Hidrologia - Águas subterrâneas e poços

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UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS - UNISINOS
UNIDADE ACADÊMICA DE GRADUAÇÃO
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DEISE RAUPP PEDROSO
PATRICIA RAUBER
ÁGUAS SUBTERRÂNEAS E POÇOS
São Leopoldo
2017
1
Deise Raupp Pedroso
Patricia Rauber
		
		Águas subterrâneas e Poços
Trabalho apresentado para a disciplina de Hidrologia Aplicada, pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS, ministrada pelo professor Emilio Roberto Wild.
São Leopoldo
2017
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Representação de um aquífero em corte	4
Figura 1.2 – Localização do Aquífero Guarani	4
Figura 1.3 – Aquífero Freático	5
Figura 1.4 – Aquífero Artesiano	6
Figura 1.5 – Poço escavado em aquífero fissural	7
Figura 2.1 – Esboço das partes constituintes de um poço tubular	8
Figura 2.2 – Centralizador feito de ferro em perfil redondo	9
Figura 2.3 – Tipos de filtro do poço	10
Figura 2.4 – Permeabilidade do pré-filtro	11
Figura 2.5 – Cimentação do poço	12
Figura 2.6 – Esquema para instalação de bomba submersa	13
Figura 2.7 - Esquema para instalação de bomba injetora	14
Figura 2.8 - Esquema para instalação de bomba centrífuga	15
Figura 2.9 - Esquema para instalação de bomba manual	16
Figura 2.10 - Esquema para instalação de cata-vento	17
Figura 2.11 - Esquema para instalação de compressor	18
SUMÁRIO
1.	AQUÍFEROS	4
1.1.	Tipos de aquíferos quanto ao armazenamento	5
1.1.1.	Aquífero Freático	5
1.1.2.	Aquífero Artesiano	5
1.2.	Tipo de aquífero quanto à rocha armazenadora	6
1.2.1.	Aquífero fraturado ou fissural	6
2.	POÇO TUBULAR CONVENCIONAL	8
2.1.	Partes constituintes do poço tubular convencional	9
2.1.1.	Revestimento	9
2.1.2.	Filtro	9
2.1.3.	Pré-filtro	10
2.1.4.	Cimentação	11
2.1.5.	Unidade de bombeamento	12
2.1.5.1.	Bomba Submersa	13
2.1.5.2.	Bomba Injetora	14
2.1.5.3.	Bomba Centrífuga	15
2.1.5.4.	Bomba Manual	16
2.1.5.5.	Cata-vento	17
2.1.5.6.	Compressor	18
3.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	19
AQUÍFEROS
Podemos definir aquífero com uma formação geológica, onde se pode armazenar a água proveniente das chuvas que se infiltram no subsolo. As rochas nesses locais são porosas e permeáveis, sendo assim, capazes de armazenar água em seus poros ou fraturas.
Figura 1.1 – Representação de um aquífero em corte
Fonte: http://sendosustentavel.blogspot.com.br/aquifero-guarani-e-agua-do-mercosul
No Brasil o maior aquífero é o Guarani, este possui cerca de 1,2 milhões de km² e tem aproximadamente 45.000km³ de água que ficam “reservadas” e 5.000km³ que podem ser utilizados comercialmente. O aquífero Guarani esta presente nos seguintes países: Brasil, Argentina, Uruguai e Paraguai, sendo que a maior parte deste encontra-se no território brasileiro onde está presente nos seguintes estados: Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Goiás, Minas Gerais, São Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul e Santa Catarina.
Figura 1.2 – Localização do Aquífero Guarani
Fonte: http://www.ihu.unisinos.br/entrevistas/
Tipos de aquíferos quanto ao armazenamento
Aquífero Freático
Também conhecido por muito como aquífero livre, este é o tipo de aquífero que possui uma maior facilidade de extração de recursos hídricos, pois na sua grande maioria encontra-se em profundidades pequenas que muitas vezes é limitada pela própria superfície ou até mesmo pelo seu acumulo de água. Devido a sua localização em regiões não muito profundas, a pressão atmosférica é praticamente igual à pressão do aquífero freático.
Os aquíferos freáticos são os que estão sujeitos a maior contaminação, pois tem sua extração de maior fácil acesso.
Figura 1.3 – Aquífero Freático
Fonte: https://irrigacao.blogspot.com.br/
Aquífero Artesiano
Também conhecido como aquífero confinado (cativo). A extração de recursos hídricos apresenta maior dificuldade, pois estão localizados entre camadas de rochas permeáveis e semipermeáveis. Nesses locais a circulação de água tem uma menor intensidade quando comparado ao aquífero freático. Por estar situada em regiões de grande profundidade, a pressão do aquífero artesiano é maior que a pressão atmosférica, ou seja, quando o poço for perfurado a água tende a jorrar.
Figura 1.4 – Aquífero Artesiano
Fonte: https://irrigacao.blogspot.com.br/
Tipo de aquífero quanto à rocha armazenadora
Quanto ao tipo de rocha armazenadora, os aquíferos se dividem em três tipos: Aquífero poroso, associado com rochas do tipo sedimentares consolidadas; Aquífero cárstico, formado em rochas calcárias ou carbonáticas; Aquífero fraturado ou fissural, o qual será comentado na sequência.
Aquífero fraturado ou fissural
Há locais onde os tipos de rocha que predominam no subsolo são as rochas ígneas, como o basalto ou granitos. Por serem rochas com baixíssima porosidade, a capacidade de acúmulo de água está relacionada com a quantidade de fraturas, fendas e falhas presentes nessas rochas. Essas fraturas são abertas, principalmente, por movimento tectônico e suas aberturas e intercomunicação permitem a infiltração e fluxo da água. Poços perfurados nessas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora, sendo que a possibilidade de se ter um poço produtivo dependerá, tão somente, desse poço interceptar fraturas capazes de conduzir a água. Nesses aquíferos, a água só pode fluir onde houver fraturas, que, quase sempre, tendem a ter orientações preferenciais. São ditos, portanto, aquíferos anisotrópicos. 
Figura 1.5 – Poço escavado em aquífero fissural
Fonte: http://www.revistatae.com.br/noticiaInt.asp?id=8894
POÇO TUBULAR CONVENCIONAL
Também conhecido como poço artesiano, é aquele onde a perfuração é feita por meio de máquinas perfuratrizes à percussão, rotativas e rotopneumáticas. Possui alguns centímetros de abertura (no máximo 50 cm), revestido com canos de ferro ou de plástico.
Figura 2.1 – Esboço das partes constituintes de um poço tubular
Fonte: http://perfuracaopocosartesianos.com.br/wp-content/uploads/
Partes constituintes do poço tubular convencional
Revestimento
É a tubulação definitiva que vai constituir as paredes do poço propriamente dito. Desempenha duas funções principais: sustentar as paredes da perfuração e constituir a condução hidráulica que ponha os aquíferos em comunicação com a superfície. Em rochas cristalinas, onde a água é extraída a partir de fraturas na rocha, essa tubulação de revestimento pode ser dispensada, usando-se apenas o revestimento de proteção superficial. O revestimento também é empregado para impedir a drenagem para o interior do poço de água superficial ou de água poluída de aquíferos impróprios, que iriam contaminar o poço. Os tipos mais utilizados são os metálicos e os de PVC aditivado (geomecânico). Para que a coluna de revestimento mantenha-se equidistante da parede do poço, facilitando a descida do pré-filtro, é fundamental o uso de centralizadores (Figura 2.1) para os quais o espaçamento ideal é de 20 metros entre si. 
Figura 2.2 – Centralizador feito de ferro em perfil redondo
Fonte: http://www.perfuradores.com.br/
Filtro
O filtro tem a função de permitir que a água entre no poço sem a perda excessiva de carga, impedir a passagem de material fino durante o bombeamento, e servir como suporte estrutural, sustentando a perfuração no referido material. O dimensionamento correto de um filtro é muito importante, consistindo em se determinar o tamanho das aberturas, diâmetro, comprimento e resistências mecânicas ideais. Consiste, ainda, na escolha do tipo de material a ser utilizado na sua construção. O comprimento e o diâmetro do filtro afetam a vazão específica do poço. A facilidade com que permite a passagem da água para o interior do poço vem determinada pelo número e tamanho das aberturas (ranhuras). A vida útil do filtro depende do tipo de material utilizado na sua construção, pois sua duração e funcionamento são afetados pelas características físico-químicas da água do aquífero.
Figura 2.3 – Tipos de filtro do poço
Fonte: http://www.perfuradores.com.br/Pré-filtro
Refere-se a uma camada de areia especial que deverá ser colocada ao longo da extensão do poço, entre a tubulação (filtros e revestimento) e a parede do solo. O pré-filtro deve apresentar uma permeabilidade muito maior que a da formação natural que se quer controlar. Estudos teóricos demonstram que o cascalho de pré-filtro é, pelo menos, 20 (vinte) vezes mais permeável que a formação natural (Figura 2.3) e que a água circula através dele quase sem perda de carga adicional.
Figura 2.4 – Permeabilidade do pré-filtro
Fonte: http://www.hidrogeoriopreto.com.br/perfuracao-pocos
A permeabilidade do cascalho é tanto maior quanto mais homogêneo for o tamanho do grão. Sobre este aspecto, pode ser mais bem utilizado um cascalho fino homogêneo que um cascalho grosso heterogêneo. Um material adequado para constituir o pré-filtro de um poço, deve ser limpo, de grãos arredondados e relativamente uniformes, características essas que concorrem para uma maior porosidade e permeabilidade. Recomendam-se para o envolvimento (pré-filtro), materiais silicosos, admitindo-se, na composição, material calcário até 5%. Deve-se ter em mente que a espessura mínima do pré-filtro deve ser de 3” ( 75mm) para assegurar um bom encascalhamento e, a máxima de 8” ( 203mm) a fim de evitar mal desenvolvimento.
Cimentação
Consiste no enchimento do espaço anelar existente entre os tubos e a parede da formação e tem a principal finalidade da união da tubulação de revestimento com a parede do poço e evitar que as águas imprestáveis contaminem o aquífero, além do objetivo de formar um tampão de selo no fundo do poço ou para corrigir desvios do furo durante a perfuração.
Figura 2.5 – Cimentação do poço
Fonte: http://hidrogeo.com.br/wp-content/uploads/
Unidade de bombeamento
A unidade de bombeamento diz respeito ao tipo de equipamento utilizado para o bombeamento da água do poço. No caso de poços tubulares, podem ser: bomba submersa, bomba injetora, bomba manual, bomba centrífuga, compressor e cata-vento. Cada tipo tem sua finalidade e peculiaridade, porém possuem um detalhe em comum: todas as unidades possuem uma tubulação edutora, geralmente de 2 polegadas, que conduzirá a água ao sistema de armazenamento.
Bomba Submersa 
Figura 2.6 – Esquema para instalação de bomba submersa
Fonte: http://hidrogeo.com.br/wp-content/uploads/
É utilizada para bombeamentos com vazões de médio à grande porte (> 3.000 litros/hora), com profundidades variadas, e requer a existência de energia elétrica trifásica. Sua instalação é feita dentro do poço mediante um cano (tubo edutor), que liga a bomba ao reservatório, e um fio grosso que liga a bomba a um quadro elétrico situado, geralmente numa casa de bomba.
Bomba Injetora 
Figura 2.7 - Esquema para instalação de bomba injetora
Fonte: http://hidrogeo.com.br/wp-content/uploads/
É utilizada para bombeamentos com vazões de pequeno a médio porte, com profundidades variadas, e funciona tanto com energia elétrica como com combustível. Sua instalação é feita com um bico injetor (ou válvula de pé), dentro do poço mediante dois canos (tubo injetor fino e tubo edutor grosso), que liga o bico injetor à bomba que fica fora do poço, dentro de uma casa de bomba. Da bomba, sairá um cano que conduzirá a água ao reservatório.
Bomba Centrífuga 
Figura 2.8 - Esquema para instalação de bomba centrífuga
Fonte: http://hidrogeo.com.br/wp-content/uploads/
É utilizada para bombeamentos com vazões de pequeno porte (< 3.600 litros/hora), com baixas profundidades, e funciona tanto com energia elétrica como com combustível. Sua instalação é feita fora do poço, com um cano (tubo edutor fino) que sai do poço diretamente para a bomba situada, geralmente, numa casa de bomba. Do motor da bomba sai um segundo cano que conduzirá a água ao reservatório, e um fio grosso que liga a bomba a um quadro elétrico.
Bomba Manual 
Figura 2.9 - Esquema para instalação de bomba manual
Fonte: http://hidrogeo.com.br/wp-content/uploads/
É utilizada para bombeamentos manuais, com baixíssimas vazões (< 500 litros/hora), com baixas profundidades, e requer o trabalho braçal humano. Sua instalação é feita diretamente acoplada à boca do poço com um sistema de sucção dentro do poço. Seu funcionamento, como dito, é manual, através de movimentos constantes de uma alavanca.
Cata-vento 
Figura 2.10 - Esquema para instalação de cata-vento
Fonte: http://hidrogeo.com.br/wp-content/uploads/
Quando o poço é instalado com uma estrutura metálica em torre contendo no seu topo um sistema de hélices que aciona, através da energia eólica (vento), um pistão que funciona dentro do poço. O movimento de subida e descida do pistão eleva a água por um tubo edutor até a superfície.
Compressor 
Figura 2.11 - Esquema para instalação de compressor
Fonte: http://hidrogeo.com.br/wp-content/uploads/
De um motor externo (compressor) é injetado o ar comprimido dentro do poço através de um cano de reduzido diâmetro (injetor de ar); o ar injetado faz com que a água suba à superfície por outro tubo de maior diâmetro (tubo edutor) e a encaminha até o reservatório.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOSSIAÇÃO BRASILEIRA DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS (ABAS) - Educação. Disponível em: <http://www.abas.org/educacao.php#ind21> Acesso em: 28 Mai. 2017.
CENTRO DE PRODUÇÕES TÉCNICAS – Poços artesianos. Disponível em: <https://www.cpt.com.br/cursos-irrigacao-agricultura/artigos/pocos-artesianos-para-que-servem-e-como-sao-constituidos> Acesso em: 27 Mai. 2017.
INFO ESCOLA – Hidrografia. Disponível em: <http://www.infoescola.com/hidrografia/aquifero/> Acesso em: 28 Mai. 2017.
INSTITUTO DAS ÁGUAS DO PARANÁ – Poço tubular. Disponível em: <http://www.aguasparana.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=12> Acesso em: 28 Mai. 2017.
PASSEI WEB – Geografia. Disponível em: <http://www.passeiweb.com/estudos/sala_de_aula/geografia/brasil_aquifero_2> Acesso em: 27 Mai. 2017. 
REVISTA TAE – Águas e efluentes. Disponível em: <http://www.revistatae.com.br/noticiaInt.asp?id=8894> Acesso em: 27 Mai. 2017.