1
JOÃO FONSECA DE OLIVEIRA
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-HÍDRICA DE BACIAS DE ACUMULAÇÃO E
INFILTRAÇÃO E ESTIMATIVA DE PERDA DE SOLOS EM ESTRADAS NÃO
PAVIMENTADAS
Tese apresentada ao Programa de PósGraduação em Agronomia, da Universidade
Federal de Goiás, como requisito parcial à
obtenção do título de Doutor em Agronomia,
área de concentração: Solo e Água.
Orientador:
Prof. Dr. Nori Paulo Griebeler
Coorientador:
Prof. Dr. Carlos Alberto Lauro Vargas
Goiânia, GO – Brasil
2012
2
Termo de Ciência e de Autorização para Disponibilizar as Teses e Dissertações Eletrônicas
(TEDE) na Biblioteca Digital da UFG
Na qualidade de titular dos direitos de autor, autorizo a Universidade Federal de Goiás–UFG a
disponibilizar gratuitamente através da Biblioteca Digital de Teses e Dissertações – BDTD/UFG, sem
ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o documento conforme
permissões assinaladas abaixo, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da
produção científica brasileira, a partir desta data.
1. Identificação do material bibliográfico: [ ] Dissertação
[x] Tese
2. Identificação da Tese ou Dissertação:
Autor(a):
João Fonseca de Oliveira
CPF:
195625781-00
E-mail:
[email protected]
Seu e-mail pode ser disponibilizado na página?
[ x]Sim
[ ] Não
Vínculo Empregatício do(a) Autor(a):
Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira-INEP
Agência de fomento:
Sigla:
País:
UF:
CNPJ:
Título:
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-HÍDRICA DE BACIAS DE ACUMULAÇÃO E INFILTRAÇÃO E
ESTIMATIVA DE PERDA DE SOLOS EM ESTRADAS NÃO PAVIMENTADAS
Palavras-chave:
estruturas de drenagem; parâmetros de infiltração; modelos
Título em outra língua:
Physical-Hydric characterization of basins of accumulation and infiltration and
evaluation of soil loss on unpaved roads.
Palavras-chave em outra língua:
drainage structures; infiltration parameters; models.
Área de concentração:
Solo e Água
Data defesa:
16 de março de 2012.
Programa de Pós-Graduação:
Agronomia
Orientador(a):
Nori Paulo Griebeler
CPF:
E-mail:
Co-orientador(a):
Carlos Alberto Lauro Vargas
CPF:
E-mail:
Co-orientador(a):
CPF:
E-mail:
[email protected]
[email protected]
3. Informações de acesso ao documento:
Liberação para disponibilização?1
[x] total
[ ] parcial
Em caso de disponibilização parcial, assinale as permissões:
[ ] Capítulos. Especifique: __________________________________________________
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____________________________
Assinatura do(a) autor(a)
Data: 02 / 05 / 2010
Em caso de restrição, esta poderá ser mantida por até um ano a partir da data de defesa. A extensão deste prazo
suscita justificativa junto à coordenação do curso. Todo resumo e metadados ficarão sempre disponibilizados.
1
3
JOÃO FONSECA DE OLIVEIRA
“CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-HÍDRICA DE BACIAS DE ACUMULAÇÃO E
INFILTRAÇÃO E ESTIMATIVA DE PERDA DE SOLOS EM ESTRADAS
NÃO PAVIMENTADAS”.
Tese DEFENDIDA e APROVADA em 16 de
março de 2012, pela Banca Examinadora
constituída pelos membros:
______________________________
Prof. Dr. Nori Paulo Griebeler
Presidente-EA/UFG
____________________________________
Prof. Dr. Carlos Alberto Lauro Vargas
EEC/UFG
_______________________________
Prof. Drª. Vladia Correchel
EA/UFG
_________________________________
Prof. Dra. Maria da Glória Bastos
UFLA
_________________________________
Prof. Dr. Maurício Martines Sales
EEC/UFG
_________________________________
Prof. Dr. Ricardo Santos Silva Amorim
UFMT
4
AGRADECIMENTOS
A Deus, Senhor da minha vida e Mestre maior da construção de todos os
trabalhos deste mundo.
A meus pais, Abel Martins de Oliveira e Maria Fonseca de Oliveira (em
memória trabalhos deste mundo.) que com muita sabedoria deram a mim, as condições
necessárias para vencer desafios paltado nos princípios de dignidade e humanidade.
À minha família, Vânia Maria Correia de Oliveira, esposa, Henrique Fonseca
Correia de Oliveira e Karina Fonseca Correia de Oliveira, filhos, pelo apoio e incentivo
durante todo o período de estudos e trabalhos.
Ao Prof. Dr. Nori Paulo Griebeler, orientador sempre presente com dedicação e
sabedoria, pela contribuição indispensável na construção deste trabalho e do meu
conhecimento.
Ao Prof. Dr. Carlos Alberto Lauro Vargas, coorientador sempre atencioso e
com contribuições indispensáveis durante todo tempo na construção deste trabalho.
Aos
professores,
funcionários
e
colegas
do
Programa
de
Pós-
Graduação em Agronomia da Escola de Agronomia e Engenharia de Alimentos da
Universidade Federal de Goiás.
Aos amigos Paulo César, Doutorando em Agronomia e Ana Paula, Mestranda
em Agronomia, funcionários do IFET de Goiás, Campus de Urutaí, que além da amizade,
tornaram possível os trabalhos de campo. Ainda nesse quesito, pelas contribuições e
apreço,
agradecimento
especial
a
Iveraldo
Candido
Moreira,
técnico
em
georreferenciamento e graduando em Engenharia de Agrimensura.
Aos colegas de trabalho no INEP (Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas
Educacionais Anísio Teixeira), Marco César Araújo Pereira (Mestre em Estatística), Pedro
Henrique de Moura Araújo (Mestre em Ciências da Computação) e Gustavo Caetano
Oliveira de Faria Almeida (Mestre em Química) pelo companheirismo e contribuições
fundamentais para construção deste trabalho.
5
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS........................................................................................
6
LISTA DE FIGURAS......................................................................................... 7
RESUMO............................................................................................................
9
ABSTRACT...................................................................................................... 11
1
INTRODUÇÃO..............................................................................................
13
2
2.1
2.2
REVISÃO DE LITERATURA ....................................................................
CARACTERIZAÇÃO DAS ESTRADAS........................................................
EROSÕES E IMPLICAÇÕES AMBIENTAIS DAS ESTRADAS NÃO
PAVIMENTADAS..............................................................................................
Perda de solos em estradas não pavimentadas................................................
Sistemas de contenção dos processos erosivos em estradas não
pavimentadas...................................................................................................
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-HÍDRICA DO SOLO.......................................
Densidade do solo e porosidade........................................................................
Textura, limites de Atterberg e curva granulométrica..................................
Classificação táctil – visual...............................................................................
Infiltração...........................................................................................................
EVAPORAÇÃO..................................................................................................
ESTRUTURAS DE DRENAGEM EM ESTRADAS NÃO
PAVIMENTADAS.............................................................................................
CUSTOS DE CONSTRUÇÃO PARA ESTRUTURAS DE DRENAGEM EM
OBRAS RODOVIÁRIAS..................................................................................
Custos de Propriedade.....................................................................................
Custo de Oportunidade do Capital.................................................................
Seguros e Impostos...........................................................................................
15
15
16
2.2.1
2.2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.4
2.5
2.6
2.6.1
2.6.2
2.6.3
3
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.4
3.5
MATERIAL E MÉTODOS.............................................................................
LOCALIZAÇÃO E IMPLANTAÇÃO DAS BACIAS.....................................
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-HÍDRICA DO SOLO......................................
Ensaio táctil – visual.........................................................................................
Determinação das taxas de infiltração............................................................
MONITORAMENTO........................................................................................
Monitoramento da precipitação......................................................................
Equacionamento dos volumes acumulados de água......................................
EVAPORAÇÃO.................................................................................................
DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE VOLUMÉTRICA DAS BACIAS E
VOLUME SEDIMENTADO.............................................................................
3.6
SISTEMA DE BACIAS DE ACUMULAÇÃO E INFILTRAÇÃO EM SÉRIE
3.7
PERDA DE SOLOS...........................................................................................
3.7.1 Perda de solos da área de contribuição externa para cada bacia.................
3.7.2 Perda de solos da área de estrada correspondente a cada bacia..................
3.8
ESTIMATIVA DO CUSTO DE CONSTRUÇÃO PARA BACIA DE
ACUMULAÇÃO E INFILTRAÇÃO.................................................................
18
19
20
21
22
23
24
25
26
28
28
29
29
30
30
31
33
34
35
35
36
38
38
40
41
41
44
44
6
RESULTADOS E DISCUSSÃO......................................................................
DENSIDADES, TEXTURA, MASSA ESPECÍFICA, LIMITES DE
ATTEBERG E GRANULOMETRIA................................................................
Densidade do solo e porosidade.......................................................................
Textura...............................................................................................................
Massa específica e Limites de Atterberg........................................................
CLASSIFICAÇÃO TÁTIL-VISUAL................................................................
DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE INFILTRAÇÃO...................................
Precipitação e volume infiltrado pelo monitoramento..................................
Coeficientes de rendimento e de infiltração para cada bacia.......................
Infiltração e evaporação de bacia de acumulação e infiltração quando
fixada altura ou raio.......................................................................................
DIMENSIONAMENTO TEÓRICO E CONSTRUTIVO DE BACIA DE
ACUMULAÇÃO E INFILTRAÇÃO.................................................................
Volumes teórico-geométrico e construtivo......................................................
Dimensionamento de bacias de acumulação e infiltração em série...............
PERDAS DE SOLOS.........................................................................................
Perda de solos da área de contribuição externa em cada bacia....................
Perda de solos da área de contribuição das estradas em cada bacia............
PERÍODO DE MANUTENÇÃO PARA BACIAS DE ACUMULAÇÃO E
INFILTRAÇÃO..................................................................................................
ESTIMATIVA DE CUSTOS PARA BACIA DE ACUMULAÇÃO E
INFILTRAÇÃO..................................................................................................
48
48
5
CONCLUSÕES..................................................................................................
79
6
REFERÊNCIAS.................................................................................................
81
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.5
4.5.1
4.5.2
4.6
4.7
48
50
52
53
54
58
60
63
65
65
69
71
71
74
76
77
APÊNDICES.................................................................................................................. 88
7
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.
Tabela 2.
Tabela 3.
Tabela 4.
Tabela 5.
Tabela 6.
Tabela 7.
Tabela 8.
Tabela 9.
Densidade do solo seco, massa específica dos grãos e porosidade
das bacias I e II obtidas antes (Sa) e após (Sd) o armazenamento do
escoamento superficial........................................................................
Percentuais de frações texturais dos solos constituídos por material
de origem das bacias I e II e depositados por meio de processos
erosivos, antes da utilização (Sa), depois (Sd) e solo erodido (Se).
Limites de Atterberg e densidade de partícula dos solos pertencentes
às bacias de acumulação e infiltração e dos solos erodidos..............
Classificação táctil-visual do solo investigado no interior das bacias
I e II..................................................................................................
Volume geométrico (Vg), volume de construção antes (Vc) e depois
da utilização (Vd), volume de solo erodido e depositado (Vse) e
diferença de volume entre o construído e o geométrico (Vap) das
bacias I e II.................................................................................
Valores de volumes escoado e espaçamentos máximos obtidos pelo
software estradas para bacias I e II...................................................
Fatores componentes da USLE: Erosividade (R), erodibilidade (K),
fator dependente do comprimento e declividade de rampa (LS), fator
cobertura vegetal (C) e fator prática conservacionista (P)..............
Áreas de contribuição externa (Ext) e de estrada (Est) com
respectivas perdas de solo da bacia I.
Áreas de contribuição externa (Ext) e de estrada (Est) com
respectivas perdas de solos da bacia II..........................................
48
51
52
53
65
66
71
73
73
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.
Estrada que apresenta acumulação de escoamento superficial,
indicando erosão no leito da estrada (CODASP, 2007)..................
18
Figura 2.
Figura 3.
Bacias de acumulação e infiltração (DAEP, 2006)..............................
20
31
Figura 4.
Figura 5.
Figura 6.
Figura 7.
Figura 8.
Figura 9.
Figura 10.
Figura 11.
Figura 12.
Figura 13.
Figura 14.
Figura 15.
Figura 16.
Figura 17.
Figura 18.
Figura 19.
Figura 20.
Figura 21.
Figura 22.
Figura 23.
Figura 24.
Figura 25.
Figura 26.
Figura 27.
Construção das bacias de acumulação e infiltração, Campus do
Instituto Federal Goiano, Urutaí, GO..................................................
Pontos de coleta (A, B, C e D) de amostras para caracterização
fílico-hídrica do solo nas bacias de acumulação e infiltração ..........
Amostras indeformadas para determinação da densidade do solo....
Ensaio e análise táctil-visual dos solos das bacias .............................
Determinação da infiltração por anéis concêntricos antes e posterior
a utilização das bacias .......................................................................
Pluviômetro instalado nas imediações das bacias de acumulação e
infiltração.............................................................................................
Bacia de acumulação e infiltração de água, indicando a presença de
régua para acompanhamento da altura de lâmina d’água ..................
Bacia da cumulação e infiltração recém-construída ..........................
Levantamento altimétrico em pontos da superfície interna da bacia
de acumulação e infiltração II, locados por estiletes...........................
Esquema ilustrativo da deposição de partículas de solo no fundo da
bacia de acumulação e infiltração .....................................................
Deposição de material erodido nas bacias de acumulação e
infiltração ............................................................................................
Infiltração pelo método dos anéis concêntricos (infiltrômetro) na
bacia I ..............................................................................................
Infiltração pelo método dos anéis concêntricos (infiltrômetro) na
bacia II ..............................................................................................
Esquema do processo de infiltração inicial em uma bacia de
acumulação e infiltração ...................................................................
Esquema de bacia de acumulação e infiltração com infiltração
reduzida e equiparada no seu horizonte superficial..........................
Esquema de bacia de acumulação e infiltração com taxas mínimas
de infiltração .....................................................................................
Variação dos volumes infiltrados – bacias I e II...............................
Acumulação da precipitação, volume retido e volume infiltrado –
bacia I .............................................................................................
Acumulação da precipitação, volume retido e volume infiltrado –
bacia II ............................................................................................
Infiltração e evaporação em função da variação do raio com volume
e profundidade fixos............................................................................
Infiltração e evaporação em função da variação da profundidade
com volume e raio fixos ......................................................................
Bacia I (a) e II (b) antes da utilização pelo escoamento superficial....
Médias mensais em estação pluviométrica de Ipameri-GO (INMET)
Esquema de bacias de acumulação e infiltração com func. em série
Detalhe de bacia de infiltração com vegetação. Cidade de Portland
em 2004. Manual de Águas Pluviais...................................................
31
32
33
34
35
36
39
39
49
50
55
55
56
57
58
59
61
61
63
64
67
69
70
76
9
RESUMO
OLIVEIRA, J. F. de. Caracterização físico-hídrica de bacias de acumulação e
infiltração e estimativa de perda de solos em estradas não pavimentadas. 2012. 96 f.
Tese (Doutorado em Agronomia: Solo e Água)–Escola de Agronomia e Engenharia de
Alimentos, Universidade Federal de Goiás, 20121.
Este trabalho foi desenvolvido tendo como objetivos a determinação de
características físico-hídrica do solo em locais de construção de estruturas de drenagem e
avaliação de perdas de solos em estradas não pavimentadas, visando a redução dos
impactos provenientes dos processos erosivos nestas estradas por meio de projetos e
modelos de dimensionamento. Para obtenção desses valores, foram construídas duas bacias
de acumulação e infiltração nas margens da Rodovia Geraldo Silva Nascimento, em área
pertencente ao Instituto Federal de Educação Tecnológica (IFET), Campus Urutaí, zona
rural de Urutaí-GO. O trabalho foi coordenado na Escola de Agronomia da Universidade
Federal de Goiás (EA/UFG), complementando com a utilização do laboratório de
Mecânica dos Solos da Escola de Engenharia Civil da UFG e IFET de Urutaí-GO. As
dimensões das bacias de acumulação e infiltração construídas foram 5,40 m e 4,70 m de
raio e 2,10 m e 1,52 m de profundidade respectivamente para as bacias I e II. Em seguida,
com finalidade de determinação de perdas de solos, foi feito o levantamento topográfico
das áreas de contribuição de cada bacia, determinando as inclinações e suas características
de vegetação, uso e manejo. Paralelamente, foram realizados testes de infiltração com
anéis concêntricos, ensaio táctil-visual, ensaios de caracterização de amostras de solos
coletadas dentro das bacias, levantamento topográfico de suas cotas, antes e depois de
serem preenchidas pelo escoamento. A precipitação local e o comportamento do volume
acumulado e infiltrado da água proveniente do escoamento superficial tiveram
monitoramento diário no período de 22/01/10 a 27/05/10. Os resultados encontrados de
densidade do solo, massa de partículas, curva granulométrica, textura e limites de
Atterberg mostraram que os valores estão de acordo com as características de solos
tropicais. Os solos das bacias de acumulação e infiltração tiveram reduções na porosidade
11,28% e 9,80% nas bacias I e II respectivamente, devido ao selamento superficial
provocado pelo sedimento transportado e depositado no interior das bacias. O método de
anéis concêntricos subestimou as taxas de infiltração. As medidas com os anéis foram de 5
mm h-1 e 26 mm h-1 e no monitoramento foram de 8 mm h-1 e 27 mm h-1 para as bacias I e
II respectivamente, o que pode ser explicado pela maior área de abrangência e carga
hidráulica usadas no monitoramento. A relação entre os volumes totais, infiltrado e
acumulado no período permitem determinar o coeficiente de rendimento (nr) da bacia na
função de infiltra2ção, sendo que para bacia I obteve-se nr = 14,78% e nr = 52,63% para a
bacia II. Simulações com variações da profundidade com demais dimensões fixas da bacia
quanto a infiltração e evaporação mostraram ser recomendado a variação do raio. A
aplicação da Equação Universal de Perda de Solo (USLE) na determinação de perdas de
solo na área de contribuição externa com cobertura de brachiaria brizantha gerou
resultados de 9,42 t ha-1 e 6,32 t ha-1 referentes às bacias I e II respectivamente. Entretanto
as perdas de solos calculadas de 64,19 t ha-1 e 26,48 t ha-1 nas áreas de estradas das bacias I
e II respectivamente, no período considerado, são valores que mostram a intensidade do
processo erosivo no local. Diante dos resultados é possível afirmar que seja recomendável
a manutenção anual das bacias de acumulação e infiltração em estradas não pavimentadas.
1
Orientador: Prof. Dr. Nori Paulo Griebeler. EA-UFG.
Coorientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Lauro Vargas. EEC-UFG.
10
Os dados determinados pelo nível ótico, manipulados pelo software Gnu Octave gerou
gráficos de superfície indicando que o volume construído superestimou o volume
geométrico da bacia, indicando a possibilidade de adoção de coeficiente de segurança para
o volume de cálculo. Para evitar o transbordamento de líquido acumulado motivado por
chuvas contínuas recomenda-se o dimensionamento de bacias com funcionamento em
série. Considerando as características dos solos locais, os parâmetros de infiltração,
evaporação, perdas de solos nas áreas de contribuição das estradas e relações entre
volumes teórico-construtivo devem ser utilizados em projetos e modelos de
dimensionamento de sistemas de drenagem em estruturas de acumulação e infiltração em
estradas não pavimentadas.
Palavras-chave: estruturas de drenagem, parâmetros de infiltração, modelos.
11
ABSTRACT
OLIVEIRA, J. F. de. Physical-Hydric characterization of basins of accumulation and
infiltration and evaluation of soil loss on unpaved roads. 2012. 96 f. Thesis (PhD. in
Agronomy: Soil and Water)–Escola de Agronomia e Engenharia de Alimentos,
Universidade Federal de Goiás, 20122.
The aim of this study was to determine the physical-hydric characteristics of
soil at construction sites of drainage structures and to evaluate the soil loss on unpaved
roads, aiming at a reduction on the impacts originated from erosion processes on these
roads by means of projects and scaling models. To obtain these values, two accumulation
and infiltration basins were built on the banks of the Rodovia Geraldo Silva Nascimento,
on an area owned by the IFET-Goiano, Campus Urutaí-GO, rural zone of Urutaí-GO. The
work was coordinated at the Escola de Agronomia of Universidade Federal de Goiás
(EA/UFG), and complemented at the laboratories of Escola de Engenharia Civil of UFG
and IFET from Urutaí-GO. The dimensions in which basin I and basin II were built are
respectively, 5,40m and 4,70m wide and 2,10m and 1,52m deep. In addition, in order to
determine the soil loss, a topographic study of the contributing areas of each basin was
made, determining the inclination and the characteristics of its vegetation cover, usage and
management. In parallel, infiltration tests using infiltrometers rings, tactile-visual
examination, analysis of soil samples collected in the basins, topographic studies of its
quotas before and after being filled by the runoffs were performed. The local precipitation
and the behaviour of the volume of water accumulated and infiltrated arising from the
superficial runoff had daily monitoring during the period between 22/01/10 to 27/05/10.
The results found in soil bulk density, particles mass, granulometric curve, textures and
Atterberg limits showed that the values are in accordance with the characteristics of soils in
tropical areas. The soil in the accumulation and infiltration basins I and II had a reduction
in porosity from 11,28% to 9,80% respectively, due to the encrustation, impermeability,
and blockage of the pores of the dislodged soil particles, transported and deposited in the
interior of the basins. The method of the infiltrometers underestimated the infiltration rates,
as the values were 5 mm h-1 and 26 mm h-1, and during monitoring 8 mm h-1 e 27 mm h-1
to basins I and II respectively, which can be explained by the broader range and hydraulic
power used in monitoring. The relation between the total volumes, infiltrated and
accumulated during the period allows to determine the coefficient of performance of the
basins as regards infiltration, considering that basin I obtained nr = 14,78% and basin II nr
= 52,63%. Simulations with variation of height together with other fixed dimensions of the
basin regarding infiltration and evaporation showed that a variation of width is
recommended. The USLE approach to soil loss in the external contribution area covered
with brachiaria brizantha had results of 9,42 t ha-1 and 6,32 t ha-1 in reference to basins I
and II respectively. Notwithsta3nding, the soil loss calculated at 64,19 t ha-1 e 26,48 t ha-1
in the road areas of basins I and II respectively, during the considered period, are values
that indicate the intensity of erosive processes on unpaved roads. In view of the results it is
possible to affirm that annual maintenance is recommended on accumulation and
infiltration basins on unpaved roads. The data determined by the optical level manipulated
by the software Gnu Octave created surface graphics indicating that the constructed
volume overestimates the geometric volume of the basin, and consequently the necessity of
a security coefficient for volume calculation in scaling. To avoid the overflow of
2
Adviser: Prof. Dr. Nori Paulo Griebeler. EA-UFG.
Coadviser: Prof. Dr. Carlos Alberto Lauro Vargas. EEC-UFG.
12
accumulated liquid caused by continuous rains scaling of the basins operating in series is
recommended. Considering the characteristics of the local soil, the infiltration parameters,
evaporation, soil loss in contributing areas of the roads and the relation between the
theoretical-constructive volumes, projects and scaling drainage systems models should be
used in accumulation and infiltration structures on unpaved roads.
Key words: drainage structures, infiltration parameters, models.
13
1
INTRODUÇÃO
A malha viária de qualquer país é fundamental para impulsionar avanços no
seu desenvolvimento econômico e social, pois constitui a principal interligação entre o
setor produtivo e os consumidores. Esta malha permite também o acesso da população aos
serviços, incluindo saúde comércio, educação e lazer, sendo equívoco pensar em estradas
não pavimentadas como problema restrito ao setor rodoviário.
As estradas não pavimentadas somam cerca de 90% (CNT, 2008) de toda a
malha rodoviária brasileira, englobando desde as estradas de pequeno porte, originárias de
caminhos rurais sem projeto, até rodovias projetadas pela engenharia rodoviária. Devido à
importância destas estradas no desenvolvimento da nação, condições adequadas de tráfego
tornam-se uma necessidade, todavia mantê-las conservadas constitui processo dispendioso.
Uma das principais formas de degradação das estradas não pavimentadas é a
erosão, que em grande parte é devido à deficiência nos seus sistemas de drenagem,
tornando ineficiente o disciplinamento do escoamento superficial. Assim, as estradas
acumulam o escoamento superficial, umedecendo o leito e elevando a energia cinética,
desencadeando processos de degradação na plataforma da estrada e em suas margens.
Neste sentido, para reduzir a degradação das estradas pela erosão, além dos
estudos de capacidade de suporte, devem ser aplicadas técnicas para sua adequada
drenagem, o que pressupõe a construção de estruturas para a adequada coleta, retenção e
infiltração do escoamento superficial. Estas estruturas devem reduzir a energia do
escoamento e favorecer a infiltração da água, interferindo assim, favoravelmente para a
redução do potencial erosivo, dos riscos de cheias e de assoreamento de mananciais, além
de possibilitar incrementos na umidade do solo e na elevação dos volumes d'água nos
lençóis freáticos.
No Brasil, tanto as estradas não pavimentadas como os sistemas de drenagem
nestas, quando existem, são construídos sem apoio de metodologias e técnicas adequadas.
Estas também se mostram bastante generalistas, sem a devida consideração da gama de
fatores envolvidos, e os estudos são bastante incipientes, mostrando a necessidade da
14
realização de pesquisas e do desenvolvimento de técnicas mais adequadas às diferentes
regiões do país.
Desse modo, técnicas construtivas associadas aos parâmetros de caracterização
e às características físico-hídricas do solo local como porosidade, permeabilidade e taxas
de infiltração fazem com que estradas e meio ambiente trabalhem em harmonia,
proporcionando bem estar aos usuários e redução de impactos ao meio ambiente. Um tipo
de estrutura comumente utilizada é a implantação de bacias de acumulação e infiltração
com a finalidade de receber o escoamento superficial e retê-lo para que seja infiltrado.
O dimensionamento dessas estruturas é dependente do volume de escoamento
gerado, o qual depende das características de precipitação pluviométrica e das áreas de
contribuição ao escoamento. O seu correto funcionamento depende principalmente das
características do solo no qual será construído, sobretudo quanto a sua capacidade de
infiltração de água. Já a sua vida útil ou o intervalo para manutenção está atrelado
diretamente com as características e quantidades de sedimentos presentes no escoamento
superficial.
Nesse sentido, os objetivos gerais deste trabalho foram determinar por meio de
monitoramento e ensaios realizados em laboratórios, a caracterização dos solos e dos
sedimentos, parâmetros físico-hídricos em bacias de acumulação e infiltração, o
dimensionamento e a quantificação das perdas de solo em estradas não pavimentadas.
Especificamente, o objetivo foi avaliar o funcionamento de bacias de acumulação e
infiltração em relação à dinâmica de água proveniente do escoamento superficial em
estradas não pavimentadas.
15
2
REVISÃO DE LITERATURA
2.1 CARACTERIZAÇÃO DAS ESTRADAS
Estradas podem ser definidas como faixas do terreno com características
adequadas para permitir o deslocamento de pessoas e veículos. Cunha (2010) destaca que
as estradas vicinais são entendidas como elementos geográficos presentes nas paisagens
rurais. Estas, desde caminhos primitivos ou vias modernas com grande infraestrutura,
permitiram e permitem a interligação entre regiões, influenciando no aspecto social,
econômico e cultural das nações. Estas estradas podem ser originadas de um caminho que
se desenvolveu pelo uso durante anos, ou podem ser projetadas e construídas de acordo
com um projeto geométrico, seções transversais e um sistema de drenagem, sendo
construídas usando-se o solo natural local na camada final (Banque Mondiale, 1998).
As estradas não pavimentadas são de grande importância econômica e social
para o país, pois é por meio delas que são feitas as ligações entre as comunidades
produtoras e as grandes rodovias pavimentadas. Desta forma, estas contribuem para o
escoamento de diferentes tipos de produtos até os centros de consumo e terminais de
exportação, constituindo ainda, um importante elo entre o meio rural e urbano (Alves,
2009). Esse tipo de estrada caracteriza-se por não ter um pavimento asfáltico ou outro,
diretamente aplicado sobre a pista que irá receber o tráfego.
No contexto mundial o Brasil ocupa a quinta posição em área geográfica (8,5
milhões de km2) e a quarta posição em extensão rodoviária (CIA, 2009). Segundo dados da
Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2008), o Brasil possui 1751872 km de
rodovias pavimentadas e não pavimentadas, sendo que 14,4% são de rodovias estaduais,
78,8% são de rodovias municipais e 6,8% são federais. As estradas não pavimentadas são a
maioria, sendo 88,9%, contra apenas 11,1% de rodovias pavimentadas, ou seja, somente
196.093 km de rodovias asfaltadas. Até o final da década de 1990, estrada não
pavimentada era um componente da questão ambiental pouco lembrado e estudado no
Brasil.
16
2.2 EROSÕES E IMPLICAÇÕES
PAVIMENTADAS
AMBIENTAIS
DAS
ESTRADAS
NÃO
Com o passar dos anos percebeu-se que grande parte dos problemas ambientais
no meio rural tem contribuição advinda de águas drenadas do leito de estradas, sem
práticas de conservação, tanto na região lindeira quanto nas erosões iniciadas nas laterais
destas estradas ou nas voçorocas formadas pela manutenção equivocada destes caminhos
(Gonçales Junior, 2006).
Segundo Trombulak & Frissel (2000), os principais impactos ambientais
causados por estradas são aqueles advindos dos processos erosivos, da mortalidade de
espécies animais devido à colisão com veículos, da modificação do comportamento
animal, da alteração do meio ambiente, da dispersão de animais e da expansão de núcleos
ou de comunidades rurais. A área de influência direta de uma estrada geralmente envolve
no mínimo suas faixas de domínio e interfere diretamente na drenagem das microbacias.
Quando da abertura de uma estrada, a intervenção antrópica atua diretamente
sobre o ambiente natural, e quando da manutenção ocorre a necessidade de uso dos
recursos naturais, principalmente cascalho e produtos fósseis, quando da pavimentação.
Tanto as estradas pavimentadas quanto as não pavimentadas interferem grandemente na
impermeabilização da superfície do solo.
Uma das alterações provocadas pela construção de estradas é a interferência na
paisagem, perturbando um ambiente em equilíbrio, muitas vezes seccionando linhas de
escoamento naturais. A densidade de drenagem da bacia hidrográfica aumenta
consideravelmente com a inclusão das estradas rurais, pois elas durante eventos de chuva
acabam se transformando em cursos de água efêmeros. Em um estudo em uma Bacia
Hidrográfica no município de Guarapuava, Estado do Paraná, Cunha (2010) encontrou que
a densidade de drenagem, devido as estradas, passou de 1,37 km km-2 para 4,9 km km-2. Os
resultados apresentados por esse autor ressaltam ainda que a quantidade de caminhos e
estradas não pavimentadas supera a quantidade de estradas principais e que estão em todas
as unidades geomorfológicas da bacia.
Antonangelo & Fenner (2005) enfocam que no conceito de desenvolvimento
sustentável, aparece a adequada construção e manutenção de estradas como fatores
essenciais para a preservação do meio ambiente, destacando que estradas de uso florestal
mal planejadas, construídas e/ou mantidas podem causar acelerada erosão do solo,
17
afetando, principalmente, a qualidade da água dos rios. Este mesmo enfoque é ressaltado
por Corrêa (2005), salientando que, em estradas florestais, o principal problema ambiental
é o desencadeamento de processos erosivos, uma vez que, essas funcionam como canais,
transportando água e sedimentos, os quais causam o assoreamento e a poluição de
mananciais.
Thomaz & Melquiades (2009), com objetivo de discriminar a proveniência de
sedimento em bacia rural em Guarapuava no Estado do Paraná, constataram que o
sedimento depositado no canal fluvial apresenta maior similaridade com os materiais das
estradas do que com o barranco do rio. A suposição estabelecida no presente estudo foi de
que os depósitos de sedimentos existentes no canal fluvial são formados, sobretudo, por
material recentemente transportado das estradas rurais não pavimentadas. Observaram
ainda que o sedimento oriundo das estradas é constituído na sua maioria de material fino,
com considerável teor de argila, tendo como elemento químico mais abundante, o ferro.
Ward & Trimble (2004) destacam que o sedimento sólido é o mais
significativo de todos os poluentes, por sua concentração na água, seus impactos no uso da
água e seus efeitos no transporte de outros poluentes. A maioria das bacias de captação de
água para consumo está localizada em áreas rurais e, portanto, são influenciadas pelo
excesso de sedimentos encontrados no sistema fluvial. Quando se trata de mananciais de
abastecimento de água, o tempo e o custo do processo de tratamento aumentam em casos
de excesso de turbidez.
De acordo com Morais et al. (2004), o escoamento não controlado das águas
pelas estradas provoca o surgimento de grandes erosões nas suas laterais ou mesmo no seu
leito, colocando em risco os usuários, deteriorando as estradas, provocando assoreamento,
poluição e enchentes, além da destruição de bueiros e pontes. Esses efeitos respondem pela
desestabilização dos serviços de transporte no meio rural em períodos de chuvas e o
encarecimento da manutenção da malha viária.
Na Figura 1 é mostrado um exemplo de estrada com problemas de drenagem,
onde é possível perceber que ocorre concentração do escoamento na pista de rolamento,
transformando-a em um canal escoadouro, o que causa sua deterioração e interfere nas
características hidrológicas de toda a bacia de contribuição.
Conforme Vestena & Thomaz (2006), as estradas, carreadores e caminhos são
implantados em diferentes unidades geomorfopedológicas, muitas vezes, sem considerar a
aptidão do terreno, o que faz com que a sua conservação seja realizada com dificuldade.
18
Deste modo, muitas estradas internas das propriedades tornam-se intransitáveis devido ao
forte processo erosivo que se instala sobre o leito.
Figura 1. Estrada que apresenta acumulação de escoamento superficial, indicando erosão
no leito da estrada (Zoccal, 2007).
2.2.1
Perda de solos em estradas não pavimentadas
Mesmo com a importância estratégica que as estradas possuem, a falta de
manutenção e projetos adequados provoca vários danos ambientais, dentre os mais graves,
as perdas de solo e consequentemente, os impactos dessas nos recursos hídricos.
Grace III et al. (1998) salientam que, de forma geral, cada componente da
estrada contribui para a composição do total erodido pela mesma e que em áreas florestais,
mais de 90% do sedimento produzido provêm das estradas, sendo este devido
principalmente à drenagem inadequada.
O Estado de São Paulo, de acordo com Zoccal (2007), tem cerca de 250 mil km
de estradas, das quais, aproximadamente 220 mil km são de estradas vicinais, produzindo
perdas de solo anuais estimadas em mais de 200 milhões de toneladas. Salienta ainda que
cerca de 70% deste solo chega aos mananciais em forma de sedimentos transportados pela
água, causando assoreamento e poluição, aumentando a degradação do meio ambiente e
reduzindo a qualidade e quantidade de água, sendo que as estradas não pavimentadas
contribuem com 50% do solo carreado aos mananciais e 70% das erosões existentes.
Oliveira et al. (2010), em trabalho sobre perda de solos em estradas florestais
na região Centro-Leste do estado de Minas Gerais, obtiveram resultados que mostram que
a maior parte dos sedimentos é proveniente dos deslocamentos de massas, entretanto as
estradas florestais não pavimentadas também apresentam valores elevados de perdas. Os
19
resultados encontrados pelos autores sugerem a necessidade de melhores práticas de
controle da erosão em estradas e a manutenção dos taludes vegetados para evitar perdas de
solo e de água.
Considerando a largura média de 6 m, em trechos de estradas florestais
avaliadas no norte do estado de Santa Catarina, Corrêa (2005) constatou perdas de solos na
ordem de 10,71 t km-1 no período de março de 2003 a junho de 2004. Baihua et al. (2010),
em trabalho de revisão sobre perdas da solo em estradas não pavimentadas em regiões de
países diferentes, encontraram valores que variam de 1,4 g m-2 mm-1 ano-1 a 19,5 g m-2
mm-1 ano-1. Estes valores indicam grandes variações nas determinações e estimativas,
dificultando o estabelecimento de índices. Estas grandes diferenças podem estar associadas
a diferentes metodologias de determinação, bem como as características dimensionais das
estradas, da precipitação, e as condições dos solos e relevo, bem como do uso das vias.
2.2.2 Sistemas de contenção dos processos erosivos em estradas não pavimentadas
Segundo Griebeler et al. (2005), a redução dos problemas de erosão nas
estradas de terra pode ser obtida pela adoção de medidas que evitem que a água
proveniente do escoamento superficial, tanto aquele gerado na própria estrada como o
proveniente das áreas às suas margens, acumule-se na estrada e passe a utilizá-la para o seu
escoamento.
Catelani et al. (2004) destacam que a não conservação de estradas vicinais
resulta no transporte de sedimentos e que os problemas de erosão do solo nas margens das
estradas com o conseqüente carreamento de materiais para os leitos dos rios são fatores que
agravam as condições ambientais e a qualidade dos recursos hídricos. Já Casarin &
Oliveira (2009) destacam que a erosão provocada pela água no leito e nas margens das
estradas rurais de terra está intimamente relacionada à má drenagem, sendo um dos
principais fatores para sua degradação. Ressaltam que, para que o sistema de drenagem
seja feito de forma adequada é necessário o conhecimento da erodibilidade, capacidade de
infiltração de água no solo e da adoção de práticas mecânicas de elevação do greide e
interceptação de águas através de dispositivos de captação.
Algumas formas de evitar o escoamento da água sobre o leito da estrada são o
abaulamento da pista de rolagem, a construção de canais de drenagem e a condução do
escoamento para bacias de acumulação e infiltração ou outros sistemas localizados às
margens das vias (Griebeler et al., 2005).
20
A construção de bacias de acumulação e infiltração pode contribuir
expressivamente para adequação do sistema de drenagem, controle dos processos erosivos
e redução do assoreamento de nascentes, rios e lagos, pois o escoamento superficial é
armazenado nestas, favorecendo sua infiltração e evaporação (Figura 2).
Figura 2. Bacias de acumulação para armazenamento e infiltração (DAEP, 2006).
Silva (2009) salienta que a implantação de bacias de acumulação e infiltração
destinadas à contenção do escoamento superficial proveniente das estradas consiste em
uma alternativa de grande potencial de uso, principalmente, nas situações em que não há
sistemas de terraceamento para os quais possa ser conduzido o escoamento superficial.
2.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-HÍDRICA DO SOLO
Para a agricultura, solo é a camada na qual se pode desenvolver vida, porém
sob o ponto de vista da mecânica dos solos, é um corpo passível de ser escavado, sendo
utilizado dessa forma como suporte para construções ou material de construção.
Segundo Machado et al. (2005), o solo é parte integrante de qualquer
construção, afinal é ele que dá sustentação ao peso e também determina características
fundamentais do projeto em função de seu perfil e de características físicas como estrutura,
textura, drenagem e capacidade de suporte de carga.
O solo como material de construção e manutenção de estradas poderá ser
usado, principalmente, em aterros para finalidades as mais diversas, como sub-bases e
bases de pavimentos. Nesses casos, os estudos da capacidade de suporte de cargas,
21
características de infiltração, bem como susceptibilidade à erosão do solo, auxiliam na
construção e principalmente na manutenção das estradas.
A capacidade de suporte adequada para cada estrada conforme seu uso pode ser
obtido com a estabilização de solos, cujo processo confere uma maior resistência às cargas
e à erosão, por meio de compactação, da correção granulométrica e da sua plasticidade
(Vargas, 1977).
Por tais motivos o conhecimento dos parâmetros hidromecânicos do solo são
fundamentais para a estabilização do solo quanto à resistência (capacidade de suporte)
percolação e resistência a erosão. Entre os principais parâmetros do solo tem-se a
densidade, porosidade, textura, limites de Atterberg, índices de infiltração entre outros.
2.3.1 Densidade do solo e porosidade
A densidade do solo pode ser considerada como um dos atributos físicos do
solo de maior influência tanto na resistência do solo como na porosidade e
consequentemente no seu coeficiente de permeabilidade. Essa influência tem relação
também com a textura do solo, pois enquanto solos argilosos possuem maior porosidade e
se compactam mais facilmente, nos arenosos ocorre o oposto.
Sampaio et al. (2006) salientam que a resistência do solo está vinculada à sua
densidade, ou seja, quanto mais conseguirmos compactar o solo, aumentando sua
densidade, maior resistência e estabilidade desse se obterá.
A densidade seca máxima e a umidade ótima determinada no ensaio descrito
como Ensaio Normal de Compactação ou Ensaio Proctor mostram que apenas no teor de
umidade ótimo se atinge a máxima massa específica seca (kg.m-3), que corresponde à
maior resistência do solo. Braida et al. (2006) salientam que por meio da curva de
compactação é possível observar que posterior ao seu ponto de umidade ótima, quanto
maior a umidade menor a resistência do solo.
De acordo com Guerra (2001), a porosidade está relacionada de maneira
inversa com a densidade do solo, ou seja, à medida que a porosidade aumenta diminui a
densidade do solo, conseqüentemente ocorre à redução da infiltração da água no solo.
Considerando o perfil do solo, a densidade tende a aumentar com a profundidade devido às
pressões exercidas pelas camadas superiores que provocam a compactação, reduzindo a
porosidade total, pois essa está dividida em macro e microporos.
22
Alves Sobrinho et al. (2003) mostram que selamento também reduz a
porosidade, destacando que solos sob condições de incidência de chuvas intensas, podem
formar um selo superficial com redução da porosidade total (principalmente da
macroporosidade), diminuindo a taxa de infiltração de água no solo e, conseqüentemente,
facilitando o processo erosivo.
Schaefer (2002) mostra que o solo desprotegido de cobertura, exposto às
chuvas, recebe a maior parte da energia cinética da precipitação, quebrando os agregados e
iniciando o processo de erosão. Com a destruição dos agregados, as partículas menores em
suspensão penetram e obstruem os poros, diminuindo a permeabilidade e formando o
selamento superficial, influenciando a infiltração de água no solo.
2.3.2 Textura, limites de Atterberg e curva granulométrica
A textura do solo tem influência direta na taxa de infiltração de água, como
também na aderência ou força de coesão das partículas. Os teores de areia, silte e argila do
solo determinados pelo ensaio de granulometria, influem diretamente no ponto de
aderência aos implementos de preparo do solo seja para plantio ou para obras.
O estudo do comportamento do solo frente às solicitações a ele impostas é de
fundamental importância. Dessa forma o conhecimento dos limites de Atterberg torna-se
necessário em obras de sistemas de drenagem, visto que representam os sucessivos estados
físicos do solo.
Barreto et al. (2001) avaliam que entre os parâmetros físicos do solo para fins
de drenagem, a condutividade hidráulica depende da fluidez da água, que é proporcional a
sua viscosidade e densidade, e da macroporosidade que, por sua vez, é função da textura e
da estrutura.
Santos et al. (2002) destacam o estudo granulométrico para monitoramento da
camada superficial do solo quanto à análise de resistência dessa camada superficial do
solo quanto à análise de resistência dessa aos processos erosivos a aos processos
erosivos desenvolvidos pelo impacto das chuvas.
Thurler (1989) ressalta a importância da granulometria sobre propriedades do
solo. O autor, estudando relações entre propriedades físicas do solo em condição natural,
concluiu que a partir da granulometria é possível estimar a porosidade de distintos solos.
23
Machado (1986) e Fernandes (2000) destacaram a granulometria, os limites de
Atterberg, o equivalente de areia, a compactação, o índice de suporte Califórnia (CBR) e a
resistência à compressão simples (RCS), como os parâmetros geotécnicos considerados de
suma importância para caracterização geotécnica de solos empregados como subleito ou
camadas de pavimento de rodovias.
2.3.3 Classificação táctil – visual
A classificação táctil-visual é uma classificação através da qual é possível
classificar os solos em função das partículas que os constituem. Em geral, o mais
importante é conhecer o estado em que o solo se encontra. À classificação inicial, se
acrescenta às informações correspondentes à compacidade (das areias) ou à consistência
(das argilas).
É muito utilizada quando o projeto não justifica, economicamente, a realização
de ensaio de laboratório, seja porque se está em fase preliminar de estudo, em que ensaios
de laboratório não são disponíveis ou porque é necessário descrever um solo sem dispor de
resultados de ensaios. O tipo de solo e o seu estado têm de ser estimado, o que é feito por
meio de uma identificação táctil-visual, manuseando-se o solo e sentindo sua reação ao
manuseio.
Através de análise táctil-visual, perfil de umidade, distribuição granulométrica
e a densidade das partículas da amostra pode se comprovar a classificação típica do solo
apresentada no perfil dos relatórios de sondagem SPT (Standard Penetration Test ou Teste
Modelo de Penetração).
Por meio desses resultados, consegue-se classificar o solo quanto à
característica arenosa, pouca presença de finos (silte e argila) e rápida absorção de água nas
camadas iniciais, de acordo com o perfil de umidade, evidenciando a permeabilidade do
solo (Câmara & Pereira, 2005).
Geraldo & Diniz (2002) recomendam para a determinação da resistência e
permeabilidade dos materiais do subsolo, a execução, ao longo do furo de sondagem, de
ensaios específicos para cada horizonte, devendo, os materiais terrosos para a construção,
ser classificados através de uma análise táctil-visual e ensaios de caracterização
desenvolvidos em laboratórios.
24
2.3.4 Infiltração
A infiltração da água no solo é um processo dinâmico de penetração vertical e
lateral da água através da superfície do solo. O conhecimento da taxa de infiltração da água
no solo é de fundamental importância para definir técnicas de conservação do solo,
planejar e delinear sistemas de irrigação e drenagem, bem como auxiliar na composição de
uma imagem mais real da retenção da água e aeração no solo (Paixão et al., 2004).
Cunha et al. (2008) salientam que a compreensão da infiltração de água no solo
permite entender a atuação dos processos e mecanismos de erosão, que tem sua origem no
desequilíbrio hidrológico ocasionado pela ocupação do solo, quase sempre acompanhado
pela remoção da cobertura vegetal.
Brandão et al. (2006) afirmam que ainda não existe consenso sobre quais
métodos
de
determinação
apresentam
melhores
resultados
para
a
infiltração,
principalmente quando se trata de solos formados em regiões de clima tropical, como é o
caso do Brasil.
Estudos revelam que os valores encontrados da capacidade de infiltração do
solo, determinada por anéis infiltrômetros, são maiores que os estabelecidos pelo
simulador de chuvas. Os testes comparativos de infiltração com anéis e o simulador de
chuvas evidenciam que a diferença entre os dois métodos pode estar ligada ao impacto
direto das gotas com a superfície do solo, que ocorre no simulador e não ocorre nos anéis
(Costa et al., 1999).
Além dos métodos diretos para medição da infiltração, existem as estimativas
realizadas por meio de modelos matemáticos.
Paixão et al. (2004), em
experimento com solos de textura arenosa após
realizar um total de 65 testes de infiltração com anéis, concluíram que para as condições
locais do estudo, o modelo proposto por Horton (1940) foi o que apresentou o melhor
desempenho na estimativa de valores médios da taxa de infiltração quando comparado
como os demais modelos empíricos. Já o procedimento utilizando regressões não lineares
apresentou as melhores estimativas dos valores médios da taxa de infiltração por meio do
ajuste da função potencial, seguido da função exponencial.
No caso de estradas e bacias de acumulação e infiltração existem fatores que
limitam a infiltração da água no solo. A alta compactação nas estradas devido às técnicas
25
de construção e ao tráfego, tornam-a praticamente impermeável, já nas bacias, o acúmulo
de finos gera uma camada ou crosta de baixa permeabilidade, limitando a infiltração.
Brandão (2003) destaca que as crostas se formam a partir do empoçamento da
água e a partir desse, por meio do rearranjo de partículas do solo no fundo das poças, sendo
que as maiores sedimentam mais rapidamente formando a camada do fundo e as partículas
mais finas depositam-se mais lentamente, formando a camada superior. Os grãos de solo
são depositados a poucos milímetros de profundidade nos vazios entre os agregados,
induzindo o decréscimo da taxa de infiltração e aumento da densidade.
Levien et al. (2000) salientam a importância da determinação da taxa de
infiltração de água no solo sob condições de selamento superficial, uma vez que esta é
necessária nos estudos de conservação de solo e de água, pois se sabe que esta condição
existe e é variável com o manejo dado ao solo. Esta limitação, ou seja, a não consideração
da presença de selamento superficial, aliada a suposição de estacionariedade da intensidade
de precipitação do evento de chuva, reduz a exatidão de modelos utilizados (CHU, 1978).
Em pesquisa sobre dinâmica de água em terraços posicionados em nível,
Castro (2001) obteve resultados que demonstraram a influência dos manejos agrícolas na
deposição de água e solo sobre o canal do terraço e estas na formação de selamento
superficial e na capacidade de infiltração de água no canal, variando conseqüentemente a
condutividade hidráulica durante o tempo de utilização.
2.4 EVAPORAÇÃO
A evaporação é o fenômeno do ciclo hidrológico que consiste na passagem da
água do estado líquido para o estado gasoso à temperatura ambiente quando observada em
condições naturais. A taxa de evaporação é dependente da superfície da água em contato
com o ar, da temperatura ambiente e da ventilação.
Para o caso de água armazenada em bacia de acumulação e infiltração, devido
às condições da superfície da água em contato com o ar, a evaporação pode ser considerada
funcionalmente, análoga à situação de reservatórios.
Pereira et al. (2009) salientam que estimativas confiáveis de evaporação nos
reservatórios sejam essenciais tanto no planejamento e gerenciamento dos recursos
hídricos quanto em estudos de impacto ambiental. Mostram ainda, preocupação com os
problemas existentes na gestão de recursos hídricos relacionados às inconsistências
26
observadas nas vazões calculadas a partir de séries históricas, as quais são representadas
por reduções expressivas nas vazões com o aumento da área de drenagem e às perdas de
água por evaporação nos reservatórios.
O desenvolvimento de métodos confiáveis para estimativa da evaporação em
lagos, baseados em informações climatológicas de fácil obtenção, ainda é um desafio.
Roque & Sansigolo (2001) salientam que a maioria dos métodos atualmente disponíveis
estima a evaporação a partir de observações de temperatura, umidade, velocidade do vento
e radiação solar ou usa as medidas de evaporação feitas em tanques instalados em estações
meteorológicas situadas no ambiente terrestre.
2.5 ESTRUTURAS DE DRENAGEM EM ESTRADAS NÃO PAVIMENTADAS
Em uma análise das linhas de escoamento superficial em uma bacia
hidrográfica é fácil notar que as estradas pavimentadas ou não, comumente interceptam as
linhas de fluxo do escoamento natural da bacia, interferindo assim, em toda a dinâmica do
ciclo hidrológico. Desta forma, as estruturas de drenagem devem ser pensadas a partir das
áreas de contribuição externas à estrada, impedindo que o escoamento atinja o leito e que o
escoamento gerado nessa seja rápida e adequadamente conduzido para fora da superfície
de rolamento. A drenagem deve também impedir que elevadas energias de escoamento
causem erosões às margens das estradas, por meio de estruturas adequadas para recebê-las.
Demarchi et al. (2003) ressaltam que as estradas frequentemente interferem nos
padrões naturais de drenagem e tendem a promover a concentração das águas de vários
modos e, a superfície compactada da pista de rolamento restringe a infiltração, levando a
um aumento nas taxas de escoamento superficial.
A construção ou a manutenção inadequada fazem das estradas não
pavimentadas, grandes canais escoadouros que além de afetarem as condições de tráfego,
aceleram os processos erosivos, os quais se tornam mais graves em declives acentuados. É
necessário que a plataforma da estrada seja construída e mantida com abaulamento. Devem
ser planejados e dimensionados canais de drenagem e saídas laterais para a água de
escoamento e que esta seja adequadamente conduzida ou acondicionada por estruturas
próprias, como sistemas de terraceamento, canais escoadouros ou bacias de acumulação e
infiltração.
27
CWP (2001) recomenda que o objetivo da bacia de acumulação e infiltração
seja o armazenamento temporário do escoamento superficial e que esta deverá permitir a
infiltração através do fundo e das paredes da bacia, devendo apresentar um projeto
específico.
Casarin & Oliveira (2009), em pesquisa para desenvolver um sistema de
contenção de águas pluviais em trecho de estrada rural encaixada no terreno, destacam que
a construção das bacias de acumulação e infiltração partiu de locação técnica, em função
do declive do local, da área de exposição, do tipo de solo e da precipitação local, visando
diminuir a erosão por escoamento de águas.
Demarchi et al. (2003) advertem que os municípios devem orientar o
desenvolvimento de um bom sistema de drenagem para os caminhos rurais, o que é uma
questão bastante elementar. Entretanto, essa orientação requer muita atenção na fase de
projeto, pois é preciso que este leve em conta os fatores climatológicos, topográficos,
geológicos e o tipo de solo, uma vez que a susceptibilidade à erosão das áreas atingidas
pelo traçado da estrada determina as diretrizes que devem ser tomadas para a adoção de
dispositivos tecnicamente eficientes a um custo relativamente baixo.
Um dos problemas existentes para isto é a falta de metodologias, estudos e
desenvolvimento de técnicas adequadas e confiáveis para drenagem em estradas não
pavimentadas sob diferentes condições de relevo, solos e clima. Neste sentido, Griebeler et
al. (2005) desenvolveram um modelo para determinação do espaçamento máximo entre
desaguadouros em estradas não pavimentadas, tendo como base a vazão do escoamento no
canal da estrada e a resistência que esse canal apresenta.
O modelo permite a entrada de parâmetros de precipitação, características
geométricas da estrada, do sistema de drenagem e de acumulação de água e as
características de resistência do solo. Silva (2009) desenvolveu um modelo para a
determinação do volume requerido para bacias de acumulação e infiltração instaladas em
estradas não pavimentadas, a partir da consideração de uma série sintética de dados diários
de precipitação.
Silveira & Goldenfum (2004), em trabalho de pré-dimensionamento de
estruturas de drenagem em estradas não pavimentadas, estabelecem que a bacia de
acumulação e infiltração tenha seu volume dimensionado para liberar o escoamento
máximo da área por ela controlada.
28
2.6
CUSTOS DE CONSTRUÇÃO PARA ESTRUTURAS DE DRENAGEM EM
OBRAS RODOVIÁRIAS
Conforme estabelecido pelo DNIT (2008) por meio do Sistema de custos
referenciais de obras 2 e 3 (SICRO2 e SICRO3), os custos relativos a obras rodoviárias
para projetos de construção e manutenção são regidos pelos seguintes parâmetros:
2.6.1 Custos de Propriedade
a. Depreciação
Em termos genéricos, a depreciação é considerada como a parcela do custo
operacional correspondente ao desgaste e à obsolescência do equipamento que ocorrem ao
longo de sua vida útil. Assim sendo, seu valor total corresponde à diferença entre o preço
do equipamento novo e o valor residual que ele ainda possui ao final de sua vida útil.
O cálculo da depreciação para efeito de custeio é realizado considerando os
parâmetros de período de vida útil, valor de aquisição de equipamento novo e o valor
residual e, ainda, da definição da forma como imputar este ônus ao custo operacional
horário.
b. Valor de Aquisição
Os valores de aquisição dos equipamentos, utilizados nos cálculos do seu custo
horário, são sempre aqueles objetos de coleta pelo Sistema de custos de infraestrutura de
transportes (Sinctran), em cada Estado, correspondentes às cotações de fabricantes ou
grandes revendedores, para venda à vista de equipamentos novos, mais a carga tributária
que sobre eles incide (ICMS e IPI).
c. Valor Residual
Os percentuais utilizados pelo DNIT (2008) para estimar os valores residuais
dos equipamentos, isto é, aqueles que o mercado estaria disposto a pagar por eles, no
estado em que se encontram, após o transcurso de sua vida útil, foram apoiados em
atualizações das pesquisas realizadas pelo SICRO2 junto ao mercado de máquinas usadas
nas praças do Rio de Janeiro e São Paulo, tendo-se chegado para trator de esteira com até
200 KW de potência, um valor de 20%.
d. Vida Útil
29
Para o cálculo da vida útil do equipamento, conforme orientações do DNIT, foi
estabelecida a condição de tipos de solos e superfície de operação como sendo uma argila
com umidade, significando condições médias.
e. Critério de Depreciação
Para o cálculo da depreciação dos equipamentos, o SINCTRAN adota o
método da “linha reta”, cujos procedimentos de cálculo são simples, e representam bem o
custo que se pretende determinar.
2.6.2 Custo de Oportunidade do Capital
No que diz respeito aos juros relativos ao capital aplicado em equipamentos,
existem duas alternativas de imputação. Na primeira, eles são imputados diretamente no
cálculo do custo horário do equipamento. Outra forma de fazê-lo seria computar seu valor
agregado ao resultado da operação global, ou seja, remetê-lo ao BDI (Bens e despesas
diretas). O SINCTRAN adota este segundo critério. A margem de lucro prevista é que deve
remunerar o custo do capital investido em equipamento de construção.
Cabe lembrar que, considerar os custos do capital aplicado como remuneração
deste fator de produção não significa que se deva computá-los aos níveis de juros de
mercado na ponta da captação. O critério justo seria de remunerá-lo pelo seu custo de
oportunidade, ou seja, pelo nível médio de rendimento que este capital poderia obter, em
condições semelhantes de risco. Como, entretanto, seria extremamente difícil definir o que
poderia ser considerada uma condição semelhante de risco, tomou-se como referência as
opções de baixo risco apresentadas pelo mercado, que compensam taxas mais baixas com a
segurança da aplicação.
2.6.3 Seguros e Impostos
De uma maneira geral, devido ao alto custo envolvido e a baixa freqüência de
sinistros, os grandes frotistas e prefeituras na sua maioria não fazem seguro de todos seus
equipamentos em companhias seguradoras, a não ser em casos especiais. Eles próprios
bancam os riscos, representados principalmente por avarias, já que os roubos de
equipamentos de maior porte são raros. Consideram-se, a título de Seguros e Impostos,
somente o IPVA e o seguro obrigatório necessários para a regularização do veículo.
30
3
MATERIAL E MÉTODOS
3.1 LOCALIZAÇÃO E IMPLANTAÇÃO DAS BACIAS
Os dados foram coletados em bacias de acumulação e infiltração construídas às
margens da Rodovia Geraldo Silva Nascimento, em área pertencente ao Instituto Federal
Goiano (IFT), Campus Urutaí, GO, localizado na zona rural do Município de Urutaí, GO, e
processados na Escola de Agronomia da Universidade Federal de Goiás, em Goiânia, GO.
As duas bacias para acumulação e infiltração do escoamento superficial foram
construídas em 21/01/2010, período chuvoso para a região, sendo nominadas de Bacia I,
localizada nas coordenadas, longitude 48º12’97’’W e latitude 17º29’42’’S, e Bacia II,
localizada nas coordenadas, longitude e latitude 17º29’67’’S, sendo de aproximadamente
295 m, a distância entre as bacias.
Os locais pré-estabelecidos para implantação das bacias de acumulação e
infiltração I e II foram escolhidos por estarem em estrada de fácil acesso e por estarem
próximos da sede do IFT. Essas características dos locais foram observadas por ser
necessárias para a implantação das bacias de acumulação e infiltração e facilitar o
monitoramento diário.
As dimensões construídas foram, respectivamente, para a Bacia I e Bacia II, de
5,40 m e 4,70 m de raio; 2,10 m e 1,52 m de profundidade e 65,08 m3 em 30,42 m3 de
volume, sendo estas determinadas utilizando o software Estradas, com o qual é possível
estimar também a vazão afluente. Os dados básicos para entrada no software foram a semilargura da estrada de 3 m, a declividade de 10% (ambos medidos no local), o período de
retorno da precipitação de 3 anos para a localidade Ipameri-GO, erodibilidade e tensão
crítica de cisalhamento de 0,006 g cm2 min-1 Pa-1 e 3,70 Pa, respectivamente (OLIVEIRA
et al, 2009). Estes valores do trabalho citado foram utilizados porque são parâmetros
determinados em solos de estradas semelhantes aos solos do local de construção das
bacias.
Para a construção das bacias utilizou-se um trator de pneu com lâmina frontal
(Figura 3).
31
Figura 3. Construção das bacias de acumulação e infiltração, Campus do Instituto Federal
Goiano, Urutaí, GO.
3.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-HÍDRICA DO SOLO
Para a caracterização físico-hídrica do solo foram coletadas amostras de solo
em ambas as bacias, antes e depois da retenção do escoamento superficial. Em cada uma
das bacias foram coletadas amostras, com profundidade máxima de 40 cm da superfície da
bacia já escavada, em cinco pontos distintos, distribuídos de forma que o material coletado
representasse as condições de campo e abrangência, possibilitando uma melhor
caracterização (Figura4).
Figura 4. Pontos de coleta (A, B, C, D e E) de amostras para caracterização físico-hídrica
do solo nas bacias de acumulação e infiltração.
Após a coleta do material em cada um dos cinco pontos, as amostras
individuais foram agrupadas em amostra única, acondicionadas e catalogadas como
32
amostra I para bacia de acumulação e infiltração I e, II para a bacia II, sendo levadas ao
laboratório para determinação de densidade específica do solo, granulometria, textura,
limites de Atterberg, porosidade e índice de atividade de argila.
As amostras iniciais (Sa) foram coletadas em 22/01/2010, após o término da
construção e antes da ocorrência das primeiras precipitações. Após a retenção (Sd) do
escoamento superficial pelas bacias, em 27/04/2010, foi realizada novamente coleta de
material ao lado dos pontos das amostras iniciais, de modo a evitar a coleta de material
sedimentado no furo da coleta inicial. Para tanto, antes desta coleta, foi também removida
a camada superficial de material advindo do escoamento superficial, visando apenas a
coleta do solo pertencente a base original da bacia.
O solo erodido (Se), transportado e depositado em cada bacia de acumulação e
infiltração pela água proveniente do escoamento superficial foi também amostrado e
submetido aos mesmos ensaios, tendo sido também utilizado para a coleta das amostras, o
método dos cinco pontos, porém procedeu-se de forma que apenas os sedimentos
depositados fossem coletados.
Além das análises de caracterização também foi também realizado um ensaio
táctil-visual no solo do centro de cada bacia e a determinação de sua densidade.
Para determinação da densidade do solo foi utilizado um amostrador UHLAND
para coleta de amostras indeformadas (Figura 5), as quais foram levadas à estufa por 24
horas a 105ºC e pesadas em balança de precisão no laboratório de física do solo do IFG.
Figura 5. Amostra indeformada para determinação da densidade do solo.
33
De posse da massa e do volume conhecido do anel coletor, determinou-se a
densidade seca do solo ρd (g cm-3) de cada bacia utilizando a Equação 1.
ρd 
M
D
(1)
Em que: ρd corresponde à densidade do solo seco (g cm3); M a massa da amostra seca (g) e
V ao volume interno do anel (cm3).
A porosidade foi determinada por meio da Equação 2.
n(%)  (1 
ρd
)100
ρs
(2)
Em que: n é a porosidade total (%); ρd é a densidade do solo seco; e ρs é a densidade
específica do solo.
3.2.1 Ensaio táctil - visual
Este ensaio foi realizado, em cada bacia, após o período chuvoso, por meio de
uma perfuração utilizando um trado de 1 ½ polegadas de diâmetro e 1 m de comprimento.
As amostras foram retiradas em um furo nos pontos centrais de cada bacia para que as
camadas dos solos pudessem ser observadas de forma mais abrangente (Figura 6).
Figura 6. Ensaio e análise táctil-visual dos solos das bacias
O ensaio foi executado com a observação e a análise de amostras a cada
camada de 20 cm de profundidade seqüencialmente, anotando-se as características e
34
valores observados. Anotações foram realizadas sempre que detectadas variações
observadas visualmente ou pelo tato no manuseio do solo, como a textura. Para realização
das anotações foram seguidas as determinações da Norma NBR 6484 – Solo (ABNT
199X).
Esta Norma prescreve o método de execução de sondagens de simples
reconhecimento de solos pelo standard penetration test (SPT), teste de penetração padrão,
também chamado de sondagem à percussão e por meio de ensaio táctil-visual, cujas
finalidades, para aplicações em áreas da Engenharia são: a determinação dos tipos de solo
em suas respectivas profundidades de ocorrência, a posição do nível de água e os índices
de resistência à penetração.
3.2.2 Determinação das taxas de infiltração
As taxas de infiltração da água no solo nas bacias de acumulação e infiltração
foram determinadas antes da ocorrência das precipitações através do método do
infiltrômetro de anéis, concêntricos, conforme (Bernardo, 1995) (Figura 7). Os testes
foram realizados até que o fluxo de entrada de água no solo se tornou constante, ou seja,
até a obtenção da taxa de infiltração estável (Tie).
Figura 7. Determinação da infiltração por anéis concêntricos antes e posterior à utilização
das bacias.
35
3.3 MONITORAMENTO
Foram monitoradas as precipitações, o volume e o rebaixamento da água nas
bacias por meio de leituras do nível da água na régua em cada bacia e do pluviômetro
diariamente.
A infiltração também foi medida por meio do monitoramento do rebaixamento
da água nas bacias.
Pelo monitoramento, a taxa de infiltração de cada bacia foi obtida por meio da
razão entre o volume infiltrado e a quantidade de horas correspondentes às leituras diárias.
Quando a bacia ainda estava com água e houve novo acúmulo de água proveniente de uma
nova precipitação, o processo de infiltração foi considerado constante, tomando como
variação de altura para cálculo do volume infiltrado, a variação da altura medida no dia
anterior. Este procedimento foi necessário devido ao fato de não ter sido monitorada a
vazão afluente na bacia.
3.3.1 Monitoramento da precipitação
Para monitorar a precipitação durante o período chuvoso e pelo tempo que as
bacias foram utilizadas, foi instalado um pluviômetro a 50 m de distância da localização da
bacia II (Figura 8).
Figura 8. Pluviômetro instalado nas imediações das bacias de acumulação e infiltração.
36
As leituras no pluviômetro foram executadas de forma sistemática,
padronizadas no tempo de 24 horas, sendo os totais precipitados verificados todos os dias
às 9 horas.
3.3.2 Equacionamento dos volumes acumulados de água
Com objetivo de monitorar as variações diárias do volume de água acumulado
provocadas pela precipitação, infiltração e evaporação, foi utilizada uma régua graduada
milimetricamente, feita com um tubo de PVC (Policloreto de Vinila) com diâmetro de 40
mm, fixada no centro de cada bacia (Figura 9).
No processo de fixação da régua foi deixada uma altura de 10 cm, antes do
marco inicial (valor zero), como fator de segurança para que o material solto, proveniente
do movimento da máquina durante a construção, pudesse assentar sem mascarar o
resultado da medição do volume. Esse procedimento foi motivado porque a expectativa é
que a maior parte deste material, presente na área interna da bacia, se acomode na parte
mais baixa logo após as primeiras chuvas.
Figura 9. Bacia de acumulação e infiltração de água, indicando a presença da régua para
acompanhamento da altura de lâmina d’água.
As leituras do nível de água na bacia foram realizadas concomitantemente a
leitura do pluviômetro. O monitoramento teve início em 22/01/2010 data do término da
construção e montagem da régua em cada bacia de acumulação e infiltração, com
encerramento em 05/05/2010, data em que a água das bacias havia infiltrado ou evaporado
completamente.
Com os dados obtidos por meio das leituras da régua, foi calculado o volume
acumulado conforme Equação 3, executado diariamente durante o período e utilizadas para
37
o cálculo, nas equações de calota esférica do hemisfério sul, pois as bacias de acumulação
e infiltração foram consideradas geometricamente como calotas esféricas.
Vc(h)  h 2
(3R  h)
3
(3)
Em que: Vc(h) é o volume acumulado (m3); h é a leitura da lâmina d’água na bacia (m) e R
é o raio da bacia (m).
O volume infiltrado para cada dia de leitura foi obtido pela diferença de
volumes correspondentes as variações diárias das alturas do líquido na régua entre os dias
posteriores e anteriores, calculados (Equação 3). Pelo resultado dessa diferença obtêm-se o
volume infiltrado juntamente com o evaporado e pela subtração desse do evaporado, temse o volume infiltrado.
O volume infiltrado e evaporado em dias que houve precipitação, ou seja, nesse
caso, a leitura da régua forneceu variação negativa devido ao acréscimo de volume, o
volume infiltrado e evaporado foi estimado como sendo igual ao do dia anterior, pois os
processos de infiltração e evaporação continuam existindo desde que haja água na bacia,
proveniente do escoamento superficial, exigindo que os processos de infiltração e
evaporação continuam atuando.
Com os valores do volume infiltrado a cada dia, determinado por meio dos
valores das leituras da régua, foi possível determinar a infiltração em cada bacia de
acumulação e infiltração, utilizando equações algébricas de calota esféricas do hemisfério
sul (Equações 4 e 5).
Alat   2Rh
I
(VIx1000)
(Alatx24)
(4)
(5)
Em que: Alat é a área superficial interna da bacia (m2); I é a infiltração (mm h-1) e VI é o
volume infiltrado (m3).
38
3.4 EVAPORAÇÃO
Para a determinação da evaporação foi utilizado como referência 160 mm mês1
de média para evaporação em lagos (PEREIRA et al., 2009), considerando o
funcionamento de uma bacia de acumulação e infiltração em termos de evaporação,
semelhante a um lago. O volume evaporado diariamente foi determinado pela
multiplicação do coeficiente diário de evaporação (5,33 mm dia-1) pela área máxima do
espelho d’água correspondente a altura medida na régua, independente da variação
ocorrida no período (Equação 6).
Vev  5,33
(2R  h)
h
1000
(6)
Em que: Vev é o volume evaporado (m3 dia-1); h é a leitura da lâmina d’água na bacia (m)
e R é o raio da bacia (m).
Depois de calculados os dados de volumes acumulados, infiltrados e
evaporados, foram gerados tabelas e gráficos que permitiram interpretar o comportamento
da infiltração e evaporação em cada bacia de acumulação e infiltração.
3.5 DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE VOLUMÉTRICA DAS BACIAS E
VOLUME SEDIMENTADO
O dimensionamento das bacias é realizado com base em relações geométricas,
no entanto, a sua construção nem sempre acompanha o perfil projetado, devido ao tipo de
equipamento e limitações de manobras ou capacidade operacional do operador.
Com objetivo de averiguação entre diferenças nas dimensões e formas, foram
comparadas as dimensões calculadas pela geometria com aquelas construídas em campo,
cujo volume real foi determinado com auxílio de um nível ótico.
A leitura das cotas nas bacias foi realizada após a sua construção e no final do
período chuvoso, quando do seu completo esvaziamento, permitindo comparar as duas
leituras e também a quantificação do material erodido e depositado no seu interior (Figura
10).
39
Figura 10. Bacia de acumulação e infiltração recém-construída.
Para maior regularidade da descrição da bacia quando do levantamento das
cotas com o nível ótico, foram distribuídos regularmente piquetes na sua área interna,
obedecendo a uma malha quadrada de 1,08 m de lado para a bacia I e 0,94 m para a bacia
II. A leitura de mira foi realizada em cada ponto predeterminado pelos piquetes, obtendose a cota e permitindo a descrição da superfície interna das bacias (Figura 11).
Figura 11. Levantamento altimétrico em pontos da superfície interna da bacia de
acumulação e infiltração II, locados por estiletes.
Após a obtenção dos volumes de construção das bacias, os valores foram
confrontados com os respectivos volumes teóricos determinados por meio de equações
matemáticas.
40
Os valores obtidos do levantamento com o nível ótico foram também utilizados
no software Gnu Octave, versão 6.6.1 (http://www.gnu.org/software/octave/), gratuito, para
determinar figuras tridimensionais, referentes às bacias construídas, possibilitando a visão
do formato real de cada bacia de acumulação e infiltração após a sua construção.
3.6 SISTEMA DE BACIAS DE ACUMULAÇÃO E INFILTRAÇÃO EM SÉRIE
Bacias de acumulação e infiltração com funcionamento em série ao compará-lo
com bacia isolada oferecem redução de dimensões, pois uma ou mais bacias são
dimensionadas para acumular o mesmo volume de uma.
Para dimensionamento de sistema de bacias em série, o volume deve ser
calculado partindo pela Equação 5, porém cada bacia da série possui uma equação
correspondente ao seu raio e altura. O volume total é obtido pela soma das equações
individuais das n bacias do sistema, que depois de desenvolver algebricamente, (Equação
7).
Vc(h)   (h1 R1  h 2 R 2 
2
2
3
3
3
h1 h 2
h
2

 ...  h n R n  n )
3
3
3
(7)
Em que:
Vc(h) é o volume da bacia, m3;
h1 é a altura ou profundidade da bacia 1, m;
R1 é o raio da bacia 1, m;
h2 é a altura ou profundidade da bacia 2, m;
R2 é a raio da bacia 2, m;
hn é a altura ou profundidade da bacia n, m;
Rn é a raio da bacia n, m.
A Equação 7 permite dimensionar bacias com funcionamento em série em
função de um volume total pré-determinado, ou seja, um volume único pode ser
substituído por uma série de outros, cuja soma é equivalente ao volume total de projeto.
Esse sistema de dimensionamento pode ser utilizado conforme as condições locais
exigirem.
41
3.7
PERDA DE SOLOS
Cada bacia de acumulação e infiltração possui uma área de contribuição
específica, constituída de uma parte relativa à estrada que por gravidade escoa diretamente
para bacia e outra de contribuição externa coberta por pastagem de brachiaria que também
por gravidade escoa diretamente para bacia ou indiretamente através da própria estrada.
A identificação das áreas de contribuição de cada bacia de acumulação e
infiltração foi feita por meio de um receptor geodésico GPS. A metodologia utilizada foi
procedida por meio de Sistemas Globais de Navegação por Satélites (GNSS) utilizando um
equipamento Hipper Lite mais L1/L2 da marca Topcon, método relativo stop and go.
Primeiramente foi percorrida a linha divisória das águas relativa à área de
contribuição total e marcando concomitantemente todos os pontos necessários para o
cálculo. Posteriormente com a mesma metodologia, foram marcados os pontos referentes à
demarcação da área de contribuição pertencente às estradas, possibilitando a separação e
identificação das áreas externas e de estrada propriamente ditas. Por identidades de
características funcionais de escoamento superficial, evaporação e infiltração foram
também consideradas como áreas de estradas, aquelas pertencentes aos desaguadouros.
A determinação do valor do material erodido e depositado em cada bacia de
acumulação e infiltração visou gerar estimativas das perdas de solos originárias de cada
estrada utilizada no monitoramento.
3.7.1 Perda de solos da área de contribuição externa para cada bacia
Para estimar a perda de solo da área de contribuição externa de cada bacia foi
utilizada a Equação Universal de Perda de Solo (USLE), proposta por Wischmeier &
Smith (1978).
A  RKLSCP
(8)
Em que:
A é a perda de solo em unidade de massa por unidade de área e unidade de
tempo, Mg ha-1 ano-1;
R é o fator erosividade da chuva, MJ mm ha-1h-1ano-1;
K é o fator erodibilidade do solo, Mg h MJ-1 mm-1;
42
LS é o fator topográfico, adimensional;
C é o fator de uso/manejo do solo, adimensional;
P é o fator práticas conservacionistas, adimensional.
Para o cálculo dos valores de erosividade referentes ao período de
monitoramento, foram tabulados os dados de chuva observados por meio do pluviômetro,
iniciando no primeiro dia, 22/01/10, e fechando o período em 22/04/10, sendo o último dia
coincidente com o fim das precipitações no local.
A média anual das precipitações foi obtida de uma série histórica de treze anos
da estação meteorológica do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) em Ipameri-GO
por ser regionalmente mais próxima ao local do experimento.
A metodologia utilizada para gerar os índices de erosividade (Rr) das áreas de
estudo, obedeceu a critérios de cálculo com base nas precipitações médias mensais e anuais
relativos às séries históricas da região dos solos estudados, de acordo com o modelo
descrito por Silva (2004), conforme a Equação 9, autoria de Morais et al. (1991).
1, 0852
 Mx2 

Rr  36,849
P


(9)
Em que: Rr é a representação do índice de erosividade médio (MJ mm ha-1 h-1); Mx é a
precipitação média mensal (mm); P é a precipitação média anual (mm); e 36,849 é o
parâmetro empírico da equação.
Também foi utilizada para gerar os índices de erosividade (EI30) cuja soma dos
valores mensais constitui o R, a metodologia proposta por Bertoni & Lombardi Neto
(2008), que utilizam séries históricas de dados de chuvas de um determinado local, tendo o
EI30 obtido pela Equação 10.
EI 30  67,355(
p 2 0,85
)
P
(10)
-1
-1
-1
Em que: EI é a média mensal do índice de erosão, MJ ha mm h mês ; p é a precipitação
média mensal, mm; P é a precipitação media anual, mm.
43
O fator K foi estimado pelo método proposto por Wischmeier et al. (1971),
expresso pela Equação 11:
2,1.10 12  MOM
K
4
1,14
 3,25EST  2  2,5PER  3
 0,1317
100
(11)
Em que: M é a soma dos teores de silte (%) e areia muito fina (%) multiplicados por 100
menos o teor de argila (%), sendo a textura feita com uso do NaOH 1 mol L-1 como
dispersante; MO é o teor de matéria orgânica do solo (%), sendo que neste trabalho foi
considerado para matéria orgânica teor de 6,5%, utilizando-o para as bacias I e II. Esse
percentual corresponde a um valor médio, obtido entre os resultados de Latossolo e
Argissolo determinados por vários métodos de quantificação de teor de matéria orgânica,
coforme Silva et al. (1999); EST e PER são códigos, adimensionais, correspondentes à
estrutura e permeabilidade do solo, respectivamente. No presente trabalho, as classes de
estrutura e permeabilidade foram codificadas de acordo com Wischmeier et al. (1971), com
base na descrição geral dos perfis dos solos, observadas pelo análise táctil-visual executado
in loco nos solos de cada bacia e nos resultados da textura. A estrutura foi considerada
como 4 e permeabilidade 5, que foram obtidos, tomando como base, as frações texturais do
material erodido e sedimentado em cada bacia, que pelo método de classificação textural
do triângulo, indicou textura franco argilosa para as bacias I e II, conforme Lemos &
Santos (1996).
Para o cálculo do fator topográfico foi utilizada a fórmula desenvolvida por
Bertoni & Lombardi Neto (2008).
LS  0,00984L0,63S1,18
(12)
Em que: S corresponde ao grau de declive (%) e L é o comprimento de rampa do terreno
(m).
A declividade e o comprimento de rampa foram obtidos por meio do
levantamento topográfico e determinações locais de declividade. O fator uso e manejo (C)
refere à relação entre perdas de solo de terreno cultivado em determinadas condições e
perdas correspondentes a um terreno mantido continuamente descoberto, ou seja, nas
44
mesmas condições em que o fator K (erodibilidade) foi avaliado. O fator prática
conservacionista (P), que refere à relação entre as perdas de solo de um terreno cultivado
com determinada prática e as perdas quando se planta morro abaixo, adimensional, foram
obtidos de acordo com Bertoni & Lombardi Neto (2008), sendo utilizado tanto para a bacia
I quanto para a II, C = 0,404 e P = 0,500.
3.7.2 Perda de solos da área de estrada correspondente a cada bacia
A perda de solo para cada trecho de estrada que, constitui a área de escoamento
superficial das bacias de acumulação e infiltração, foi obtida por operação de subtração
entre o volume total de sedimento acumulado em cada bacia e sua respectiva perda de solo
da área de contribuição externa à estrada, calculada pela USLE.
Para possibilitar a subtração foi feita a equalização das unidades de perda de
solo, cujos valores em volume foram transformados em toneladas por meio da densidade
do material erodido obtida no ensaio de caracterização.
3.8
ESTIMATIVA
DO
CUSTO
DE
CONSTRUÇÃO
PARA
BACIA
DE
ACUMULAÇÃO E INFILTRAÇÃO
A estimativa do custo de construção para bacia de acumulação e infiltração em
estradas não pavimentadas deve ser parte integrante do modelo e foi desenvolvida
conforme metodologia e conceitos estabelecidos pelo DNIT (2008), através do (SICRO 3).
Para fins de orçamento, optou-se pelo trator de esteira com lâmina como
equipamento básico de construção, devido ser mais adequado funcionalmente para
construção de bacias de acumulação e, seguindo as determinações do DNIT (2008) foram
consideradas as seguintes despesas para o cálculo do custo horário do equipamento:
Custos de propriedade; Depreciação; Custo de oportunidade do capital; Seguros e
impostos; Custos de manutenção; Reparos em geral; Material rodante / pneus; Partes de
desgaste (bordas cortantes, dentes de caçamba, ferramenta de penetração no solo, entre
outras); Custos de operação; Combustível; Filtros e lubrificantes e Mão de obra de
operação.
O custo horário é utilizado para o cálculo dos custos unitários dos serviços que
o equipamento produz, conforme as equações seguintes:
45
CD 
VA  Vr
nHTA
(13)
Em que:
CD é o custo de depreciação, R$ h-1;
Vr é o valor residual;
VA é o valor de aquisição;
N é a vida útil, anos; e
HTA é a quantidade de horas trabalhadas, h.
Para estimar a quantidade de horas necessárias na construção de cada bacia de
acumulação foi utilizada a produção média estimada de tratores de esteira, conforme sua
potência, para escavação de solo (m3 h-1). Tendo como material de 1ª categoria (areia,
arenoso, argila comum e cascalho, etc) e material de 2ª categoria (argilito, rochas em
decomposição, massapé, etc), tendo o DTM (distância média de transporte) de 15 m por
aproximar do valor máximo do diâmetro de uma bacia tecnicamente viável para efeito de
construção.
De acordo com o DNIT (2008), para as condições estabelecidas, usando um trator de
esteira do tipo Komatsu D-50, sua produção estimada (PE) é de 115 m3 h-1 para solo de 1ª
categoria e 92 m3 h-1 para solo de 2ª categoria.
Portanto, foi possível determinar a quantidade de horas trabalhadas por bacia
de acumulação e infiltração por meio da equação 13, tendo o volume obtido através da
equação 3.
HTA 
V
PE
(14)
Em que: HTA é a horas trabalhadas pelo trator em cada bacia de acumulação, h; V é o
volume de solo, m3; e PE é a produção estimada para o trator, m3 h-1.
Portanto, o cálculo do Custo horário de utilização do equipamento foi feito
utilizando a Equação 15.
Vr 
VA  r(%)
100
(15)
46
Em que: Vr é o valor residual que é igual ao coeficiente residual, R$; r é o coeficiente
residual, adimensional; e VA é o valor de aquisição do equipamento, R$.
CJ 
VM.i
HTA
(16)
Em que: CJ é o custo de juros, reais; VM é o valor médio do equipamento, R$; e i é a taxa
de juro anual.
CM 
VA.Km
nHTA
(17)
Em que: CM é o custo de manutenção, R$; e Km é o coeficiente de manutenção.
CMA  0,13428  Kw  C
(18)
Em que: CMA é o custo horário do equipamento, R$; Kw é a potência; e C é o custo de um
litro de óleo diesel, R$.
SB  SMH  (1 
Enc arg os(%)
)
100
(19)
Em que: SB é o salário base, reais; e SMH é o salário mínimo horário, R$.
CMO  E  SB
(20)
Em que: CMO é o custo horário da mão de obra de operação, reais; E é o escala salarial; e
SB é o salário base, R$.
CH  CD  CJ  CM  CMA  CMO
Em que: CH é o custo horário, R$.
(21)
47
Para a máquina considerada no uso da construção da bacia de acumulação e
infiltração, foi obtido através de tabelas do SICRO 3, coeficiente de manutenção (Km) com
valor de 0,8, sendo também dado o padrão salarial para operador de equipamento pesado
ou operador de máquina médio-pesada de linha no valor de 3,5 (escala salarial da mão de
obra da região Centro-Oeste) e fator de encargos sociais (ES) de 2,263. Esse coeficiente
refere a cada região onde está sendo construída a obra, por ser relacionado com o custo da
mão de obra do local.
O salário mínimo hora é dado através do salário mínimo atual dividido por 220
(valor orçamentário de quantidade de horas trabalhadas mensalmente dado pelo SICRO 3).
Ao resultado final do cálculo do custo horário produtivo de cada equipamento,
conforme DNIT é permitido acrescentar o percentual de 3%, para remunerar as despesas
com horas improdutivas visto que essas não foram incluídas no cálculo do valor hora do
equipamento.
O valor em reais para construção de cada bacia de acumulação pode ser obtido,
multiplicando o valor do custo horário pela quantidade de horas necessárias para
construção de cada obra.
VT(R$)  ETAxCH
(22)
Em que: VT é o valor total em reais para construção da bacia; ETA é a horas trabalhadas
pelo trator, h; e CH é o custo horário, R$ h-1.
48
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 DENSIDADES, TEXTURA, MASSA ESPECÍFICA, LIMITES DE ATTERBERG E
GRANULOMETRIA.
Os ensaios executados de densidade, massa específica, textura, limites de
Atterberg e curva granulométrica, forneceram informações que possibilitaram obter
características do solo local, essenciais para a construção e manutenção das obras.
4.1.1 Densidade do solo e porosidade
Com os valores da densidade do solo seco (ρ) e massa específica dos grãos (δ)
para amostras de solos colhidas antes (Sa) e depois (Sd) da utilização das bacias de
acumulação e infiltração obtidas por meio dos ensaios de laboratório, foram determinadas
as porosidades nas duas situações, conforme mostrado na Tabela 1.
Tabela 1. Densidade do solo seco, massa específica dos grãos e porosidade das bacias I e
II obtidas antes (Sa) e após (Sd) o armazenamento do escoamento superficial.
Material
Densidade do solo seco (ρ, g cm-3)
Massa específica dos grãos (δ, g cm-3)
Porosidade (n, %)
1
DP – Desvio padrão.
Bacia I
Bacia II
Sa
Sd Média DP1
Sa
Sd Média
1,42 1,74 1,58 ± 0,16 1,41 1,71 1,56
2,72 2,74 2,73 ± 0,01 2,88 2,91 2,89
47,78 36,50 42,14 ± 5,64 51,04 41,24 46,14
DP
± 0,15
± 0,02
± 4,90
Segundo Hillel (1980) para um mesmo solo, a porosidade é inversamente
proporcional à densidade. Este comportamento pode ser observado nos dados de densidade
do solo e porosidade apresentados na Tabela 1, indicando que houve acréscimo da
densidade com consequente redução da porosidade.
As diferenças entre os valores de densidade do solo antes e depois da utilização
das bacias I e II foram elevadas em 0,32 g cm-3 e 0,30 g cm-3 e da porosidade reduzidos de
49
11,3% e 9,8% respectivamente, das camadas dos solos constituintes das bacias de
acumulação e infiltração.
Estes valores estão de acordo com o intervalo de densidades seca de solos e
porosidades de solos em camadas encrostadas e compactados, conforme resultados de 1,0 g
cm-3 a 1,6 g cm-3 para densidades e variação de 22,40% na porosidade, obtidos em trabalho
de Stone et al. (2002), que tiveram como objetivo verificar como o encrostamento
superficial e a formação de camadas coesas ou compactadas afetam as propriedades físicas
e transmissão de água em solos da região do cerrado brasileiro.
As bacias em forma de calota esférica, como as utilizadas neste trabalho,
devido as suas características geométricas, tendem a concentrar os sedimentos na parte
central, conforme esquematizado na Figura 12, interferindo no processo de infiltração.
Com determinado tempo de uso da bacia de acumulação e infiltração, o material
sedimentado de forma acumulativa e gradativa no sentido das bordas para o centro ou
fundo dessa faz com que a obstrução e entupimento dos poros também aconteçam
gradativamente, seguindo o mesmo sentido da sedimentação e acumulação do material
erodido, transportado e depositado na bacia.
Figura 12. Esquema ilustrativo da deposição de partículas de solo no fundo da bacia de
acumulação e infiltração.
O esquema da Figura 12 foi obtido por meio de observações e fotos das bacias
I e II sobre o comportamento de acomodação de partículas de solos em suspensão na água
acumulada nas bacias, durante todo o período de monitoramento. O sistema funciona como
um decantador natural de partículas de solo procedentes de processos erosivos nas áreas de
contribuição, as quais ficam em suspensão na água armazenada pela bacia de acumulação e
infiltração.
50
Por meio dos dados da Tabela 1, que apresentam alterações nas densidades do
solo seco e porosidades, infere-se que a redução da porosidade nos solos das bacias de
acumulação e infiltração é proveniente do entupimento dos poros provocado pelo acúmulo
de material erodido e depositado nas superfícies internas das bacias de acumulação e
infiltração (Figura 13).
Figura 13. Deposição de material erodido nas bacias de acumulação e infiltração.
Ao diminuir a umidade desse tipo de solo, a ponto de exceder seu limite de
contração, suas forças de coesão rompem-se criando placas em formatos de bijus
hexagonais com uniformidade geométrica variada. Esse material é oriundo dos processos
erosivos no leito das estradas e de áreas de contribuição externa à cada bacia de
acumulação e infiltração (Figura 13).
O solo ao ser transportado pelo escoamento superficial é depositado e
sedimentado na superfície interna das bacias de acumulação e infiltração causando
selamento, encrostamento e redução do volume de armazenamento da bacia por
acumulação.
4.1.2 Textura
As amostras de solos constituintes do material de origem (Sa) das bacias e do
material resultante de processos erosivos (Se) apresentaram valores de frações texturais
diferentes para cada bacia. Isso se justifica, pois mesmo estando próximos os locais de
51
implantação de cada bacia de acumulação e infiltração, os solos possuem algumas
características diferentes (Tabela 2).
Tabela 2. Percentuais de frações texturais dos solos constituídos por material de origem
das bacias I e II e depositados por meio de processos erosivos, antes da
utilização (Sa), depois (Sd) e solo erodido (Se).
Bacia I
Material
Sa
Sd
Se
Bacia II
Média DP1
Sa
Sd
Se
Média
DP
Argila (%)
32,70 31,58 29,65 31,31 1,26 41,36 40,93 32,99
38,43 3,85
Silte (%)
13,78 17,72 26,09 19,20 5,13 20,53 21,24 32,95
24,91 5,69
Areia fina (%)
32,50
21,72 2,05
Areia media (%)
18,80 18,18 19,12 18,70 0,39
7,92
8,38
7,07
7,79
0,54
Areia grossa (%)
1,77
2,14
1,50
1,80
0,26
3,58
3,47
3,50
3,52
0,08
Pedregulho (%)
0,45
DP – Desvio padrão.
1,17
1,04
0,89
0,32
4,20
2,17
4,55
3,64
1,05
29,2
22,59 28,10 4,12 22,42 23,81 18,94
1
Da Tabela 2 podem ser observado que os valores texturais do material erodido
e depositado dentro das bacias mostram alterações, sobretudo, da quantidade de silte. Estes
materiais, ao decantarem na superfície interna da bacia, tendem a se infiltrar nos poros
obstruindo-os.
Schaefer et al. (2002) salientam que o fenômeno do selamento superficial é
decorrente da formação de uma camada superficial de maior densidade, pela destruição dos
agregados do solo causada pelo impacto das gotas de chuva, dispersão e entupimento dos
poros. As partículas menores em suspensão penetram e obstruem os poros, alterando a
estrutura e arranjo dos grãos de solo, diminuindo a permeabilidade e formando o selamento
superficial, influenciando na infiltração de água no solo.
Os dados de textura apresentados na Tabela 2 indicam que a camada formada
pelos sedimentos é constituída na sua maioria por partículas de argila e de silte com valor
elevado também para areia fina. Estas partículas, especialmente o silte e a areia fina, são
desprendidas e transportadas com facilidade pelas forças de arraste do escoamento
superficial. Indicando ainda, que a camada sedimentada apresenta menor quantidade de
argila que o solo da bacia, porém maior quantidade de silte, alterando os valores da
composição textural e, consequentemente as relações hídricas.
A nova composição textural está registrada no acréscimo dos teores de silte
para os solos das bacias antes e depois de sua utilização (Bacia I: 13,78 % para 17,72%;
Bacia II: 20,53 % para 21,24 %) com pequena variação nos teores das frações de argila e
52
areia. Essa variação encontrada nos percentuais pode ser resultado da própria variabilidade
do ensaio, ou também da amostra coletada.
4.1.3 Massa específica e Limites de Atterberg
Na Tabela 3 são apresentados os resultados oriundos dos ensaios para
determinação do limite de liquidez (LL - teor de umidade que indica a passagem do estado
plástico para o estado líquido), limite de plasticidade (LP - o teor de umidade que indica a
passagem do estado semissólido para o estado plástico), índice de plasticidade (IP quantidade de água necessária para que um solo passe do estado plástico ao líquido. Esse
último mede a tendência à expansão do solo) e índice de atividade da argila (Ia), além da
densidade de partículas dos solos das bacias I e II antes e depois de serem utilizadas e
também do material sedimentado.
Tabela 3. Limites de Atterberg e densidade de partícula dos solos pertencentes às bacias
de acumulação e infiltração e dos solos erodidos
Bacia I
Solo
1
-
δ (g cm ³)
Bacia II
Sa
Sd
Se
Média
DP
Sa
Sd
Se
Média
DP
2,72
2,74
2,88
2,91
2,71
2,72
0,01
2,79
2,86
0,05
2
35,5 34,50 30,00
33,33
2,39 40,50 39,00 37,7
39,07
1,14
3
21,00 19,60 16,80
19,13
1,75 24,90 24,00 21,00
23,30
1,67
4
14,50 14,90 13,20
14,20
0,73 15,60 15,00 16,70
15,77
0,70
LL (%)
LP (%)
IP (%)
5
Ia
0,44 0,47 0,45
0,45
0,01 0,38 0,37 0,51
0,42
0,06
ρ – Massa específica dos grãos (g cm-3); 2LL – Limite de liquidez; 3LP – Limite de
plasticidade; 4IP – Índice de plasticidade; 5Ia – Índice de atividade da argila.
1
Os valores das massas específicas antes (As) e depois (Sd) da utilização
mostram acréscimo tanto para a bacia I quanto para a II. Esse acréscimo dos valores das
massas específicas dos grãos pode ser explicado por meio da textura do material erodido
que foi depositado no interior das bacias.
Os resultados apresentado na Tabela 2 indicam que os teores de silte do solo
erodido depositado no interior das bacias I e II são superiores aos dos solos originais das
bacias. Esse material junto com a argila se aloja pelo sistema de poros provocando uma
nova composição textural e o selamento do solo. Os resultados do solo (Se) confirmam que
o silte é o material mais erodível.
53
O índice de atividade da fração argilosa (Ia) que avalia o potencial da fração
argila em conferir plasticidade e coesão ao solo mostra, através dos resultados presentes na
Tabela 3 (Ia ≤ 0,75), que o tipo de argilomineral constitui indicativo de argila 1:1, ou seja,
presença expressiva de caulinita (Tabela 3). A esse respeito, Tanaka & Ranieri (2006)
comentam que o Ia deve ser entendido como o grau de plasticidade da fração argila e que,
os seus valores podem ser entendidos como tendo alguma relação com os argilo minerais
presentes.
A indicação de solo de baixa atividade dado pelos valores do Ia mostra que
pode haver no local de construção das bacias e áreas de contribuição, solos granulares,
soltos de baixa coesão, de elevada susceptibilidade aos processos erosivos. Isso pode
também ser explicado pelo quantidade de material erodido no interior de cada bacia.
4.2 CLASSIFICAÇÃO TÁCTIL-VISUAL
N Tabela 4 estão apresentados os resultados do ensaio tátil-visual in situ dos
solos pertencentes às bacias I e II, tendo sido executado após a utilização dessas pela
acumulação de água originária do escoamento superficial no período considerado.
Os resultados da análise táctil-visual obtidos por investigação in situ nos solos
do interior de cada bacia de acumulação e infiltração mostram diferenças acentuadas à
medida que se aprofunda nos horizontes desses solos.
Tabela 4. Classificação táctil-visual do solo investigado no interior das bacias I e II
Profundidade (cm)
0–8
8 – 20
20 – 40
40 – 60
60 – 80
0 – 10
10 – 20
20 – 30
30 – 40
40 – 60
60 – 80
Classificação táctil-visual
Bacia I
Sedimento argiloso-siltoso amarelado homogêneo c/ pequena parcela de areia
Argila vermelha-amarela homogênea com algumas porções de silte e areia
Argila vermelha coesa-compacta uniforme com algumas porções de areia e pedregulho
Argila vermelha coesa-plástica uniforme com algumas porções de areia e pedregulho
Argila vermelha homogênea com algumas porções de areia e pedregulho
Bacia II
Sedimento argilo-siltoso amarelado c/ pequenas porções de areia fina
Argila vermelha-amarela homogênea pouca sedosa e algumas porções da areia fina e
pedregulho
Mistura de argila vermelha c/ quebra de homogeneidade por porções de areia fina e
pedregulho
Mistura de argila vermelha com por porções menores de areia fina e maior de pedregulho
Solo argiloso misturado com pedregulho e pequenas porções de areia fina e média
Solo pedregulhoso misturado com argila vermelha e pequenas porções de areia fina e
média
54
Na Tabela 4 é possível observar que na bacia I, em aspecto geral, o solo é
argiloso e homogêneo, no entanto, entre 20 cm a 60 cm de profundidade, há uma camada
coesa e compactada. Retomando aos dados da Tabela 4 referentes à bacia II, observa-se
que o solo constituinte é argiloso e uniforme, mas a partir de 30 cm de profundidade, existe
um acréscimo de forma cada vez mais acentuada em relação à profundidade, de areia e
principalmente pedregulho.
A investigação prévia do perfil do solo e a identificação de camadas mais
permeáveis, através do furo a trado e análise tátil-visual até uma profundidade
correspondente a um metro abaixo da profundidade projetada da bacia, mostra-se uma
ferramenta útil na determinação do melhor local para construção da bacia. Os resultados
encontrados no perfil abaixo da base das bacias podem servir como indicativo da eficiência
da bacia em infiltrar o escoamento superficial retido. Apesar de serem bacias bastante
próximas no terreno, o perfil observado mostra-se bastante diferente, apontando para
comportamentos também diferentes.
Em termos de dimensionamento e implantação destas estruturas, as diferenças
observadas reforçam a necessidade de verificação individual de parâmetros ou de maior
detalhamento destas características para o estabelecimento de um projeto padrão para cada
local. Tomando-se por base que o levantamento de dados para projetos para este tipo de
obra normalmente não são adequadamente executados, o uso de análises a campo poderá
facilitar e melhorar a eficiência destas obras.
4.3 DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE INFILTRAÇÃO
As taxas de infiltração do solo local das bacias de acumulação e infiltração
determinadas através do método do infiltrômetro depois de calculadas e plotadas
apresentaram resultados com indicativo de solos tropicais. Os resultados de infiltração para
as bacias de acumulação e infiltração I e II apresentam características distintas entre as
bacias, sendo que a bacia de acumulação e infiltração I apresentou menores valores de
infiltração pelo método de anéis concêntricos.
O formato das curvas encontrado para as bacias I e II apresenta indicativo de
que os solos locais podem ser argilosos. Pelos resultados encontrados na análise táctilvisual, teores texturais, taxas de infiltração e observação visual do relevo e paisagem do
55
local das obras, há indicativos de que a bacia I e II pode estar em Argissolo e Latossolo
respectivamente (Figuras 14 e 15).
Figura 14. Infiltração pelo método dos anéis concêntricos (infiltrômetro) na bacia I.
Figura 15. Infiltração pelo método dos anéis concêntricos (infiltrômetro) na bacia II.
Os valores de 5 mm h-1 e 26 mm h-1 encontrados para as infiltrações das bacias
I e II respectivamente, estão de acordo com os resultados de Pinheiro et al. (2009), que em
experimento realizado em Lontras-SC e utilizando a mesma metodologia encontraram
valores médios de infiltração variando entre 4,8 mm h-1 e 30 mm h-1.
Pelos dados apresentados na Tabela 2, é possível observar que o solo da bacia
de maior infiltração (bacia II) apresenta maior variação da quantidade de argila do que a
bacia com menor permeabilidade (bacia I). Isto reforça o fato de que é necessário estudar
56
as características dos índices físicos (parâmetros físico-hídricas) do perfil do solo (em
profundidade), estrutura do solo e não apenas da camada superficial.
A análise textural mostra que os sedimentos são constituídos de material na sua
maioria por argilas, siltes e outras partículas com pequenos diâmetros. Por possuírem
características peculiares, formam uma espécie de camada selante e impedidora. A
penetração da água através da superfície fica prejudicada pelo entupimento dos poros
causado pelo deslocamento e re-arranjamento das partículas finas pelo perfil do solo.
As particularidades mostradas na constituição dos horizontes do solo da bacia
II pela análise táctil-visual confirmam a capacidade de infiltração apresentada, cerca de
aproximadamente cinco vezes maior, em relação à da bacia I. O que também pode ser
explicado por meio dos valores das taxas de infiltração mostrados pelo método do
infiltrômetro e no monitoramento, pois depois de cheia pela água do escoamento
superficial, esvaziou-se por completo em apenas 24 horas.
Mesmo que o solo apresente condições internas favoráveis de transmissão e de
armazenamento de água, as condições da superfície acabam por reduzir a taxa de
infiltração ao longo do tempo, pela presença de camadas de impedimento no horizonte
superficial (Figura 16). Isto foi relatado por Castro (2001), salientando que a infiltração é
um processo dinâmico que não depende apenas das condições iniciais do solo como a
porosidade, grau de cobertura, umidade antecedente e umidades dos horizontes, mas
também da formação ou reformação do selamento na superfície do solo.
A infiltração sobre a superfície interna da bacia de acumulação e infiltração
possui taxa máxima no período de início de seu funcionamento, ou seja, imediatamente
após a sua construção (Figura 16).
Figura 16. Esquema do processo de infiltração inicial em uma bacia de acumulação e
infiltração.
57
No início, quando os poros do solo local ainda se encontram desobstruídos e
livres, a infiltração da água armazenada na bacia de acumulação proveniente da enxurrada
acontece mantendo um fluxo normal de percolação, porém o processo vai se alterando a
medida que a bacia vai sendo usada pelo escoamento superficial. Esse processo se repete a
cada período chuvoso.
Considerando o solo local homogêneo, é possível que o processo de infiltração
ocorra de forma regular em toda a superfície de contato do líquido com o solo, porém se
acentua no centro ou fundo da bacia de acumulação e infiltração devido à maior carga
hidráulica.
Dessa forma, a infiltração tende a reduzir-se consideravelmente ao longo do
tempo, podendo se equiparar as suas taxas em toda a superfície de contato, por motivo da
obstrução e entupimento acentuado e gradativo dos seus poros no sentido do centro para as
bordas (Figura 17).
Figura 17. Esquema de bacia de acumulação e infiltração com infiltração reduzida e
equiparada no seu horizonte superficial.
O processo de obstrução à infiltração ocorre de modo sistemático e constante
com a ocorrência das chuvas, pois essas promovem enxurradas que por falta de um sistema
de drenagem adequado, resultam em acumulação e concentração no leito das estradas não
pavimentadas, transportando e depositando as partículas de solos erodidas na bacia de
acumulação.
A redução da porosidade e conseqüentemente na taxa de infiltração no interior
da bacia tende a ser maior no seu fundo, pois o sedimento vai para a parte mais baixa,
porém a continuação do processo por período alongado pode levar a taxas mínimas de
infiltração (Figura 18).
58
Figura 18. Esquema de uma bacia de acumulação e infiltração com taxas mínimas de
infiltração.
A infiltração da bacia, ao chegar ao estágio mostrado pelo esquema da Figura
18, indica o limite de sua vida útil para infiltração apresentando necessidade de
manutenção. Este período pode ser estimado por meio dos dados de porosidade e acúmulo
de material erodido no interior da bacia de infiltração e acumulação.
O entendimento desse processo e a sua caracterização são fundamentais para o
planejamento deste tipo de obra, uma vez que a manutenção do sistema é essencial para a
sua eficiência.
4.3.1 Precipitação e volume infiltrado pelo monitoramento
Os resultados de volume obtidos por meio da leitura da régua, volume
estimado, volume evaporado e volume infiltrado foram calculados por meio dos dados do
monitoramento da precipitação e leitura da régua, conforme apresentado nas Tabelas dos
apêndices. Na Figura 19 estão apresentadas as variações do volume infiltrado em cada
bacia de acumulação e infiltração, durante todo o período chuvoso de observação e
monitoramento.
Pelos dados da figura, é possível observar que a infiltração na bacia I variou de
um valor inicial próximo de 8 mm h-1 para menos de 4 mm h-1 no final, tendo algumas
variações relativamente pequenas, mas sempre maior do que zero. Estes baixos valores de
infiltração explicam o fato de esta bacia ter esvaziamento completo apenas no final do
período de observação, apresentando infiltração inferior em comparação com a outra bacia
(Apêndices A e B).
59
Figura 19. Variações dos volumes infiltrados - bacias I e II
A infiltração inicial da bacia I, de aproximadamente 8 mm h-1 é superior à taxa
de infiltração efetiva (Tie) obtida pelo método do infiltrômetro que foi de 5 mm h 1. Com
base na Figura 19 é possível concluir que a bacia I, devido às características do solo local,
tem maior atuação nas funções de evaporação e acumulação do que como bacia de
infiltração, vez que permanece maior tempo com volume acumulado sujeito à evaporação,
enquanto atua na infiltração, para seu esvaziamento.
Em situações de utilização de bacia de acumulação e infiltração como
dessedentação de animais ou como acumulação e retenção de materiais provenientes de
indústrias, bacias com as características físico-hídrica da I são mais recomendadas, uma
vez que mantém água por maior período. Ressalta-se, porém que nestes casos, outros
elementos devem ser observados, como o pisoteio da base da bacia e o acúmulo de
resíduos presentes no efluente industrial, o que não é o caso deste estudo.
Os dados apresentados no gráfico mostram uma variação inicial de mais ou
menos 27 mm h-1 de taxa de infiltração efetiva (Tie) para aproximadamente 15 mm h-1 no
final do período para a bacia II. Pelo método do infiltrômetro a taxa de infiltração
determinada foi de 26 mm h-1. Os valores da taxa de infiltração encontrados justificam o
esvaziamento total observado nesta bacia em algumas ocasiões ao longo do período de
análise.
Bacias de acumulação e infiltração que possuem os atributos da bacia II são
mais indicadas para obras em estradas pavimentadas e principalmente não pavimentadas,
pois além de mitigarem os efeitos dos processos erosivos, devido às suas altas taxas de
60
infiltração, podem favorecer o abastecimento do lençol freático. Essa premissa é válida, no
entanto não suficiente, tendo em vista que as condições dos terrenos às margens das
estradas são variáveis. Esses dados, no entanto, devem ser utilizados para o
dimensionamento das bacias, uma vez que um dos aspectos mais importantes na sua
eficiência é que permaneçam com água durante um pequeno período, de modo que possam
exercer adequadamente a função de reter o escoamento superficial, no momento em que
ocorram as precipitações.
No caso da bacia II, devido às características do solo local, a função com maior
relevância é a infiltração, pois o total acumulado se infiltra com maior rapidez.
Confrontando os resultados obtidos para as taxas de infiltração das bacias de acumulação e
infiltração, verifica-se que o método do infiltrômetro de anéis concêntricos subestimou as
taxas de infiltração, pois tanto para a bacia I quanto para a II, o método forneceu resultados
inferiores aos obtidos pelo método do monitoramento.
A subestimação das taxas de infiltração observadas nos resultados fornecidos
pelos testes do infiltrômetro em relação ao monitoramento diário pode ser motivada pela
diferença na abrangência da área de contato do líquido com o solo e pela carga hidráulica.
No anel, esta área corresponde à base interna do anel com diâmetro de 25 cm, enquanto
que as bacias apresentam diâmetros acima de 9 m, devendo ainda ser contada a área de
infiltração lateral, ou nos taludes, o que não ocorre nos infiltrômetros de anéis. Outro
aspecto é que a base da bacia, onde foi executado o teste de infiltração com o infiltrômetro
de anel, é a região que mais sofre a compactação pelo processo de construção da bacia, o
que pode interferir na taxa de infiltração.
Verifica-se também que, tanto a infiltração medida com o infiltrômetro de anel
quanto à obtida por meio do monitoramento confirmam as características de infiltração
esperadas com base na análise das camadas do perfil do solo realizada por meio do ensaio
táctil visual. Esse ensaio juntamente com o monitoramento apresentaram resultados que
indicam infiltração menor na bacia de infiltração e acumulação I e maior na bacia II. A
bacia I apresentou um perfil em ordem crescente de quantidade de pedregulho no sentido
vertical.
4.3.2 Coeficientes de rendimento e de infiltração para cada bacia
Valores da precipitação, volumes retido e infiltrado encontrados por meio do
61
monitoramento foram acumulados periodicamente a cada cinco dias para cada bacia de
acumulação e infiltração, possibilitando observações dos dados agrupados em períodos de
cinco dias (Figuras 20 e 21).
Figura 20. Acumulação da precipitação, volume retido e volume infiltrado– bacia I
Figura 21. Acumulação da precipitação, volume retido e volume infiltrado – bacia II
Nas Figuras 20 e 21 estão representados os resultados da precipitação, do
volume retido e do volume infiltrados acumulados a cada cinco dias, das bacias de
acumulação e infiltração I e II, durante o período de monitoramento. O volume infiltrado
acumulado corresponde ao total infiltrado paulatinamente no dia a dia, enquanto que o
volume retido representa a acumulação do que já estava armazenado e retido no dia
62
anterior acrescido de outros volumes advindos do escoamento superficial proveniente de
cada nova precipitação.
De posse dos dados, pode-se calcular a relação entre volume infiltrado e
volume total retido acumulado no período. O valor obtido pela operação matemática dessa
relação pode ser considerado como um coeficiente de rendimento de cada bacia de
acumulação e infiltração (nr), pois mostra a eficiência da bacia relativa à infiltração em
relação à acumulação de escoamento superficial no período de armazenamento até a
infiltração total desse.
Com os valores da relação entre total de volume infiltrado e volume total retido
acumulado, torna-se possível afirmar que bacias com coeficientes de rendimento maiores
são mais eficientes para infiltrar e menos para acumular. Isso se justifica, pois permanecem
com menos líquido armazenado por maiores períodos, considerando que cada bacia possui
características próprias construtivas e físico-químicas do solo local.
Os coeficientes de rendimento das bacias de acumulação e infiltração I e II são
respectivamente (nrI = 15,42%; nrII = 43,89%). Por esses valores observa-se que a eficiência
para infiltração da bacia II é superior em relação a bacia I, como pode ser observado pelas
Figuras 20 e 21 ou pelo próprio monitoramento, mostrando que a bacia II no período de
armazenamento, esvaziou-se totalmente várias vezes, fato ocorrido completamente, apenas
no final do período na bacia I.
Por meio da Tabela 5 é possível também determinar os valores da relação entre
volume total infiltrado e precipitação total. Dessa relação obtém-se um valor que pode ser
chamado de coeficiente de infiltração, pois expressa a capacidade de infiltração da bacia
em relação à precipitação.
Em relação à precipitação, o coeficiente de infiltração estabelecido neste
trabalho apresenta semelhança com o coeficiente de Runoff, pois esse determina a
precipitação efetiva relativa ao escoamento superficial de uma determinada bacia
hidrográfica, enquanto que o coeficiente de infiltração estabelece a precipitação efetiva na
infiltração da bacia de acumulação e infiltração.
Mesmo considerando que cada bacia possui características particulares de solo
e construção, esse coeficiente permite afirmar que bacias com maiores coeficientes de
infiltração são mais eficientes em relação a essa função, pois nessas, o líquido armazenado
infiltra mais rapidamente.
63
Infere-se ainda que para a segurança de um sistema de drenagem superficial
adequado em estradas não pavimentadas, os espaços entre desaguadouros para obras em
solos com as mesmas características do solo da bacia I, deverão ser menores do que para a
II, quando volumes e dimensões de projetos forem iguais. Este aspecto é de suma
importância, uma vez que, atualmente, o espaçamento entre desaguadouros é definido com
base nas condições escoamento, geometria dos canais e de resistência dos solos das
estradas.
Aksoy & Kavvas (2005) recomendam que para projeto de bacia de acumulação
e infiltração nos USA, o tempo máximo de permanência da água na bacia não deve exceder
a 24 horas. Dessa forma, neste trabalho, apenas a bacia II atende a recomendação, porém
para bacia I, se possível pode ser sugerida a troca do local de implantação, bacias com
funcionamento em série ou estudos de outras formas de suprir a drenagem exigida no
projeto.
4.3.3 Infiltração e evaporação de bacia de acumulação e infiltração quando fixada a
profundidade
A Figura 22 apresenta o comportamento da infiltração, variando o raio da bacia
de acumulação e infiltração, fixando altura e volume, considerando um período fixo de 24
horas para infiltrar todo o volume.
Figura 22. Infiltração e evaporação em função da variação do raio com volume e
profundidade fixos
64
A Figura 23 apresenta o comportamento da infiltração e evaporação, variando a
profundidade da bacia de acumulação e infiltração, fixando o raio e volume durante o
processo.
Figura 23. Infiltração e evaporação em função da variação da profundidade com volume e
raio fixos
Pela Figura 22 é possível observar que o comportamento da infiltração perante
a variação do raio e demais dimensões apresenta pouca variação. Nesse caso o raio deverá
ter valor igual ou superior à profundidade.
Quanto à evaporação, mantém-se quase constante com valores próximos de
zero, devido às dimensões pequenas das superfícies do líquido dentro da bacia exposta aos
fatores determinantes de evaporação. As condições de evaporação em bacias de
acumulação e infiltração fazem com que os resultados sejam considerados despresíveis.
Quando se varia a profundidade e são fixadas as demais dimensões, o
comportamento da infiltração apresenta também pouca variação (Figura 23). A evaporação
mantém constante, pois fixando o raio, a área superficial do líquido armazenado na bacia
exposta aos fatores estimulantes da evaporação também mantém constante.
Por meio da Figura 22 é possível observar que variando a profundidade de até
6,00 m e fixando o raio (R = 6,00 m) e volume (V = 1,00 m³), a infiltração acumulada
chegou a aproximadamente a 7 mm/h, sendo que a maior variação possível da altura
constitui no valor do próprio raio, devido a aspectos geométricos e construtivos.
Paro o dimensionamento, como os casos apresentados nas Figuras 22 e 23, em
solos com características semelhantes devem recomendar a construção de bacias com
profundidade igual ao raio. As situações simuladas indicam que o formato da bacia (calota
65
esférica) em função de variações do raio ou profundidade, tem pequena influência na sua
infiltração.
4.4 DIMENSIONAMENTO
TEÓRICO
E
CONSTRUTIVO
DE
BACIA
DE
ACUMULAÇÃO E INFILTRAÇÃO
4.4.1 Volumes teórico-geométrico e construtivo
As bacias de acumulação e infiltração devem ser dimensionadas de modo que o
seu volume seja adequado para reter todo o volume de escoamento superficial advindo da
seção da estrada, devendo a forma construtiva ser também adequada à disponibilidade de
equipamento, experiência do operador e limitações de área para sua implantação.
Com os dados altimétrico e planimétrico levantados por meio do nível ótico
nos pontos definidos pelos estiletes em cada bacia, foram calculadas a área superficial
interna e área superficial lateral interna para as dimensões reais obtidas em campo, além do
volume real de construção.
Calculados os volumes de cada bacia, determinaram-se as diferenças em
valores numéricos dos volumes, em relação aos valores definidos pelas equações da
geometria e pela construção in loco através do trator de pneu de cada bacia de acumulação
e infiltração conforme mostra a Tabela 5.
Tabela 5.
Volume geométrico (Vg), volume de construção antes (Vc) e depois da
utilização (Vd), volume de solo erodido e depositado (Vse) e diferença de
volume entre o construído e o geométrico (Vap) das bacias I e II.
Bacia I
Material
Vg
Volume (m³) 65,08
Bacia II
Vc
Vd
Vse
Vap
Vg
Vc
92,46
71,13
21,33
27,38
30,42
46,01
Vd
Vse
39,25 6,76
Vap
15,59
Pelos resultados apresentados na Tabela 5, indicam 21,33% e 6,76% de solo
erodido e depositado nas bacias I e II respectivamente em relação ao volume total de cada
bacia. A relação entre volume geométrico e o construtivo é de 70,38% e 66,12% para as
bacias I e II respectivamente, indicando que o volume construtivo é superestivado.
As bacias I e II foram também simuladas pelo software estradas, utilizando
como dados básicos de erodibilidade e tensão crítica de cisalhamento, valores obtidos por
66
Oliveira et al. (2009), tendo optado por valores referentes à estradas com características de
solos mais próximos possíveis da estrada que contém as bacias deste trabalho. Os
resultados obtidos mostram que a metodologia utilizada pelo software estradas difere do
utilizado neste trabalho (Tabela 6).
Tabela 6. Valores de volume escoado e espaçamentos máximos obtidos pelo software
estradas para as bacias I e II.
Características
Espaçamento máximo (m)
Profundidade (h, m)
Raio (R, m)
Volume escoado (m3)
Bacia I
62,00
2,10
6,47
69,13
Bacia II
60,00
1,52
7,29
63,47
Os valores da Tabela 5 mostram que há variação considerável entre os volumes
obtidos pelas equações da calota esférica do hemisfério sul, estabelecida como forma
geométrica para bacia de acumulação e infiltração, e, volumes reais conseguidos por meio
da construção no campo.
Essa diferença de valores dos volumes é justificada pelo movimento da
máquina (trator ou pá-mecânica) no interior da bacia durante a construção da obra.
Enquanto geometricamente, o formato da bacia apresenta-se regular e plenamente
abaulado, devido ao comprimento do chassi da máquina e a inclinação dos taludes internos
da bacia, o formato real obtido pela construção da bacia torna-se alongado verticalmente e
pouco abaulado, impondo irregularidades construtivas na superfície (depressões, murundus
e saliências).
Na Figura 24 são apresentados gráficos de superfícies tridimensionais que
representam as dimensões em valores reais gerados a partir do levantamento topográfico
com nível ótico em cada bacia de acumulação e infiltração. Considerando a escala
trabalhada, as figuras apresentam o formato real das bacias.
Nesta Figura é possível perceber que a bacia II possui um formato mais
uniforme do que a bacia I, porém notam-se irregularidades gerais na superfície interna de
cada uma. Essas características construtivas dependem da localização da obra, suas
dimensões, do tipo de solo e porte da máquina utilizada. Máquinas maiores possuem mais
facilidade de movimentação em bacias com dimensões maiores, enquanto que máquinas
menores movimentam-se com mais facilidade em bacias de acumulação e infiltração de
diâmetros menores.
67
a)
b)
Figura 24. Bacia I (a) e II (b) antes da utilização pelo escoamento superficial.
Os valores percentuais entre o volume teórico-geométrico e volume construtivo
(Pg/c) das bacias I e II mostram uma pequena redução na bacia I. Essa redução pode ser
68
explicada pela relação entre o raio e a profundidade, facilitando ou dificultando a
movimentação da máquina.
Maior raio implica maior espaço para desenvoltura da máquina, possibilitando
menor afunilamento e superfícies com maiores regularidades. A execução da obra dentro
dessas condições patrocina uma forma real dada pela construção, mais próxima da teóricogeométrica.
Mesmo considerando as características singulares de cada local de construção e
o fato de que neste trabalho apenas duas bacias de acumulação e infiltração foram
utilizadas, torna-se interessante a determinação de um coeficiente de segurança (Kg/crelação entre volumes geométricos e construtivos). O uso deste no coeficiente no
dimensionamento de bacias de acumulação e infiltração pode evitar a superestimação do
preço devido ao superdimensionamento.
Pelos dados deste trabalho, para o dimensionamento pode ser indicado como
coeficiente de segurança (kg/c) de 0,80 para volume de cálculo, devido aos aspectos
construtivos, pois mesmo considerando o maior valor obtido (0,70), que mais se aproxima
do real definido em campo, ainda restam 10% como segurança ou margem de erro para o
dimensionamento.
A utilização do volume teórico-geométrico no dimensionamento por meio da
Equação 11 requer a multiplicação dessa pelo coeficiente de segurança para volume obtido
da diferença entre os volumes construtivo e teórico, ou seja, o volume obtido pela equação
11 multiplicado por 0,80.
A determinação deste coeficiente de redução está relacionada com a influência
dos fatores específicos deste trabalho como característica do solo estudado, máquina
utilizada e operário, porém outros casos precisam ser estudados de modo que o
estabelecimento deste não seja entendido como padrão. Ressalta-se ainda que a relação
entre raio e profundidade de trabalho deva ser estudada para as máquinas utilizadas na
construção das bacias, uma vez que diferentes locais, empresas ou órgãos disponibilizarão
máquinas diferentes.
Outro aspecto é que para situações nas quais a bacia de acumulação e
infiltração funcione de forma isolada, a vazão de saída deve ser desconsiderada, porém
quando o funcionamento for em série, apenas o volume de saída da última bacia deve ser
desconsiderado.
69
4.4.2 Dimensionamento de bacias de acumulação e infiltração em série
O dimensionamento efetuado com os requisitos de volumes pode ser executado
pela Equação 16, porém é necessário considerar no cálculo características do solo local por
meio de parâmetros de infiltração, evaporação e construtivos, associados às condições de
precipitação da região (Figura 25).
Figura 25. Médias mensais em estação pluviométrica de Ipameri-GO (INMET).
Pela Figura 25 é possível observar que as precipitações da região têm os
maiores volumes entre outubro e abril, período que contém os meses de monitoramento.
Nessa estação, dependendo da intensidade pluviométrica, as bacias de acumulação e
infiltração podem permanecer cheias, enquanto nos outros seis meses, vazias.
Tomando como referência meses de maiores precipitações e considerando uma
bacia ainda sem a deposição de material erodido, mas que esteja cheia de água, se
continuar chovendo, é possível que ocorra o transbordo do líquido armazenado. Esse
evento é possível, pois com a continuidade do escoamento superficial que se deposita na
bacia, sua capacidade de infiltração e evaporação pode ser superada.
Para considerar essa perspectiva, uma das formas de evitar a extrapolação do
volume de cálculo por chuvas contínuas, é dimensionar bacias com funcionamento em
série, ou seja, enquanto a primeira tem função prioritária de dissipação de energia e
decantação dos sedimentos, as demais recebem apenas os excessos, tanto de líquido como
de material erodido (Figura 26).
70
Essa forma de dimensionamento pode resultar em 3 bacias com menores
diâmetros, implicando em facilidades de locação da obra às margens das estradas, além de
reduzir impactos.
As bacias de acumulação e infiltração I e II deste trabalho podem ser
substituídas por sistemas de bacias com funcionamento em série equivalentes aos
respectivos volumes e com implantação facilitada, pois nem sempre as margens das
estradas oferecem condições favoráveis às construções de bacias de maiores dimensões.
Figura 26. Esquema de bacias de acumulação e infiltração com funionamento em série.
A bacia I com 5,40 m, 2,10 m e 65,08 m3 de raio, altura e volume,
respectivamente, por um sistema com três bacias em séries, que pode ser dimensionado,
calculando o raio da terceira bacia após a fixação das dimensões das duas primeiras bacias
e a altura da terceira.
O sistema de bacias em série substituto da bacia I, após dimensionamento,
utilizando a Equação 7, pode funcionar com o seguinte formato:
Primeira bacia: R1 = 1,50 m; h1 = 1,00 m; V1 = 3,66 m3
Segunda bacia: R2 = 3,50 m; h2 = 1,50 m; V2 = 21,20 m3
71
Terceira bacia: R3 = 3,90 m; h3 = 2,00 m; V3 = 40,22 m3.
Esse sistema pode oferecer ainda como vantagem, acréscimo no período de
manutenção ou manutenção periódica apenas na primeira bacia implicando vantagem
econômica. Isso é possível, pois a água advinda da estrada ao ser armazenada sofre na
primeira bacia um pré-tratamento para em seguida deslocar para as outras com menor
quantidade de material em suspensão.
4.5 PERDAS DE SOLOS
4.5.1 Perda de solo da área de contribuição externa em cada bacia
A estimativa de perda de solo da área de contribuição externa à estrada para
cada bacia ocorreu por meio da Equação Universal de Perda de Solo (USLE) via
investigação dos fatores relacionados à chuva, erodibilidade do tipo de solo, comprimento
e declividade de rampa, uso e manejo de solo e cobertura vegetal.
Os fatores constituintes da USLE para cada bacia de acumulação e infiltração
foram determinados conforme a metodologia proposta para sua utilização, cujos valores
estão apresentados na Tabela 7.
Tabela 7.
Fatores componentes da USLE: Erosividade (R), erodibilidade (K), fator
dependente do comprimento e declividade de rampa (LS), fator cobertura
vegetal (C) e fator prática conservacionista (P).
Bacia I
Material
R
Fatores
K
LS
Bacia II
C
P
R
K
LS
C
P
3.843,25 0,039 0,3112 0,4040 0,5000 3.843,25 0,041 0,1987 0,4040 0,5000
O fator R foi determinado em função do histórico diário de precipitação, com
informações de volume precipitado, decorrentes do período (22/01/10 a 24/04/10) que
somaram três meses de monitoramento e da média anual das precipitações de uma série
histórica de treze anos do INMET em Ipameri-Go no valor de 1447 mm.
Comparativamente, Cabral et al. (2005) encontraram 1535 mm de média anual, no período
de 1971 a 2000.
72
O fator R obtido pela metodologia de Bertoni & Lombardi Neto (2008) foi de
1.381,86 MJ ha-1 mm h-1, enquanto que por Silva (2004), o valor foi 3.843,25 MJ ha-1 mm
h-1, tendo utilizado para o cálculo da perda de solos o último valor por ser o maior,
indicando maior adequação para os solos da região deste trabalho, a equação descrita em
Silva (2004).
O valor de R (3.843,25 MJ ha-1 mm h-1) presente na Tabela 8 constitui a
erosividade do período de observações que foi resultado por uma chuva acumulada de
323,70 mm. Considerando que essa erosividade refere-se aos três meses finais do período
de precipitação regional é possível afirmar que o valor está dentro do intervalo encontrado
para as condições brasileiras que varia de 5.000 MJ ha-1 mm h-1 a 12.000 MJ ha-1 mm h-1
(Cogo, 1988) e equivalente a 8.342 MJ encontrado por Cabral et al. (2005) na área
representada pela carta topográfica de Morrinhos - GO, com observações mensais e anuais
de nove postos pluviométricos, referentes a trinta anos de observações, incluindo Pires do
Rio - GO a 18 km do local.
As precipitações observadas durante o período de monitoramento que geraram
o fator R podem ser consideradas baixas, se compararmos com as médias anuais de séries
históricas da região. Como o fator R é diretamente dependente da precipitação, isso indica
que em períodos atípicos de precipitações como o observado nesse trabalho ou fenômenos
como El Niño e La Niña, cujas precipitações apresentam baixos ou altos valores,
consequentemente os valores do fator R também podem oscilar em função dos efeitos
desses fenômenos.
Os resultados obtidos para erodibilidade K (0,039 t h MJ-1 mm-1) dos solos de
montante da bacia de acumulação e infiltração I e K (0,041 t h MJ-1 mm-1) para II são
valores próximos, indicando características de susceptibilidade aos processos erosivos
semelhantes, o que justifica pela proximidade que se encontram as bacias,
aproximadamente 295 m de distância.
Freire (2001) destaca valores médios de erodibilidade, entre 0,0232 a 0,0626
para Latossolo e próximos de 0,0433 em Argissolo, encontrados em regiões de solos
tropicais cobertos com pastagens cultivadas. Os solos das bacias de acumulação e
infiltração I e II não foram classificados, porém apresentam características de Argissolo e
Latossolo respectivamente.
Os resultados calculados para o fator LS (0,3112 e 0,1987), respectivamente
bacias I e II, foram obtidos por meio dos dados levantados topograficamente e por
73
medições locais do comprimento de rampa L (52,65 m) com declividade de rampa S (2,25
%) e L (98,70 m) e S (1,10 m) das bacias de acumulação e infiltração I e II
respectivamente. Os valores foram levantados no local onde foram construídas as bacias.
Na Tabela 8 estão apresentadas as perdas de solos calculadas em valores totais
especificamente para cada área de contribuição externa e de estrada referente às bacias de
acumulação e infiltração I e II. Pelos dados das Tabelas 8 e 9 pode ser observado que a
perda de solo da área de contribuição externa à estrada da bacia I é superior em relação à
II. Isso pode ser explicado pela interferência direta na USLE dos valores superiores do
fator LS, além das características dos solos locais de implantação das obras referentes às
bacias de acumulação e infiltração.
Tabela 8. Áreas de contribuição externa (Ext) e de estrada (Est) com respectivas perdas
de solos da bacia I.
Bacia I
Material
Valores
Áreas de contribuição
Perdas de solos
Ext.(m²)
Est.(m²)
Ext.(t ha-1)
3.255,03
5.307,24
9,42
Est.(t ha-1) Total(t)
64,19
37,11
Tabela 9. Áreas de contribuição externa (Ext) e de estrada (Est), com respectivas perdas
de solos da bacia II.
Bacia II
Material
Valores
Áreas de contribuição
Perdas de solos
Ext.(m²)
Est.(m²)
Ext.(t ha-1)
11.276,83
1.978,81
6,32
Est.(t ha-1) Total(t)
26,48
11,56
Os valores das perdas de solos 9,42 t ha-1 e 6,32 t ha-1 em toneladas por hectare,
referentes às áreas de contribuição externa às estradas das bacias I e II respectivamente,
mostram estar em conformidade com dados da literatura, visto que os resultados foram
originários dos últimos três meses do período chuvoso.
Comparativamente Bono et al. (2011) encontraram valores de perdas de solos
que variaram de 18 t ha-1 por ano a 6,8 t ha-1 por ano em experimento realizado em um
Latossolo com cobertura de Brachiaria Brizantha em São João Del Rei - MG. O
comparativo entre esse resultado e os obtidos nesse trabalho está confrontado pelo
indicativo de que o solo onde construiu a bacia II apresenta características de Latossolo de
região tropical.
74
4.5.2
Perdas de solo da área de contribuição das estradas em cada bacia
Em relação às perdas de solo das áreas de contribuição das estradas, os valores
presentes na Tabela 8 mostram uma maior taxa para bacia I em relação à bacia II, o que
pode ser explicado pelos fatores LS, pois este já observado na área de contribuição externa,
também está presente nas condições de solos da estrada.
Pela diferença e considerando estradas com mesma largura, é possível admitir
que além das características de cada solo, o aumento do comprimento de rampa eleva a
energia do escoamento pelo aumento na vazão, bem como aumenta a área para
desagregação de solo, tendendo assim a elevar as perdas.
Considerando uma média de 6 m de largura para as áreas de estradas das bacias
I e II, as perdas de solo são 38,51 t km-1 e 15,89 t km-1 respectivamente. As perdas de solos
de 64,19 t ha-1 e 26,48 t ha-1 nas áreas de estradas das bacias de acumulação e infiltração I e
II respectivamente, no período considerado, são resultados que mostram a intensidade dos
processos erosivos perante as condições e características particulares dos solos de estradas
não pavimentadas.
Correa & Cruz (2010) obtiveram cumulativamente para vários tratamentos em
trecho de 100 m de estradas florestais não pavimentadas e áreas de contribuição adjacentes
11,21 t km-1 anual de perda de solo na região de Itaiópolis – SC em dois tipos de solos:
Cambissolo Húmico Distrófico típico e Argissolo Vermelho-Amarelo Distrófico típico.
MacDonald et al. (2001), em trabalho realizado na St John, US Virgin Islands,
utilizando sistema de filtro para captar sedimentos provenientes de erosão, encontraram o
valor de 4,6 g m-2 mm-1 ano-1 de perda de solos em estradas não pavimentadas. Sidle et al.
(2004) estimaram em 10,3 g m-2 mm-1 ano-1 a perda de solo em estradas não pavimentadas
na Peninsular Malaysia. Ziegler et al. (2001), em trabalho realizado com simulador de
chuvas na Tailândia, encontraram 35,9 g m-2 mm-1 ano-1 para perda de solo em estradas não
pavimentadas.
As características de precipitação e de solos referentes aos resultados obtidos
pelos trabalhos executados nos USA, Malaysia e Tailândia são específicas, porém
utilizando os valores de perda de solo unitária desses locais para estimar as perdas de solo
da estrada que contém as bacias I e II, resultam 4,02 t ha-1, 9,01 t ha-1 e 31,41 t ha-1,
respectivamente.
75
Os dados de perda de solo em estradas não pavimentadas encontrados na
literatura internacional mostram diferenças variadas entre os valores, mesmo considerando
que cada perda de solo é originária de solo e precipitação com características específicas.
Essa variação encontrada entre os valores reflete a falta de uma metodologia própria para a
determinação de perda de solo em estradas não pavimentadas, além da necessidade de mais
estudos e pesquisas.
O comparativo de resultados de perdas de solo em estradas não pavimentadas
fica comprometido, pois além da escassez de dados na literatura na nacional, as condições
de cada estrada avaliada e as características dos solos, das precipitações e do tráfego locais,
por serem variadas, podem levar a conclusões de comparações equivocadas. Essas
informações também não se mostram claras nos materiais consultados.
No entanto, considerando que estradas são constituídas de solos descobertos,
que recebem diretamente o impacto da gota, os resultados obtidos estão compatíveis com
os dados da literatura, pois Martins et al. (2003) encontraram 144,51 t ha-1 ano-1 de perdas
de solo para solos descobertos em Aracruz – ES e Amada et al. (2002), em Argissolo
Vermelho distrófico arênico sem cobertura vegetal com experimento sob chuva natural,
desenvolvido em Santa Maria - RS obtiveram 151,44 t ha-1 ano-1 de perdas de solo. Esses
valores aproximam-se dos valores encontrados, uma vez que o período analisado neste
trabalho corresponde aproximadamente a 50% do período de chuvas.
4.6 PERÍODO DE MANUTENÇÃO PARA BACIAS DE ACUMULAÇÃO E
INFILTRAÇÃO
Pela Tabela 5, o percentual médio de material erodido e depositado na bacia é
de 19% determinado no monitoramento, podendo chegar ao final da estação chuvosa a
38% do seu volume, pois o monitoramento foi de três meses para uma estação chuvosa de
seis. Esse valor indica que a manutenção de bacias de acumulação e infiltração deve ser
anual, pois a cada ano de utilização, reduz aproximadamente 1/3 do espaço disponível de
armazenamento e acumulação da água proveniente do escoamento superficial.
Considerando ainda, a redução de porosidade presente na Tabela 3, esse tempo
para manutenção de bacias também se adéqua à função de infiltração das bacias de
acumulação e infiltração.
76
O Stormwater Best Management Practices Manual (2004) destaca que as
bacias de infiltração são susceptíveis às altas taxas de insucesso devido ao entupimento dos
poros por sedimentação. Dessa forma é necessário o pré-tratamento das águas pluviais, a
fim de remover a maior quantidade de sólidos em suspensão no escoamento superficial
antes deste atingir a bacia. Para tanto, apresentam sistemas de pré-tratamento, tais como
desarenadores, valas com represas, faixas-filtro ou pré-sedimentação. A recomendação é
de 24 horas, o período de esvaziamento total para bacia de acumulação e infiltração.
No mesmo manual é recomendada ainda a existência de vegetação nas bacias
de acumulação e infiltração, buscando reduzir a ocorrência de alterações na infiltração por
um período maior, pois as raízes das plantas ajudam a manter ou aumentar o espaço poroso
nos solos subjacentes e trabalhar como amortecedores vegetativos em torno do perímetro
da bacia, no controle da erosão e na remoção de nutrientes advindos dos sedimentos
(Figura 27).
Essas recomendações fazem parte de um conjunto de técnicas que estão sendo
utilizadas em regiões dos USA tendo como principal objetivo o alongamento do período de
manutenção, porém a utilizá-las no Brasil depende de mais estudos e pesquisas que
considerem as características da precipitação e dos solos locais.
Os dados obtidos por este trabalho indicam que novas formas de
dimensionamento devem ser testadas, utilizando aspectos inerentes à construção da obra e
a função da superfície de contato entre líquido e solo. A vegetação da superfície interna da
bacia pode facilitar a infiltração da água armazenada.
Figura 27. Detalhe de bacia de infiltração com vegetação. Cidade de Portland em 2004.
Manual de Águas Pluviais.
77
4.7 ESTIMATIVA DE CUSTOS PARA BACIA DE ACUMULAÇÃO E INFILTRAÇÃO
Para estimar os custos de construção das bacias de acumulação e infiltração,
foram utilizados os valores estabelecidos pelo DNIT para composição de custos de obras
rodoviárias. Na especificação do trator de pneus foi tomado o cuidado para que seus dados
fossem semelhantes aos do trator usado na construção das bacias, sendo demais dados do
uso atual, conforme mostra a seguir.
Po = 82 kw; n = 4 anos; HTA = 2000 horas; VA = R$ 200.000,00; r = 20%; i =
20% AA; Ke = 0,80; Cl = R$ 1,90 (custo do litro de óleo diesel); Salário mínimo (2011) =
R$ 545,00; encargos sobre a mão de obra = 126,30%.
Para o cálculo do número de horas necessárias para a construção das bacias de
acumulação e infiltração foi considerado o valor de 10 m3 por hora de produção média
estimada para o trator utilizado. Esse valor considera também o fato de que, em construção
de bacias de acumulação e infiltração, além do trabalho de cortar o material, há ainda a
limpeza do local, retirada do material para fora, dificuldade de movimentação da máquina
devido à inclinação dos cortes e o acabamento da obra.
Com esse valor de produção média estimada, utilizando a Equação 12, tem-se:
Bacia I – HTA = 6,505 horas
Bacia II – HTA = 3,042 horas
Estes dados ao serem manipulados por meio das equações 11, 13, 14, 15, 16,
17, 18 e 19 forneceram como resultados, os valores:
R = R$ 40.000,00; CD = R$ 20,00; VM = R$ 160.000,00; CJ = R$ 16,00; CM = R$ 20,00;
CMA = R$ 20,92; CMO = R$ 5,61 e CH = R$ 82,56.
O valor de R$ 82,56 (custo horário de construção para bacia de acumulação e
infiltração) foi obtido considerando apenas o operador, isto é, sem serviços de ajudante.
Por meio do valor horário de construção e da quantidade de horas para cada bacia de
acumulação e infiltração, obteve-se o valor total de construção, sendo para bacia I R$
537,05 e bacia II R$ 351,15.
Rabelo et al. (2008), utilizando um trator de esteira, modelo Caterpillar D-40,
encontraram 2,50 horas para implantação total de bacia de acumulação e infiltração com
raio de 6,67 m e volume 69,75 m3, em estrada no município de Morrinhos-GO.
Considerando que esse valor foi obtido por trator com potência relativamente superior ao
78
trator utilizado para implantação das bacias I e II desse trabalho, comparativamente é
possível afirmar que os valores estão em conformidade.
A metodologia estabelecida neste trabalho para cálculo de custos de
implantação de bacia de acumulação e infiltração pode ser utilizada em projetos e modelos
de sistemas de drenagem em obras rodoviárias, pois usa como base, dados obtidos de solo
e equipamentos de construção do próprio local. Esses valores ao serem utilizados em
modelos de dimensionamento podem ser associados a outros empíricos para determinação
dos parâmetros de projetos.
Instituições que trabalham nessa área, principalmente Estados e Prefeituras,
muitas das vezes, carentes de técnicas acessíveis à realidade local, poderão fazer dessa
metodologia, uma ferramenta de combate aos seus problemas de drenagem em áreas rurais,
reduzindo custos de implantação e manutenção de suas obras de drenagem em estradas não
pavimentadas. Os órgãos públicos podem usar ainda, em processos de licitação obras, vez
que os procedimentos estão em conformidade com as determinações do SICRO/DNIT.
De posse dos dados obtidos relativos às bacias de acumulação e infiltração
neste trabalho, sugere-se que é possível desenvolver um novo modelo de dimensionamento
de sistemas de drenagens em estradas não pavimentadas, por meio de bacias de
acumulação e infiltração, usando alguns parâmetros do modelo “estradas” de Griebeler
(2005) e complementado com outros ainda não considerados por esse.
O dimensionamento com base nos estudos apresentados por este trabalho, além
das dimensões físicas propostas pelas equações postas, poderá determinar também os
custos de construção da bacia de acumulação e infiltração isolada ou em série de sistemas
de drenagem em estradas não pavimentadas. A opção de bacias de acumulação e infiltração
com funcionamento de forma isolada ou em série pode ser definida no local com o auxílio
dos parâmetros e ensaios trabalhados nesse estudo.
79
5
CONCLUSÕES
i) Os valores médios da porosidade da bacia I mostraram uma redução de 11,28 %,
enquanto que na bacia II houve uma redução de 9,8 % após o armazenamento do
escoamento superficial num período chuvoso de três meses.
ii) Os valores de textura indicam que a camada formada pelos sedimentos é constituída
por partículas finas, predominantemente argila, silte e areia fina, sendo franco argilosa,
a classe textural.
iii) A camada sedimentada apresenta menor quantidade de argila que o solo da bacia,
porém maior quantidade de silte.
iv) Os valores das massas específicas dos grãos dos solos pertencentes às bacias de
acumulação e infiltração antes e depois da utilização mostram um pequeno acréscimo
tanto para a bacia I quanto para a II, podendo ser entendido apenas como variação
própria do parâmetro medido.
v) Os valores dos limites de Atterberg do material erodido e depositado no fundo das
bacias mostraram pouca variação em relação àqueles obtidos do solo de construção de
cada bacia.
vi) O uso da análise táctil-visual por meio do furo de trado mostrou-se bastante eficiente
quanto à descrição do perfil, permitindo correlações confirmadas com as taxas de
infiltração nas bacias.
vii) O monitoramento da lâmina d’água nas bacias mostrou redução nas taxas de
infiltração de ambas as bacias, indicando que o material erodido, transportado e
depositado na bacia provocou obstrução dos poros do solo de sua base.
viii) O volume geométrico observado foi, em média, 68% do volume construtivo,
indicando que os aspectos construtivos superestimaram os valores do cálculo teórico
utilizado no dimensionamento das bacias.
ix) A quantificação do volume de solo sedimentado nas bacias I e II, referente somente à
estrada, indicou, respectivamente, perdas de 64,19 t ha-1 e 26,48 t ha-1 para o período
avaliado. Estes valores mostram a intensidade dos processos erosivos perante as
condições e características particulares dos solos de estradas não pavimentadas.
80
x) A variação encontrada entre os valores de perda de solos em estradas não
pavimentadas referentes a esse trabalho e outros encontrados na literatura reflete a
falta de uma metodologia própria para a determinação de perda de solo em estradas
não pavimentadas, além da necessidade de mais estudos e pesquisas.
xi) Os resultados observados para a infiltração e para as perdas de solos apontam para a
necessidade de manutenção anual em bacias de acumulação e infiltração na região do
estudo.
81
6
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88
APÊNDICES
Apêndice A. Precipitação (P), volume retido (Vr) e volumes infiltrados acumulados (V.
Inf.) por período em cada bacia de acumulação e infiltração.
Período
Bacia I
P (mm)
Vr(m³) V. Inf. (m³)
1
Bacia II
1
Ev . (m³)
Vr(m³) V. Inf. (m³)
Ev. (m³)
22/jan
0
0
0
0
0
0
0
22/1-26/1
61,5
65,39
14,55
0,59
46,21
31,66
0,28
27/1-31/1
21,7
73
15,81
0,98
1,53
14,42
0,07
1/2-6/2
0
14,07
6,96
0,44
0
0
0
7/2-10/2
20,5
3,04
1,14
0,21
0,18
0,18
0
11/2-15/2
2
0,25
0,29
0,04
0
0
0
16/2-20/2
24
24,59
1,41
0,37
4,35
2,49
0,06
21/2-25/2
10
41,94
5,32
0,61
4,03
2,91
0,15
26/2-2/3
38
48,55
7,66
0,62
40,2
11,2
0,45
3/3-7/3
23,5
64,67
2,07
0,93
31,46
12,98
0,45
8/3-12/3
10,5
41,31
4,83
0,75
0,56
1
0,06
13/3-17/3
0
27,07
4,63
0,61
14,4
0
0,23
18/3-22/3
0
7,53
1,7
0,33
0,06
0,19
0,02
23/3-27/3
19
5,64
1,46
0,27
0,62
0,54
0,01
28/3-1/4
31,5
13,66
2,22
0,36
13,47
2,16
0,16
2/4-6/4
61,5
131,2
11,99
1,29
61,22
14,19
0,34
7/4-11/4
26,31
50,71
12,1
0,82
6,44
4,49
0,27
12/4-16/4
0
24,74
2,5
0,59
0,19
0,3
0,03
17/4-21/4
0
12,26
1,58
0,42
0
0
0
22/4-26/4
0
3,32
2,15
0,21
0
0
0
27/4-01/5
0
0,14
0,37
0,03
0
0
0
100,74
10,47
224,92
98,71
2,58
Total
350,01
653,08
Ev – Volume evaporado acumulado
89
Apêndice B. Precipitação, leitura da régua e valores correspondentes aos cálculos efetuados da bacia I.
Precipitação
Leitura
Volume
Volume
Volume infiltrado
pluviômetro
régua
pela régua
estimado
e evaporado
(cm)
0
(m³)
(m³)
(m³)
(m³)
22/1/2010
(mm)
0,00
0
0
0
0
23/1/2010
34,00
20,83
0
0,00
0,00
12,00
115
90
20,83
24/1/2010
12,97
12,97
7,86
0,19
7,67
25/1/2010
3,00
76
9,33
9,33
3,64
0,16
3,48
26/1/2010
12,50
119
22,25
25,89
3,64
0,24
3,40
27/1/2010
10,00
110
19,12
19,12
6,77
0,22
6,55
28/1/2010
9,00
102
16,53
16,53
2,59
0,21
2,38
29/1/2010
0,00
97
15,00
15,00
1,53
0,20
1,33
30/1/2010
2,70
91
13,25
13,25
1,75
0,19
1,56
31/1/2010
0,00
75
9,10
9,10
4,15
0,16
3,99
1/2/2010
0,00
53
4,61
4,61
4,49
0,11
4,38
2/2/2010
0,00
45
3,34
3,34
1,27
0,10
1,17
3/2/2010
0,00
38
2,39
2,39
0,95
0,08
0,87
4/2/2010
0,00
35
2,03
2,03
0,36
0,08
0,28
5/2/2010
0,00
32
1,70
1,70
0,33
0,07
0,26
6/2/2010
0,00
25
1,04
1,04
0,66
0,06
0,60
7/2/2010
10,00
20
0,67
0,67
0,37
0,04
0,33
8/2/2010
0,00
18
0,54
0,54
0,13
0,04
0,09
9/2/2010
6,00
16
0,43
0,43
0,11
0,04
0,07
10/2/2010
4,50
14,5
0,35
0,35
0,08
0,03
0,05
11/2/2010
0,00
9
0,14
0,14
0,21
0,02
0,19
12/2/2010
2,00
5
0,04
0,04
0,1
0,01
0,09
13/2/2010
0,00
5
0,04
0,04
0
0,00
0,00
14/2/2010
0,00
3
0,02
0,02
0,02
0,01
0,01
15/2/2010
0,00
1
0,01
0,01
0
0,00
0,00
16/2/2010
0,00
0
0,00
0,01
0
0,00
0,00
17/2/2010
5,50
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
18/2/2010
16,50
3
0,02
0,02
0
0,00
0,00
19/2/2010
0,00
90
12,97
13,18
0,21
0,19
0,02
20/2/2010
2,00
85
11,61
11,61
1,57
0,18
1,39
21/2/2010
2,50
80
10,32
10,32
1,29
0,17
1,12
22/2/2010
0,00
72
8,40
8,40
1,92
0,15
1,77
23/2/2010
7,50
70
7,95
7,95
0,45
0,15
0,30
24/2/2010
0,00
72
8,40
8,85
0,45
0,15
0,30
25/2/2010
0,00
65
6,88
6,88
1,97
0,14
1,83
26/2/2010
0,00
57
5,32
5,32
1,56
0,12
1,44
27/2/2010
0,00
50
4,11
4,11
1,21
0,11
1,10
28/2/2010
31,00
100
15,91
17,12
1,21
0,21
1,00
1/3/2010
0,00
85
11,61
11,61
5,51
0,18
5,33
2/3/2010
7,00
85
11,61
11,61
0
0,00
0,00
3/3/2010
10,00
95
14,41
14,41
0,2
0,20
0,00
Data
Volume
Volume
evaporado Infiltrado
(m³)
0
90
Precipitação
Leitura
Volume
Volume
Volume infiltrado
Volume
Volume
pluviômetro
régua
pela régua
estimado
e evaporado
evaporado
infiltrado
(mm)
(cm)
(m³)
(m³)
(m³)
(m³)
(m³)
4/3/2010
7,00
93
13,82
13,82
0,59
0,19
0,40
5/3/2010
6,50
89
12,69
12,69
1,13
0,18
0,95
6/3/2010
0,00
87
12,14
12,14
0,55
0,18
0,37
7/3/2010
0,00
85
11,61
11,61
0,53
0,18
0,35
8/3/2010
0,00
80
10,32
10,32
1,29
0,17
1,12
9/3/2010
0,00
75
9,10
9,10
1,22
0,16
1,06
10/3/2010
0,00
69
7,73
7,73
1,37
0,15
1,22
11/3/2010
0,00
65
6,88
6,88
0,85
0,14
0,71
12/3/2010
10,50
67
7,30
8,15
0,85
0,14
0,71
13/3/2010
0,00
65
6,88
6,88
1,27
0,14
1,13
14/3/2010
0,00
62
6,27
6,27
0,61
0,13
0,48
15/3/2010
0,00
60
5,88
5,88
0,39
0,13
0,26
16/3/2010
0,00
56
5,13
5,13
0,75
0,12
0,63
17/3/2010
0,00
42
2,91
2,91
2,22
0,09
2,13
18/3/2010
0,00
38
2,39
2,39
0,52
0,08
0,44
19/3/2010
0,00
33
1,81
1,81
0,58
0,07
0,51
20/3/2010
0,00
29
1,40
1,40
0,41
0,06
0,35
21/3/2010
0,00
25
1,04
1,04
0,36
0,06
0,30
22/3/2010
0,00
23
0,88
0,88
0,16
0,05
0,11
23/3/2010
5,00
20
0,67
0,67
0,21
0,04
0,17
24/3/2010
5,00
19
0,60
0,60
0,07
0,04
0,03
25/3/2010
0,00
15
0,38
0,38
0,22
0,03
0,19
26/3/2010
9,00
38
2,39
2,62
0,22
0,08
0,14
27/3/2010
0,00
31
1,60
1,60
1,01
0,07
0,94
28/3/2010
0,00
22
0,81
0,81
0,79
0,05
0,74
29/3/2010
0,00
25
1,04
1,83
0,95
0,06
0,89
30/3/2010
5,00
23
0,88
0,88
0,28
0,05
0,23
31/3/2010
1,50
19
0,60
0,60
0,28
0,04
0,24
1/4/2010
25,00
80
10,32
10,60
0,28
0,17
0,11
2/4/2010
20,50
130
26,36
26,64
1,22
0,26
0,96
3/4/2010
22,00
140
30,36
30,64
1,22
0,28
0,94
4/4/2010
10,00
135
28,33
28,33
2,31
0,27
2,04
5/4/2010
9,00
130
26,36
26,36
1,97
0,26
1,71
6/4/2010
0,00
112
19,80
19,80
6,56
0,23
6,33
7/4/2010
0,00
96
14,70
14,70
5,1
0,20
4,90
8/4/2010
0,00
85
11,61
11,61
3,09
0,18
2,91
Data
9/4/2010
0,00
77
9,58
9,58
2,03
0,16
1,87
10/4/2010
0,00
70
7,95
7,95
1,63
0,15
1,48
11/4/2010
0,00
65
6,88
6,88
1,07
0,14
0,93
12/4/2010
0,00
61
6,07
6,07
0,81
0,13
0,68
91
Data
Pluviômetro
Leitura
Volume
Volume
Volume infiltrado
Volume
Volume
precipitação
régua
pela régua
estimado
e evaporado
evaporado
infiltrado
(mm)
(cm)
(m³)
(m³)
(m³)
(m³)
(m³)
13/4/2010
0,00
57
5,32
5,32
0,75
0,12
0,63
14/4/2010
0,00
55
4,96
4,96
0,36
0,12
0,24
15/4/2010
0,00
53
4,61
4,61
0,35
0,11
0,24
16/4/2010
0,00
48
3,79
3,79
0,82
0,10
0,72
17/4/2010
0,00
43
3,05
3,05
0,74
0,09
0,65
18/4/2010
0,00
38
2,39
2,39
0,66
0,08
0,58
19/4/2010
0,00
37
2,27
2,27
0,12
0,08
0,04
20/4/2010
0,00
35
2,03
2,03
0,24
0,08
0,16
21/4/2010
0,00
39
2,52
2,52
0,24
0,08
0,16
22/4/2010
0,00
27
1,22
1,22
1,3
0,06
1,24
23/4/2010
0,00
23
0,88
0,88
0,33
0,05
0,28
24/4/2010
0,00
19
0,60
0,60
0,28
0,04
0,24
25/4/2010
0,00
15
0,38
0,38
0,23
0,03
0,20
26/4/2010
0,00
12
0,24
0,24
0,22
0,03
0,19
27/4/2010
0,00
8
0,11
0,11
0,17
0,02
0,15
28/4/2010
0,00
4
0,03
0,03
0,15
0,01
0,14
29/4/2010
0,00
1
0,00
0,00
0,08
0,00
0,08
30/4/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
1/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
2/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
3/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
4/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
5/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
6/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
30/4/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
1/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
2/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
3/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
4/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
5/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
6/5/2010
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
92
Apêndice C. Precipitação, leitura da régua e valores correspondentes aos cálculos efetuados da bacia II.
Data
Precipitação
Leitura
Volume
Volume
Volume infiltrado
Volume
Volume
pluviômetro
régua
pela régua
estimado
e evaporado
evaporado
infiltrado
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11,19
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Volume
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Volume
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evaporado
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5,09
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15,06
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13,71
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5,09
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2,89
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8/4/2010
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1,66
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0,98
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94
Data
Precipitação
Leitura
Volume
Volume
Volume infiltrado
Volume
Volume
pluviômetro
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estimado
e evaporado
evaporado
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(m³)
(m³)
(m³)
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95
Apêndice D. Cotas levantadas pelo nível ótico antes do uso da bacia I (m)
Bacia I
0,00 -0,06 -0,24 -0,33 -0,42 -0,46 -0,30 -0,20 0,00
0,00 0,00
0,00 -0,30 -0,63 -0,91 -0,95 -0,99 -0,74 -0,51 -0,20 -0,05 0,00
0,00 -0,51 -0,89 -1,24 -1,45 -1,38 -1,19 -0,95 -0,43 -0,08 0,00
0,00 -0,74 -1,20 -1,49 -1,93 -1,85 -1,76 -1,29 -1,02 -0,10 0,00
0,00 -0,75 -1,25 -1,67 -2,07 -2,01 -1,89 -1,60 -1,21 -0,33 0,00
-0,02 -0,75 -1,58 -1,38 -1,91 -2,10 -1,92 -1,95 -1,75 -0,65 0,00
0,00 -0,77 -1,24 -1,80 -1,87 -1,96 -1,90 -1,74 -1,33 -0,79 0,00
0,00 -0,63 -1,10 -1,63 -1,77 -1,97 -1,86 -1,66 -1,20 -0,78 0,00
0,00 -0,28 -0,83 -1,25 -1,49 -1,61 -1,44 -1,35 -0,89 -0,59 0,00
0,00 -0,01 -0,32 -0,77 -0,94 -1,05 -0,98 -0,97 -0,67 -0,28 0,00
0,00
0,00
0,00 -0,08 -0,33 -0,47 -0,57 -0,54 -0,37 -0,16 0,00
Apêndice E. Cotas levantadas pelo nível ótico dpois do uso da bacia I (m)
Bacia I
0,00 0,00
0,00
0,00 -0,06 -0,23 -0,44
-0,15
0,00
0,00
0,00
0,00 0,00 -1,08 -0,47 -0,73 -0,77 -0,75
-0,52
-0,33
0,00
0,00
0,00 -0,11 -0,81 -1,02 -1,24 -1,20 -1,07
-0,90
-0,55 -0,02 0,00
0,00 0,00 -1,02 -1,32 -1,44 -1,39 -1,40
-1,21
-0,81
0,00 -0,73 -1,27 -1,63 -1,65 -1,63 -1,55
-1,48
-0,95 -0,26 0,00
0,00 -0,63 -1,17 -1,58 -1,72 -1,78 -1,70
-1,45
-1,06 -0,30 0,00
0,00 -0,43 -1,03 -1,40 -1,66 -1,80 -1,72
-1,42
-0,93 -0,32 0,00
0,00 -0,43 -1,03 -1,29 -1,46 -1,52 -1,40
-1,07
-0,66 -0,13 0,00
0,00 -0,11 -0,69 -0,87 -1,07 -1,02 -0,99
-0,67
-0,21
0,00
0,00
0,00 0,00
0,00 -0,52 -0,64 -0,49 -0,47
-0,19
0,00
0,00
0,00
0,00 0,00 -0,22 -0,17 -0,01 -0,10 0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Apêndice F. Cotas levantadas pelo nível ótico antes do uso da bacia II (m)
Bacia II
0,00 -0,11 -0,06 -0,11 -0,23 -0,25 -0,28 -0,13 -0,08 -0,08
0,00
0,00 -0,08 -0,20 -0,37 -0,70 -0,66 -0,62 -0,41 -0,18 -0,06
0,00
-0,20 -0,23 -0,52 -0,79 -0,97 -1,06 -0,98 -0,75 -0,46 -0,15
0,00
-0,20 -0,47 -0,76 -1,05 -1,30 -1,29 -1,23 -1,07 -0,75 -0,30 -0,04
-0,17 -0,52 -0,96 -1,26 -1,53 -1,52 -1,50 -1,28 -0,98 -0,32
0,00
-0,13 -0,55 -0,98 -1,48 -1,50 -1,52 -1,52 -1,34 -0,98 -0,44
0,00
-0,06 -0,43 -0,94 -1,33 -1,49 -1,43 -1,40 -1,15 -0,80 -0,35 -0,02
-0,03 -0,21 -0,69 -1,12 -1,23 -1,32 -1,18 -0,96 -0,54 -0,19 -0,03
0,00 -0,03 -0,43 -0,70 -0,93 -1,04 -0,78 -0,61 -0,25 -0,08
0,00
0,00
0,00 -0,04 -0,19 -0,48 -0,42 -0,34 -0,15 -0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00 -0,01 -0,01 -0,09 -0,10 -0,13
0,00
96
Apêndice G. Cotas levantadas pelo nível ótico depois do uso da bacia II (m)
Bacia II
0,00
0,00
-0,10 -0,06 -0,16 -0,37 -0,56 -0,65 -0,59 -0,42 -0,12 0,00
0,00 -0,06 -0,06 -0,11 -0,23 -0,20 -0,13 0,00
0,00
0,00
-0,09 -0,18 -0,45 -0,71 -0,89 -0,96 -0,87 -0,71 -0,38 -0,06 0,00
-0,09 -0,36 -0,67 -1,03 -1,11 -1,21 -1,09 -0,99 -0,65 -0,24 0,00
-0,09 -0,36 -0,81 -1,14 -1,22 -1,26 -1,27 -1,15 -0,80 -0,34 0,00
0,00 -0,45 -0,85 -1,20 -1,20 -1,15 -1,20 -1,10 -0,81 -0,25 0,00
0,00 -0,43 -0,81 -1,18 -1,14 -1,13 -1,07 -1,05 -0,76 -0,26 0,00
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