Drenagem como instrumento de Desalinização - Apostilas - Engenharia de Aquicultura Part2, Notas de estudo de Tratamento de Água

Baixe Drenagem como instrumento de Desalinização - Apostilas - Engenharia de Aquicultura Part2 e outras Notas de estudo em PDF para Tratamento de Água, somente na Docsity! 8 0 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos 1.4. Levantamento altimétrico utilizando-se teodolito O nivelamento estadimétrico é aquele feito com o teodolito. A diferença de nível entre dois pontos é dada usando-se no cálculo o ângulo vertical de inclinação e a distância não reduzida entre os dois pontos. É o processo comumente usado para levantamento planialtimétrico. As diferenças de níveis neste caso são determi- nadas através da fórmula: dn = mg (sen 2a / 2) + I - 1 m = Estadia (fio superior - fio inferior) g - número gerador (maioria dos aparelhos igual a 100) a - ângulo vertical I - altura do aparelho (fio médio) CADERNETA 5 - Caderneta usada para levantamento estadimáetrico Dados: m = FS - FI \ m = 1,00 metro ; a = 6o 30’; i = altura do instrumento = 1,5 metro; l = FM = 1,50 metro + i - l ⇒ ∴ dn = 11,24m Fig. 8 - Levantamento altimétrico utilizando-se teodolito Topografia 8 1 Determinar a diferença de nível entre os pontos A e B da Figura 8: • Instala-se o aparelho no ponto A e após nivelado e zerado, mede-se a sua altura (do ponto A ao eixo da luneta). Esta medição é feita com o uso da mira. • A seguir visa-se a mira colocada no ponto B e faz-se a leitura da estadia (fio superior menos fio inferior). • Por último, faz-se a coincidência do fio médio com a leitura igual à medida encontrada para a altura do instrumento: Exemplo - altura do instrumento - 1,50, fio médio 1,5 e procede-se a leitura do ângulo vertical colocando-se o sinal + para leituras situadas em pontos mais elevados e menos para aquelas em pontos mais baixos. Calcula-se a diferença de nível, a qual se for positiva será somada à cota do ponto anterior e se negativa será dela subtraída. Este nivelamento não dá uma boa precisão, por isso, o seu uso deverá se restringir às situações mencionadas anteriormente. O nivelamento estadimétrico pode ser utilizado (quando necessário) em conjunto com os levanta- mentos por irradiação e poligonal aberta e fechada. Para tal basta apenas adaptar a caderneta. Para a execução do nivelamento estadimétrico usa-se o modelo da Caderneta 5. O fato de coincidir a leitura do fio médio com a altura do aparelho elimina a parte final da fórmula e esta passa a ser: Dn = mg ( sen 2a / 2) 2. Traçado de Plantas e Perfís O desenho dos trabalhos topográficos consiste na reprodução geométrica dos diferentes dados obtidos nas operações de campo, referentes ao levantamento executado no terreno. O desenho topográfico é representado em uma única vista ortogonal, sendo a terceira dimensão, o relevo, representando ou não, dependendo do objetivo a que se destina o desenho. Os desenhos podem ser classificados em: Planimétrico Quando representa simplesmente o resultado de um levantamento planimétrico. É utilizado na descrição de qualquer porção do terreno em que não é preciso mostrar o relevo, recebendo denominação de planta planimétrica. Altimétrico Quando representa o resultado de um levanta- mento altimétrico. É chamado perfil do terreno, ou desenho de perfil. Desenho plani-altimétrico Quando representa a planimetria e altimetria de região levantada recebendo a denominação de planta topográfica, onde se descreve a posição dos acidentes naturais e das obras feitas pelo homem, como também o relevo representado em geral pelas curvas de nível. O acabamento de um desenho consiste na adoção de convenções para representação dos acidentes naturais e artificiais existentes na área levantada, na devida orientação do desenho, bem como a distribuição correta dos quadros das legendas , descrições da planta e do traçado de curvas de nível, conforme levantamento. Usar para o desenho: • Réguas graduadas de boa qualidade. • Esquadros graduados • Régua escala ou duplo decímetro • Transferidores graduados de boa qualidade com aproximação de minutos. • Compasso de boa qualidade • Lápis n.º 2 ou lapiseira grafite 0,5 mm • Borracha macia ou lápis borracha • Papel de boa qualidade, opaco ou milimetrado e papel vegetal. 8 4 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos interdistâncias de estacas e suas respectivas cotas. Sob o ponto de vista do traçado, os perfis não são mais que "gráficos" cartesianos ortogonais onde as abcissas são as distâncias que separam cada "estaca" na poligonal base e as ordenadas são as "cotas" dessas mesmas estacas. No caso particular de perfis topográficos, em face dos elementos ou grandezas que geralmente neles se representam e das variadas funções que podem desempenhar na prática, convém que se atende para algumas particularidades que irão distinguir perfis longi- tudinais dos transversais. Para maior eficiência do trabalho diversas operações a serem realizadas devem ser ordenadas como segue: Escala É desejável que os perfis sejam bem nítidos, salientando e até mesmo exagerando o relevo do solo, para dele tirar-se dados mais precisos com facilidade. Não se deve adotar uma única escala para ser aplicada em cotas e distâncias, isto porque o perfil irá se constituir de retas que formam entre si ângulos muitos pequenos principalmente em terrenos poucos acidentados. É desejável que os perfis sejam bem nítidos. Salientando e até exagerando o relevo do solo, e que para tal se empregue duas escalas, uma para medidas da distâncias horizontais chamada "H" e outra para as medidas da cotas ou distâncias verticais chamada "V" e que deve ser 5 a 10 vezes maior que a primeira. Assim o perfil representado será adequadamente desenhado quando se emprega-se as escalas: H = 1:1000 H = 1:2000 V = 1:100 V = 1:200 Espaço disponível É o espaço a ser ocupado pelo desenho a fim de providenciar o papel, que deverá ter o formato de um retângulo cuja base terá o comprimento total da poligonal na escala "H" e cuja altura será igual a diferença entre as cotas máxima e mínima lançada na caderneta, na escala "V". Papel O papel utilizado para o traçado dos perfis deve ser o papel milimetrado, que facilita a execução do perfil, bem como permite uma leitura rápida e perfeita de sues elementos métricos. Observação: As dimensões gráficas, no papel milimetrado nem sempre coincidem com as que são dadas pelo "duplo decímetro" ou pela régua escala, sendo portanto de suma importância não transportar segmentos de cartas para o papel milimetrado e vice versa, com uso de compasso ou outro dispositivo. Este transporte deve ser feito lendo a grandeza no papel milimetrado e marcando-a com a régua graduada no desenho da carta, na escala correspondente. 2.3. Cálculo de áreas São empregados na avaliação de áreas dos polígonos topográficos processos geométricos, analíticos e mecânicos. O processo geométrico é a decomposição do polígono topográfico em figuras geométricas. Consiste esse processo em dividir a área a ser avaliada em triângulos, retângulos e trapézios e calcular-se as áreas destas figuras com as dimensões do desenho pelas fórmulas conhecidas, tais como: • Trapézios • Triângulos • Retângulos S = Bxh As somas destas áreas parciais, assim determi- nadas, dará a área total do desenho do polígono topográfico. Neste processo cabe ao topógrafo, em vista da dificuldades apresentadas em cada caso, escolher a forma de decomposição mais conveni- entes, a forma de que as medidas das alturas dos triângulos e bases dos trapézios sejam as mais precisas possíveis. Topografia 8 5 Fig. 9 - Traçado do Perfil de Locação de um Dreno meio das coordenadas retangulares dos vértices, sem que seja necessário recorrer ao desenho. No processo mecânico usa-se: • Vidro ou papel transparente quadriculado (método das quadrículas). Para aplicação deste método, basta colocar um papel milimetrado transparente sobre a planta do terreno, e contar o número de centímetros e milímetros quadrados encerrados pela linha do contorno da figura que representa a área de tal desenho. Exemplo: Se contarmos 2.350 quadrículas = 2.350mm2 = 23,50cm x (1000)2 = 23,50 x 1000000 = 23500000 cm2 = 0,23ha • Planímetro que é um instrumento que permite, com rapidez e eficiência, avaliar mecanicamente a área de uma superfície plana, limitada por um contorno qualquer. É o principal e mais corrente método empregado na avaliação de áreas dos polígonos topográficos. 2.4. Convenções topográficas São os símbolos empregados nas plantas topo- gráficas para representar os acidentes naturais e Fig. 10 - Eixo das Ordenadas - Cotas do Terreno Representadas a área do desenho do polígono topográfico, para que se tenha a área do terreno, basta multiplicar-se a área encontrada do desenho, em centímetros, pelo quadrado do denominador da escala em que foi feita o desenho. Exemplo: S = Terreno = S = (desenho) x denom. Escala) S = (terreno) = 33 cm2 x 20002 S (terreno) 132000000 cm2 = 13200 m2 = 1,32 ha S (desenho) = 33 cm2 denominador Escala = 2.0002 = 4.000.000 • As demais fórmulas matemáticas estão a seguir, apenas citadas por se tratar de processo pouco utilizado, em relação aos demais. • Fórmula de Bezout ou dos Trapézios • Fórmula de Simpson S = d (BA + HG) • Fórmula de Poncelet • Segmentos Parabólicos S = 2/3 C x F onde: C = Corda f = flecha • Equivalência Geométrica O processo analítico consiste na avaliação da superfície do polígono topográfico levantado por 8 6 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos artificiais existentes na área levantada. O autor de uma planta deve selecionar os acidentes a serem representados, a fim de não sobrecarregar uma planta com detalhes desnecessários. A principal regra da convenção deve ser simples e distinta, pequena e fácil de desenhar, de modo que dispense até legenda. De um modo geral, uma planta topográfica completa deve trazer as seguintes indicações: - As linhas indicativas dos limites das divisões políticas ou particulares. São linhas limítrofes do Estado, município, distritos e entre propriedades. • A posição relativa dos acidentes naturais e artificiais • Os elementos indicativos das condições de água e vegetação • A representação do relevo ou as indicações de elevação e depressões. • A direção e comprimento de cada linha • A localização dos marcos encontrados ou colocados • Os nomes dos proprietários das terras confron- tantes • Uma legenda esclarecendo nome da proprie- dade, nome do proprietário, localização, escalas desenho, áreas do projeto em unidades do sistema métrico decimal, data do levantamento, nome e assinatura do autor e número de Carteira do Crea. • Orientação topográfica completa com as posições representativas dos meridianos verdadeiro e magnético (se necessário). • Anexa à planta, caderneta de campo ou planilhas de cálculo, certificando o levantamento topográfico realizado. As convenções topográficas se dividem em quatro categorias: • Convenções para representar os elementos planimétrico ou acidentes artificiais • Convenções para representar os elementos hidrográficos ou tudo que relacione com água. • Convenções para representar os elementos de vegetação, matas, culturas e pastagens. • Convenções para representar os elementos hipográficos, ou a altimetria da área estudada. As cores ajudam também a distinguir os símbolos ou convenções de um desenho, sendo a cor preta indicativa de acidentes natural, a cor vermelha acidente artificial em construção ou projeto, a cor azul os elementos hipográficos, a cor verde os elementos de vegetação e a cor marrom o relevo da água. 2.5. Curvas de nível Significado Em topografia curva de nível é a interseção da superfície do solo com um plano horizontal de cota conhecida. São as linhas que representam o relevo do terreno. Por meio dessas curvas pode-se representar com suficiente precisão o relevo do solo de qualquer terreno e obter delas todos os dados que interessam ao conhecimento desse relevo, tais como: • Elevação do terreno • Depressões do terreno • Espigões e vales Dos exemplos apresentados podemos concluir algumas regras ou preceitos básicos sobre traçado de curvas de nível como: a) As curvas de nível são sempre fechadas. A existência de curvas abertas em cartas geográficas significa apenas que elas se fecham fora dos limites do desenho. b) As curvas de nível não se cortam, quando no máximo podem se superpor ou tangenciar. Cada curva representa um plano horizontal diferente logo não se encontram. Existem casos parecem cruzarem-se, isto é devido a inclinação negativa do terreno. Estudos do Lençol Freático 89 8. ESTUDOS DO LENÇOL FREÁTICO 1. Introdução Estudos do lençol freático são normalmente feitos utilizando-se furos de trado ou poços de observação do lençol freático, onde são medidas as flutuações dos níveis de água visando detectar a existência de áreas mais propícias ao encharcamento e inden- tificar as causas de sua ascensão. Poço de observação do lençol freático são instalados em toda a área a ser estudada ou em pontos específicos da mesma, onde o lençol freático apresente maiores possibilidades de ascender à níveis críticos que venham a causar danos às plantas cultivadas. 2. Onde instalar poços • Áreas com lençol freático ou com características de solo indicativas da ascensão do lençol. • Áreas a serem monitoradas quanto a possível ascensão do lençol freático. • Em locais apropriados para o estudo do compor- tamento de sistema de drenagem subterrânea. • Próximos a canais de irrigação a fim de identificar vazamentos. 3. Localização e espaçamento De preferência, quando permanentes, os poços devem ser localizados próximos de cerca, estradas de serviço ou estruturas permanentes para que fiquem protegidos dos tratos culturais. Poços situados dentro das áreas de cultivo são um empecilho ao trabalho das máquinas. Nestas condições devem ser protegidas por uma ou duas estacas de madeira, fortes e com um mínimo de 1,0 m de altura. De uma maneira geral, poços de observação do lençol são instalados em uma malha retangular, espaçados de tal forma que permitam obter leitura do nível freático que forneçam uma configuração do comportamento do lençol da área. Não existem regras que regulem o espaçamento entre poços de observação. Cada área a ser estudada apresenta características próprias. Em áreas onde as condições de solo, subsolo e recarga são idênticas, a forma da superfície do lençol tende a ser uniforme. A princípio deve ser assumido um determinado espaçamento, podendo o número de poços ser ampliado, em função dos resultados obtidos, como no caso de detectar-se um poço com água ao lado de outro seco ou mudanças bruscas de gradiente indicando área de recarga ou descarga. Nesses casos a interpolação não é recomendada. 4. Profundidade É recomendável atingir a camada indicativa de oxi-redução, representada por mosqueados ou concreções, ou então atingir cerca de 3,0 m de profundidade. Fora da camada de oxi-redução dificilmente há formação de lençol freático. De uma maneira geral lençol abaixo 3,0 m de profundidade não é indicativo de problema de drenagem, donde se conclui que comumente não é necessário instalar poços com profundidades superiores a esta. A profundidade da camada impermeável é outro fator limitante, não devendo o poço ultrapassar essa camada. 90 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Quando executados na estação seca ou em área onde a irrigação esteja suspensa, por período que corresponda a rebaixamento significativo do lençol freático, os poços devem penetrar cerca de 1,0 m na zona indicativa de flutuações do lençol freático. Se efetuados na estação úmida, é recomendável que penetrem aproximadamente 1,0 m na zona do lençol. 5. Instalação do poço Para cada poço a ser instalado deve ser feita uma descrição do perfil, devendo ser anotados a data de instalação, localização, cor das camadas de solo, textura, estrutura, consistência, presença de mosqueado, concreções, altura do lençol estabi- lizado e possível presença de barreira, quando atingida ou conhecida, conforme ficha anexa. Poço provisório Em se tratando de solos estáveis e estudo temporário, pode simplesmente ser feito um furo de trado para servir como poço de observação. Se nos estudos for necessário o preparo de mapa de fluxo do lençol é recomendável instalar piquetes próximo da boca de cada poço, os quais deverão ser cotados. Para leituras de curto período, em solo instável, o poço pode constar de um furo de trado onde é colocado um tubo tipo esgoto, de 50 mm, contendo perfurações ou cortes de serra de 2 mm para permitir que sejam feitas leituras, mesmo que ocorra o desmoronamento das paredes do furo de trado. Poço permanente Pode constar de um furo de trado revestido com tubo, tipo esgoto, de 50 mm de diâmetro interno, ou tubo de 32 mm, do tipo usado para encana- mento doméstico. O tubo deve ser recortado, com serra de 2 mm, até um máximo de 1,0 m da superfície do terreno, devendo ser feitos cerca de 30 cortes por metro de tubo. Na parte superior do tubo ou poço deve ser fixada uma luva liso-rosca onde é atarraxado um tampão, tipo plug, conforme Figura 1. Fig. 1 - Desenho esquemático de um poço de observação do lençol freático 6. Leituras dos poços e equipamentos utilizados Podem ser diárias, semanais, quinzenais ou mensais, dependendo da utilização a ser dada às informações requeridas. Em casos de estudos de flutuações do lençol freático em áreas onde se deseja avaliar o desempenho do sistema de drenagem subterrânea podem, inclusive, ser feitas várias leituras por dia. Para estudos de comportamento do lençol freático, em áreas irrigadas, as leituras podem ser semanais ou mensais, sendo mais comum fazer leituras mensais por período de alguns meses, ou de acordo com o ciclo da planta, ou então completar um ciclo de um ano. Em anexo são apresentados modelos de fichas de cadastro, leituras e de anotação das profundidades Estudos do Lençol Freático 91 O critério adotado tem como orientação enumerar de cima para baixo (primeiro) e da esquerda para a direita. Fig. 2 - Nomenclatura de poços de observação do lençol freático. Poços situados em cima das linhas limites superior e esquerdo de uma quadrícula passam a pertencer a esta. O poço nº 1 fica no extremo superior do quadro de confluência das coordenadas número e letra e no lado esquerdo quando houver mais de um poço no mesmo nível de altura. A seguir, por ordem de prioridade, vem o poço situado imediatamente em posição inferior àquele já clas- sificado, e assim por diante, conforme figura nº 2. 8. Hidrogramas São representações do nível da água em função do tempo. Hidrogramas de variações dos níveis freáticos, em função de possíveis fontes de excesso de água, podem auxiliar no diagnóstico da drenagem. A informação é pontual, podendo ser feitas leituras diárias, semanais, quinzenais ou mensais. Em um só gráfico podem ser incluídos, como forma de visualizar o problema, os diagramas do poço e das fontes de recarga. e cotas do lençol freático. A maneira mais prática de fazer leituras é com a utilização de um "plop" fixado a uma trena de fibra de vidro, fita métrica ou equivalente. Ao baixar o "plop" no poço, cuja ponta passa a corresponder ao zero da trena, este ao tocar a água produz um som característico, daí a denominação. O "plop" é nada mais que um peso suficiente para manter a trena esticada, cuja característica principal é a de produzir o referido som que indica o nível da superfície d’água. Pode ainda ser utilizado equipamento munido de dispositivo elétrico que ao tocar a água permite medir a profundidade do lençol. Este equipamento não é prático como o anterior, razão porque não se recomenda o seu uso. Esses equipamentos medem a profundidade do lençol em relação ao topo do poço. De posse deste dado e tendo-se a cota da plataforma do poço ou do piquete, situado junto ao furo, obtêm-se a profundidade do lençol em relação à superfície do terreno e também a cota do lençol freático, o que permite preparar hidrogramas do lençol, seção transversal de linhas de poços, bem como mapa de isoprofundidade (isóbata) e mapa de fluxo do lençol (isohipsa). 7. Normas para denominação Colocar letras no eixo das abcissas (x) e números no eixo das ordenadas (x), conforme a Figura 2. Seguir preferencialmente a direção das coorde- nadas geográficas, caso constem do mapa. Colocar letras e números no meio de cada faixa correspondente. Colocar a inicial "p" (de poço) seguida das letras e números correspondentes, conforme exposto a seguir: 94 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Fig. 4 - Mapa de fluxo do lençol Estudos do Lençol Freático 95 implantado sistema de drenagem subterrânea, por valas abertas com 7,0 m de espaçamento e a 50 cm de profundidade. 13. Como evitar ascensão do lençol Em áreas não irrigadas Fazer drenagem superficial, para evitar o enxarcamento do terreno ou drenagem subterrânea quando somente a drenagem superficial não for capaz de resolver o problema. Em áreas irrigadas • Trabalhar com sistema de irrigação adequado ao tipo de solo, como por exemplo, se o terreno for arenoso a irrigação deve ser feita por aspersão ou gotejamento. • Trabalhar com alta eficiência de irrigação, evitando perdas de água. • Construir sistema de drenagem superficial e/ou subterrânea sempre que houver indicativo de locais de acumulação de águas superficiais ou o solo apresentar características de má drenabilidade do perfil. • Dar manutenção adequada ao sistema de drenagem existente. • Nas Tabelas 2 e 3 são apresentados exemplos de fichas de instalação, leitura e computação das cotas de profundidade do lençol. Tabela 1 - Rendimento Relativo de Alguns Cultivos em Função da Profundidade do Lençol Freático CULTURA TIPO DE SOLO PROFUNDIDADE DO NÍVEL FREÁTICO (cm) 30 60 90 120 150 Trigo* Argiloso - 77 95 - 100 Sorgo Argiloso 86 100 - Milho Franco argilo siltoso 55 70 100 - Franco arenoso 41 85 85 - Areia franca 100 83 ? - - Ervilha Argiloso - 90 100 Feijão Argiloso - 84 90 94 Soja Franco arenoso 63 100 - - Tomate Franco argiloso 47 60 100 - Franco arenoso 47 60 100 - Batatinha Argiloso - 100 95 ? - Repolho Franco arenoso 80 *** - Abóbora Franco 48 65 90 100 Feijão** 40 90 99 (40 cm) Batatinha 90 100 94 ? 32 ? (40 cm) Beterraba - 84 92 - 100 ? Algodão**** 45 80 95 97 Pastagem 50 80 91 100 Trigo 50 76 86 93 * = Decio Cruciani (Drenagem na Agricultura - pag. 24) ** = Agustin Millar (Drenagem de Terras Agrícolas - pag. 28) *** = 100% de produtividade a 45 cm. **** = Dados aproximados extraídos de gráficos - Aldo Norero y Miguel Aguire - Procedimientos para estimar la influencia de la napa freática em la productividad de los cultivos - CIDIAT - apartado 219 Mérida, Venezuela. ? = avaliação errônea; é comum pesquisadores/professores misturarem sub-irrigação com efeito do lençol freático. Nota: Lençol freático profundo, não afeta a produtividade; o que afeta neste caso é a falta de humidade devido à irrigação inadequada. 96 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Tabela 2 - ficha para leituras de nível freático Projeto: Localidade: Operador: Data: (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Número do Cota Leitura do Cota do Cota do Profundidade Profundidade Poço(NPO) do Topo Lençol Lençol Terreno do Lençol do Poço(PPO) do Tubo(CTT) Freático(LLF) Freático(CLF) Natural(CTN) Freático(PLF) Tabela 3 - Ficha de Campo para Leitura do Lençol Freático DATA NÚMERO LEITURA OBSERVAÇÕES DO POÇO Responsável pela Leitura Visto Bibliografia 1- MILLAR, Augustin A. Drenagem de terras agrícolas; princípios, pesquisas e cálculos. Petrolina: 1974. lv. il. 2- CRUCIANI, Decio Eugênio. A drenagem na agricultura. São Paulo: Nobel, 1980. 333p. il. 3- NORERO, Aldo, AGUIRE, Miguel. Proce- dimientos para estimar la influência de la napa freática em la profundidad de los cuetivos - CIDIAT - Apartado 219 Mérida, Venezuela. Venezuela: CIDIAT, s.d. 1v. Condutividade Hidráulica - conceituação e aspectos gerais 99 Fig. 3 - Esquema de cálculo da condutividade hidráulica Tabela 1 - Relação, para um Mesmo Solo, Entre a Condutividade Hidráulica de Campo e Laboratório C. HIDRÁULICA (m/dia) SOLO PROF. CAMPO LABORAT. RELAÇÃO E ESPESSURA (*) CAMPO/LAB. CAMADA (m) Podzólico Vermelho-Amarelo Eutrófico. Textura Argilosa 100 - 180 0,03 5,0 1/167 Podzólico Vermelho-Amarelo Eutrófico. Textura Argilosa 80 - 150 0,82 6,0 1/7 Cambissolo Eutrófico. Textura muito Argilosa 90 - 150 0,24 2,1 1/8,5 Cambissolo Eutrófico. Textura Argilosa 20 - 100 1,17 6,8 1/6 Cambissolo Vértico. Textura muito Argilosa 100 180 0,06 1,8 1/30 Cambissolo Vértico Argiloso 70 - 140 0,07 5,0 1/71 Areia Quartzosa 90 - 170 2,34 6,4 1/3 (*) = Amostra fragmentada 100 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Observa-se que a vazão coletada em função do tempo é diretamente proporcional à condutividade hidráulica do meio poroso, a área de fluxo e a carga hidráulica é inversamente proporcional à distância a ser percorrida pela água. Alterações dos valores de H, L e A (área de fluxo dentro do cilindro, sempre que mantido o mesmo meio poroso, leva a alterações nos valores de descarga, sem alterar o valor de K; por outro lado, sendo mantidos os valores de H, L e A, os valores de “Q” só se alteram se a amostra de solo for substituída por outra de valor “K” diferente da anterior, o que prova que a condutividade hidráulica é uma característica do meio poroso. A condutividade hidráulica de um solo sofre influência de uma série de fatores tais como: • Qualidade da água utilizada - Em solos salinos o teste deve ser conduzido também com água salina. • Viscosidade da água - Deve ser feita correção de viscosidade sempre que a temperatura da água variar em valor igual ou superior a 2º C. • Textura, estrutura e consistência - O parâmetro textura, quando avaliado em separado, pode levar a erros imensos porque solos de mesma textura podem apresentar estrutura e consistência bem diferentes. Um solo de textura argilo arenosa, de estrutura maciça e bastante adensado ou cimentado pode ser praticamente impermeável. • Efeito da ação de microorganismos - Muitas vezes um solo apresenta valores de condutividade hidráulica altos no início do teste e após ser atingido o estado de saturação. Com o tempo este valores começam a declinar, o que é atribuído a ação de microorganismos que se desenvolvem e morrem entupindo poros do solo. • Presença de ar nos poros do solo - Sempre que é iniciado um teste, em solo não saturado, este sofre a influência da presença de ar que é confinado nos poros. Com o tempo este ar vai sendo eliminado caso não haja a ação de outros fatores atuando em sentido contrário. Nota: A condutividade hidráulica é igual à velocidade de fluxo no solo quando o gradiente hidráulico é igual a unidade, sendo: Q = K i A Se i = 1, Q = KA Q = VA Estabelecendo a igualdade, tem-se: VA = KA donde: V = K V = K i = Velocidade de avanço de uma lâmina de água no solo. Como se trata de fluxo em um meio poroso, têm- se que a velocidade média de avanço da água nos macro poros do solo, , sendo “P”a po- rosidade drenável. Fórmulas para cálculo da condutividade hidráulica horizontal e vertical em solos estratificados A Figura 4 abaixo mostra esquematicamente o padrão de fluxo horizontal em solo estratificado. Fig. 4 - Fluxo horizontal em solo estratificado Para facilitar a dedução da fórmula toma-se a sessão retangular tendo um lado igual a unidade. Condutividade Hidráulica - conceituação e aspectos gerais 101 Tem-se que: Fazendo-se Q Ka di L= ∅ −∅∑ ( ) /1 2 onde: Q= soma Q1 + Q2 + Q3 ou vazão total Ka= média ponderada da condutividade hidráulica; Igualando as duas últimas operações resulta: Condutividade hidráulica média vertical em solo estratificado A Figura 5 mostra como se dá o fluxo vertical através de solo formado de várias camadas com diferentes espessuras e diferentes condutividades hidráulicas. Fig. 5 - Fluxo vertical em solo estratificado Assume-se que: 1) A lei de Darcy é aplicada a cada camada. 2) A 1 = A 2 = A 3 = A = 1 3) Q 1 = Q 2 = Q 3 = Q Tem-se que: Q1 = A 1 V 1 = K 1 . Dh 1 / L 1 .A 1 Dh 1 = Q 1 L 1 / k 1 A 1 Q 2 = A 2 V 2 = K 2 .Dh 2 / L 2 .A 2 Dh 2 = Q 2 L 2 / K 2 A 2 Q 3 = A 3 V 3 = K 3 .Dh 3 / L 3 .A 3 Dh 3 = Q 3 L 3 / k 3 A 3 Adicionando-se: Dh 1 + Dh 2 + Dh 3 = Q 1 L 1 / K 1 + Q 2 L 2 / K 2 + .... + Q n L n / K n Dh i = Q (L 1 / K 1 + L 2 / K 2 + .... + L n / K n ) Como Q = K / K= média de Ki = Bibliografia 1- CODEVASF. Baixio de Irecê: levantamento de reconhecimento de solos e classes de terras para irrigação; anexo IV: características físi- co-hídricas. Brasília : Protecs, 1980. 1 v. il. 2- Notas de aulas. 104 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Quando a permeabilidade da zona a ser testada for alta, ou quando os intervalos de leituras forem longos é aconselhável unir dois vasilhames alimentares ao cilindro externo por meio de um "T" de ½ polegadas acoplado a três bicos de torneira de jardim. Esse procedimento também pode ser necessário para testes que passem de uma dia para o outro sem que sejam feitas leituras durante a noite. Atualmente são usados vasilhames de plástico, de 40, 50 ou 100L. Para a colibragem o vasilhame é colocado em cima de um suporte com altura suficiente para ser coletar-se a água por meio de proveta, ou frasco tarado para a remoção de água em volumes de ½ litros. Enche-se o vasilhame para a seguir retirar- se a água em volumes de 1/2L. Para cada volume de água drenado marca-se, na fita, o traço correspondente ao nível do menisco no vaso comunicante. São então feitas numerações nos traços com divisões de litro e de 1/2L. Pode-se depois fazer as marcações intermediárias correspondentes ás frações de 250ml, o que é menos trabalhoso. A água é drenada por meio de sifão de tubo plástico de ½", que por ser pouco denso, é amarrado a pedaço de vergalhão para ser mantido no interior do reservatório, devendo ser deixado um pequeno espaço para decantação de impurezas da água. É conveniente que o vasilhame alimentador do cilindro interno seja nivelado, o que é facilitado com a utilização de três peças de madeira para apoio de aproximadamente 15cm, de comprimento por 8 cm² de seção. - Cilindro interno, de chapa nº14, reforçado na parte superior com anel de chapa nº 3 ou 5 de aproximadamente 8 cm de largura. O diâmetro interno do cilindro deve ser de aproximadamente 30cm e a altura de 45cm. Deve-se fazer um furo de 2,7cm, a uma distância de 34cm da base do cilindro, para adaptar-se o suporte de bóia ou válvula. Aparte inferior do cilindro é afiada, em bisel, através de desbaste na parte externa. - Cilindro externo de chapa nº13 ou 14, com aproximadamente 60cm de diâmetro. A esse cilindro devem ser soldadas alças de vergalham de ½ polegada, que são bastante úteis para facilitar a operação de desenterra-lo e também para tornar o seu transporte mais prático. Batente de cilindro interno. Deve ser feito da chapa espessa e circular, com 35cm de diâmetro, tendo um outro disco ajustado á parte inferior, com diâmetro ligeiramente inferior ao diâmetro do cilindro interno para que o batente se ajuste ao mesmo. Na parte central desse disco, solda-se um tubo galvanizado de uma polegada de diâmetro e 60cm de comprimento, que servia como condutor guia da peça móvel utilizada como soquete. Essa peça deve pesar em torno de 30kg e ser feita utilizando-se um disco de aço com furo no centro. Nele será soldado um tubo que se ajuste ao tubo guia da parte fixa. O diâmetro interno desse tubo deve ser de 1.1/4. Na figura 4 apresenta-se um esquema de batente em corte lateral, onde são indicadas as dimensões aproximadas das peças componentes. Na construção do batente deve ser levado em consideração que uma serie de opções podem ser feitas quanto a forma do mesmo e tipo de chapa empregado, desde que o peso do soquete situe- se em torno de 30kg e também que a parte fixa do conjunto se ajuste ao cilindro a ser introduzido no solo. Deve ser deixado um espaço entre o soquete (parte móvel) e a extremidade da chapa base do batente para que o operador possa colocar os pés;no caso do nosso desenho esse espaço é de 9cm. As chapas poderão ser unidas por meio de solda ou parafusos, sendo que no caso de se usar parafusos, estes devem ficar encaixados onde as superfícies forem atritantes. Fig. 4- Desenho esquemático de um batente. Teste de Infiltração por Permeâmetro de Anel 105 · Batente, conforme descrito, pode ser substituído por uma travessa de madeira dura, de 12cm x 8cm x 50cm e uma marreta de 8ª 10g. Dessa forma são aplicadas pancadas na madeira acima das paredes dos cilindros, batendo e girando gradativamente a madeira para que os cilindros percorram um eixo vertical ao ser introduzido no solo, principalmente o cilindro interno. · Tubo plástico flexível incolor (tubo cristal) de ½ . · Conjuntos de válvulas ou bóias do tipo usado em caixa d'água doméstica, tendo cada conjunto um bico de torneira de jardim de1/2 polegada. · Nível de pedreiro para nivelar o tambor calibrado antes de cada teste. · Trena de aço de 2 ou 3m para os trabalhos de marcação dos cilindros e também para medir a profundidade dos testes. · Pranchetas escolar e fichas de anotações dos testes. · Marretas de 8 a 10kg com cabo de ferro. · Pedaço de lamina plástica para cobrir o cilindro interno e evitar a evaporação. · Areia lavada fina, para ser colocada no interior do cilindro interno. · Pedaço de vergalho de 1/8 de diâmetro e 1,5metros de comprimento para comprimir, quando necessário, a terra junto da parede interior do cilindro interno. · Planta da aérea com as marcações prévias dos locais dos teste. Enxadão, enxada, chibança e pá. O material deve ser de uso pratico e fácil aquisição. Muitas vezes algumas improvisações podem ser feitas sem prejudicar a precisão dos testes. 2- INSTALAÇÃO E CONDUÇÃO DO TESTE 3.1- Instalação do Teste. Depois de escolhidos os locais de testes e suas profundidades, serão feitos a escavação e a instalação do equipamento. Nos trabalhos de escavação alguns entalhes devem ser considerados como: O diâmetro da escavação deve ser igual ou superior a 60cm, devendo ter o fundo nivelado. Cuidados especiais devem ser tomados para não pisotear a área onde será instalado o cilindro interno: Os cilindros são então marcados a 15cm e a 30cm da base. Depois de marcados são introduzidos no solo até a primeira marca. É importante que o cilindro interno seja mantido em nível durante todo o tempo em que for introduzido no solo para percorrer um eixo perfeitamente vertical. Quanto ás pancadas, estas devem ser firmes para evitar vibrações. Neste trabalho o operador deverá ficar em cima da parte fixa do batente, devendo manter o seu peso bem distribuído, conforme a figura 05. Fig. 5- Desenho esquemático do batente e cilindro. Depois de introduzir o cilindro até a profundidade desejada, o solo em contato com as paredes internas e externa deste é comprimido levemente com uso de um pedaço de vergalhão de 1/8, para evitar o movimento de água entre o solo e as paredes do cilindro. A seguir coloca-se 2,5cm de areia fina e limpa dentro do cilindro para evitar a formação de suspensão durante a colocação de água. O uso de um cilindro externo é aconselhável para testes conduzidos próximos da superfície do terreno. O cilindro externo é também marcado a 15 e 30cm da base, porque será introduzido no solo na mesma profundidade que o interno, devendo trabalhar com a mesma altura de lâmina d'água. Caso não seja usado cilindro externo, em caso de trincheiras mais profundas, faz-se uma adaptação para fixar o suporte de válvula ao cilindro 106 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos interno ou a uma estaca fincada no fundo da escavação. 3.2- Condução do teste. É mantida uma lâmina de água de aproximadamente 15cm durante todo o período do teste, tanto no cilindro interno, como no externo. São feitas a seguir leituras com intervalos que dependerão da velocidade de infiltração e do tempo disponível do operador. Os intervalos de tempo podem variar desde ½ hora até valores superiores a uma hora, como acontece quando é conduzido mais de uma teste ao mesmo tempo. Sempre que necessário completa-se o volume de água dos vasilhames alimentadores, não devendo faltar água em nenhum momento. Terminando o teste, escava-se ao redor do cilindro interno para vira-lo, a fim de verificar se na parte inferior do mesmo existem canais feitos por raizes. rachaduras, fragmentos de rocha de volume apreciável, ou qualquer outra anormalidade que possa influir significativamente no resultado da c. hidráulica. 5 - CÁLCULO DA VAZÃO AJUSTADA Podem ser feitas correções de viscosidade da água com base em valores constantes da tabela1, para oscilações de temperatura superiores a 2ºC. Em nossas condições esse procedimento pode, na maioria das vezes, ser dispensados. Tabela 1- Viscosidade da água em centipoise. Teste de Infiltração por Permeâmetro de Anel 109 8- BIBLIOGRAFIA. 1- LUTHIN, James N., ed. Drainage of. agricultural lands. Madison, American Society of Agronomy, 1957. 620p. il. (Ser. Agronomy, 7). 2- THORNE, D.W. & PETERSON, H.B. Irrigated soils: their fertility and management. s.n.t. 3- WINGER, Jr., R.J. In place permeability tests used for subsurface Drainage investigation. Denver, Colorado, Divison of. Drainage and Groundwater Engineering, 1965. Lv. i.l. 4- WINGER Jr., R.J. Field determination of hydraulic conductivity above a water table. Denver, Colorado, office of. Drainage and Groundwater Engineering, Bureau of Reclamation, 1956. 13fl. Il. 110 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Condutividade Hidráulica - teste de furo de trado em presença de lençol freático 111 11 . CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA - TESTE DE FURO DE TRADO EM PRESENÇA DE LENÇOL FREÁTICO O teste mede a condutividade hidráulica horizontal de camadas de solo situadas em presença de lençol freático, cujos valores são empregados principalmente no cálculo de espaçamento entre drenos. Um furo de trado é feito até penetrar em profun- didade suficiente na camada da qual se quer medir a condutividade hidráulica. Durante o preparo do furo é feita uma descrição sucinta do perfil do solo. A condução do teste, após a estabilização do lençol freático e remoção da água é rápida, podendo ter duração mínima de cerce de 30 segundos, para solos de textura leve e muito permeáveis e de um máximo de 36 horas para solos argilosos e muito consistentes. É um teste prático, rápido e de baixo custo, sendo necessário no máximo duas pessoas para a sua condução. O equipamento utilizado na sua condução é simples e de fácil preparo e transporte. l. Introdução Muitos avanços tem sido feitos no que se refere às leis de fluxo de fluidos através de meio poroso. Sob o ponto de vista da engenharia, o problema principal reside em aplicar os princípios teóricos na medição da condutividade hidráulica dos solos com fins de empregar os valores obtidos na projeção de sistemas apropriados de drenagem subterrânea. O desenvolvimento de um método de campo para medir condutividade hidráulica em presença de lençol freático prático e ao mesmo tempo confiável foi de fundamental importância, tendo em vista que os testes de laboratório não fornecem valores apropriados para fins de projetos de drenagem subsuperficial por que as amostras medidas são pequenas e em geral fragmentadas, sendo assim alteradas características importantes como estrutura e consistência, que exercem grande influência na permeabilidade do meio poroso. O método de teste de furo de trado em presença de lençol freático foi idealizado por Diserens (6), em 1934, tendo sido posteriormente aperfeiçoado por pesquisadores como Hooghoudt, Kirkhan, Van Bavel, Ernst e Jonson. Valores de condutividade hidráulica obtidos por meio deste método (2) são em geral aproximados dos valores computados a partir de medidas de vazões de drenos, o que indica que o método é bastante confiável, sendo uma das maneiras mais simples e práticas de se medir a condutividade hidráulica de uma camada de solo "in loco". Muita experiência já foi acumulada por meio da condução de milhares deste tipo de teste. É indicado nos estudos de drenagem de áreas que apresentem o lençol freático situado próximo da superfície do terreno. Propicia a obtenção da condutividade hidráulica horizontal de camadas de solo situadas em presença de lençol freático. Os valores obtidos refletem a condutividade hidráulica da camada de solo que se estende desde a superfície estática do lençol freático até o fundo do furo, quando este se assenta sobre o imper- meável, ou desde a superfície do lençol até um pouco abaixo do fundo do furo de trado, quando o impermeável se situa em profundidade inferior. 114 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos É mais comum o uso de trena de aço de 2 a 3m de comprimento, onde em uma de suas extremi- dades é fixada uma bóia no momento do teste, enquanto que a caixa na qual esta é enrolada fica presa a um suporte (Fig.2). Os valores são lidos à medida que esta se desloca em movimento vertical ascendente. Pode-se também usar uma peça rígida presa a uma bóia onde a ascensão do lençol em função do tempo é marcada na mesma, a medida que esta se eleva, tendo um ponto como referência fixa. Detalhes sobre os sistemas de medição são dados no Capítulo 6: • lanterna - pode ser necessária para observações no interior do furo e auxiliar na medição do seu diâmetro; • lona protetora contra ventos fortes - pode ser necessária sua utilização como quebra-vento para testes em regiões onde a velocidade dos ventos seja muito intensa de modo a perturbar a condução do teste. A lona é presa a estacas de cano galvanizado de 1/2 polegada previamente preparadas para este fim com aproximadamente 1,20m de comprimento • tubo tela protetor - é necessário o uso de tela protetora de paredes de furo de trado somente para testes em solos instáveis. A tela deve ter diâmetro ligeiramente superior ao diâmetro de escavação do trado, tendo em vista que o trado trabalhará dentro desta. À medida que o furo vai sendo escavado, a tela vai sendo pressionada para o seu interior e portanto a espessura da parede da tela tubo deve ser mínima. A área de fluxo da tela protetora ou tubo perfurado protetor deve ser de no mínimo 10% de sua área total (8). Isto pode ser obtido fazendo-se em torno de 350 cortes por metro linear de tubo, utilizando serra de 2mm e corte de 2,5cm de comprimento. O ideal é adquirir tubo tela apropriado; • escarificador de parede de furo de trado - para solos muito argilosos ou argilo siltosos, a sua utilização pode facilitar o fluxo da água para o interior do furo, tendo em vista que o seu uso visa eliminar superfícies de vedação provocadas pelo atrito do trado com o solo. Fig. 1 - Esquema do sistema utilizado pelo U.S.Bureau of Reclamation em corte e vista de cima. Condutividade Hidráulica - teste de furo de trado em presença de lençol freático 115 No seu preparo podem ser utilizados dois pedaços de escova presos a um suporte que se adapte à haste do trado. Pode-se também utilizar um cilindro de madeira confinado dentro de um pedaço de tubo de metal com perfurações (Figura 3), com aproximadamente 9cm de diâmetro e 7,5cm de comprimento (1). Em seguida, prendem-se cabeças de pregos nº 18, com folga entre o cilindro de madeira e as paredes internas do tubo, com as pontas projetando-se para fora. O conjunto é preso a um suporte adaptável à haste de trado; • medidor de diâmetro de furo de trado - o uso do medidor é dispensável quando se utilizam trados cujos diâmetros dos furos produzidos são conheci- dos. Geralmente, isto ocorre quando se trabalha com os mesmos trados. Deve-se observar o fato de que com o uso prolongado do trado, as lâminas se desgastam, reduzindo o diâmetro dos furos por eles feitos. Quando não se sabe previamente qual o diâmetro do furo feito, este deve ser medido, por Fig. 2 - Vista esquemática do sistema de medição de ascensão do lençol onde é utilizada trena de aço. tratar-se de variável importante na computação da condutividade hidráulica. Um medidor de diâmetro pode ser improvisado utilizando-se o princípio de abertura empregado em compassos. Para isso, pode-se utilizar duas chapas que deverão ter as extremidades de contato com o solo achatadas para aumentar a sua base de contato, evitando assim a penetração destas pontas no solo e conseqüentemente a obtenção de informações errôneas. 5. Preparo do furo de trado e descrição do perfil de solo Em uma primeira etapa faz-se um furo de trado para descrever o perfil do solo e anotar as profundidades da barreira e do lençol, após a sua estabilização. A seguir é feito outro furo para a realização do teste, utilizando-se preferencial- mente trados de 3 polegadas de diâmetro nominal, que podem ser do tipo holandês ou Riverside. Em solos argilosos ou material mais consistente, é 116 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Fig. 3 - Desenho esquemático do escarificador em planta e corte aconselhável (5) escavar primeiro com o trado de 3 polegadas e depois com o trado de 4" ou trado de 2"e a seguir de 3", visando diminuir a fricção e a conseqüente vedação parcial das paredes internas do furo. O furo deve seguir um eixo vertical, para evitar o surgimento de problemas no momento da condução do teste. As lâminas cortantes ou as pontas do trado devem fazer o corte com um diâmetro ligeiramente superior ao do corpo deste para evitar o alisamento e a conseqüente vedação das paredes do furo, facilitando também os trabalhos de tradagens. Devem ser empregados trados apropriados para cada camada de solo a ser perfurada, existindo trados para textura leve, média e pesada. A terra deve ser disposta sobre a superfície do terreno preferencialmente em camadas que representem cada 30cm de escavação. Em seguida, são anotadas a profundidade, a cor, a textura, a consistência, presença de mosqueado e concre- ções para cada camada, devendo ser registrada qualquer informação julgada de importância para a interpretação dos resultados a serem obtidos. 6. Condução do teste Após a perfuração do furo de trado até a profun- didade desejada e tendo descrito o perfil, deixa- se que o nível de água dentro do poço equilibre com o nível estático do lençol freático. Em solos de média a alta condutividade hidráulica uma espera de 10 a 30 minutos é suficiente. Para solos com permeabilidade da ordem de 0,10 m/dia, são necessárias algumas horas para o lençol atingir a estabilização. Quando muitos testes precisam ser feitos em uma mesma área, é boa prática fazer-se a tradagem, descrever o perfil, escarificar as paredes do furo, se necessário, e a seguir drenar a água uma ou duas vezes. Essa retirada da água tem como finalidade reduzir uma possível obstrução parcial dos poros das paredes do furo. A seguir trada-se em outro ponto, seguindo-se o mesmo roteiro e assim sucessivamente. Em outra etapa de serviço conduz-se os testes. Antes de remover a água do furo de trado, o equipamento de medição deve ser instalado em uma posição apropriada, devendo estar pronto para Condutividade Hidráulica - teste de furo de trado em presença de lençol freático 119 massa para provocar a sua queda no furo sempre em posição vertical. Na outra extremidade da fita prende-se um contra-peso que pode ser idêntico ao que serve de bóia, devendo no entanto ser ligeiramente mais leve que este. Desta forma a fita se mantém esticada durante todo o teste e ao mesmo tempo fica sensível a qualquer movimento da água no furo de trado. As marcações na fita são feitas em relação a um ponto fixo, situado na direção do suporte do eixo da roda. Vantagens: • os resultados são bastante precisos; • pode ser utilizado para testes em camadas profundas. Desvantagens: • o material é mais difícil de ser transportado; • é afetado por ventos, o que pode ser superado com a instalação de quebra-ventos. A Figura 5 mostra desenho esquemático do sistema. Em ambos os métodos é, em geral, necessária a atuação de dois homens experientes. A confiabilidade dos resultados é maior quando são utilizados, na computação da condutividade hidráulica, resultados de leituras provenientes da recuperação da altura da lâmina de água do poço até a metade da altura original da água ou valor H. Os intervalos de leituras dependem da permea- bilidade da camada testada, geralmente variando de 5 a 30 segundos. Imediatamente após a retirada da água por uma pessoa, a outra desloca rapidamente em movi- mento horizontal a parte móvel do sistema medidor para a direção do eixo do furo. Instantaneamente a bóia é liberada, caindo no seu interior. Nesse momento é feita a primeira leitura ao mesmo tempo que se inicia a cronometragem. Em camadas de baixa condutividade hidráulica estas operações podem ser mais demoradas, podendo inclusive ser feitas as leituras e anotações, por um único operador. Para maior conveniência o intervalo de leitura é previamente fixado, o que é feito em função do conhecimento da camada a ser testada. No fim de cada intervalo são feitas marcas na trena ou fita, dependendo do sistema de registro utilizado, até se observar que o intervalo entre estas vão se tornando menores. Em função deste encurtamento, que representa uma redução da vazão de entrada de água no furo, (Figura 4) suspende-se a tomada de leituras, dando esta fase por encerrada. O inicio de redução do intervalo entre as marcas coincide em geral com uma altura de recuperação de água no furo correspondente a aproximadamente 25% da altura total da lâmina d'água removida, ou seja, se for retirada uma lâmina de 40cm (Yo = 40), 25% da altura total retirada corresponderá 10cm. As anotações que vão até este ponto são consideradas confiáveis. Esta faixa varia em função do diâmetro efetivo do trado usado, sendo que para furos de 8cm de diâmetro esse valor pode ir a 30%, enquanto que para diâmetros maiores que l2cm essa altura deve ser menor que 25%. Na Figura 5 é apresentado desenho esquemático da zona de teste. Observa-se que geralmente há uma discrepância do primeiro intervalo em relação aos demais após a retirada da água do furo, sendo praticamente inevitável porque a bóia ao cair provoca agitação da água por certo período de tempo. Caso sejam observados espaços irregulares durante o período de leituras ou após o seu término, o teste deve ser repetido, bastando para isso esperar que o lençol freático se estabilize. 7. Cálculo da condutividade hidráulica Tendo-se a profundidade total do furo (D) e a pro- fundidade da barreira em relação à superfície do terreno, obtém-se a profundidade da barreira em relação ao fundo do furo (S), conforme Figura 6. 120 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos H = altura total do lençol - nível estático (cm). C = profundidade total do furo. Yo = lâmina de água que corresponde à distância entre a primeira marca feita com a bóia no nível estático e à segunda marca do nível mínimo após remoção da água (cm). Fig.5 - Desenho esquemático da zona de teste Condutividade Hidráulica - teste de furo de trado em presença de lençol freático 121 Para o caso específico de estudos de camadas ou horizontes de solo, barreira é toda camada que restringe o movimento vertical da água no solo. De acordo com o U.S.Bureau of Reclamation (5),"barreira é toda camada cuja condutividade hidráulica é igual ou inferior a 1/5 da condutivi- dade hidráulica média das camadas superiores." O U.S.Soil Conservation Service (4) assume que, para que uma camada se constitua em barreira, a sua condutividade hidráulica deve ser inferior a 1/ 10 da condutividade hidráulica do material que sobre esta se assenta. Van Beers (6) assume que barreira é toda camada cuja permeabilidade se situa em torno de 1/10 da permeabilidade das camadas que a ela se sobrepõe. Quando a seleção dos locais de condução de tes- tes, feita com base nos estudos pedológicos e geológicos da área, em geral a barreira já é conhecida antes do teste. É no entanto necessário fazer um furo de trado com fins de checagem, quando houver indicação de que esta camada encontra-se próxima daquela a ser testada. Quando não se tem informações que possibilitem uma estimativa da possível presença de barreira, deve- se fazer um furo de trado que ultrapasse a profundidade da camada a ser testada até no mínimo de 0,5H. Da condução do teste obtém-se os valores de altura total da lâmina de água removida do furo (Yo) bem como os valores das distâncias entre leituras, em função de um tempo prefixado, que são anotados na ficha de computação do teste. Estima-se então o valor de DY, que em geral, corresponde a 1/4 de Yo. Este valor é indicativo do ponto onde os espaços entre as leituras começam a se tornar mais próximos um do outro. Toma-se um determinado número de espaços a partir da primeira leitura ou marcação, que somados resultem em um valor próximo do valor de DY estimado. Assim obtém-se o DY medido e, como conseqüência o valor de Dt que é a soma dos intervalos de tempo entre as leituras. (ver Fig. 6) A próxima etapa consiste em calcular os valores de Y, Y/r e H/r. De posse destes valores e conhecendo-se a distância do fundo do furo à barreira, obtém-se diretamente a condutividade hidráulica em metros por dia, empregando-se a fórmula onde o valor da constante "C" é obtido utilizando-se um dos nomogramas de Ernst apresentado por Millar (3), para as condições S=0 ou S>1/2 H conforme Figuras 7 e 8. O valor de C é uma função de Y, H, r e S. Existem gráficos específicos preparados por Ernst para furos de raio igual a 4 e 6cm e também para as condições de S = O e S>1/2H (6). Estes não são apresentados porque dificilmente trabalha-se com trados que perfurem exatamente nesse diâmetro e também porque os nomogramas apresentados satisfazem plenamente. O manual de drenagem do U.S.Bureau of Reclama- tion (5) também apresenta nomogramas para obtenção do valor C, que são 100 vezes maiores que aqueles apresentados nos nomogramas de Ernst. Dessa forma, a condutividade hidráulica é obtida diretamente em pés/dia, quando o valor "C" é multiplicado por , sendo y em pés e t em segundos. Apresenta-se, a título de ilustração, (Figura 9) um modelo de ficha de computação utilizado pelo U.S. Bureau of Reclamation. Nela são anotadas as distâncias entre leituras e os tempos correspon- dentes, ficando assim registradas todas as informações. A primeira leitura neste caso foi desprezada por problemas de precisão de medição, devendo-se evitar que isto aconteça. Apresenta-se também ficha de computação da condutividade hidráulica (Figura 6) contendo valores obtidos em um teste realizado em material de alta permeabilidade. A mesma ficha contém desenho esquemático do teste. 124 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Em camadas formadas de material rochoso ou cascalhento, o teste é impraticável, devido às dificuldades de tradagem e a obtenção de um furo de diâmetro uniforme. 10. Conclusões O teste fornece valores bastante confiáveis da condutividade hidráulica lateral do solo, sendo a maneira mais adequada de se obter estes valores para camadas de solo em presença de lençol freático e situadas em profundidades menores que 6,0m. É mais comumente empregado para obtenção do valor "K" em camadas situadas em torno de l,5m. É utilizado em praticamente todo estudo de drenagem subterrânea a nível de implantação de drenos, sendo o teste mais importante para este fim. Em estudos a nível de viabilidade de implan- tação de projeto de irrigação e drenagem é também bastante importante. O equipamento utilizado na sua condução é bastante prático, simples e de baixo custo. Dependendo do material a ser testado, uma equipe de 2 homens pode preparar o furo de trado, descrever o perfil, conduzir o teste e computar o valor da condutividade hidráulica em período inferior a uma hora. O número de testes a serem conduzidos em uma área vai depender das condições pedológicas e geológicas desta, bem como do nível de estudo requerido. É importante que sejam obtidos valores médios representativos da condutividade hidráulica dos diversos tipos de solo ou camadas de solo de uma área, tendo em vista que os valores podem variar muito, mesmo para pontos situados próximos uns dos outros em uma mesma camada. É essencial não se basear em valores pontuais, mas em valores médios de condutividade hidráulica. Condutividade Hidráulica - teste de furo de trado em presença de lençol freático 125 Fig.7 - Nomograma para obtenção do valor C para cálculo da condutividade hidráulica em presença de lençol freático. 126 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Fig. 8 - Nomograma para obtenção do valor C para cálculo da condutividade hidráulica em presença de lençol freático Condutividade Hidráulica - teste de furo de trado em presença de lençol freático 129 Bibliografia 1 - BATISTA, Manuel de Jesus. Teste de furo de trado em ausência de lençol freático. Brasília: CODEVASF, 1981. 37p. il. 2 - DE BOER, Darrell W. Comparison of three field methods for determining saturated hydraulic conductivity. Transactions of the ASAE. Local, v.22, n.3, p.569-572, may/june 1979. 3 - MILLAR, Agustín A. Drenagem de terras agrícolas; princípios, pesquisas e cálculos. Petrolina: SUDENE, 1974. v. 1. il. (IICA. Publicações miscelâneas, 124). 4 - U.S.DEPARTAMENT OF AGRICULTURE. Soil Conservation Service. Drainage of agricul- tural land. Washington: 1971. 1v. il. (National engineering handbook, section 16). 5 - U.S.DEPARTAMENT OF THE INTERIOR. Bureau of Reclamation. Drainage Manual; a water resources technical publication. Wa- shington: 1978 - 286 p. il. 6 - VAN BEERS, W.F.J. The auger hole method; a field measurement of the hydraulic con- ductivity of the soil below water table. Holland: International Institute for Land Reclamation and Improvement, 1970. 31p. il. (Bulletin, 1). 7 - WINGER, Jr., R.J., LUTHIN, J.N. Guide for investigation of subsurface drainage pro- blems on irrigated lands. Michigan: American Society of Agricultural Engineers, S.D. 1 v. il. (Special publication Sp - 04 - 66). 8 - WINGER, Jr., R.J. In place permeability tests used for subsurface drainage investigations. Denver, Colorado: Division of Drainage and Groundwater Engineering, 1965. l v. il. 130 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos método são somente menores em cerca de 15%. Para se obter um valor mais representativo é recomendável realizar o teste dentro de uma única camada de solo de cada vez, o que nem sempre é possível quando as camadas são delgadas. Com base nos valores obtidos por meio do teste pode-se também identificar presença de barreira. Em estudos de drenagem subterrânea assume- se, em geral, que barreira é toda camada cuja condutividade hidráulica é igual ou inferior a 1/10 da condutividade hidráulica média das camadas superiores. Para a condução do teste são empregados trados tipo holandês ou caneco, válvula reguladora de fluxo, reservatórios para abastecimento e transporte de água e viatura tipo pick-up. Na computação dos valores de condutividade hidráulica podem ser utilizadas fórmulas, ou nomógrafos, obtendo-se os valores em litros por hora ou em metros cúbicos por dia. O período de condução do teste é de no mínimo 06 (seis) horas, considerando-se que deve ser alcançado o estado de saturação do solo nas imediações da zona testada. 2. Escolha de locais de execução dos testes Os testes são conduzidos em áreas que possuam condições pobres de drenagem interna ou suspeitas de virem a apresentar, no futuro, problemas de drenagem, provocados pela prática da irrigação. No estudo de uma área faz-se a seleção das 12. CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA – TESTE DE FURO DE TRADO EM AUSÊNCIA DE LENÇOL FREÁTICO 12.1. MÉTODO DE WINGER 1. Introdução O teste foi desenvolvido por Winger (3) para ser conduzido em camadas de solo situadas na ausência de lençol freático. É empregado em estudos a nível de projeto de drenagem subterrânea e em estudos de drenagem para classificação de terras para irrigação. Mede a condutividade hidráulica horizontal da camada de solo testada. Os resultados são válidos para o fluxo da água após ser atingido o estado de saturação. Os valores de condutividade hidráulica "k" são utilizados principalmente para cálculo do espaçamento entre drenos; podem também ser importantes para estudos de classificação de terras para irrigação, onde analisados em conjunto com outros fatores, auxiliam na definição das classes de terra. O teste é conduzido dentro de um furo de trado, sendo fixada, na profundidade desejada, uma válvula conectada com um reservatório calibrado, onde o volume de água consumido é medido. Quando conduzido em zona do perfil, onde existir mais de uma camada de solo, mede a condu- tividade hidráulica de toda a zona testada, porém o resultado obtido reflete, principalmente, a condutividade hidráulica da camada mais permeável. Segundo De Boer (1) dados experi- mentais mostram que os valores médios de condutividade hidráulica obtidos por este método são 47% inferiores aos valores obtidos com o teste de furo de trado de presença de lençol freático. Segundo Winger (1), os valores médios de condutividade hidráulica obtidos através deste Condutividade Hidráulica - testes de furo de trado em ausência de lençol freático 131 camadas de solo cuja condutividade hidráulica se deseja obter. Essa escolha é a princípio feita em escritório, com base nas descrições de perfis provenientes de estudos de solo, devendo ser também levadas em consideração as condições de acesso e distâncias aos cursos de água ou pontos de abastecimento. Em mapas topográficos, ou mesmo em aerofoto- grafias da área, marcam-se "a priori", os locais de possíveis testes. Uma seleção final é geralmente feita "in-loco". É sempre interessante o conhecimento da disposição das camadas superficiais da área do trabalho, porque as camadas a serem testadas podem apresentar-se onduladas e, então, caso isto aconteça, pode-se localizar os testes em pontos onde os horizontes do solo, a serem testados, apresentem profundidades e espessuras mais convenientes. Locais de fácil acesso devem ser preferidos, devido a necessidade de se transportar todo o material e água para o local escolhido. No mínimo é necessário que haja acesso para uma pick-up. 3. Número de testes O número de testes vai depender principalmente do nível de estudos, das dimensões do projeto e das dimensões de cada unidade de solo dentro do projeto. Deve-se fazer, de um modo geral, dois a três testes com repetição, para cada camada ou horizonte de solo a ser estudado. A nível de projeto executivo, é recomendável conduzir de 2 a 3 testes para cada 5 a 25 hectares, o que vai depender também da extensão da área e da uniformidade das unidades de solo. Em solos aluvionais geralmente é necessária a condução de um maior número de testes em função do grande número e variação das camadas do solo. Na definição do número de testes o mais importante é a experiência do técnico de drenagem e o conhecimento dos solos da área. 4. Material Necessário É necessário contar-se com uma quantidade apreciável de material, conforme segue: Para perfuração do furo de trado e descrição do perfil • enxada para limpar a área; • trados para solos de textura leve, média ou pesada; deve-se contar com trados preferencialmente de 3 a 4" de diâmetro; • manivela ou haste de trado; • extensões de 1,0 m; • martelo de borracha; • sacos plásticos e etiquetas, caso haja necessidade de coletar amostras; • prancheta escolar e ficha de descrição do perfil. Para condução do teste • Escarificador para eliminar compactação e superfícies que se tornem lisas devido aos movimentos do trado, o que prejudica a penetração normal da água nos poros. • Capa protetora, do mesmo tipo indicado para o caso anterior, para testes a serem realizados em camadas de solo instáveis, o que ocorre principalmente em solos siltosos, solos de textura arenosa fina e solos com predominância de argila do tipo montmorilonita, como é o caso dos vertissolos. O filtro serve para evitar o desmoronamento da parede do furo de trado com a conseqüente alteração do diâmetro interno desta. Para testes em camadas instáveis, abre-se o furo com trado de 4 polegadas e usa-se capa de 3 polegadas, enchendo-se o espaço situado entre o furo e o cilindro com areia grossa lavada. Com isso consegue-se manter a cavidade original do 134 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos de torneira de jardim. • Um nível de pedreiro para nivelamento aproximado dos tambores. • Barbante forte e que não seja de material sintético, para prender o suporte da bóias à tábua que fica na "boca do furo" e para vedar as uniões dos tubos de pvc flexível com o tambor e bóia carburador. Deve ser usado preferencialmente molhado. • Fita crepe. • Um funil bastante grande e um balde de 20 litros de capacidade podem ser úteis no caso de haver dificuldades para encher totalmente os tambores por gravidade. 5. Preparo do tambor calibrado A um vasilhame de plástico de 50 ou 100litros de capacidade é fixada uma fita crepe. Na parte externa e sobrepondo a fita ajusta-se, como visor, um tubo comunicante de material plástico flexível e transparente, de ¼ de polegada de diâmetro interno, que se comunica com a parte interna do tambor, tendo uma das pontas presa a uma vareta de vergalhão ou qualquer material pesado, que mantenha a ponta da mangueira amarrada próxima do fundo do vasilhame. Para a sua calibragem o vasilhame é colocado sobre uma mesa, onde deve ser nivelado. A seguir enche-se totalmente o vasilhame, o qual deve ser mantido nivelado. Em um determinado ponto da parte superior do mesmo, marca-se na fita o ponto "ZERO" com um lápis preto. Daí em diante, com o emprego de uma proveta ou um frasco tarado, retira-se a água de 250 em 250 mililitros, até que o vasilhame fique completamente calibrado. Daí a mangueira ascende esticada margeando a fita crepe onde é a seguir feita a calibragem. Neste caso o vasilhame abastece o teste por meio de água sifonada, com uso de mangueira de ½ polegada, sendo dispensada a fixação de torneira ao mesmo, conforme Figura 4. A mangueira, de 1/2", que abastece o teste é mantida no interior do vasilhame preferencialmente com o uso de vergalhão de 4,2 mm, amarrada com uso de barbante. 6. Preparo da válvula reguladora do fluxo de água Uma maneira simples e prática de preparar uma bóia para teste de furo de trado, consiste do seguinte material: a) um pedaço de tubo de plástico, DN 50, tipo esgoto, de pvc rígido e parede delgada, com 15 a 20 cm de comprimento; b) dois tampões de pvc rígido, DN 50. c) uma válvula completa, de ½ polegada, do tipo usado em caixa d’água doméstica; d) um bico de torneira de jardim de metal. • Perfura-se um dos tampões de pvc e a ele fixa- se a válvula de ½ polegada; • o segundo tampão é perfurado com broca fina, permanecendo com aspecto de chuveiro, sendo a seguir fixado ao tubo; • o braço ou alavanca de bóia é cortado e fixado, em linha, com parte móvel da bóia. O conjunto deve ser ajustado para que o curso da parte móvel da válvula seja suficiente para liberar o máximo de água sem sair da cavidade guia. A operação seguinte consiste em fechar o conjunto, encaixando-se primeiro a parte móvel da válvula, para depois ajustar-se a parte que confina a bóia. Para evitar-se que o conjunto se solte, usa-se um parafuso próprio para unir chapas de ferro. Na tampa superior é fixada uma alça para pendurar o conjunto dentro do furo de trado. Ao conjunto fixa-se um bico de torneira de jardim de ½" , conforme Figura 5. Condutividade Hidráulica - testes de furo de trado em ausência de lençol freático 135 7. Condução do teste Dois homens são suficientes para instalar e conduzir o teste. De preferência, o furo deve primeiro ser escavado com um trado manual de 3 polegadas sendo, a seguir, alargado com outro de diâmetro um pouco maior, devendo ser atingida a profundidade predeterminada para o teste. É feita a descrição do perfil, dando ênfase à cor, textura, estrutura, mosqueado, presença de concreções e consistência. Essas informações auxiliam, em muito, na interpretação dos resultados obtidos pelos testes. Depois de feito o furo de trado até a profundidade desejada, este deve ser escarificado, na zona do teste, para minorar os efeitos de compactação e alisamento da parede pelo trado. Em solos de textura leve bem como em solos de textura média, pouco adensados e cujo teor de umidade seja inferior a capacidade de campo, o uso de escarificador é dispensável. Depois do furo escarificado, coloca-se na sua parte inferior um pouco de estopa para proteger o solo do impacto da água e assim evitar a formação de suspensões. Estando o furo de trado pronto para o teste, procede-se da seguinte forma: • Solos estáveis Fig. 4 - Esquema do tambor calibrado sem uso de régua fixa e torneira. A válvula é pendurada na posição desejada e conectada, por meio de tubo plástico flexível de 1/2", ao tambor previamente calibrado, o qual deve ter sido nivelado grosseiramente e ter o seu volume de água conhecido. • Solos instáveis a - Emprego de tela e areia como forma de proteção da geometria do furo. Coloca-se a tela no interior do furo e, então, preenche-se o espaço entre este e a parede do furo com areia grossa lavada e, a seguir, procede- se da mesma forma anteriormente citada. b - Emprego somente de areia como forma de proteção da geometria do furo. Fixa-se a válvula na posição desejada e a seguir preenche-se toda a zona do teste com areia grossa peneirada e lavada, ao mesmo tempo em que é feita uma pequena compactação da areia. Procede-se assim até cobrir a bóia quase que totalmente. O furo deve, então, ser cheio de água até o ponto onde a válvula mantenha um fluxo de água constante. Logo que a válvula indicar que a lâmina de água atingiu o equilíbrio entre a recarga e a infiltração checa-se a altura da mesma e, caso esta esteja mais ou menos no ponto desejado, anota-se a data, hora e, então, faz-se a primeira leitura do volume consumido em litros. Toma-se em seguida a temperatura da água e dá-se o teste por iniciado. Se o nível de água no furo estiver fora do desejado, faz-se o ajuste necessário alterando a posição da válvula para o ponto pré-determinado. Depois de iniciado o teste cobre-se a "boca do furo" para evitar a penetração de quaisquer objetos ou animais. 136 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos O tanque alimentador deve ser checado e o volume de água completado sempre que necessário. Em uma ficha de "leitura do teste" deve-se anotar as leituras feitas de modo que seja obtido o volume de água consumido em litros, para cada intervalo de leitura em horas. Os intervalos de leitura são determinados em função do material testado, podendo variar de 15 minutos a algumas horas. O importante é que sejam tomadas leituras que apresentem valores mais ou menos constantes após a saturação. Fig. 5 - Desenho esquemático de conjunto regulador de fluxo (bóia). A) Em perspectiva, tampa de pvc rígido de 50 mm com válvula de ½" de metal do tipo usado em caixa d’água doméstica. Do lado oposto fica um bico de torneira de jardim; b) Em corte, parte vedante da válvula e bóia preparada de isopor, conforme a figura; c) Planta de parte inferior do conjunto mostrando as perfurações de saída da água; d) Corte do conjunto mostrando todas as partes. Condutividade Hidráulica - testes de furo de trado em ausência de lençol freático 139 9. Cálculo da vazão ajustada Para o cálculo da vazão ajustada, é feita a correção das viscosidades, conforme tabela 2, sendo os ajuste feitos em função da viscosidade da água na primeira leitura, após a estabilização aparente do teste. Valores de viscosidade para temperaturas da água de 0 a 37oC podem ser obtidas através da tabela 3. 10. Limitações quanto ao uso deste teste Uma das principais limitações diz respeito ao tempo empregado na sua execução que é de aproximadamente 12 horas e, também, à grande quantidade de material usado. Um volume apreciável de água é também requerido, quando se trabalha em solos de textura mais leve, bem estruturado e pouco compactado. Quando à zona do teste contém alta percentagem de sódio, a água a ser usada deve conter 1.500 a 2.000 ppm de sais, preferivelmente sais de cálcio. Em solos cascalhentos há dificuldade de se obter uma superfície regular da parede ou diâmetro regular. A relação h/r deve ser igual ou superior a 10 (dez). O teste não deve ser conduzido próximo a áreas de formigueiro ativos, do tipo saúva, ou mesmo extintos, devido a riscos de cortar galeria sem que se perceba, e então obter-se valores irreais. 11. Conclusões O teste mede a condutividade hidráulica horizontal de camadas situadas acima do lençol freático, podendo substituir o teste de furo de trado em presença de lençol freático. Em solos formados por várias camadas, pode ser usado para obter a condutividade hidráulica de cada uma delas. O número de testes por área depende dos tipos de solos encontrados, suas extensões e do nível de investigação desejado. Cond. II:Tu≤3hCond. I:Tu>3h Tu 140 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos INICIAL FINAL Tempo LEITURA Vol. Temp. Vazão Visc. Vazão K (litros) Água Ajust. Data Hora Data Hora Horas Inicial Final (1) (ºC) (1/h) (Cent.) (1/h) (m/dia) 06/09 16:45 06/09 17:45 1,0 0,00 29,25 29,25 28,5 29,25 - - - 06/09 17:45 06/09 18:45 1,0 29,25 44,00 14,75 28,0 14,75 - - - 06/09 18:45 06/09 19:45 1,0 44,00 59,00 15,00 27,0 15,00 - - - 06/09 19:45 06/09 20:45 1,0 59,00 72,75 13,75 27,0 13,75 0,8545 13,75 - 06/09 20:45 06/09 21:45 1,0 72,75 85,75 13,00 27,0 13,00 0,8545 13,00 - 06/09 21:45 06/09 22:45 1,0 0,00 13,75 13,75 26,0 13,75 0,8737 13,75 0,19 Obs.: O teste foi realizado em uma camada situada entre 110 e 230 cm de profundidade, apresentando textura franco argilosa. Mosqueado fraco a partir de 270 cm. Presença de concreções ferruginosas leves. Tabela 1 - Resultados de Teste de Furo de Trado em Ausência de Lençol Freático PROJETO DV/J - LOCAÇÃO: 20m Oeste de T5 D = Profundidade Total do Furo - 2,30m r = Raio do Furo - 5,8cm h = Altura da Camada de Água - 75,0cm Relação h / r = 75,0 / 5,8 = 12,5 FURO TP4 - DATA: 06.02.72 - EXECUTOR: M. BATISTA Tu= Distância da Superfície da Água ao Lençol Freático ou à Camada Impermeável: desconhecida m. Distância da Superfície do terreno ao Lençol Freático ou à Camada Impermeável: desconhecida m. Tabela 2 - Vazão ajustada em função da viscosidde da água na primeira leitura após a estabilização. Q(1/h) TEMP. ÁGUA (ºC) VISCOSIDADE Q. AJUST.(l/h) DA ÁGUA (CENTIPOISE) 14,25 19,0 1,0299 14,25 14,97 23,0 0,9358 13,60 15,63 25,0 0,8937 13,58 Q. AJUSTADO = 14,97 × 0,9358 / 1,0299 = 13,60 l / h Q. AJUSTADO = 15,63 × 0,8937 / 1,0299 = 13,58 l / h Condutividade Hidráulica - testes de furo de trado em ausência de lençol freático 141 Tabela 3 - Valores da viscosidade de água para temperaturas em graus centígrados e Farenheit. (*) TEMP.ºC TEMP.ºF VISCOSIDADE TEMP.ºC TEMP.ºF VISCOSIDADE 0 32,0 1,7921 20 68,0 1,0050 1 33,8 1,7313 21 69,8 0,9810 2 35,6 1,6728 22 71,6 0,9579 3 37,4 1,6191 23 73,4 0,9358 4 39,2 1,5374 24 75,2 0,9142 5 41,0 1,5188 25 77,0 0,8937 6 42,8 1,4728 26 78,8 0,8737 7 44,6 1,4284 27 80,6 0,8545 8 46,4 1,3860 28 82,4 0,8360 9 48,2 1,3462 29 84,2 0,8180 10 50,0 1,3077 30 86,0 0,8007 11 51,8 1,2713 31 87,8 0,7840 12 53,6 1,2363 32 89,6 0,7679 13 55,4 1,2028 33 91,4 0,7523 14 57,2 1,1709 34 93,2 0,7371 15 59,0 1,1404 35 95,0 0,7225 16 60,8 1,1111 36 96,8 0,7085 17 62,6 1,0828 37 98,6 0,6947 18 64,4 1,0559 19 66,2 1,0299 (*) Notas da aula - de acordo com Binghan e Jackson, Bull. Bur. Stds. 14, 75 (1918). 144 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos 12.2 . MÉTODO DE PORCHET O teste de Porchet mede a condutividade hidráulica, no campo, em ausência de lençol freático. Consiste em fazer um furo de trado, até penetrar o suficiente na camada a ser testada, adi- cionar água e medir o rebaixamento do seu nível no furo. Da mesma forma que o teste desenvolvido por Winger, permite determinar os valores de condutividade hidráulica de camadas distintas de um mesmo solo, bastando para isso aprofundar o furo de trado sucessivamente, limitando-se a interromper o mesmo dentro do estrato que se queira estudar. As medições em diferentes camadas de solo podem também ser feitas em furos distintos e que se situem próximos. Para se obter valores de condutividade hidráulica mais próximos do real e portanto, mais confiáveis, faz-se necessário um pré-umedecimento do solo no local do furo, através da adição de água a este, para que o teor de umidade atinja ou se aproxime da saturação, para que as forças de tensão nas proximidades do furo sejam anuladas ou minimizadas. O equipamento utilizado na medição do rebaixa- mento do nível de água pode ser o mesmo descrito anteriormente para o teste de furo de trado em presença de lençol freático, composto de suporte, trena e boia. A dedução da fórmula de cálculo da condutividade hidráulica é feita tomando como base a fórmula de Darcy para fluxo em meio saturado onde: Q = K i A, sendo: Q = vazão; K = condutividade hidráulica; i = gradiente hidráulico e A = área de fluxo. O método, também chamado de inverso do auger- hole, considera que o gradiente hidráulico se iguala à unidade, quando o solo atingir o estado de saturação ou próximo deste, o que resulta em Q = K A, sendo a área do fluxo do furo de trado dada pela equação A = 2prh+pr2 , onde r = raio do furo de trado e h = altura de lâmina de água. Tem-se então Q = K(2prh+pr2) ou Q = 2pKr(h + r/2) Ao mesmo tempo tem-se que a vazão no furo de trado Q = -pr2dh/dt; igualando as duas expressões obtém-se: 2pkr (h + r/2) = - pr2 dh dt ou 2pkrdt = - pr2 Integrando-se os dois lados resulta: 2k (tn-to) = -r [Ln(ht + r/2) - Ln (ho + r/2)] K = Como Lnx = 2,3 Log. x, tem-se: K r Log h r Log h r t t t n = + − + − 115 2 20 0 , ( / ) ( / ) onde: k = condutividade hidráulica – cm/s r = raio do furo de trado – cm h o = altura inicial do nível de água – cm h t = altura do nível d’água correspondente ao tempo tn – cm t n = tempo correspondente a altura do nível d’água ht - s . t o = tempo correspondente ao início do teste – s Utilizando-se papel semi-log e plotando-se ht + r/ 2 no eixo “y” e o tempo no “x”, deve-se obter uma linha reta, cuja inclinação é dada pela expressão: ou K = 1,15 r tan a = (expresso em cm/s). O furo de trado é enchido com água e deixado drenar livremente, o que deve ser feito por muitas vezes, até que o solo, nas imediações do furo, fique úmido o suficiente para que os valores de infiltração se tornem relativamente constantes. Condutividade Hidráulica - testes de furo de trado em ausência de lençol freático 145 A seguir são medidos valores de rebaixamento da lâmina de água (h+r/2) e os tempos correspon- dentes, que são plotados em papel semi-log, no que o gráfico deve resultar em uma linha reta. Caso seja obtida uma linha curva, deve-se dar continui- dade ao processo de umedecimento e plotagem dos dados obtidos, até que o resultado seja satisfatório.Calcula-se então a condutividade hidráulica da camada testada, utilizando-se a equação acima men-cionada, ajustada para fornecer valores da condutividade hidráulica em m/ dia, podendo-se trabalhar com logarítimo de base decimal ou neperiano, logo: ou O teste de Porchet, quando comparado com o teste de furo de trado em ausência de lençol freático, desenvolvido por Winger, é prático e simples de ser conduzido, ao mesmo tempo em que reduz drasticamente o consumo de água, bem como a quantidade de material necessário para a sua condução. Para facilitar o processo de pré-umedecimento da zona a ser testada, utiliza-se válvula de nível semelhante àquela utilizada no teste de furo de trado em ausência de lençol freático, que se adeqüe a furo de trado de 3”; na sua confecção é usado tubo de pvc rígido, tipo esgoto, DN 50 e reservatório para abastecimento de água. Após a pré-saturação, remove-se a válvula e utiliza-se o equipamento medidor do rebaixamento do nível da água. O período de pré-umedecimento depende do tipo de camada de solo no que se refere a textura, estrutura e consistência. Para solo de textura arenosa, muito permeável, um período de 1/2 hora ou inferior, pode ser suficiente enquanto que para solos de textura argilosa pouco permeável esse período pode ser superior a 1 dia luz. O exemplo na tabela a seguir mostra dados de um teste, conforme Oosterban(3) onde o valor da condutividade hidráulica encontrado, para r = 4cm e h o = 18cm foi de 0,55 m/dia. t H t * h t h t + r/2 0 71 19 21 140 72 18 20 300 73 17 19 500 74 16 18 650 75 15 17 900 76 14 16 *Distância da lâmina de água em relação à referência. Os dados provenientes da tabela acima foram plotados, conforme a figura 1 abaixo, o que resultou em uma relação linear entre os valores de ht+ r/2, em centímetros e o tempo em segundos. ht + r/2 = cm tempo=s Fig. 1 - Medidas de leituras do rebaixamento do nível de água plotados em função do tempo. Foi então calculada a condutividade hidráulica utilizando-se a fórmula: onde: t o = 140s; h o + r/2 = 20 cm e ln (ho + r/2) = 2,996. t n = 650s; h t + r/2 = 17 cm e ln (ht + r/2) = 2,833, o que resultou em K = 0,55 m/dia. 146 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos Teste conduzido em solo de textura arenosa franca do Projeto de Irrigação Rodelas R 4/5, lote 138- BA, após um pré-umedecimento, resultou na obtenção de K = 6,4 m/dia, tendo como base os dados abaixo apresentados; valor idêntico foi obtido através de teste de furo de trado em presença de lençol freático. r = 4,0 t o = 0 t n = 300 s h o = 80 cm h t = 25 cm /dia É apresentada, conforme a figura 02, ficha de teste conduzido no projeto Nupeba - CODEVASF - Barreiras, BA TESTE DE CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA EM AUSÊNCIA DE LENÇOL FREÁTICO (MÉTODO DE PORCHET) Coeficiente de drenagem subterrânea ou recarga 149 QUADRO1 - Chuvas Máximas de 3 e 4 dias consecutivos - Estação meteorológica de Cabrobó-PE. Lat. 8o 30’; Long. 39o 19’ W (*) Número Ano Ocorr. Ano Ocorr. Chuvas Máx. 3 dias Chuvas Máx. 4 dias Seleção da Chuva de Projeto Ordem 3 dias 4 dias Decrescente Decrescente 1 1963 1963 248,9 286,6 N = fn 2 1941 1941 209,3 228,8 N = num. de anos de registro 3 1916 1940 196,6 227,6 f = frequência desejada 4 1940 1916 192,1 220,9 n = número ordem na coluna 5 1969 1924 146,8 162,6 6 1955 1969 137,8 158,9 Para: 7 1912 1937 137,2 156,5 f = 5 anos 8 1914 1955 126,7 146,3 N = 54 9 1966 1914 126,0 142,0 n = N/f 10 1937 1960 119,0 141,7 n = 54/5 = 11 11 1947 1921 118,6 140,0 12 1924 1912 118,5 137,2 Para chuvas de 3 dias = 118,6 mm 13 1964 1929 118,2 127,6 Para chuvas de 4 dias = 140,0 mm 14 1954 1966 116,2 126,0 15 1967 1913 115,7 119,0 Para: 16 1921 1947 112,0 118,6 N = 10 17 1913 1964 111,5 118,2 n = 54/10 = 5,4 = 6 18 1960 1915 109,2 117,5 19 1970 1954 106,4 116,2 Para chuvas de 3 dias = 137,8 mm 20 1915 1967 103,7 115,7 Para chuvas de 4 dias = 158,9 mm 21 1952 1952 102,8 113,1 22 1926 1918 99,8 110,0 23 1922 1970 99,0 106,4 24 1965 1926 98,7 103,3 25 1929 1922 93,0 99,0 26 1918 1965 93,0 98,7 27 1920 1965 91,8 97,0 28 1945 1945 87,9 96,1 29 1917 1920 85,5 91,8 30 1938 1950 79,0 87,9 31 1927 1917 77,3 85,5 32 1944 1944 74,8 84,6 33 1951 1953 72,4 80,6 34 1953 1929 70,3 79,7 .35 1928 1927 69,7 77,3 36 1959 1951 68,4 76,4 37 1968 1968 67,1 76,1 38 1958 1936 67,0 68,4 39 1936 1959 66,9 68,4 40 1949 1930 65,2 68,1 41 1925 1949 64,0 67,8 42 1961 1958 58,4 67,0 43 1946 1948 57,4 65,4 44 1930 1925 57,2 64,0 45 1939 1946 56,6 62,0 46 1956 1961 56,5 58,4 47 1943 1939 48,0 56,6 48 1950 1956 46,5 56,5 49 1919 1943 35,0 48,0 50 1942 1919 33,7 35,0 51 1948 1942 32,9 33,7 52 1923 1923 25,5 25,5 53 1962 1962 14,7 20,9 54 1911 1911 12,8 12,8 (*) Fonte: Dados básicos - Instituto Nacional de Meteorologia do MA. Área com sistema de drenagem subterrânea e drenos situados a 1,30m de profundidade e com altura do lençol freático em relação aos drenos - h= 0,l0m. Nesse caso, a profundidade do lençol freático seria 1,20m. O espaçamento estimado entre drenos, usando a fórmula de Hooghoudt simplificada onde: e 150 Drenagem como Instrumento de Dessalinização e Prevenção da Salinização de Solos recarga proveniente da irrigação, que é a recarga que antecede às chuvas, seria de 15,54m, tendo como base os seguintes parâmetros: • Camada de solo homogêneo até a barreira; • Drenos instalados a 1,30m de profundidade; • Profundidade da barreira em relação ao fundo dos drenos - D = 1,70m; • Condutividade hidráulica de campo - K = 0,30m/ dia; • Recarga assumida - R = 0,001 m/dia. • Altura assumida para o lençol no ponto médio entre os drenos - h = 0, l0 m; • Área de fluxo para o dreno - p = 0, l03m, para tubo corrugado DN 65, com envoltório sintético e trabalhando a meia seção. Considerando-se que a água disponível é de 5,4 % e assumindo-se um teor de unidade atual de 70% da água disponível, obtem-se: Lâmina de chuva a ser retida pelo solo = 1,20 m x 0,054 x 0,30 = 19,4 mm. 2.3. Lâmina potencialmente drenável 77,0 mm - 19,4 mm = 57,6 mm 2.4. Evapotranspiração Da infiltração potencial subtrai-se a evapotrans- piração assumida para as plantas cultivadas; essa água contribue para o rebaixamento do lençol freático, sem no entanto ser escoada pelo sistema de drenagem subterrânea. Para evapotranspiração de 4 mm/dia tem-se: ETC= 4,0 mm/dia x 3 dias = 12,0 mm 2.5 Lâmina a ser escoada pelo sistema de drenagem Da lâmina de saturação deduz-se a evapotrans- piração, pelo fato de que esta lâmina de água, ao mesmo tempo em que contribui para a elevação do lençol freático é utilizada pelas plantas. Ocorre comumente que as precipitações, no caso a soma de três dias consecutivos de chuvas são, na maioria das vezes fracionadas, com evapotranspiração concomitante durante e nos intervalos das precipitações. Lâmina a drenar = 57,6 mm - 12,0 mm = 45,6 mm 2.6 Ascensão do lençol freático É obtida tomando como base o valor da porosidade drenável, considerando-se a camada de solo uniforme até 1,30 m de profundidade. Ascensão do lençol = lâmina de saturação porosidade drenável Ascensão do lençol = 2.7 Cálculo estimativo do coeficiente de drenagem subterrânea ou recarga Assumindo-se que o lençol freático deva ser rebaixado, em 3 dias, de 37cm para 80 cm em relação à superfície do solo, a recarga será de: Profundidade do lençol = 1,30 m - (0,10 m + 0,83m) = 0,37 m; Rebaixamento do lençol = 0,80 m - 0,37 m = 0,43m Recarga= Bibliografia 1- CODEVASF/GEEPI/CHESF. Drenagem Subterrâ- nea do Projeto Caraibas: Setor 01 - agrovilas 01 e 02. Brasília: 1994. 1v. il. 2- LUTHIN, james, N. Drainage Engineering. New York: robert e. Engin., 1973. 250 p. il. Cálculos de espaçamento entre drenos e dimensionamento de drenos subterrâneos 151 14. CÁLCULOS DE ESPAÇAMENTO ENTRE DRENOS E DIMENSIONAMENTO DE DRENOS SUBTERRÂNEOS 1. Cálculo de espaçamento entre drenos Existem muitas fórmulas para o cálculo do espaçamento entre drenos. A escolha da fórmula a ser usada vai depender das características do perfil do solo da área a ser drenada, principalmente no que se refere a profundidade da barreira e às características dos horizontes ou camadas de solo. As fórmulas mais comumente empregadas são: • Fluxo contínuo Donnan (fluxo horizontal) Hooghoudt (fluxo horizontal e radial) Ernst (fluxo vertical, horizontal e radial) • Fluxo variável Glover-Dumn (fluxo horizontal) Boussinesq (fluxo horizontal) 1.1 Fórmulas de Donnan Foi desenvolvida para fluxo horizontal proveniente de Irrigação, tendo sido empregada com êxito no Vale Imperial da Califórnia - EUA. Condições de uso; • Fluxo permanente com lençol freático constante; • Fluxo somente horizontal; • Solo homogêneo até a barreira; • Sistema de drenos paralelos e infinitos; • Recarga homogeneamente distribuída. O Cálculo do espaçamento entre drenos e dado pela fórmula: , onde os parâmetros são ilustrados através da figura 1, sendo: L - Espaçamento entre drenos - m K - Condutividade hidráulica - m/dia B - Altura do lençol freático em relação ao impermeável, no ponto médio entre drenos - m Fig. 1 - Desenho mostrando os parâmetros da fórmula do Donnan D - Distância entre a superfície da água, na vala ou tubo de drenagem e a barreira - m R - Coeficiente de drenagem subterrânea ou recarga - m/dia. Se a vala ou tubos de drenagem estiverem sobre o impermeável a fórmula fica reduzida a: Esta fórmula é mais recomendada para solos rasos a serem drenados por valas abertas com bases inferiores situadas próximo da barreira. 1.2 Fórmula de Hooghoudt Foi desenvolvida por Hooghoudt, na Holanda, para fluxo horizontal e radial. Utiliza as mesmas suposições que a fórmula de Donnan, tendo após sua dedução sido incluído o fluxo radial. Dedução formula A dedução da fórmula baseia-se nos seguintes princípios: - Fluxo de água contínua, com drenos paralelos e equidistantantes. - Gradiente hidráulico em qualquer ponto do terreno igual à inclinação do lençol freático sobre o ponto considerado - dy / dx. Esse principio baseia-se na hipótese de Dupuit - Forchheimer que considera que o fluxo