Rebaixamento NDAGUA MSI

Prévia do material em texto

�PAGE �
�PAGE �8�
SUMÁRIO
21. INTRODUÇÃO.	�
42. PONTEIRAS FILTRANTES, WELL POINTS.	�
52.1 Medidas e observações dos resultados obtidos.	�
53. POÇOS PROFUNDOS COM BOMBAS SUBMERSAS.	�
53.1 Características.	�
63.2 Metodologia.	�
73.3 Condições para Uso.	�
84. SISTEMA DE PONTEIRAS INJETORAS.	�
125. DRENAGEM POR ELETROSMOSE.	�
146. MÉTODO DO BOMBEAMENTO DIRETO.	�
146.1 Problemas do Método.	�
156.2 Aplicação.	�
157. CONCLUSÕES	�
188. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.	�
�
1. INTRODUÇÃO.
Algumas obras de Engenharia Civil necessitam ser executadas a determinadas profundidades abaixo do nível da terra, essa condicionante impõe certas restrições as obras que devem ser obedecidas caso contrário corre-se o risco de ocorrer acidentes, inviabilizando a obra.
 É preciso ficar bem claro o seguinte fato: fisicamente o solo é um sistema em instável, devendo aplicar técnicas para melhorar sua estabilidade.
 Diante disso é importante para o profissional da área de Engenharia Civil fazer um estudo detalhado de todo o entorno da área onde será executada a obra, aspectos como constituição do solo, solo predominante, granulometria, existência de lençol freático, profundidade onde se deseja executar a obra devem ser observadas em seus pormenores. 
A negligência por parte do profissional de qualquer um desses aspectos citados, podem-se colocar em risco muitas vidas, antes e depois da obra ter sido entregue.
Na prática da Engenharia Civil pode-se perceber o método de rebaixamento utilizado pode variar bastante, e muitas vezes pode ser necessário mais de um método de rebaixamento a ser utilizado na mesma obra. 
Algumas técnicas importantes relacionadas ao rebaixamento do nível d’água serão abordadas nesse estudo, discutindo-se aquelas mais utilizadas e aquelas a serem usadas num futuro próximo.
O sistema de rebaixamento com poços profundos é ideal para escavações de grande monta, onde os níveis de rebaixamento são elevados e as vazões de bombeamento são altas. Os sistemas de esgotamento dos poços podem ser de dois tipos: com emprego de injetores e com emprego de bombas submersíveis de eixo vertical.
O sistema de ponteiras injetoras consiste da perfuração de um poço e introdução de tubos paralelos ou concêntricos com o injetor. Uma bomba centrífuga injeta água pelo tubo injetor com elevada pressão, somando-se com a água presente no subsolo e retornando à superfície em conjunto pelo tubo de retorno, rebaixando o nível do lençol freático.
�
2. PONTEIRAS FILTRANTES, WELL POINTS.
Empregam-se ponteiras filtrantes de 1 ½” e 2 1/2” de diâmetro, com 30cm a 100cm de comprimento, para drenagem por gravidade ou a vácuo. Essas ponteiras de aço constituem-se de um tubo de aço perfurado, tendo a seguir um tubo metálico fechado com 8m a 9m de comprimento conforme figura 1 logo abaixo.
 
 Figura 1. Ponteiras filtrantes, Well Points.
 Fonte.: M. Moragon, 2004.
	
 A instalação das ponteiras no solo é feita geralmente de jatos de água através da própria ponteira. Na impossibilidade de se dispor de água em abundância para esse tipo de instalação ou em solos poucos permeáveis, executa-se a abertura de um furo de 150mm de diâmetro, colocando-se no seu interior a ponteira, envolvida por material filtrante adequado.
 As ponteiras filtrantes são colocadas ao longo de uma linha, tendo um espaçamento de 1m a 3m, ligando-se todas as pontas a um cano coletor comum. No final deste, no final deste acha-se instalado um conjunto motor-bomba, que subtrai do coletor de água e eventualmente o ar que penetra nas ponteiras filtrantes.
 No caso de se necessitar do emprego de vácuo, liga-se, em série ao sistema, uma bomba de vácuo.
 A desvantagem desse esquema, em virtude de leis físicas, consiste numa limitação de rebaixamento de lençol freático em cerca de 5m de profundidade. 
 A drenagem de escavações mais profundas deverá ser realizada por meio de vários estágios de ponteiras conforme figura 2 a seguir.
 Figura 2. Vários estágios de ponteira.
 Fonte.: M. Moragon, 2004.
2.1 Medidas e observações dos resultados obtidos.
 É absolutamente necessário observar e registrar os seguintes resultados, ao se executar um processo de rebaixamento.
 a. Determinação da vazão dos poços, através de hidrômetros;
 b. Determinação das curvas de depressão, através dos piezômetros e indicadores do nível d’água;
 c. Medidas de recalques de edifícios e da superfície do terreno, através de pinos e marcos.
3. POÇOS PROFUNDOS COM BOMBAS SUBMERSAS.
3.1 Características. 
O sistema de bombas submersas é utilizado para qualquer tipo de solo e rocha. Conforme indicado por (Dobereiner e Vaz, 1998), os poços podem ser construído com o espaçamento pré-determinado, porém são posicionados individualmente, em função do tipo e das condições do solo, possibilitando maior eficiência no sistema de rebaixamento.
A perfuração do poço e a instalação são semelhantes ao processo para uso da injetora, sendo que o diâmetro do poço, segundo (Alonso, 1999) deve ser de 400 a 600 mm e o diâmetro do tubo filtrante de aproximadamente 200 mm, conforme a figura 3 logo abaixo.
Figura 3: Esquema de Rebaixamento por bomba Submersa
Fonte: <http://construcaomercado.pini.c om.br/negocios-incorporacao-construcao /1 16/imag ens/i257097.jpg>
3.2 Metodologia.
A extração da água e feita através de um conjunto de motor e bomba, submersível, instalados dentro do tubo filtrante. O acionamento e desligamento da bomba são feito automaticamente por eletrodo ligado ao motor da bomba, que se ativam em contato com água.
Todas as bombas utilizadas no sistema de rebaixamento são ligadas a um painel de controle elétrico contendo, além de dispositivos normais de operação do sistema de controle de eletrodos, fornecimento de energia, e de proteção dos motores elétricos, dispositivos especiais de controle e desempenho de bombas através de voltímetros e amperímetros; permitindo detectar rapidamente problemas de desempenho da bomba, conhecida por ser a parte mais cara do sistema.
Para (Dobereiner e Vaz, 1998), os poços profundos com bombas submersas são utilizados quando é necessário o bombeamento com longa duração e para elevadas vazões e profundidades. Segundo (Caputo, 1987), esse sistema pode recalcar água com mais de 100 metros de profundidade e com vazão maior que 60 l/s.
O rebaixamento realizado através desse sistema possui a possibilidade de atingir grande área. A extensão da área atingida é medida pela distância máxima de ocorrência de rebaixamento a partir do poço de operação.
3.3 Condições para Uso.
Esse sistema requer um prévio conhecimento das condições geológicas e hidrológicas da área de trabalho, para se obtiver dados, tais como tipo, característica e espessura do solo ou rocha, presença e característica de estrutura geológica, direção e condição de recarga do aquífero, entre outros. 
Com esses dados, projeta-se o sistema de bombeamento e a locação em planta e profundidade de cada poço, com dimensionamento dos diâmetros de perfuração e descarga, comprimento do tubo filtrante, granulometria do pré-filtro, tipo e capacidade da bomba, como pode ser visto pela figura 4 abaixo. 
Figura 4: Rebaixamento através de poços profundos.
 Fonte: Corrêa.
4. SISTEMA DE PONTEIRAS INJETORAS.
	Poços de 25cm a 30cm de diâmetro são executados até profundidades de 40 metros, instalando injetores em seu interior. O espaçamento entre os poços varia de 4 a 8 metros.
 Figura 1: Injetor e seus detalhes.
 Fonte.: ALONSO, 1999.
Segundo Alonso (1999),a utilização desse sistema pode se dar com a utilização de tubos paralelos, que são mais freqüentes, ou o emprego de tubos concêntricos.
 Figura 2: Sistema de rebaixamento com tubos paralelos.
Fonte.: ALONSO, 1999.
 Figura 3: Sistema de rebaixamento com tubo concêntrico.
 Fonte.: ALONSO, 1999.
O sistema funciona como um circuito semi-fechado no qual a água é injetada por uma bomba centrífuga através de uma tubulação horizontal que possui saídas onde se conectam os tubos de injeção que conduzem a água sob alta pressão de 7 atm a 10 atm até o injetor, instalado no fundo do poço. A água injetada atravessa o bico injetor, acrescida da quantidade de água aspirada do solo, subindo pelo tubo de retorno até a superfície.
Os tubos de retorno estão ligados ao coletor geral que conduz a água até uma caixa d’água. As pressões de retorno são da ordem de 10% das pressões de injeção, e o nível d’água no interior da caixa é mantido constante, sendo o excesso de fluido conduzido para fora da obra. A água remanescente é utilizada pela bomba centrífuga, num processo semi-fechado.
A perfuração dos poços é realizada utilizando uma perfuratriz rotativa que gira um revestimento metálico o qual tem em sua extremidade inferior uma coroa de perfuração que desagrega o solo. Durante a perfuração deve ser injetada água pelo interior do revestimento, sendo que não pode ser utilizada lama bentonítica para estabilizar as paredes do poço pois, a lama forma uma camada impermeável que prejudicará a eficiência do sistema.
Após perfuração, se coloca no interior do poço um tubo ranhurado de PVC ou aço, com diâmetro variando entre 100mm a 200mm, envolto em tela de nylon com malha de 0,6mm, dotado de centralizadores que garantem a perfeita coincidência entre os eixos do tubo e do poço. Este tubo possui na parte inferior, aproximadamente um metro sem ranhuras e fechado na ponta, permitindo a decantação das partículas de solo que venham a passar pela malha de nylon.
Para (Dobereiner e Vaz, 1998) os tubos ranhurados são utilizados para reduzir o custo do sistema, porém reduz também a vazão do poço, podendo tornar o sistema antieconômico ou ineficaz para a obtenção do rebaixamento desejado, pois as ranhuras formam uma perfuração do tubo irregular. Para o melhor desempenho do sistema, deve-se utilizar um tubo filtrante.
O tubo de revestimento é retirado e o espaço vazio entre o tubo ranhurado e o revestimento do poço é preenchido com areia graduada, adequada à camada constituinte do aquífero, formando o pré-filtro. É instalado nele, junto à parede do poço, um medidor de nível de água, que avalia o desempenho do filtro e pré-filtro. Concluída a retirada do revestimento, o poço é selado com argila ou bentonita e instala-se o injetor no interior do tubo.
De acordo com (Dobereiner e Vaz, 1998), os procedimentos construtivos de perfuração dos poços são semelhantes aos de construção de poços tubulares ou poços profundos para abastecimento de água.
Para (Alonso, 1999), a vantagem desse sistema está na possibilidade de rebaixar o nível do lençol freático a grandes profundidades, tornando-se economicamente mais vantajoso quando comparado com o sistema de ponteiras filtrantes com mais de três níveis. Por outro lado para (Dobereiner e Vaz, 1998), a vantagem desse método se estabelece por funcionar com a presença de sólidos na água e operar mesmo quando não há água suficiente no interior do poço para ser bombeada, sem danificar o sistema. A sua restrição principal é a sua baixa vazão, não passando de 4 metros cúbicos por hora, obrigando a execução de vários poços.
5. DRENAGEM POR ELETROSMOSE.
Aplicado na Mecânica dos Solos, o fenômeno da eletrosmose originou o sistema de drenagem por eletrosmose ou drenagem elétrica, desenvolvido pelo Doutor Leo Casagrande (CAPUTO, 1987).
	Para (GRANDIS, 1998), alguns solos argilosos e siltosos possuem granulometria fina, não permitindo uma drenagem eficiente através de ponteiras filtrantes ou poços profundos. Para elevar a eficiência do sistema, se utiliza o método de drenagem por eletrosmose, que se baseia no seguinte princípio: a superfície das partículas dos solos de granulação muito fina como argilas coloidais possui uma carga negativa, decorrendo então em torno das partículas a formação de uma película de água com predominância de íons com carga positiva. Colocados dois eletrodos em um solo saturado, após estabelecimento de uma corrente elétrica entre ambos, a água contida nos vazios do solo percolará no sentido do ânodo - pólo positivo para o cátodo - pólo negativo. O gradiente elétrico é aplicado em Volts por metro de espaçamento, sendo que a voltagem não deve ser muito elevada, perto de doze volts, para evitar aquecimento do solo, a figura 4 abaixo mostra um esquema da rebaixamento com drenagem por eletrosmose.
Figura 4: Sistema de rebaixamento com drenagem por eletrosmose.
 Fonte: CAPUTO, 1987.
Esse princípio pode ser aplicado à drenagem dos solos, o cátodo passa a fazer a função de uma ponteira. A água migrante através do solo, pelo efeito da diferença de potencial entre os eletrodos, será coletada pela ponteira, daí sendo então esgotada por meio de uma bomba hidráulica.
	Os eletrodos são instalados aproximadamente dois metros abaixo do fundo da escavação com espaçamento entre cátodos variando entre oito e doze metros, intercalados pelo ânodo.
	Esse sistema utiliza muita energia elétrica. Para (GRANDIS, 1998), este método é mais utilizado como um processo de estabilização do solo de talude e fundo de poço, não sendo muito utilizado no Brasil. Tal processo conduz a resultados satisfatórios quando o rebaixamento a vácuo não é mais aplicável.
�
 6. MÉTODO DO BOMBEAMENTO DIRETO.
	O método do Bombeamento Direto ou Esgotamento de Vala, consiste na condução de água em pequenas valas executadas no fundo da escavação, todas ligadas a um ou mais poços feitos abaixo da escavação. Essa água é acumulada no poço até um determinado volume, quando ela é recalcada para fora da área de trabalho por uma bomba, como mostra a figura 5 logo abaixo. A escolha da bomba depende da obra, e pode variar entre os mais diversos tipos e potências, não existindo uma escolha ideal.
Figura 5: Rebaixamento do Lençol Freático por Bombeamento Direto.	
Fonte: ALONSO, 1999.
	Devido ao seu baixo custo e fácil execução, ele é o método mais simples dentre todos de rebaixamento de lençol freático. Com isso, ele é bastante utilizado em obras de pequeno porte e curta duração como o método mais viável. Mas apesar dessas vantagens, ele não é aconselhado em obras de grande porte ou longa duração (CAPUTO, 1987), devido aos seguintes problemas.
6.1 Problemas do Método.
	
	O carreamento de partículas finas do solo pela água conduzida pode ser o principal problema desse método, por isso é sempre importante observar se a água que sai da bomba está pura e livre de partículas finas. O carreamento pode fazer com que aconteçam recalques acentuados em estruturas vizinhas à obra, principalmente calçadas e estradas, e até mesmo danificar tubulações de água, esgoto e gás. Para evitar que esse problema ocorra, pode-se utilizar um filtro geotêxtil, uma manta permeável para a água formada por fibras de polipropileno que impedem a passagem de partículas finas.	
	Além disso, esse método apresenta outros problemas de execução, como a lentidão de extração de água dos taludes laterais e a convivência com uma escavação frequentemente encharcada, que podem vir a atrasar o andamento da obra.
6.2 Aplicação.
	Uma situação muito comum para aplicação deste método é o caso de existir uma camada permeável de espessura pequena em relação à profundidade de escavação, em cima de uma camada impermeável.
	 Figura 6. Aplicação do Bombeamento Direto para Rebaixamento do Lençol Freático.
 Fonte: ALONSO, 1999.
Primeiro, abrem-se pequenas valas para coletade água de chuva na área de escavação. Em seguida, em volta da área de escavação, são executadas valas com profundidade suficiente para atingir a camada impermeável e nelas são instaladas bombas para o recalque da água Figura 6 logo acima. As bombas devem operar até a retirada de toda a água do maciço no meio. Assim que esta etapa acabar, escava-se o maciço até chegar na camada impermeável, fazendo a proteção dos taludes caso necessário. Por último, ainda mantendo as bombas em funcionamento, escava-se a parte impermeável, movendo as bombas para baixo sempre que necessário. �
7. CONCLUSÕES
Para qualquer procedimento de rebaixamento de nível d’água em obras da Construção Civil deve-se ser levado em consideração o perfil geológico do terreno, o tipo de solo que constitui predominantemente determinada camada de solo e sua conformação granulométrica.
Diante dessas informações é possível para o Engenheiro tomar uma decisão apropriada sobre a forma mais adequada de rebaixar o nível da água do lençol freático.
Existem limitantes físicas que são fundamentais no tipo de rebaixamento a ser utilizado, uma delas é a profundidade do nível d’água. Para cada faixa de profundidade existe um tipo de método mais adequado.
Obviamente outros aspectos são determinantes dessa escolha, como o tipo da obra que deverá ser executada e as condições ambientais no entorno da obra, recursos físico-hidráulicos, recursos energéticos disponíveis e por fim os limites orçamentários da obra.
Alguns métodos já são bastante consolidados como o método de ponteiras filtrantes ou Well Points e outros ainda estão em fase de estudo e ainda não foram tão difundidos no mercado como é o caso do método de eletrosmose, embora seja um método bastante promissor.
�
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
ALONSO, U. R., Rebaixamento Temporário de Aquíferos, São Paulo, 1999.
CAPUTO, H. P., Mecânica dos solos e suas aplicações, v 2. 6ª ed., Livro técnicos e Científicos. Rio de Janeiro, 1987.
Dobereiner, L., Vaz, L. F.. Tratamento de Maciços Naturais In Geologia de Engenharia, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia – ABGE. 1ª Ed., São Paulo, 1998.
GRANDIS I., Rebaixamento e Drenagem In Fundações – Teoria e Prática, 2ª Ed., Pini. São Paulo, 1998.
MORAGON. M. Tópicos de Geotecnia e Obras da Terra. Disponível em: <www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_unid02.2.pdf.> Acesso em: mai de 2016.