largura da crista e comprimento da projeção dos taludes
A largura da crista (c) foi determinada em função da altura da barragem utilizando a
Tabela 9; para uma altura H igual a 5,4 m o valor encontrado para largura foi 3 m, no entanto
como esse é o valor mínimo a se adotar optou-se por dar uma margem de segurança adotandose 3,5 m.
A inclinação dos taludes de montante (Z1 ) e jusante (Z2 ) (Figura 35) foi determinada
usando-se a Tabela 10. Na tabela, para uma altura de aterro de 5,1 até 10 m sendo o mesmo
construído com material argiloso têm-se as inclinações de montante e jusante iguais a 2,75: 1
e 2,25: 1 respectivamente.
A largura da base do aterro (B), calculado através da equação 20 em função da
largura da crista, inclinação dos taludes e altura da barragem, teve um valor igual 30,5 m.
5.1.8 Estimativa do volume de terra em função da altura da barragem
A barragem terá o fundo na cota 440 m. A largura do fundo (f) para essa altura e foi
medida através das curvas de nível com um valor de 48 m. Para atingir uma altura (H) de 5,4
m o aterro deverá ir até a cota 445,4 m; o comprimento do aterro (L) corresponde à distância
que vai de um lado a outro do vale nessa altura (Figura 40). O valor calculado desse
comprimento é igual 300 m.
76
FIGURA 40: Dimensões do aterro medidas através das curvas de nível.
De posse dos dados e utilizando a Equação 21 chegou-se no volume de terra que
deverá ser movimentado para execução da obra que foi igual a 10.986,84 m3 .
5.2 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DO POÇO ARTESIANO
Através da Tabela 11 para uma vazão de 4 a 8 m3 pode-se escolher entre tubos
roscáveis e soldáveis com diâmetros de 1 ¹/2'' e 50 mm respectivamente. Foram utilizados
para o sistema tubos roscáveis. O diâmetro de 1 ¹/2'' equivale a aproximadamente 40 mm; o
material será PVC com coeficiente de rugosidade C igual 140.
O cálculo da perda de carga contínua (Hf) se deu por meio da Equação 24. Nesse
caso calculou-se o comprimento total da tubulação de recalque (L) igual a 133,5 m, pois a
profundidade do poço sendo 108 m e considerando a distância mínima de 3 m do fundo para
instalar o conjunto motobomba e ainda somando o comprimento do equipamento de 1,5 m
verificado no catálogo do fabricante, o comprimento (desde a motobomba até o reservatório
superior) chega a esse valor. A perda de carga verificada foi igual a 6,93 m.
Foram utilizadas na instalação do sistema, as peças descritas na Tabela 17 com as
soma das perdas ocasionas por elas. Os dados foram retirados da Figura 38, para o diâmetro
de 1 ¹/2''.
77
TABELA 17 – Perdas de carga localizadas em comprimentos equivale ntes.
Peça
Válvula de retenção vertical metálica
Luva de junção (PVC)
Curva de 90° (PVC)
União de PVC
Tê de passagem direta metálico com manômetro
Válvula de retenção horizontal metálica
Registro de gaveta metálico
Total em perdas localizadas
Quantidade
Comp. equivalente total (m)
2
1
3
1
1
1
1
9.6
0,4
3.6
0,1
0,9
3,2
0,3
18,1
Encontradas as perdas de carga contínuas e localizadas chegou-se na perda de carga
total (HT ) igual a 25,03 m. De posse de todos os dados e usando a Equação 23 calculou-se a
altura manométrica no valor total de 151,03 m.c.a.
A potência requerida pela bomba foi estimada pela Equação 25. Considerando um
rendimento de 75% encontrou-se o valor de 4,47cv; com isso, deverá ter 5 cv de potência.
Com a vazão desejada, altura manométrica e potência em mãos, o conjunto motobomba pode
ser escolhido fazendo-se uma ultima análise: a vazão do motobomba deve ser menor que a
vazão do poço, pois se o equipamento escolhido retirar mais água do que o poço consegue
repor, certamente o nível dinâmico diminuirá podendo deixar o equipamento descoberto, o
que é muito prejudicial. Dessa forma foi escolhido um conjunto com uma vazão menor que 6
m3 /h.
Através do catálogo do fabricante (Anexo D) foi escolhida a Motobomba Submersa
modelo SUB20-50S4E26. O equipamento possui potência de 5 cv e uma vazão de 5,6 m3 /h
para uma altura manométrica de 160 m.c.a que corresponde ao valor mais próximo do
calculado. O diâmetro da bomba é de 4'', portanto o diâmetro do poço deve possuir um valor
maior que esse; nesse caso o diâmetro foi corrigido para 6 ''.
78
5.3 DIMENSIONAMENTO DA SUPERFÍCIE DO PERÍMETRO IRRIGADO
5.3.1 Volume disponível
O volume que o poço disponibiliza por dia é o volume máximo que a bomba
consegue extrair bombeando durante 24 horas, nesse caso 5,6 x 24 igual a 134,4 m3 /dia. O
volume disponível do açude considerando que o mesmo deve manter o nível mínimo de 0,5 m
a partir do fundo e utilizando a primeira parte da Equação 27 foi estimado em 33.995,69 m3 .
O cálculo do volume total disponível é feito para a quantidade de dias do ciclo da
cultura; nesse caso como serão duas sendo uma delas perene, calculou-se o volume disponível
de água para irrigar durante um ano considerando 365 dias irrigáveis utilizando a Equação 27.
O volume anual disponibilizado pelas duas fontes sem considerar o período de chuvas é igual
83.051,69 m3 .
5.3.2 Volume de abastecimento
Considerou-se a presença de 7 pessoas na propriedade que consomem 200L/dia
durante o período de irrigação; utilizando a Equação 28, o volume destinado para esse fim
chega a 511 m3 de água.
5.3.3 Volume consumido por hectare na cultura da cebola
Considerou aqui que a época do plantio da cebola ocorreu depois da estação chuvosa
da região, no mês de julho. A lâmina de irrigação necessária foi calculada por quinzena
considerando a evapotranspiração versus o Kc e o volume total por hectare determinado pela
Equação 29. Para o sistema de irrigação por gotejamento foi considerada uma eficiência
média entre os valores apresentados na Tabela 12 igual a 87,5%; o Kc para cada estádio de
desenvolvimento conforme a Tabela 14 e ainda utilizando a ETo de Hargreaves para o local
(Tabela 13). Os resultados estão dispostos na Tabela 18.
79
TABELA 18 - Cálculo das necessidades de água por hectare para cultura da cebola.
Mês
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Total
Eto/dia
4,20
4,20
4,90
4,90
5,90
5,90
6,70
Eto qinzenal (mm)
63,0
63,0
73,5
73,5
88,5
88,5
100,5
Kc. Cebola (105 dias)
0,70
0,80
0,75
0,85
0,90
1,00
0,60
Lamina de irr(mm)
44,1
50,4
55,1
62,5
79,7
88,5
60,3
440,6
Consumo m³/ha
441,0
504,0
551,3
624,8
796.5
885,0
603,0
4.405,5
Vha (m³/ha) irrigação por gotejamento ( Ef = 0,875) = 4.405,5/0,8755
550,5
5.034,857
5.3.4 Volume consumido por hectare na cultura da laranja
No cultivo da laranja a lâmina de irrigação necessária foi calculada mensalmente
considerando irrigação diária durante um ano; usando a Tabela 12 adotou-se uma eficiência
média de irrigação para o sistema por aspersão convencional semiportátil igual a 67,5% e
coeficiente de cultura conforme a Tabela 15; nesse caso considerou-se a pior situação de Kc
ou seja árvores jovens com cobertura inferior a 20% na modalidade cultivos limpos sem
programa de controle de plantas invasoras.
Os resultados de consumo por hectare para um período de um ano da cultura da
laranja pera estão dispostos na Tabela 19.
80
TABELA 19 - Cálculo das necessidades de água por hectare para cultura da laranja.
Mês
Jan
Fev
Mar
Abril
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Eto/dia (mm)
6,3
6,0
5,4
4,9
4,6
4,2
4,2
4,9
5,9
6,7
6,8
6,1
Eto mensal (mm)
195,3
168,0
167,4
147,0
142,6
126,0
130,2
151,9
177,0
207,7
204,0
189,1
Kc da laranja
0,95
0,95
0,95
0,95
0,90
0,90
0,85
0,85
0,90
0,90
0,90
0,95
Lamina de irr(mm)
185,5
159,6
159,0
139,7
128,3
113,4
110,7
129,1
159,3
186,9
183,6
179,6
1.834,8
1.855,35
1596
1.590,3
1.396,5
1.283,4
1.134
1.593
1.869,3
1.836
1.796,5
18.348,15
Consumo m³/ha
1.106,7 1.291,15
Vha (m³/ha) irrigação por Aspersão convencional semiportátil ( Ef = 0,675) = 18.384,15/0,675
Total (ano)
2.006,2
27.182,44
.
81
5.3.5 Cálculo do volume de perdas
O rebaixamento do nível do açude devido à evaporação e infiltrações (EVINF) foi
calculado de acordo com a Equação 30. Nesse cálculo considera-se a soma da Eto durante os
dias de ciclo da cultura. Aqui foi considerado o ciclo da cebola pelo fato de o uso do açude se
tornar mais eficiente para um período menor de dias uma vez que o valor de EVINF é
também menor, possibilitando uma área irrigável maior. A cultura da laranja será irrigada
apenas pela água do poço artesiano para que o açude possa ser o mais útil possível para o
produtor.
Já foram definidos o coeficiente de extensão do espelho d’água (C 1 ) igual 0,90 e,
coeficiente de infiltração (C 2 ) igual a 1,25 e ETo total durante o ciclo da cultura igual a 550,5
mm (Tabela 18) e assim o valor do rebaixamento do açude foi igual a 1.021,86 m m.
O volume total de perdas foi estimado pela Equação 31 chegando-se no valor de
13.005,21 m3 . De posse dos dados e descontando o volume de perdas e o volume de
abastecimento calculou-se o valor anual disponível para irrigação devido às duas fontes num
total de 69.535,48 m3 .
Uma sugestão para minimizar a infiltração na barragem, é a colocação de uma lona
revestindo a represa; dessa forma pode-se ter um volume maior a disposição.
5.3.6 Cálculo da superfície potencial do perímetro.
Como dito antes, a cultura da cebola apresenta um ciclo curto e o seu plantio se dará
logo depois do período chuvoso quando o açude está teoricamente cheio. O cultivo da cebola
apresenta um risco menor para o produtor em relação ao pomar de laranja se este fosse
irrigado pelas águas da represa, além disso, os prejuízos econômicos ocasionados por déficit
hídrico são maiores em culturas perenes.
A propriedade será abastecida pelo poço artesiano, pois a qualidade da água desse é
superior a do açude; portanto a Equação 25 para o dimensionamento da superfície potencial
da cebola fica:
(
)
(
)
Descontando as perdas por evaporação e infiltração o volume disponibilizado pelo
açude é 20.990,48 m3 ; dividindo esse valor pelo volume gasto pela cultura durante o seu ciclo
como mostrado na Equação 34, chega-se na superfície potencial para cebola num total de 4,17
ha.
82
Pela Equação 25, a superfície potencial da laranja fica:
(
)
(
)
A vazão anual do poço artesiano é igual a 49.056,00 m3 ; através da Equação 35
utilizando o volume por hectare para cultura da laranja chega-se a uma superfície potencial
irrigável de 1,80 ha.
5.3.7 Cálculo final da superfície potencial do perímetro
A superfície Spot corresponde à superfície máxima irrigável quando o açude está na
sua cota máxima. Como comentado anteriormente, a irrigação da cebola começa logo depois
do inverno, mas raramente o açude estará com volume máximo e assim sendo a superfície
irrigável real será quase sempre inferior a essa devendo ser corrigida através do coeficiente de
redução CR obtida através da razão Vx/Vesc. O coeficiente CR informa, em particular, sobre
a frequência de enchimento (ou de sangria) do açude e nesse caso é igual a 0,5.
Com valor da razão Vx/Vesc através do ábaco da Figura 40 encontra-se um
coeficiente de redução igual 0,93 para uma bacia regular. A superfície do perímetro irrigado
Sperim da cebola através da Equação 33 torna-se 3,9 ha.
Para a cultura da laranja como não utilizará da água do açude, a superfície S perim é
igual à superfície potencial.
83
6 CONCLUSÃO
Considerando todos os fatores de segurança, a barragem terá uma altura máxima de
aterro igual a 5,4 m com largura de crista igual 3,5 m e largura da base igual a 30,5 m sendo
que a água chegará à altura normal de 3,3 m dentro do açude; o sangradouro deverá ter uma
largura de 16 m para escoar com segurança a vazão de cheia de projeto e o canal extravasor
uma largura de fundo igual a 6 m.
O poço artesiano terá um diâmetro de 6’’ sendo que para vazão a ser bombeada e
altura manométrica, serão utilizados um conjunto motobomba de 4’’ de diâmetro, 5 cv de
potência com vazão de 5,6 m3 /h e tubos de PVC roscáveis de 40 mm de diâmetro.
Descontadas as perdas por evaporação e infiltração iguais a 13.005,21 m3 , o açude
pode oferecer um volume total de 20.990,48 m3 e o poço artesiano considerando a sua vazão
diária de 134,4 m3 e descontando-se o volume para o abastecimento da propriedade
disponibiliza para irrigação um volume anual de 48.545,00 m3 . 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.
A precisão do método é adequada para pequenas barragens de terra com área máxima
de bacia hidrográfica até 5 Km2 , sendo que o modelo descrito, se bem utilizado, contribui para
a manutenção sustentável dos processos produtivos agropecuários através da construção de
açudes e a consequente utilização da água para irrigação.
Para estudos futuros, sugere-se continuar este projeto dimensionando a frota
necessária para realizar o trabalho de execução da obra; fazer o dimensionamento do sistema
de irrigação e do sistema elétrico e o estudo econômico para a implantação de toda a estrutura
necessária ao funcionamento do perímetro irrigado.
84
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<http://www.geoeste.com.br/empresa.html >. Acesso em: 13. Ago.2012.
VIEIRA, M. L. Apostila de hidráulica agrícola. Instituto federal de educação, ciência e
tecnologia. Curso de Agronomia. Disponível em: <
http://pt.scribd.com/doc/92220485/Apostila-de-Hidraulica-2011>. Acesso em: 29. Ago.2012.
88
ANEXO
ANEXO A – Mapa de pluviometria do Estado da Bahia.
FIGURA 41: Mapa de pluviometria do Estado da Bahia.
Fonte: Superintendência de desenvolvimento de estudos econômicos e sociais da Bahia – SEI, 2012.
89
ANEXO B – Mapa de zoneamento climático do Nordeste.
FIGURA 42: Mapa de zoneamento climático do Nordeste.
Fonte. Molle e Cadier, 1992.
90
ANEXO C1 - Mapa exploratório de reconhecimento dos solos de Buritirama-Ba
FIGURA 43: Mapa exploratório de reconhecimento dos solos de Buritirama-B.a
Fonte: EMBRAPA,1977.
91
ANEXO C2 - Mapa exploratório de reconhecimento dos solos de Barra-BA
FIGURA 44: Mapa exploratório de reconhecimento dos solos de Barra-BA
Fonte: EMBRAPA, 1977.
92
ANEXO D – Catálogo de motobombas submersas Schneider.
Figura 45: Catálogo de motobombas submersas Schneider.
Fonte: Schneider, 2012.
93
94