Rebaixamento de lençol freático

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Obras Geotécnicas 1 – Rebaixamento de lençol freático 
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Rebaixamento de Lençol Freático 
 
1. Introdução 
 
É frequente na execução de obras subterrâneas e preparo de terreno para execução de 
fundações, a presença do nível d’água acima da cota em que estas obras deverão ser construídas. A 
presença de água é indesejada nessas situações, já que dificulta e até impossibilita o trabalho nesses 
locais bem como modifica o equilíbrio de tensões no maciço, provocando instabilidades no fundo da 
escavação e nos taludes. 
Daí advém a necessidade de se eliminar ou reduzir a água existente no terreno, acima da cota 
de fundo das escavações, justificando a necessidade do estudo de processos de rebaixamento de 
lençóis d’água e drenagens. 
 Existem atualmente diversos sistemas de rebaixamento de nível d’água, mas é importante 
salientar que, qualquer que seja o sistema adotado, o mesmo impõe uma diminuição das poropressões 
no solo. Consequentemente há um acréscimo de tensões efetivas que podem ocasionar a ocorrência de 
recalques indesejáveis em estruturas situadas no raio de influência do recalques, principalmente se 
essas estruturas estiverem assentes sobre camadas compressíveis, como areias fofas e argilas moles. 
 
2. Tipos de aquíferos 
 
Os aquíferos podem ser de dois tipos: artesianos e livres (ou freáticos). 
 Os aquíferos artesianos são aqueles em que a água se encontra sob pressão superior à 
atmosférica, em decorrência de um desnível de sua superfície, provocado pelo confinamento de uma 
ou mais camadas e baixa permeabilidade. 
 Nos aquíferos livres esse confinamento não existe e, portanto, a superfície da água se encontra 
com pressão igual à atmosférica. 
 O conhecimento do tipo de aquífero é importante, pois no caso de aquíferos livres, a variação 
de seu nível corresponde à variação do volume de água armazenado. Em depósitos artesianos, ao 
contrário, a variação do nível piezométrico não está correlacionada com a variação de volume 
armazenado, e sim com a variação de pressão d’água. 
 Para se medir o nível d’água em aquífero livre emprega-se medidores de nível d’água (MNA), 
mas se o aquífero é artesiano a variação da pressão de água é medida com piezômetros (PZ). 
 
3. Sistemas para rebaixamento de aquíferos 
 
3.1. Bombeamento direto 
Este sistema de rebaixamento é simples e consiste na coleta de água em valetas, executadas no 
fundo da escavação, que são ligadas a um ou vários poços, onde a água é acumulada e na medida em 
que atinge determinado volume é recalcada para fora da zona de trabalho. As bombas empregadas 
nesse sistema são dos mais diversos tipos e potências, e a escolha é normalmente feita de forma 
empírica. 
O bombeamento direto só deve ser empregado em obras de pouca importância, devido a alguns 
problemas associados a essa técnica. 
 
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É possível a ocorrência de carreamento de partículas de solo, caracterizada pela aparência suja 
da água na saída da bomba. O carreamento de partículas de solo provoca, por conta de solapamento, 
recalques acentuados em estruturas vizinhas. Ao se constatar carreamento deve-se melhorar o sistema 
de captação de água, dispondo-se filtros onde estiverem ocorrendo carreamentos. 
Além disso, no caso de escavações suportadas por cortinas estanques contínuas, à medida que a 
água é bombeada, o nível da água dentro da escavação baixa mais rapidamente que o nível no exterior, 
originando, por diferença de carga, fluxo d’água para o interior da escavação pelo seu fundo. Acima de 
certo valor de gradiente hidráulico ocorrerá este atingirá a condição de gradiente crítico, provocando o 
fenômeno de areias movediças. Este fenômeno causa substancial perda de suporte, prejudicando os 
trabalhos e até inviabilizando a execução de fundações rasas. 
 Outro inconveniente é a possibilidade de ruptura do fundo da escavação, devido à subpressão 
da água, quando esta for maior que o peso efetivo do solo, normalmente quando o fundo da escavação 
é sobrejacente a uma camada de argila pouco espessa. 
 
3.2. Sistemas de poços filtrantes (wellpoints) 
Este sistema de rebaixamento consiste em dispor, ao longo da periferia da área a rebaixar, 
ponteiras para a coleta de água, que são conectadas a uma linha coletora ligada a uma bomba aspirante. 
Devido ao grande número de poços filtrantes distribuídos pela área, consegue-se o rebaixamento do 
nível de maneira rápida e uniforme. Um esquema do sistema é mostrado na Figura 1. 
 
 
Figura 1. Esquema de instalação de um sistema de poços filtrantes. 
 
A linha coletora é normalmente composta de um tubo de 4’’ de diâmetro, dotado de tomadas de 
água espaçadas da ordem de 1m. Essas tomadas de água são furos feitos no coletor, aos quais são 
conectadas as ponteiras. Quando não são utilizadas todas as tomadas de água, estes furos são fechados 
com tampões. 
As ponteiras são tubos de PVC, de geralmente 1¼ ou 1½ ’’ perfurados na sua extremidade 
inferior e envolvidos por geotêxtil ou tela de nylon com malha de 0,6mm, para filtração. A ligação das 
ponteiras às tomadas é feita com mangotes onde existem registros. Estes registros permitem acionar ou 
não determinada ponteira. 
Ponteiras
N.A. Rebaixado 
Linha coletora 
Descarga Bomba 
 
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As ponteiras são instaladas em perfurações prévias executadas com tubo de aço galvanizado e 
circulação de água, tal qual nas sondagens a percussão. Se durante a perfuração o furo se fechar, a 
perfuração será acompanhada por instalação de um tubo de revestimento (PVC de 4’’) retirado após a 
instalação da ponteira. Não se deve usar bentonita para conter as paredes to furo. 
O espaçamento entre ponteiras não deve ser inferior a 15 vezes o diâmetro do tubo, de maneira 
a reduzir suficientemente a influência recíproca de uns sobre os outros. As ponteiras descem a uma 
profundidade um pouco maior do que a do ponto mais baixo a ser escavado. 
A rede deve ter ligeiro aclive no sentido das bombas, isto é, o trecho mais próximo das bombas 
deve ser mais elevado (0,5% de inclinação), a fim de que não ocorra acumulo de bolhas de ar no 
interior das canalizações. 
Uma instalação normal produz rebaixamento do nível d’água de 6 a 7m, podendo alcançar 9, se 
tomados devidos cuidados. Isto porque existe uma multiplicidade de juntas de instalação, tornando a 
tubulação de aspiração pouco estanque ao ar. 
Devido a essa limitação de altura de aspiração, quando a água deve ser rebaixada além de 7m 
abaixo do nível coletor, procede-se com o rebaixamento em estágios. Essa situação é mostrada na 
Figura 2. 
 
 
Figura 2. Rebaixamento em estágios. 
 
Em geral não é econômico ultrapassar dois estágios, preferindo-se no caso de um lençol muito 
profundo o emprego de bombas submersas (bombas de profundidade). 
Quando a área a ser drenada é muito grande, trabalha-se por seções, usando múltiplas bombas. 
Com relação à natureza do terreno, o sistema é aplicável eficientemente aos solos permeáveis, 
até um valor mínimo de k da ordem de 10-5 m/s e diâmetros efetivos maiores que 0,1mm. 
Em presença de solos argilosos pode-se em alguns casos aplicar o processo, devendo-se 
envolver o tubo por uma coluna de areia, formando um dreno vertical. O furo deve ser selado na 
superfície com argila compactada. 
 
4. Dimensionamento de sistemas de rebaixamento 
 
O rebaixamento de N.A. é baseado na equação de Darcy. 
AikQ ⋅⋅= 
1º estágio 
2º estágio 
N.A. rebaixado 
 
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Com base nessa equação e na lei da continuidade podem ser deduzidas diversas fórmulas, aqui 
já apresentadas em sua forma final. 
 Para a determinação do fluxo de cada ponteira pode-se empregar a fórmula abaixo: 
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2 0 khrQ fp
⋅⋅⋅⋅= π 
Onde: r0é o raio do poço; hf é a altura filtrante do tubo; k é o coeficiente de condutividade hidráulica 
em m/s. 
 
4.1. Fluxo em valas 
 Ocorre quando o rebaixamento com ponteiras filtrantes se dá próximo e paralelo a um canal, 
conforme mostrado na Figura 3. Supõem-se então que os drenos funcionam como uma vala linear. 
 
 
Figura 3. Rebaixamento em valas paralelas à fonte de água. 
 
A drenagem pode se dar em vala penetrante, que ocorre quando a ponteira atinge o substrato 
impermeável abaixo do solo permeável, ou em vala parcialmente quando ocorre o caso oposto. 
 Com este procedimento calcula-se a vazão total que será necessária retirar da vala para manter 
o desnível (H-he) e a seguir, a vazão de cada poço dividindo-se essa vazão total pelo seu número. 
 
• Em vala penetrante 
 
 
Figura 4. Vala penetrante. 
H 
L
y 
he 
N.A.
Escavação 
Fonte de água 
Drenos 
 
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O fluxo é calculado por: 
( )22
2 e
hH
L
xkQ −⋅⋅
⋅= 
Onde: k é o coeficiente de condutividade hidráulica em m/s; x é a extensão da vala paralela ao 
canal; h é a altura do N.A. em um ponto genérico y; Q é o fluxo; L, H, he estão indicados na Figura 4. 
 
• Vala parcialmente penetrante 
 
 
Figura 5. Vala parcialmente penetrante. 
 
O fluxo é calculado por: 
( )2020 227,073,0 hHLxkHhHQ −⋅⋅⋅⋅⎟⎠⎞⎜⎝⎛
−⋅+= 
A posição do N.A. no fundo da escavação para vala parcialmente penetrante é calculada por: 
( ) ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +−⋅⋅= 148,1 00 hHLhhe 
Em ambos os casos a altura do N.A. em um ponto genérico é dada por 
( ) ( )2222 2 ehhL yLyLxk QhH −⋅−=−⋅⋅⋅=− 
 
4.2. Fluxo em poços circulares 
 Quando é necessário o rebaixamento do N.A. de uma seção poligonal empregam-se poços 
dispostos no perímetro da escavação, conforme Figura 6. 
 
H 
L
y 
he 
N.A. 
h0 
 
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Figura 6. Drenagem de área poligonal. 
 
 Neste caso os vários poços são assumidos como um único de raio dado por: 
π
Arp = 
Onde A é área circunscrita pelas ponteiras. 
O raio de influência do rebaixamento é dado por: 
( ) khHR d ⋅−⋅= 3000 
A vazão total é dada por: 
( )
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
−⋅⋅=
p
d
t
r
R
hHk
Q
ln
22π
 
A vazão de um único poço é calculada com: 
15
2 0 khrQ fp
⋅⋅⋅⋅= π 
Onde: r0 é o raio do poço; hf é a altura filtrante do tubo; k é o coeficiente de condutividade hidráulica 
em m/s. 
 
O número de ponteiras (n) é dado pela divisão da vazão total pela vazão de um único poço. A 
altura do N.A. na parede da ponteira é dada pela expressão: 
( ) ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅⋅⋅⋅⋅−= −10
22
0 ln
1
n
p
n
p rrn
RQ
k
Hh π 
 
Perímetro drenado Perímetro da escavação