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Pró-Reitoria Acadêmica Escola Politécnica
Curso de Engenharia Civil Trabalho de Conclusão de Curso
REBAIXAMENTO DE LENÇOL FREÁTICO POR MEIO DE
SIFONAMENTO HIDRÁULICO
Autores: Euclides Tupinambá S. Machado e Joziel Pereira Lopes
Orientador: Prof. Msc. Haroldo da Silva Paranhos
Brasília - DF
2015
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EUCLIDES TUPINAMBÁ SILVA MACHADO & JOZIEL PEREIRA LOPES
REBAIXAMENTO DE LENÇOL FREÁTICO POR MEIO DE
SIFONAMENTO HIDRÁULICO
Artigo apresentado ao curso de graduação
em Engenharia Civil da Universidade
Católica de Brasília, como requisito
parcial para a obtenção de Título de
Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Msc. Haroldo da Silva
Paranhos
Brasília
2015
ii
Artigo de autoria de Euclides Tupinambá Silva Machado e Joziel Pereira Lopes,
intitulado “REBAIXAMENTO DE LENÇOL FREÁTICO POR MEIO DE
SIFONAMENTO HIDRÁULICO”, apresentado como requisito parcial para obtenção do
grau de Bacharel em Engenharia Civil da Universidade Católica de Brasília, em
10/06/2015, defendido e aprovado pela banca examinadora abaixo assinada:
__________________________________________________
Prof. Msc. Haroldo da Silva Paranhos
Orientador
Curso de Engenharia Civil – UCB
__________________________________________________
Prof. Dra. Ivonne Alejandra Gutiérrez Góngora
Examinador
Curso de Engenharia Civil – UCB
Brasília
2015
iii
DEDICATÓRIA
Dedico a minha querida mãe a Sra. Elvira
Silva Machado, minha esposa Fáguina
Leite Bandeira, minha filha Júlia
Bandeira Silva Machado e família.
Euclides Tupinambá S. Machado
Dedico aos meus pais Maria Avelino
Pereira e Joaquim Lopes da Cruz que por
muitos sacrifícios e imponência
contribuíram na instrução e educação
para minha formação profissional no
curso de engenharia civil
Joziel Pereira Lopes
iv
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por ter me dado saúde e força para superar as dificuldades. Aos
meus pais, pelo amor, incentivo e apoio incondicional.
Agradeço a minha mãe Maria, heroína que me deu apoio, incentivo nas horas
difíceis, de desanimo e cansaço.
Ao meu pai Joaquim que apesar de todas as dificuldades me fortaleceu e que para
mim foi muito importante.
A minha namorada, companheira e futura esposa Carolina Lima de Souza Dias
me apoiaram em momentos de aflição, dificuldades e que sempre esteve ao meu lado
sendo companheira nas horas boas e ruins.
Agradeço ao professor Haroldo, por ceder gentilmente sua residência para ser
realizado o experimento e pesquisa deste trabalho.
Ao Euclides, amigo e dupla de trabalho, que por sua vez com toda adversidade
conseguimos alinhar o pensamento e disposição para atividades da pesquisa.
Meus agradecimentos aos amigos e colegas da universidade, companheiros de
trabalho e irmãos na amizade que fizeram parte da minha formação e que vão continuar
presentes em minha vida com certeza.
A todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu
muito obrigado.
Joziel Pereira Lopes
Agradeço a Deus por ter-me concedido sabedoria para o cumprimento de mais
uma importante etapa em minha vida.
Um agradecimento especial a minha mãe a Sra. Elvira Silva Machado e a todos
os meus familiares pelo apoio e incentivo nos momentos de dificuldades.
Agradeço ao Professor Haroldo pelos valorosos ensinamentos profissionais, aos
ilustríssimos amigos do curso de engenharia civil e a uma grande amiga Gloriza Paiva
pela ajuda e apoio para o término deste trabalho.
Euclides Tupinambá Silva Machado
1
REBAIXAMENTO DE LENÇOL FREÁTICO POR MEIO DE SIFONAMENTO
HIDRÁULICO
EUCLIDES TUPINAMBÁ SILVA MACHADO & JOZIEL PEREIRA LOPES
RESUMO
O Sistema de rebaixamento de lençol freático é naturalmente empregado para melhorar
as condições do solo, procedimento necessário em obras cujo o laudo de sondagem informe a
presença do nível d’água encontrada próximo à superfície, que venha a comprometer ou impedir
os serviços de execução de escavações, estabilização de solo e obras subterrâneas, em situações
de podendo ser temporário, em vários casos, ou permanentemente. Em diversas situações a
aplicação do sistema é primordial para a viabilidade, planejamento e logística da obra e seu
processo construtivo. Este artigo aborda um estudo de rebaixamento de lençol freático por meio
de sifonamento hidráulico de forma a viabilizar as condicionantes e particularidades de cada
obra, bem como, satisfazer critérios técnicos e econômicos.
Palavras-chave: Rebaixamento. Lençol Freático. Sifonamento hidráulico.
1 INTRODUÇÃO
A água é um elemento fundamental para a manutenção de todas as formas de vida em
nosso planeta. De toda a água doce disponível para consumo, 96% é proveniente de água
subterrânea.
Essas águas foram se acumulando nesses reservatórios subterrâneos ao longo dos
tempos e formaram o que é chamado de lençol freático que pode ser atingido quando o solo for
escavado.
Com o crescimento do mercado da construção civil que, hodiernamente, opta pelo
menor uso de espaço e maior aproveitamento, fez com que aumentasse a edificação em altura
e em profundidade requerendo cada vez mais escavação do solo possibilitando que o lençol
freático seja atingido.
Souza at al (2011) explana que,
A construção de subsolos de edifícios, barragens, túneis e galerias, ou seja, diversas
obras civis requerem escavações abaixo do lençol freático. Quando as escavações das
construções atingem o nível do lençol, trazendo como consequência o afloramento
2
das águas subterrâneas, é necessário o rebaixamento da mesma para que o local
mantenha-se seco para a execução das obras.
Esse procedimento pode ser efetivado por diferentes métodos, tais como: Bombeamento
direto, rebaixamento com ponteiras filtrantes (well-points), rebaixamento com injetoras e
injetores, rebaixamento com bombas submersas e o novo método proposto de rebaixamento por
sifonamento hidráulico.
O novo modelo proposto se utiliza da teoria do sifão, onde se tem o reservatório e o
lugar onde água retirada será depositada com diferentes níveis de altura e assim água escoa do
reservatório de mais alto para o mais baixo.
Para se escolher o método para a realização do rebaixamento é necessário analisar,
dentre outras variáveis, o tipo de lençol freático, o solo, as informações de sondagem. A escolha
correta no método é fundamental para a segurança da obra, bem como, para as obras ou terrenos
vizinhos, já que o rebaixamento atinge não só a área, mas todos a sua volta, como mostra a
Figura 1 abaixo.
Figura 1 - Esquema de rebaixamento
Fonte: Santos (2014)
Outro ponto discutido são as consequências do rebaixamento do lençol freático, o
rebaixamento possibilita a escavação do terreno sem o empecilho da presença d’água, como
mostra na figura 01 um esquema de rebaixamento e como este procedimento pode atingir as
áreas vizinhas.
O efeito obtido por esses métodos é a redução do volume de água no interior do
reservatório e o recalque do solo possibilitando assim a execução das fundações da
obra, melhorando as condições de estabilidade de taludes, evitando escorregamento e
reduzindo as dimensões da área requerida para a obra, garantindo que o solo no fundo
da escavação mantenha sua densidade e características de compactação, pois a
presença da água influência nos valores desses parâmetros, reduzindo os empuxos de
terra sobre paredes de escoramento, para que não ocorra desmoronamento no canteiro
de obras influenciando na segurança dos operários, Marango (1995).
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1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Geral
Discutir sobre os métodos de rebaixamento de lençol freático, principalmente, o método
proposto de rebaixamento por meio sifonamento hidráulico.
1.1.2 Específico
Comentar sobre os tipos de reservatórios de água.
Relatar as consequências do rebaixamento do lençol freático.
Realizar o teste do sistema de sifonamento hidráulico, bem como, propor este
método para ser utilizado como rebaixamento de lençol freático satisfazendo os critérios
técnicos.
1.2 JUSTIFICATIVAS
Hodiernamente, as obras de engenharia têm crescido cada vez mais e isso tem forçado
o desenvolvimento de técnicas que permitam construir em qualquer tipo de terreno, seja ele,
seco, úmido ou em áreas com reservatórios de água subterrâneos. Esse tipo depósito de água é
comum em construções subterrâneas e em subsolo, e exigem conhecimento da área a ser
construída, bem como, do nível do lençol freático, pois a umidade pode comprometer toda a
estrutura.
A presença de água contida em reservatórios subterrâneos, pode danificar estruturas e
alterar a harmonia do solo, modificando o equilíbrio das terras ao seu redor e abaixo, podendo
provocar instabilidade no fundo das escavações e nos taludes circundantes.
Com o intuito de evitar esse tipo de problema, nas construções, o presente trabalho
apresenta um método para rebaixar lençol freático e permitir o controle das estruturas e evitar
a infiltração na obra proveniente dos aquíferos subterrâneos.
1.3 REFERENCIAL TEÓRICO
1.3.1 Origem da Água No Solo
Alonso, (2007, p.10) elucida que, há muita especulação sobre a origem da água na Terra.
Inicialmente, aceitava-se que esse líquido integrava a matéria que se contraiu para a formação
do Planeta. No entanto, pesquisas mais recente sugerem que pelo menos parte dele foi trazido
por cometas.
4
Assim pode-se dizer que a água existe desde a origem e que ela está presente, em
diferentes estados físicos da matéria, em todo o universo observável.
Á água já existe desde a formação do universo e mais tardiamente de nosso Sistema
Solar (aproximadamente Ga), juntamente com os compostos CH4, NH3 e H2. Em
nosso sistema solar, os estados da matéria da água estão relacionados diretamente com
a distância do Sol e aos estágios de resfriamento parcial pelos quais o planeta já passou
até o momento, quanto mais próximo do “astro rei”, a água é encontrada no estado
físico gasoso, formando atmosferas densas, que no caso de mercúrio quase inexiste,
pela sua pequena massa em relação aos outros planetas de nosso sistema. Hansen
(2004, p.1)
O planeta terra tem uma posição singular que permite que a água seja encontrada nos
três estados, ou seja, líquido, sólido e gasoso. Nessa esteira, Hansen (2004, p.1) esclarece que,
“A terra é privilegiada por ter a posição em cerca de 150 milhões de quilômetros do sol, e possui
água nos três estados físicos da matéria: gasoso na atmosfera, líquido na hidrosfera e sólido na
criosfera”.
Parafraseando Alonso (2007, p.11), acredita-se que o volume de água disponível na
Terra seja, aproximadamente, 1,5 x 109 km3, cobrindo 370 x 106 km2 dos 510 milhões de km2
da superfície total do planeta.
Hansen (2004, p.1) elucida que “97% da água na Terra é salgada, 3% é água doce, sendo
2% congelada e 1% acessível. A Figura 2 ilustra a divisão de água doce e salgada.
Figura 2 - A disponibilidade da água no planeta
Fonte: Equipe Brasil Escola
Esses 3% de água estão distribuídos em 2% congelada, nas calotas polares, e apenas 1%
no estado líquido, mas não significa estão disponíveis, livremente, para uso, pois dessa
porcentagem muitos estão no subsolo.
“Esse pequeno volume de água doce e “livre” é distribuído da seguinte forma: metade
está nos livres profundos e a outra se divide em níveis subterrâneos mais superficiais,
Água doce
Água doce
Água doce acessível
Água salgada
5
denominados aquíferos, na umidade do solo, do ar, e nos rios e lagos”. Iritani (2008, p. 19). A
Tabela 1 a seguir elucida com clareza as porcentagens de água doce.
Tabela 1 - Mostra que a água e suas porcentagens em diferentes estados
Partes da hidrosfera Volume de água doce – Km³ Parte total da água doce - %
Geleiras 24.000.000 84,945
Água subterrânea 4.000.000 14,158
Lagos e reservatórios 155.000 0,549
Umidade do solo 83.000 0,294
Atmosfera 14.000 0,049
Rios 1.200 0,004
Total 28.253.200 100,00
Fonte: Heath, R.C. Watter Supply paper.
1.3.2 Águas Subterrâneas
Desde a antiguidade se tenta explicar a origem das águas subterrâneas. Muitos filósofos
formularam teorias com o intuito de explicar tal fenômeno.
Nesse sentido, Barnabé (2006, p. 9) comenta,
Homero, Tales, Platão e René Descartes formularam hipóteses de que as nascentes
eram formadas por água do mar conduzida através de canais subterrâneos para baixo
das montanhas, depois purificados e dirigindo até à superfície. Aristóteles supôs que
se o ar entrasse em frias cavernas escuras sob as montanhas, ele se condensaria em
água e contribuiria para as nascentes. Sêneca e Plínio seguiram as ideias gregas e
pouco contribuíram para o assunto. Entretanto, um passo importante foi dado pelo
arquiteto romano Vitruvio, explicando a teoria da infiltração, tendo como referência
a grande quantidade de chuva que as montanhas recebem escoando através dos
estratos rochosos e emergindo para formar os cursos de água.
Barbosa (2007, p. 14), também tenta esclarecer como ocorre o fenômeno, o ciclo
hidrológico compreende o movimento contínuo da água entre a terra e a atmosfera através de
processos de evaporação da superfície da água e do solo, além da transpiração das plantas e a
precipitação. Esta água é infiltrada no subsolo, e está presente nos espaços intergranulares dos
solos ou nas fraturas das rochas.
Manoel Filho (2000, p. 391) define, “as águas subterrâneas são águas armazenadas nas
rochas e/ou depósitos sedimentares que se acumularam ao longo de milhares de anos e se
encontram, sob condições naturais, numa situação de equilíbrio governada por um mecanismo
de recarga e descarga”.
Assim, pode-se dizer que a água permeia espaços vazios que existem entre componentes
do solo, tais como grãos e rochas até alcançar esses depósitos, a Figura 3 a seguir ilustra essa
situação.
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Figura 3 - Ciclo hidrológico
Fonte: Barbosa (2007, p. 14)
Como pode se observar, na Figura 3, a água é infiltrada no solo e desce verticalmente
por causa da gravidade, até chegar ao reservatório subterrâneo, mas esse processo é lento e
demorado.
Nessa esteira, Barbosa (2007, p. 14) comenta,
o caminho subterrâneo das águas é o mais lento de todos. Por outro lado, a água de
uma chuva que não se infiltrou levará poucos dias para percorrer muitos e muitos
quilômetros. Já a água subterrânea poderá levar dias para percorrer poucos metros.
Havendo oportunidade esta água poderá voltar à superfície, através das fontes, indo
se somar às águas superficiais, ou então, voltar a se infiltrar novamente.
Depois desse caminho o excedente de água que, passa pelos poros, acumula-se em zonas
mais profundas o que acaba preenchendo totalmente os poros e formando a zona saturada, ou
seja, os aquíferos.
A zona saturada é aquela onde se localiza, no subsolo, a água infiltrada e acumulada
durante milhões de anos, enquanto a não saturada está relacionada com a região porosa que a
água percorre até chegar aos reservatórios. A Figura 4 a seguir mostra esse fenômeno.
7
Figura 4 - Zona saturada e não saturada
Fonte: Golvêia (2004)
De acordo com a Figura 4, na zona não saturada localiza-se poros com ar e água o que
não ocorre na região saturada, onde foi preenchido com água e não há presença de ar.
Pinto (2005, p. 67) corrobora com essa afirmação,
a água, ao se infiltrar no solo, está sujeita, principalmente, às forças devidas à atração
molecular ou adesão; à tensão superficial ou efeitos de capilaridade; e à gravitacional.
Abaixo da superfície, em função das ações dessas forças e da natureza do terreno, a
água pode se encontrar na zona de aeração ou na zona saturada. Na primeira, os
interstícios do solo são parcialmente ocupados pela água, enquanto o ar preenche os
demais espaços livres, e na segunda, a água ocupa todos os vazios e se encontra sob
pressão hidrostática.
1.3.3 Aquíferos
Iritani (2008, p. 19) diz que, “aquífero é um reservatório de água, caracterizado por
camadas ou formações suficientemente permeáveis, capazes de armazenar e transmitir água em
quantidades que possam ser aproveitadas como fonte de abastecimento para diferentes usos”.
Para Feitosa (1997, p. 45),
Os aquíferos podem ser classificados de acordo com as pressões das superfícies
limitantes, superior também chamada de topo e inferior conhecida como base.
Também podem ser classificados a partir da capacidade de transmissão de água entre
estas camadas limitantes como camada confinante superior e camada confinante
inferior.
Ainda de acordo com o autor citado acima,
Os comportamentos hidrostáticos e hidrodinâmicos, os aquíferos são classificados em
livre, confinado e semi-confinado. Os aquíferos livres ou freáticos são os aquíferos
mais comuns e mais explorados pela população. Sua base é representada por uma
rocha ou formação rochosa impermeável e seu limite superior por uma superfície
hídrica livre, diretamente em contato com o ar, submetido diretamente a pressão
atmosférica, o que os torna mais vulneráveis a problemas de contaminação.
8
Já para Mello (2013, p. 6), “os aquíferos do Domínio Freático (zona porosa) são
caracterizados por meios geológicos onde a porosidade é do tipo intergranular, ou seja, a água
ocupa os poros entre os minerais constituintes do material geológico (rocha ou solo)”.
Enquanto Rebouças et al. (2002, p. 43),
Define como sendo, aquele constituído por uma formação geológica permeável e
superficial, totalmente aflorante em toda a sua extensão, e limitado na base por uma
camada impermeável. A superfície superior da zona saturada está em equilíbrio com
a pressão atmosférica, com a qual se comunica livremente. Os aqüíferos livres têm a
chamada recarga direta. Em aqüíferos livres o nível da água varia segundo a
quantidade de chuva. São os aqüíferos mais comuns e mais explorados pela
população. São também os que apresentam maiores problemas de contaminação.
A Figura 5 a seguir representa um tipo de aquífero livre.
Figura 5 - Aquífero livre
Fonte: Associação brasileira de águas subterrâneas
Desta forma, percebe-se que os reservatórios livres são aqueles em que a água assume
uma pressão igual a atmosférica, ou seja, estão na superfície.
Rebouças et al. (2002, p 45), explica que,
Aquífero confinado ou artesiano é aquele constituído por uma formação geológica
permeável, confinada entre duas camadas impermeáveis ou semipermeáveis. A
pressão da água no topo da zona saturada é maior do que a pressão atmosférica
naquele ponto, o que faz com que a água ascenda no poço para além da zona aquífera.
O seu reabastecimento ou recarga, através das chuvas, dá-se preferencialmente nos
locais onde a formação aflora à superfície. Neles, o nível da água encontra-se sob
pressão, podendo causar artesianismo nos poços que captam suas águas. Os aquíferos
confinados têm a chamada recarga indireta e quase sempre estão em locais onde
ocorrem rochas sedimentares profundas (bacias sedimentares).
A Figura 6 a seguir esboça um tipo de aquífero confinado.
9
Figura 6 - Aquífero confinado
Fonte: Associação brasileira de águas subterrâneas
Os aquíferos artesianos ou confinados possuem água submetida a uma pressão superior
à da atmosférica, isso se deve ao fato de estarem confinadas no subsolo e para se ter acesso é
necessário que se faça poços ou outra forma de captação desse líquido.
De acordo com o Ministério do Meio Ambiente (MMA) (2007, p.12), os aquíferos ainda
podem ser classificados pela quantidade de espaços vazios em:
(a) Poroso – com água armazenada nos espaços entre os grãos criados durante a
formação da rocha; é o caso das rochas sedimentares, como os arenitos do Sistema Aqüífero
Guarani. Os aqüíferos porosos funcionam com esponjas onde os espaços vazios são ocupados
por água.
(b) Fissural (cristalino/embasamento cristalino) – a água circula pelas fissuras
resultantes do fraturamento das rochas relativamente impermeáveis (ígneas ou metamórficas),
como os basaltos, que estão sobre arenitos do Guarani.
(c) Cársticos – São os aquíferos formados em rochas carbonáticas (sedimentares,
ígneas ou metamórficas). Constituem um tipo peculiar de aqüífero fraturado, onde as fraturas,
devido à dissolução do carbonato pela água, podem atingir aberturas muito grandes, criando,
neste caso, verdadeiros rios subterrâneos. São exemplos destes, as regiões da Gruta de Maquiné,
São Domingos, Vale do Ribeira e Bonito.
Essa classificação se dá de acordo com a quantidade de espaço existente entre os
compostos conforme ilustrado na Figura 7, Tipos de aquíferos quanto a permeabilidade.
10
Figura 7 - Tipos de aquíferos quanto a permeabilidade
Fonte: Ministério do Meio Ambiente.
1.3.4 A Importância da Hidrologia Subterrânea
Para Barnabé (2006, p. 6),
A relação, em termos de demanda quanto ao uso da água, varia entre os países, e
nestes, de região para região, constituindo o abastecimento público, de modo geral, a
maior demanda individual. Em 1992, a UNESCO (Organização das Nações Unidas
para a educação, Ciência e a Cultura) estimava que mais de 50% da população
mundial poderia estar sendo abastecida pelo manancial subterrâneo. Observa-se
atualmente que praticamente todos os países do mundo, desenvolvidos ou não,
utilizam água subterrânea para suprir suas necessidades, seja no atendimento total ou
apenas suplementar do abastecimento público e de atividades como irrigação,
produção de energia, turismo, indústria, etc.
As águas subterrâneas são importantes, pois o uso exacerbado e inadequado desse
recurso tem provocado sua escassez. As águas armazenadas, no subsolo, podem contribuir para
amenizar esse problema.
Nessa esteira, Barbosa (2007, p. 18) esclarece que,
O homem sempre teve a ideia de que os recursos naturais são inesgotáveis por
apresentarem-se de forma abundante no meio, passando a utilizá-los irracionalmente
e, quase sem nenhum controle. Essa falsa sensação de inesgotabilidade da água cai
por terra quando se toma consciência de que, nem toda a água do planeta pode ser
aproveitada para o consumo humano. Daí a necessidade imperiosa de preservação
deste recurso natural. Neste caso a preservação das águas subterrâneas, assume grande
importância, não só porque representa uma das maiores porcentagens das águas doces
de fácil acesso, mas também porque a sua descontaminação seria economicamente
inviável e tecnicamente complexa.
Esses reservatórios são importantes, pois abastecem rios e lagos mesmo em períodos de
seca, já que a grande maioria desse são permanente. Outra função importante é o abastecimento
para as pessoas que através de poços bem construídos e protegidos ajudam a manter a saúde da
população que utilizam essa água para satisfazer suas necessidades básicas.
Ainda com relação a esse assunto Villiers (2002, p. 23).
Outro ponto importante observado pelo uso da água subterrânea é o seu papel de
destaque, principalmente a partir da década de 50, no equacionamento do problema
11
de água em regiões áridas e semi-áridas, como o Nordeste do Brasil e a Austrália, e
mesmo desérticas, como na Líbia, onde cidades ao longo da costa e grandes projetos
de irrigação têm a demanda de água atendida por poços tubulares perfurados em pleno
deserto do Saara, através de uma adutora com 1.900 km de0 distância.
1.4 REBAIXAMENTO DE LENÇOL FREÁTICO
Na construção civil, muitas vezes, é necessário que se faça o rebaixamento do lençol
freático, pois, o nível da água se encontra próximo ao à superfície. Esse tipo de procedimento
permite maior estabilidade na construção evitando desmoronamentos resultantes do excesso de
umidade no solo.
Nesse sentido Souza at Gaioto (2011, p. 3) destaca que,
o rebaixamento faz com que o nível da água seja reduzido, possibilitando assim a
execução das fundações da obra, melhorando as condições de estabilidade de taludes,
evitando escorregamento e reduzindo as dimensões da área requerida para a obra,
garantindo que o solo no fundo da escavação mantenha sua densidade e características
de compactação, pois a presença da água influência nos valores desses parâmetros,
reduzindo os empuxos de terra sobre paredes de escoramento, para que não ocorra
desmoronamento no canteiro de obras influenciando na segurança dos operários.
Para se realizar o rebaixamento é necessário que se faça ensaios preliminares, já que ao
realizá-lo, altera-se a composição natural do solo, tais como pressão e tensão.
Alonso (2007, p. 79),
É importante lembrar que, qualquer que seja o sistema de rebaixamento empregado,
sempre haverá uma diminuição das pressões neutras no solo e, consequentemente, um
aumento de das tensões efetivas. Esse acréscimo de pressão efetiva no solo pode
causar recalques indesejáveis às estruturas situadas no raio de influência do
rebaixamento. Isso acontece quando as estruturas têm suas fundações apoiadas em
solos muito compressíveis, como argilas orgânicas ou areias fofas submersas.
Desta feita, é necessário que se considere vários fatores antes de iniciar as atividades de
rebaixamento, tais como os que citam Souza at al (2011, p. 3).
A magnitude, os custos e a definição do tipo de sistema de rebaixamento a ser adotado
dependem principalmente: a) da permeabilidade do solo, podendo ser muito variável
em regiões próximas; b) da profundidade de escavação; c) da posição natural do lençol
freático, regiões localizadas em áreas de descarga requer um estudo mais rico de
informações para a retirada da água; d) das condições das obras situadas próximas ao
rebaixamento e das suas fundações, para não causar nenhum dano aos vizinhos,
podendo vir a ser necessário o uso de técnicas mais adequadas; e) da área e da
profundidade da escavação requerida; f) do tempo em que será necessário manter a
condição de rebaixamento.
Considerando esses fatores existem vários tipos de métodos de rebaixamento que devem
ser observados de acordo com o aquífero e com a obra.
12
1.4.1 Principais Métodos de Rebaixamento
1.4.1.1 Bombeamento direto
De acordo com Alonso (2007, p. 79),
Esse sistema de rebaixamento é o mais simples de todos, consistindo na coleta da água
em valetas, colocadas no fundo da escavação e ligadas a um ou vários poços,
estrategicamente dispostos, onde a água é acumulada e, à medida que atinge
determinado nível (volume), recalcada para fora da zona de trabalho.
Ainda sobre o assunto Caputo (2008, p. 217) “relata que, este processo se faz recalcando,
para fora da zona de trabalho, a água conduzida por meio de valetas e acumulada dentro de um
poço executado abaixo da escavação”.
Figura 8 - Sistema de rebaixamento por bombeamento direto
Fonte: Alonso (2007)
Esse tipo de rebaixamento é o mais simples, mas de acordo com Alonso (2007, p. 80)
apresentam problemas, tais como:
1- No caso de escavações suportadas por cortinas estanques contínuas, conforme
figura 09, a força de percolação da água pode causar substancial perda de suporte
quando o gradiente hidráulico for elevado; isso prejudica os trabalhos e até inviabiliza
a execução de fundações rasas. Se houver uma camada argilosa, pouco permeável
pode ocorrer a ruptura do fundo da escavação;
2- Sempre que esse sistema de rebaixamento for usado, é importante verificar a
não-ocorrência de carreamento de partículas de solo, observando-se, regularmente, a
água na saída das bombas para ver se esta saindo limpa. O carreamento de partículas
de solo acarreta recalques acentuados em estruturas vizinhas à escavação, em
particular em calçamentos, dutos de água ou esgoto e outros tipos de obras apoiadas
acima da cota da escavação. Ao constatar-se o carreamento de solo, deve-se melhorar
o sistema de captação da água, dispondo-se sistemas de filtro onde ocorrem esses
carreamentos.
Esse tipo de sistema é indicado onde a camada permeável é de "pequena" espessura (em
relação à profundidade da escavação), repousando sobre um extrato "impermeável" (k da ordem
de 10(-8) cm/s).
13
1.4.1.2 Sistema de rebaixamento com ponteiras filtrantes
Caputo (2008, p. 217) afirma que “esse tipo sistema elimina os inconvenientes causados
pelo sistema de bombeamento feito diretamente da escavação”.
Loturco (2003, p. 3) explica que,
Nesse sistema, são perfurados poços com diâmetro variando entre 10 cm e 15
cm e instaladas ponteiras conectadas a um coletor que se liga a um sistema de
bombas. Dependendo da estabilidade da parede, as laterais do poço podem ou
não ser revestidas. Com a ponteira instalada no fundo do poço é feita a vedação
na parte superior do furo - no nível do solo. No Brasil, as ponteiras mais
utilizadas têm entre 3,8 cm e 5,8 cm de diâmetro e de 0,3 m a 1,0 m de
comprimento feitas de tubos de aço galvanizado ou PVC perfurados e envoltos
por tela filtrante.
Já para Chiossi (2013, p. 208), esse sistema é utilizado empregando-se ponteiras
filtrantes de “11/2 a 21/2” de diâmetro, com 30 a 100 cm de comprimento, para drenagem por
gravidade ou a vácuo. Essas ponteiras filtrantes constituem-se de um tubo de aço perfurado e,
a seguir, um tubo metálico fechado, com 8 a 9 m de comprimento.
Figura 9 - Ponteiras filtrantes
Fonte: Loturco (2003, p. 3)
Deste feita, esse tipo de sistema consiste em envolver o lugar que se pretende drenar,
com canos coletores ligados à bomba aspirante típica para esse tipo de serviço.
Para aumentar a eficácia do sistema, o rebaixamento pode ser feito em dois ou mais
estágios. Nessas condições, as etapas subsequentes operam a partir do rebaixamento alcançado
no estágio superior.
1.4.1.3 Sistemas de rebaixamento com injetoras e injetores
Por este sistema, se força a circulação da água através de um bocal previamente
conformado para reproduzir um tubo injetor. Este injetor é instalado na extremidade inferior do
poço individual. O sistema funciona como um circuito semifechado, no qual a água é
impulsionada por bomba centrífuga através de uma tubulação horizontal geral de injeção.
Nesse diapasão Alonso (2007, p. 91) elucida,
14
Uma bomba de recalque instalada em uma casa de bombas injeta água por uma
tubulação de distribuição geral à qual se ligam os tubos injetores que possuem na
extremidade inferior de um bico Venturi. A água injetada penetra no injetor e, após
atravessá-lo, sob alta pressão carrega a água do solo por outro tubo, até a superfície
onde é captada por outra tubulação coletora.
Figura 10 - Sistemas injetores
Fonte: Alonso (2007)
Alonso (2007, p. 99) comenta que, o sistema ejetor possui o mesmo princípio de dos
injetores. A diferença está na utilização de dois tubos concêntricos, injetando-se a água pelo
tubo externo e coletando-a pelo tubo interno. Mas esse processo não teve muita aceitação pela
dificuldade de manutenção dos injetores.
1.4.1.4 Sistemas de rebaixamento com bombas submersas
Para Caputo (2008, p. 229), esse método, denominado “processo Siemens”, que consiste
em recalcar a água por meio de bombas submersas colocadas no fundo de um tubo filtrante, é
indicado quando se deve executar um rebaixamento de nível d’agua a uma grande profundidade.
Esse método de rebaixamento utiliza-se bombas submersíveis instaladas no tubo-filtro,
de forma equivalente aos injetores. Esse tipo de bomba pode recalcar até mais de 100 m de
altura e com descarga de 60m3 /hora ou mais (Caputo 2008, p. 230).
15
Alonso (2007, p. 99) explica que, todas as bombas de cada poço são ligadas a um painel
de controle de elétrico que deve conter, além dos dispositivos normais de operação (sistema de
controle dos eletrodos, de fornecimento de energia e de proteção do motor elétrico), dispositivos
especiais de controle e desempenho das bombas que permitam detectar, de maneira rápida,
qualquer problema nestas, pois são equipamentos sofisticados e de alto custo.
Figura 11 - Poço de bombeamento com bomba submergível
Fonte: Muller (2004, p. 32).
Segundo Muller (2004, p. 330), “esse tipo de rebaixamento pode atingir grandes áreas,
em formato de cone, chamado de cone de rebaixamento. A extensão da área é medida pela
distância máxima de ocorrência de rebaixamento a partir do poço em operação. Nos lençóis
freáticos que estão confinados ou sob pressão, essa distância a centenas de metros”.
2 MATERIAL E MÉTODOS
Para o desenvolvimento do estudo em questão, no geral utilizou-se tubos e conexões de
material PVC, conforme a Tabela 2, Materiais e Equipamentos, a seguir:
16
Tabela 2 - Materiais e Equipamentos
Quantidade Peça Tipo Material Diâmetro (mm)
4 Barras de 6m de Tubo Soldável PVC 25
1 Barra de 6m de Tubo Soldável PVC 32
1 Barra de 6m de Tubo Soldável PVC 40
1 Curva Soldável PVC 32
1 Bucha de Redução Curta Soldável PVC 32 x 25
2 Bucha de Redução Curta Soldável PVC 40 x 32
1 Luva Soldável PVC 40
1 Luva Soldável PVC 32
1 Luva de Redução Soldável PVC 32 x 25
1 Luva de Redução Soldável com Rosca PVC 25
3 Uniões Roscáveis PVC 32
1 Tê Soldável PVC 40
1 Tê Soldável PVC 32
4 Joelho Soldável PVC 32
2 Adaptador Curto Bolsa e Rosca PVC 32
1 Adaptador Curto Bolsa e Rosca PVC 40
1 Válvula de Esfera com Alavanca Roscável Metálico 25
1 Válvula de Pé com Crivo Soldável PVC 32
1 Válvula de Pé com Crivo Soldável PVC 40
1 Registro Esfera com Borboleta Rosca Macho e Fêmea PVC 25
1 Adesivo Plástico para PVC Frasco Incolor - -
1 Trena 30m - Metálico -
1 Segueta - Metálico -
1 Fita Veda Rosca - - -
1 Chave de Grife - Metálico -
1 Lixa - - -
1 Alicate Bomba D’Água - - -
1 Bomba Centrífuga Periférica 0,50CV - ICS-50B Metálico -
Fonte: Autor
A pesquisa foi desenvolvida tendo como principal fonte de apoio à pesquisa
bibliográfica, livros didáticos, revistas científicas, monografias, artigos e teses relativos ao
rebaixamento de lençol freático com a finalidade de embasamento técnico do conceito e
identificação dos principais tipos de rebaixamento de lençol freático e a elaboração de um
método proposto nessa pesquisa: o método de rebaixamento do lençol freático utilizando
sifonamento hidráulico. O método sugerido realizou um teste para se observar o fenômeno de
sifão, por meio de contudo forçado para o escoamento da água.
Conforme Heller, 2006 podemos estimar o valor da pressão atmosférica local em função
da altitude na Tabela 3, Alturas máximas de sucção conforme altitude e pressão atmosférica, a
seguir:
Tabela 3 Alturas máximas de sucção conforme altitude e pressão atmosférica
Altitude (m) Pressão Atmosférica (m) Limite prático de sucção
0 10,33 7,60
300 10,00 7,40
600 9,64 7,10
900 9,30 6,80
1200 8,96 6,50
1500 8,62 6,25
17
1800 8,27 6,00
2100 8,00 5,70
2400 7,75 5,50
2700 7,50 5,40
3000 7,24 5,20
- - -
Brasília cota 1.172 8,96 6,50
Fonte: Adaptado de Heller, 2006
Para realizar este projeto foi utilizado dois métodos de pesquisa: experimental e
bibliográfico. No primeiro momento, foi observado um poço já construído de 5m de
profundidade e 4m de nível d’água revestido por um tubo dreno de PVC com 300mm de
diâmetro. Este tubo apresenta inúmeros furos para possibilitar a entrada da água no seu interior
bem como sua parede externa encontra-se encamisada (revestida) com geotêxtil para evitar o
entupimento deste pelas partículas de solo.
O experimento foi realizado na região do Setor Habitacional Arniqueiras – SHA,
Chácara 21, Condomínio Athenas, Brasília – DF. A Figura 12 mostra a localização onde foi
realizado o sistema de rebaixamento por sifonamento.
Figura 12 Localização do estudo,
Fonte: Google Maps
O poço encontra-se numa região característica do formato de um aquífero livre de fluxo
constante, como representado na Figura 13 a seguir:
18
Figura 13 Poço em um aquífero livre de forma cilíndrica
Fonte: Adaptado de Gonçales & Giampá, 1983
O sistema de rebaixamento de lençol freático por meio de sifonamento hidráulico
consiste em utilizar o fenômeno de sifão.
De acordo com Ferreira (2013, p. 33), “sifões são dispositivos integrados nos aparelhos
sanitários ou inseridos nos ramais de descarga com o objetivo de impedir a passagem de gases
para o interior dos edifícios”.
Já Carvalho (2011, p. 74) conceitua sifões como sendo, “um conduto fechado que
levanta o líquido a uma cota mais alta que aquela da superfície livre e o descarrega numa cota
mais baixa”.
Para que haja escoamento pelo método do sifão é necessário o preenchimento do sifão
com o líquido a ser transportado e esse escoará até que ocorra o nivelamento de altura entre eles
ou quando esgotar o líquido.
Esse escoamento se dá por gravidade, onde se tem, entre o ponto de captação e
escoamento, diferentes níveis de altura H e, consequentemente, uma diferença de energia
potencial, entre o ponto mais alto (captação) e o ponto mais baixo (escoamento). A Figura 14
ilustra esse método.
19
Figura 14 - Esquema de um sifão
Fonte: Costa (2006, p. 1)
Com base neste princípio, o funcionamento do método fundamenta-se pela equação de
Bernoulli (Eq. 01), por meio de três condições:
Primeira condição: Aplicando a Eq. 01 ao ponto de captação (E) da Figura 14, situado
no nível d’água, do reservatório, e ao ponto de escoamento (B), estabelece o nível de referência:
𝐻 + 𝑃𝑎
𝛾+ 0 = 0 +
𝑃𝑎
𝛾+
𝑉2
2𝑔+ ℎ𝑓𝐴𝐵
(01)
Onde:
H = altura
Pa = Pressão em A
𝛄 = Peso especifico da água
V = Velocidade
g = gravidade
h = altura final entre A e B
A carga no ponto E, contido no plano de carga efetiva, é nula porque o reservatório tem,
supostamente, nível d’água constante. A parcela hfAB representa as perdas de carga totais. A
pressão atmosférica é a mesma à entrada e à saída do conduto. Então, da igualdade acima, tem-
se que:
20
𝑉 = 2𝑔(𝐻 − ℎ𝑓𝐴𝐵)
(02)
Desta forma, em virtude da velocidade média do fluído ser positiva a extremidade de
escoamento deve situar-se abaixo do plano de carga efetiva e ainda em patamares mais baixos
conforme o aumento das perdas de cargas totais.
Segunda condição: aplicação do Teorema de Bernoulli entre o ponto E e o vértice C,
desta feita tem se a Eq. 02 para o nível de referência conforme a Figura 14:
𝐻 + 𝑃𝑎
𝛾+ 0 = 𝐻 + 𝐻1 +
𝑉2
2𝑔+
𝑃𝑐
𝛾ℎ𝑓𝐴𝐶
(03)
onde:
𝑉2
2𝑔=
𝑃𝑎
𝛾− (𝐻1 +
𝑃𝑐
𝛾+ ℎ𝑓𝐴𝐶)
(04)
As perdas de carga totais no ramo ascendente são representadas por HfAC, H1 é a altura
do vértice em relação ao nível d`água no reservatório e Pc/ɣ representa a altura da pressão no
vértice.
Com base nessa afirmação deve-se ter:
𝑃𝑎
𝛾> 𝐻1 +
𝑃𝑐
𝛾+ ℎ𝑓𝐴𝐶
(05)
𝐻1 <𝑃𝑎
𝛾− (
𝑃𝑐
𝛾+ ℎ𝑓𝐴𝐶)
(06)
Esta expressão traduz a segunda condição para o funcionamento de um sifão sendo
verificado que a elevação do vértice acima do plano de carga efetiva deve ser sempre inferior à
altura da pressão atmosférica local. A elevação H1 será tanto menor do que Pa/ɣ quanto maiores
forem as perdas de carga no ramo ascendente. Se a pressão no vértice pudesse anular-se:
𝐻1 < 10,33 − ℎ𝑓𝐴𝐶)
(07)
Tal seria o valor máximo teórico de H1, consideradas as perdas de carga no ramo
ascendente. Entretanto, na prática, o valor de H1 raramente atinge 6 metros, porque, ao
aproximar-se deste limite, a pressão no vértice atinge baixos valores que provocam o
desprendimento do ar dissolvido e a formação de vapores que se acumulam no ápice do sifão,
perturbando ou interrompendo seu funcionamento.
Terceira condição: Aplicando a mesma equação entre o vértice do sifão e o ponto B:
21
𝐻2 +𝑉2
2𝑔+
𝑃𝑐
𝛾 =
𝑉2
2𝑔+
𝑃𝑎
𝛾+ ℎ𝑓𝐶𝐵
(08)
Portanto, tem-se que:
𝑃𝑎
𝛾= 𝐻2 +
𝑃𝑐
𝛾− ℎ𝑓𝐶𝐵
(09)
Esta igualdade, traduzindo a terceira condição de funcionamento dos sifões, nos diz que
o ramo descendente não pode prolongar-se indefinidamente. Se assim acontecesse, as perdas
de carga, neste trecho do conduto, poderiam assumir valores que tornariam o segundo membro
desta expressão negativo, indicando uma situação impossível.
Pela Eq. 2 pode parecer que, aumentando H, a velocidade cresce e, com ela, a vazão.
Esta falsa impressão se desfaz pelo exame da Eq. 8 que estabelece a condição limite do valor
de H2 e, consequentemente, de H.
Os sifões podem funcionar perfeitamente se, ao invés de desaguarem livremente na
atmosfera, o fizessem em outro reservatório. Em tal caso, diz-se que a boca de saída está
afogada.
2.1 MONTAGEM DO SIFÃO
Etapa 1 – Tubulação de escorva
O mecanismo de escorva consiste na eliminação do ar existente no interior da bomba e
da tubulação de sucção. Esta operação consiste em preencher com água todo o interior da
bomba e da tubulação de sucção, antes do acionamento da mesma.
Nesta etapa foi utilizado uma barra de 6m de tudo soldável de PVC de 32mm, uma
válvula de pé com crivo soldável de PVC 32mm, um joelho soldável de 90º de PVC 32mm,
uma união roscável de PVC de 32mm e um adaptador soldável curto com bolsa e rosca de
32mm.
Com o auxílio de uma segueta pega-se a barra de 6m de tudo soldável de PVC de 32mm
e corta-o a um comprimento de 4,5m. Em seguida encaixa-se a uma das extremidades dessa
barra de tubo soldável a válvula de pé com crivo que será mergulhada no interior do poço a ser
esgotado. Essa válvula é responsável para impedir que a água que será succionada pela bomba
retorne ao poço e consequentemente esvazie a tubulação causando uma entrada de ar no sistema
e consequentemente inviabilizando o funcionamento do sifão.
Na ponta da extremidade da barra de tubo soldável de 32mm que se encontra fora do
poço acopla-se o joelho de 90º de PVC de 32mm e com o pedaço restante dessa barra através
22
da união roscável e do adaptador soldável curto com bolsa e rosca de 32mm faz-se o encaixe
na entrada de sucção da bomba centrífuga utilizada.
Figura 15 - Montagem do sistema e Válvula de Pé com Crivo 32mm
Fonte: Autor
Etapa 2 – Dispositivo de alagamento da bomba centrifuga ou válvula de alívio
É importante ressaltar que a bomba centrífuga utilizada neste teste para desempenhar
seu funcionamento em perfeito estado é necessária que suas aletas de centrifugação estejam
completamente inundadas ou preenchidas por água, caso contrário, poderá sofrer danos nos
mecanismos de funcionamento.
Para evitar que esta bomba centrífuga sofra danos no momento do seu acionamento por
estar inicialmente seca foi construído um dispositivo para promover o seu alagamento e
preenchimento prévio da tubulação de escorva onde foram utilizados uma válvula de esfera
metálica com alavanca 32mm, 30cm de barra de tubo soldável de PVC de 32mm, um joelho de
90º de PVC de 32mm e um Tê soldável de 32mm.
Em relação à montagem foi promovido o acoplamento da barra de tubo soldável na saída
superior da bomba centrífuga e em seguida foi feito o encaixe do Tê e com o auxílio do joelho
de 90º promoveu-se o encaixe dos 30cm de barra de tubo soldável de 32mm e na sua
extremidade a adaptação da válvula de esfera metálica com alavanca 32mm (abre e fecha) por
onde é feito o alagamento da bomba e da tubulação de escorva.
23
Figura 16 – Montagem da tubulação de escorva
Fonte: Autor
Figura 17 – Montagem do dispositivo de alagamento da tubulação
Fonte: Autor
Etapa 3 – Sistema de esgotamento / escoamento do sifão
Para a montagem desta etapa foram utilizados uma barra de 6m de tubo soldável de PVC
40mm, uma válvula de pé com crivo soldável de PVC 40mm, um Tê soldável de PVC de 40mm,
duas buchas de redução soldável curta de PVC 40 x 32mm, quatro barras 6m de tubos soldável
de PVC 25mm, uma curva soldável de PVC 25mm, uma bucha de redução soldável curta de
PVC 32 x 25mm, uma luva soldável de PVC 40mm, uma luva soldável de PVC 32mm, uma
24
união roscável de PVC 32mm, uma luva de redução de PVC 32 x 25mm, uma luva Soldável
com rosca de PVC 25mm e um registro esfera rosca macho e fêmea com borboleta.
Com o auxílio de uma segueta pega-se a barra de 6m de tudo soldável de PVC de 40mm
e corta-o a um comprimento de 4,5m. Em seguida encaixa-se a uma das extremidades dessa
barra de tubo soldável a válvula de pé com crivo de 40mm que será mergulhada no interior do
poço a ser esgotado.
Na ponta da extremidade desse barra de tubo de 40mm instala-se um Tê onde na parte
superior com o auxílio de uma bucha de redução soldável curta de PVC 40 x32mm faz a união
com o barra de tubo de 32mm proveniente do sistema de escorva/alagamento e na saída frontal
do Tê de 40mm acopla-se um pedaço de tubo de 40mm com cerca de 30 cm e promove na sua
extremidade a redução do diâmetro da tubulação de 40mm para 32mm e consequentemente a
redução do diâmetro de 32mm para 25 mm e com o auxílio de uma curva alongada emenda-se
quatro barras 6m de tubos soldável de PVC 25mm e na sua extremidade é instalado um registro
esfera rosca macho e fêmea com borboleta para abrir e fechar o fluxo de escoamento.
Figura 18 – Acoplagem das conexões, Válvula de Pé com Crivo 40mm
Fonte: Autor
Etapa 4 - Funcionamento do sifão
Após a montagem do sifão antes de acionar a bomba centrífuga foi aberto o registro do
sistema de alagamento e promovido a inundação da bomba bem como a tubulação de escorva
com água. Em seguida fechou-se o registro e acionou a bomba centrífuga por um intervalo de
tempo de 30s até verificar a saída de água na extremidade da tubulação e certificar-se da
eliminação do ar no interior da tubulação do sifão. Após essas etapas e com o desligamento da
25
bomba centrífuga foi observado que o fluxo de escoamento permanece contínuo e o
rebaixamento do lençol freático está sendo efetivo.
Figura 19 - Sistema Funcionando
Fonte: Autor
Visando proporcionar uma agilidade no tempo de execução do rebaixamento do lenço
freático levando-se em conta o tipo de obra e a finalidade desta recomenda-se cavar poços
adjacentes uns aos outros para executar o rebaixamento do lençol de uma área através do
método de sifonamento e a construção de um poço central para captação de toda água esgotada
dos poços adjacentes. Esse esgotamento no poço central será feito por uma bomba submersa
elétrica. As figuras a seguir mostram essa ideia sendo respectivamente, vista em planta do
terreno, vista em perspectiva do terreno e esquema do sistema de rebaixamento de lençol
freático por meio de sifonamento hidráulico.
Figura 20 Vista em planta do terreno
Fonte: Paranhos, 2015
26
Figura 21 Vista em perspectiva do terreno
Fonte: Paranhos, 2015
Figura 22 Esquema do sistema de Rebaixamento de Lençol Freático por meio de Sifonamento Hidráulico
Fonte: Adaptado Paranhos, 2015
27
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Colocar em prática o fenômeno de escoar um líquido de um recipiente para outro em
detrimento de uma diferença de nível expressa-se um conhecimento secular, onde, em síntese,
é denominado sifão, a exemplo, toma-se a retirada de gasolina de um tanque para um galão
plástico portátil utilizando um tubo semi flexível que através de sucção coloca-se em evidência
o processo de sifonamento bem como o escoamento ou transferência desse líquido.
Tomaz, (2011) discorre que:
O sifonamento é antigo, pois, os egípcios já o faziam em 1500ac para separar a água
limpa da suja, mas não sabiam explicar o que acontecia. A explicação do
funcionamento do sifão foi feita pelo grego Tesibius de Alexandria em 240 aC.
Com base no experimento proposto utilizando a técnica de rebaixamento do lençol
freático pelo método de sifonamento hidráulico durante o teste prático em campo após o
acionamento da bomba centrífuga por 30s (trinta segundos) e sequencialmente seu
desligamento ao escorvar todo o sistema foi medido uma vazão de 14l/min (Quatorze litros por
minuto). Em seguida foi cronometrado mais 5min (cinco minutos) e feito uma nova medição
da vazão sendo apontado 10l/min (Dez litros por minutos).
Durante o efetivo funcionamento do sistema proposto após 45min (quarenta e cinco
minutos) foi observado que a altura da lâmina d`´agua no poço caiu de 4,5m para 2,30m,
estabelecendo em diante, a estabilização desta última cota.
Figura 23 - Saída d'água, esgotamento do poço.
Fonte: Autor
28
3.1 FATORES QUE INFLUENCIAM A ESCOLHA DO MÉTODO
De acordo com Grandis (1998),
Para a escolha do sistema de rebaixamento a ser utilizado, é essencial a avaliação do
dano ou interferência que o fluxo do lençol freático pode causar a obra. Se for pouca
interferência pode-se utilizar apenas drenos e poços rasos para a retirada do local o
excesso da água. Se os danos forem maiores ou estiverem inviabilizando a obra, pode-
se adotar um sistema efetivo de rebaixamento temporário ou definitivo do lençol
freático.
Souza at al (2011, p. 3) pondera que,
para a escolha ser feita deve-se levar em consideração a magnitude, os custos e a
definição do tipo de sistema de rebaixamento a ser adotado dependem principalmente:
a) da permeabilidade do solo, podendo ser muito variável em regiões próximas; b) da
profundidade de escavação; c) da posição natural do lençol freático, regiões
localizadas em áreas de descarga requer um estudo mais rico de informações para a
retirada da água; d) das condições das obras situadas próximas ao rebaixamento e das
suas fundações, para não causar nenhum dano aos vizinhos, podendo vir a ser
necessário o uso de técnicas mais adequadas; e) da área e da profundidade da
escavação requerida; f) do tempo em que será necessário manter a condição de
rebaixamento.
Ainda nessa esteira Borralho (2013, p. 26) comenta,
que antes da escolha da técnica e geometria do sistema de rebaixamento, é necessária
a definição de um modelo conceptual das condições hidrogeológicas do local. Este
modelo irá depender de diversos fatores, alguns relacionados com as condições do
solo e outros que podem ser controlados. Aqueles relacionados com as condições do
solo são: propriedades e tipo de aquífero; espessura e profundidade do aquífero;
presença de aquitardos e aquiclusos; distância de influência e fronteiras do aquífero;
nível freático subterrâneo inicial e perfil de pressões intersticiais; presença de um
estrato compressível e os que podem ser controlados são: geometria da escavação;
técnica de rebaixamento a utilizar; período de bombagem e profundidade de instalação
do poço.
Para o auxílio dessa escolha pode-se utilizar ensaios que podem ser divididos em três
categorias: laboratoriais (permeâmetros e análises granulométricas), in situ em pequena escala
(ensaios em furos de sondagem) e in situ em grande escala (ensaios de bombagem). Nos ensaios
laboratoriais a estimativa da condutividade hidráulica é feita a partir de amostras recolhidas in
situ, que por não serem representativas do real arranjo das partículas podem levar a imprecisões.
Os ensaios de permeabilidade in situ são mais fiáveis: os ensaios em furo de sondagem
realizados em solos são designados ensaios Lefranc, para as rochas são realizados os ensaios
Lugeon.
Definir o método de escolha é necessário uma análise detalhada de todas as
possibilidades para evitar o equívoco, pois, esse pode resultar em consequências graves que
atingem não só o terreno onde se labora, mas toda a vizinhança.
29
3.2 CONSEQUÊNCIAS E IMPACTOS DO REBAIXAMENTO
Segundo Grandis (1998), “o rebaixamento do lençol freático induz uma diminuição das
pressões neutras e, consequentemente, o aumento das pressões efetivas no solo. Nesses casos,
podem ocorrer recalques indesejáveis em estruturas localizadas na vizinhança da obra, podendo
chegar a 100 metros de distância”.
Segundo a NBR 6122:2010,
Recalque é o movimento vertical descendente de um elemento estrutural. Quando o
movimento for ascendente, denomina-se levantamento. Convenciona-se representar o
recalque com o sinal positivo. Recalque diferencial específico é a razão entre as
diferenças dos recalques de dois apoios e a distância entre eles. Nas obras em que as
cargas mais importantes são verticais, a medição dos recalques constitui o recurso
fundamental para a observação do comportamento da obra (ABNT, 2010).
Borralho (2013, p. 35) elucida que,
a utilização de técnicas de rebaixamento do nível freático deve garantir condições de
trabalho estáveis e adequadas na obra para que esta decorra em segurança e sem custos
adicionais. Estas operações de rebaixamento do nível freático irão alterar a posição
do nível freático, muitas vezes prolongando-se numa área extensa além do local de
construção e, o que em meio urbano assume um caráter importante, podendo em
determinadas circunstâncias existir consequências graves. Um sistema de
rebaixamento bem dimensionado deve assim garantir: que os assentamentos ocorrem
dentro de limites aceitáveis; a prevenção do levantamento e rotura do fundo de
escavação; a prevenção da erosão interna devido ao escoamento; o rebaixamento local
do nível freático e interseção de qualquer escoamento que possa surgir na base ou no
talude da escavação.
O problema de não se fazer um rebaixamento correto é que as consequências podem
atingir áreas próximas ao da construção causando vários problemas.
Nesse sentido Borralho (2013, p. 10),
diz que um rebaixamento inadequado pode traduzir-se em três modos de rotura: rotura
por levantamento hidráulico: sucede quando as forças de percolação ascendente atuam
na base da escavação, contra o peso do terreno, reduzindo a tensão efetiva vertical e
assim provocando um fenômeno de efervescência que irá impelir as partículas do
terreno para cima, sob a ação do fluxo de água; rotura por levantamento global: ocorre
quando a pressão intersticial instalada sob um estrato de baixa permeabilidade, ou sob
uma estrutura, ultrapassa o valor da tensão vertical média devida a esse mesmo estrato
ou estrutura, ocorrerá rotura por levantamento global. Por oposição à rotura por
levantamento hidráulico, este modo de rotura é mais frequente em solos com coesão
mais significativa, como os solos argilosos, e a rotura por erosão interna: é
caracterizado pelo colapso da estrutura do solo provocado pela circulação da água
dentro do solo, que leva ao transporte das partículas finas que o compõem e
consequente perda de estabilidade. A erosão interna tanto pode ocorrer pelo interior
de um estrato, pela superfície de contacto entre dois estratos ou pela superfície de
contacto entre um estrato e uma estrutura. Para evitar que tal aconteça deve proceder-
se à instalação de filtros, naturais ou artificiais, na entrada para o poço, onde é
expectável que se verifiquem gradientes hidráulicos mais elevados.
“A implicação desses fenômenos nas construções é o aparecimento de trincas nas
residências vizinhas e o afundamento dos pisos, devido ao fenômeno de subsidência. Fenômeno
30
este que ocorre devido à compactação de camadas subjacentes porosas, decorrente da extração
de águas em quantidade superior à recarga do aquífero”. (Souza at al 2011)
Outro problema pouco estudado está relacionado com o desperdício de água quando se
realiza o rebaixamento, pois, milhares de litros de água dos aquíferos estão sendo lançadas,
principalmente na drenagem pluvial, não havendo qualquer aproveitamento da mesma.
A norma brasileira NBR 6122 – Projeto e Execução de Fundações sugere que haja
avaliação nos efeitos que o rebaixamento pode causar nas áreas vizinhas ao local onde ele será
executado. Porém, não há uma norma geral que regulamente o uso das diversas técnicas de
rebaixamento do nível d’água, nem como aproveitar a água que é retirada do subsolo.
Esse é um problema, pois, várias regiões brasileiras começam a enfrentar problemas em
consequência da falta de água. O Brasil deve adotar políticas que visem coibir esse tipo de
desperdícios, pois, além de agravar a falta de água esse desperdício pode contribuir com a
mudança no quantitativo de águas que passam pelos rios e em alguns casos pode a contribuir
para o assoreamento desses.
4 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Diante da montagem e do teste prático em campo, evidencia-se que o método proposto
para este trabalho apresentou efeitos positivos como também negativos frente ao dinamismo
encontrado em obras de escavações e particularmente obras que necessitam de ações de
rebaixamento do lençol freático.
Focando-se aos efeitos positivos gerados ao rebaixamento de lençol freático pelo
método de sifonamento hidráulico podemos apontar o baixo custo na montagem do referido
sistema de sifonamento, a simplicidade de funcionamento, bem como, sua eficiência e eficácia
quando comparado aos métodos tradicionais utilizados como bombeamento direto, ponteiras
filtrantes, com injetoras e injetores e com bombas submersas. Esses métodos possuem custo
elevado na montagem e necessitam de abastecimento energético contínuo para realizar o
esgotamento da água subterrânea ao passo que, com a implementação do método do
sifonamento a energia elétrica é utilizada apenas no processo de escorva da tubulação valendo-
se em seu funcionamento até o fim do esgotamento pelo efeito da gravidade em virtude da
diferença de altura entre o ponto de captação da água e o ponto de esgotamento proporcionando
um custo mínimo para seu funcionamento.
Neste método como efeitos negativos pode-se apontar a lentidão no processo de
rebaixamento pelo fato de estar submetido às condições naturais da ação da gravidade ao passo
31
que os métodos tradicionais mencionados fazem o rebaixamento do lençol freático por meio de
bombas elétricas submersas. Outro fator importante norteia-se na interrupção do funcionamento
do sistema de rebaixamento por sifonamento caso ocorra uma possível entrada de ar no sistema
(tubulação do sifão) causando a quebra ou descontinuidade da coluna d’água.
Em consonância ao exposto pôde-se concluir que o rebaixamento do lençol freático por
sifonamento constitui-se de um método eficiente, de rápida execução e de custo baixo para as
obras de pequeno, médio e grande porte. Recomenda-se um monitoramento continuo para a
verificação da manutenção da coluna d’água para que o trabalho não seja interrompido.
Sugere-se para o destino final da água no ponto de descarga a sua utilização para fins
de irrigação caso este método seja empenhado em ambientes rurais, ao passo que, em ambientes
urbanos, mais específico nos canteiros de obras, a utilização dessa água para limpeza e
manutenção dos materiais e equipamentos ali utilizados, limpeza dos cômodos previamente
acabados. Para tal utilização dessa água deve-se estabelecer as devidas considerações e
autorizações junto aos órgãos governamentais competentes.
Lowering Water Table Using Hydraulic Siphons
Abstract: Lowering water table system is naturally used in soil conditions improvements,
necessary procedure in building works where the designed penetration test it provides
information of water presence close to superficie, that could impede or commit the excavation
execution services, soil stabilization, underground work, in situations than can be temporarily
or permanent. In many situations the lowering system application is essential to the viability of
the procedure, planning, and logistics. This study addresses a lowering water table through
hydraulic siphon in order to facilitate the conditions and peculiarities of each work, as well as
meet technical and economic criteria.
Keywords: Lowering. Groundwater. Siphon. Hydraulic.
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