Grupo 2 Barragem Subterranea

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CENTRO UNIVERSITÁRIO METODISTA IZABELA HENDRIX
9º PERIODO ENGENHARIA CIVIL - NOTURNO
BARRAGENS
PROF.: DANIEL MIRANDA
BARRAGENS SUBTERRÂNEAS
Aline Alexandre Maciel
Ana Luiza Peixoto 
Fabiana Cristina Bandeira
Luara França Chaves
Kátia Silva Teles da Costa Cruz
Rodrigo Vaz
BELO HORIZONTE
2014
Introdução
Existe um conjunto de tecnologias de baixo custo de construção e manutenção utilizadas no semiárido,que possibilitam o aproveitamento da água da chuva, viabilizando o seu uso para o abastecimento humano, animal e agrícola, garantindo a segurança alimentar das famílias. As barragens subterrâneas destacam-se como uma destas tecnologias alternativas. Trata-se de barragens para captação e armazenamento de água no semiárido brasileiro, difundidas com denominação geral de “barragens subterrâneas”. Existem, no Brasil, quatro métodos construtivos que armazenam água em diferentes zonas dos solos. Por isso, possuem diferente capacidade de acumulação hídrica posterior a sua efetivação. Tais diferenças precisam ser melhores compreendidas e estudadas, pois tem causado confusão terminológica quanto a sua denominação. A existência de variações nas metodologias de construção das barragens subterrâneas demonstra a grande capacidade de adaptação às variações ambientais locais e as demandas dos beneficiários. A evolução histórica dos termos utilizados para denominar a tecnologia de armazenamento de água em sub-superfície no semiárido brasileiro, propõe ainda, uma nova sistematização e caracterização das variações dos métodos de construção a partir da divisão das barragens subterrâneas em dois grupos: submersas e submersíveis.
A barragem subterrânea é uma das tecnologias alternativas de baixo custo de construção e manutenção utilizadas no semiárido para aproveitamento da água da chuva, viabilizando o seu uso para o abastecimento humano, animal e agrícola, garantindo a segurança alimentar das famílias.Várias características determinam a viabilidade e a funcionalidade dessa tecnologia, quais sejam: capacidade de adaptação aos diferentes ambientes, facilidade de replicação, baixo custo de implantação e manutenção e a facilidade de apropriação pelos beneficiários. A barragem subterrânea é uma obra hidro ambiental que se insere nesse contexto descrito.Oseu uso busca suprir as demandas hídricas para consumo humano, animal e agrícola, especialmente em regiões árida e semiárida.Essa tecnologia de captação de água é bastante difundida no semiárido do Brasil e em países da África e Ásia. Apesar de ser conhecida no Brasil por uma denominação geral de “barragens subterrâneas”, existem variações no seu método construtivo que interferem diretamente na sua capacidade de acumulação e na disponibilidade hídrica. 
Essas formas de construção, conforme já foi referido, denominadas de “barragens subterrâneas”têm como principal objetivo acumular e armazenar água em diferentes zonas do solo, mesmo que existam diferenças marcantes em termos de aspectos construtivos e capacidade de reserva hídrica.
Tais diferenças precisam ser melhores compreendidas e estudadas, pois têm causado confusão terminológica quanto a sua denominação, gerando problemas de entendimento sobre as suas potencialidades de uso. A existência de variações nas metodologias de construção das barragens subterrâneas demonstra a grande capacidade de adaptação às variações ambientais locais e as demandas dos beneficiários.A primeira variação é construída abaixo do nível do solo e intercepta o fluxo subterrâneo, formando um aquífero natural; enquanto que a segundaé construída com parede acima do nível do solo, provocando o acúmulo gradativo de sedimentos com granulometria mais grossa (fração areia),e de água sub-superficial e superficial,por um longo período,após o término das chuvas. 
Caracterização da Barragem Subterrânea
A barragem subterrânea consiste em construir um septo - cutofno depósito aluvial de um rio ou riacho, com a finalidade de impedir que a água, nele acumulada, continue a escoar durante o período de estiagem. Como resultado, tem-se, à montante, um substrato úmido para cultivo e suporte para o consumo. A barragem subterrânea é uma estrutura hídrica de baixo custo, de processo simples de construção e operação, podendo ser construída em grande escala, desde que as condições naturais sejam favoráveis.
 Tipos de Barragem Subterrânea
A barragem subterrânea pode ser construída de várias modalidades, porém apresenta três modelos pela ordem decrescente de complexidade e diferentes custos operacionais de construção.
Modelo CAATINGA
O modelo acima se originou de experiências bem sucedidas na construção e manejo de pequenas barragens subterrâneas, implantadas pela organização não governamental CAATINGA, no município de Ouricuri–PE, dando suporte à agricultura familiar na região há mais de 15 anos. Informações mais específicas deste modelo são apresentadas a seguir:
Detalhes
Escavação de uma trincheira linear;
Preenchimento da trincheira com o mesmo material retirado, submetidoa uma compactação feita por animais;
Enrocamento de pedras arrumadas, sem rejunte, sobre a barragem.
b) Vantagens
Menor custo em relação aos demais;
É utilizado praticamente sem restrição, face aos pequenos volumesarmazenados;
Utiliza a mão-de-obra local.
Desvantagens
Acumula em geral muito pouca água;
Não permite nenhum controle de salinização, sendo altamente susceptíveis ao processo de salinização do solo;
Não permite o uso da água a não ser para a subirrigação na própriacalha-viva do riacho;
Não permite o monitoramento do nível da água.
FIGURA 2 
Modelo Costa e Melo
No início da década 80, pesquisadores da Universidade Federal de Pernambuco, sob a coordenação do Prof. Waldir D. Costa, desenvolveram um tipo de barragem subterrânea que foi aprimorada paulatinamente, sendo o modelo patenteado com a denominação de Costa e Melo, pelos seus principais autores. (CIRILO; COSTA, 2010). Informações mais específicas deste modelo são apresentadas a seguir:
Detalhes
Escavação de uma trincheira retilínea perpendicular à direção doescoamento;
Septo impermeável ao longo da trincheira;
Um ou mais poços amazonas, sendo um necessariamente colocado junto ao septo impermeável e à montante deste;
Enrocamento de pedras arrumadas, sem rejunte, na superfície, juntoao septo impermeável e à jusante deste;
Um ou mais piezômetros ao longo da bacia hidráulica da barragem.
Vantagens
Rapidez de execução (1 a 2 dias se mecanizada);
Baixo custo;
Pode ser executada com mão-de-obra do próprio local;
Apresenta condições de controle do processo de salinização;
Permite o monitoramento do nível da água ao longo do ano;
Pode ser utilizada para múltiplos usos da água.
Desvantagens
Custo maior que o modelo Caatinga;
Não pode ser utilizado em qualquer situação, dependendo da existência de condições naturais específicas.
3.3 Modelo CPATSA/EMBRAPA
A EMBRAPA-Seminárido, desenvolveu um conjunto de tecnologiasvocacionadas para o nordeste semiárido na década de 80, sendo uma delasa barragem subterrânea, para captação, e armazenamento de água paraexploração da agricultura de subsistência. Ilustração e outros detalhestécnicos estão apresentados a seguir:
Detalhes
Escavação em arco;
Parede elevada (cerca de 1,0 m) à jusante da escavação;
Impermeabilização da parede elevada e da escavação;
Sangradouro em cimento e alvenaria ou em concreto;
Cisterna coberta com telhado à jusante;
Filtro de areia e carvão, na escavação;
Tubulação para condução da água da barragem, através de filtro,até a cisterna à jusante.
Vantagens
Permite maior volume de acumulação de água;
Separa as água de acordo com os diferentes usos.
Desvantagens
Construção mais demorada em relação as demais;
Apresenta custos, mais ou menos, cinco vezes o do tipo Costa eMelo e 10 vezes o tipo Caatinga;
Requer pessoal técnico qualificado para construção;
Não permite controle da salinização;
Não permite monitoramento do níveld’água.
FIGURA 3 – MODELO CPATSA
Critérios Básicos para Locação de uma Barragem Subterrânea
As barragens subterrâneas, construídas pelo PRODHAM, observaramaspectos técnicos dos três modelos e os compatibilizaram com as característicoslocais das quatro micro bacias hidrográficas trabalhadas pelo Projeto.Assim, os itens a seguir demonstram os procedimentos adotados.
 Aspectos sociais e de demanda
A primeira condição estabelecida é a da importância que a obra irádesempenhar, pois um investimento público numa obra que não desperteinteresse da comunidade local não faz qualquer sentido.É necessário verificar qual a demanda hídrica que a obra vai atender e que uso ou usos se espera da água a ser acumulada, quantas pessoas serãobeneficiadas e se há um real interesse na sua construção, comprometendo-se o proprietário do terreno, a conservá-la e explorar o máximo da sua disponibilidade, principalmente por meio do plantio de culturas adequadas.
Considerando, ainda, que se trata de um investimento público emterreno particular, o proprietário terá que se comprometer, através de um“termo de serventia pública”, a permitir o uso da água contida no poçoamazonas (cacimbão), a ser construído junto à barragem subterrânea, por qualquer pessoa da comunidade, devendo, para tal, permitir o livre acessoao poço. Apenas a área superficial onde deverá ser plantada, será de usoexclusivo do proprietário do terreno.
Qualidade da água
A água não deve possuir salinidade elevada, pois tenderia a aumentara concentração de sais e prejudicar o solo e as culturas nele implantadas.O ideal seria coletar uma amostra de água numa cacimba existente e medir a sua condutividade elétrica com um condutivímetro portátil. Nainexistência de um condutivímetro, pode-se experimentar (sem ingerir) um pouco de água para verificar o seu sabor ao paladar (doce, salgada,salobra, amarga, etc.).
Se não existir água no leito, em escavação ou em cacimba, deve-seconsultar os moradores da região sobre a condição de uso da água quandoo riacho está “correndo”; se o homem aceita bem aquela água, ou em caso negativo, se os animais bebem da mesma.Um outro elemento a observar é a existência de crostas de sal no depósitoaluvial ou ainda a presença de determinadas gramíneas (para quemas conhece) que são típicas de água salgada.
Espessura do depósito aluvial
Considerando que a evaporação alcança até 0,5m de profundidade, odepósito aluvial deve possuir, na “calha viva” do curso (rio ou riacho), pelo menos 1,5m de espessura para justificar a implantação de uma barragemsubterrânea. Para se detectar a espessura do depósito, devem-se efetuar três sondagens,sendo uma na “calha viva” e as outras duas dispostas uma para cada lado, a uma distância, aproximada, equidistante entre a “calha viva” e as margens do depósito aluvial. Eventualmente, poderá vir a ser necessária aperfuração de mais um ou dois furos.
Constituição granulométrica do aluvião
O aluvião deverá ser de constituição predominantemente arenosa, podendo conter alguma mistura com material fino (silte ou argila); porém,deve haver nas amostras retiradas das sondagens uma predominância deareias sobre as frações mais finas.
O trado usado para as sondagens possui uma peça com alças abertas,apropriadas para furar e retirar amostras de material síltico-argiloso uma outra peça em forma de caneco com lâminas cortantes na extremidade, apropriada para coletar amostras em areias, e, finalmente, uma peça helicoidal que não retira amostras,servindo apenas para detectar a espessura do depósito, sendo utilizadaquando se atinge o nível d’água não sendo mais possível a retirada de
material para amostrar.
Presença de água
Se a pesquisa de áreas for efetuada durante ou logo após o períodochuvoso, é comum encontrar-se o nível da água no depósito aluvial muitopróximo da superfície ou mesmo aflorante. Essa não é, portanto, uma boaépoca para pesquisar o local para construção de uma barragem subterrâneae sim o período correspondente ao final de uma estiagem, ou seja, próximoao início de um novo período chuvoso.
Ao final do período de estiagem, o depósito aluvial deve encontrar-seseco ou com uma reduzida espessura saturada de água. Se isso não ocorrer,a localidade não é propícia para o barramento, pois deve estar acontecendouma das seguintes situações:
Existência de “soleiras”, que são ondulações do leito rochoso, oupresença de intrusões rochosas de maior resistência à erosão; nessecaso, a soleira já constitui um barramento natural que provoca a
Existência perene de um nível d’água elevado à montante;
Existência de um barramento superficial (barragem, açude, etc.),ou uma lagoa natural, que proporciona, mesmo além do limite deacumulação da água na superfície, uma extensa área de aluviõessaturados à montante, que é conhecida popularmente como “revensa”do açude.
Inclinação do terreno: declividade
O curso d’água onde poderá ser implantada uma barragem subterrânea deve possuir longitudinalmente (ao longo do curso) uma inclinação (declividade) a mais suave possível a fim de permitir que a águaarmazenada se estenda a uma maior distância. Se o relevo é fortementeinclinado, situação predominante nas “cabeceiras” dos riachos,a água irá se acumular numa área muito reduzida.O ângulo de inclinação desejável é no máximo 20°, porém, comodificilmente se dispõe de equipamentos topográficos para avaliação dessainclinação - um nível, por exemplo - recomenda-se usar o bom senso paraescolher um terreno semi plano.
Área de recarga
O barramento deve ser feito em um trecho do rio ou riacho que disponhade pelo menos 1 km de extensão à montante, com aluviões, para proporcionar uma recarga natural, à medida que a água acumulada pelobarramento venha a ser explorada. As áreas próximas às nascente do riodevem ser sempre evitadas.No exemplo abaixo, o local mais favorável seria em A e, em segundaopção, os locais em B; enquanto isso, os locais marcados por C são totalmentedesfavoráveis.
Estreitamento do depósito aluvial
A área de acumulação do depósito aluvial deve ser a mais larga possível,porém, o local a ser barrado deve ser estreito para diminuir os custosde escavação, com a lona ou outro material impermeabilizante que venhaa ser colocado (argila compactada, por exemplo). Além do mais, um barramentoefetuado dentro da área de maior largura do depósito aluvial irádesperdiçar a área que ficar à jusante e que poderia ser aproveitada comoreservatório.	
Construção da Barragem
Escolher local onde a declividade seja a menor possível, no máximo em torno de 4%. Quanto maior a profundidade do solo (até a camada de impedimento), menor a declividade do terreno à montante, maior a porosidade e maior a área de captação à montante, maior será a capacidade de armazenamento de água. É possível obter volumes entre 1.000 e 9.000 m³ por hectare, ou mais, em função das variantes descritas. 
 Levantamento topográfico (nível ótico, trena e trado são suficientes): trabalhar em quadrículas de 10 metros é o ideal. Silva et al. (2001) descrevem que as extremidades das paredes da barragem têm que estar situadas nas partes (cotas) mais altas do local escolhido e niveladas para impedir que a água saia lateralmente. O sangradouro é locado na parte (cota) mais baixa para permitir o escoamento do excedente de água. 
Em alguns locais, e com alguma experiência, é possível estabelecer visualmente o local para a construção da barragem, dadas às condições topográficas existentes. Isso não desobriga o levantamento das cotas de nível no alinhamento da construção e cotas - piqueteadas - a cada 10 metros. O formato e/ou alinhamento da construção é definido pelo levantamento topográfico. O trado é a ferramenta mais simples e eficaz para a mensuração e registro da profundidade entre a superfície e a camada de impedimento, embora também seja recomendada a abertura de trincheiras até a camada de impedimento na área pré-selecionada.O comprimento é definido pela topografia, mas se recomenda não ultrapassar 100 metros de comprimento da parede. Demaneira geral, a altura do vertedouro em relação à superfície do terreno (cota mais baixa) não deve ultrapassar 60-70cm por razões de segurança. 
 Época, preparo da área e material de construção: o período ideal para a construção é durante os meses mais secos, comumente de maio a setembro no Estado do Rio de Janeiro. Nos demais meses, há riscos de precipitações elevadas que, certamente, causarão danos e/ou atrasos, podendo até mesmo impedir a conclusão dos trabalhos de campo. Todo o material necessário deve ser colocado o mais próximo possível. Em média, o tempo necessário à construção é de dois dias, podendo, em casos excepcionais, atingir mais dias caso ocorram problemas como defeito na máquina retro escavadeira, ocorrência de chuva, etc. No Estado do Rio de Janeiro não foi possível planejar a construção em um único dia, pela percepção dos riscos e possíveis danos irreversíveis à obra. 
 Serviço mecânico: a retro escavadeira deverá limpar a área no sentido da barragem, removendo numa faixa em torno de cinco metros de largura, retirando todas as plantas e a camada superficial do solo. O material mais limpo deverá ficar disponível para enchimento da vala ao término da construção. Em seguida, inicia-se a abertura da vala, cortando o solo até atingir 10 a 20cm da camada de impedimento, para maior garantia de que não ocorrerão infiltrações a partir dessa profundidade. O material mais limpo resultante da escavação deverá ser colocado à montante, e o mais sujo e/ou em calhaus, depositado à jusante. A experiência adquirida no Estado do Rio de Janeiro demonstra que, em função das características dos solos, a retro escavadeira executa essa etapa em no máximo quatro horas e somente no dia seguinte irá trabalhar tempo semelhante no enchimento da valeta e confecção da proteção da lona plástica à jusante. Portanto, se a máquina não puder realizar outra atividade, ficará à disposição por longo período parada, aumentando os custos . Se a prefeitura ou outra instituição apoiarem a iniciativa cedendo a máquina, ocorrerá redução significativa nos custos. Também se poderá realizar a construção de algumas barragens em série, permitindo o uso integral da retro escavadeira. 
Limpeza das paredes, fundo da vala e ancoragem (fixação) da lona: serviço cuidadoso para evitar perfurações na lona de polietileno (Quadro 1) durante a ancoragem com argamassa na proporção 1:4:1 (cimento, areia, brita) da lona ao piso (camada de impedimento) e fechamento da vala. É a etapa mais demorada, delicada e trabalhosa, chegando a ocupar até 10 (dez) horas da equipe de mão-de-obra.
Construção do poço à montante: essa atividade pode ser executada pela retro escavadeira e por um ajudante. No revestimento do poço, podem-se utilizar manilhas e/ou tijolos deitados. É mais uma opção para a captação e monitoramento da quantidade e permite o monitoramento da quantidade e da qualidade da água; 
Fechamento da vala e cobertura da lona acima do terreno: etapas realizadas em torno de duas horas de máquina e da equipe de trabalhadores. Exigem cuidados e atenção para proteção da barragem e integridade da lona. 
Construção do vertedouro: o tamanho médio recomendado é de aproximadamente cinco metros de comprimento. O técnico deve avaliar. Recomenda-se calcular o tamanho do vertedouro e a vazão presumida da área de captação à montante. A confecção exige de três a quatro horas de mão-de-obra da equipe, usando-se tela e argamassa na proporção 1:4:2 (cimento, areia, brita). É a etapa final da construção. A barragem subterrânea está pronta. 
Principais Dificuldades Encontradas
6.1 Necessita de pessoal capacitado
Como no caso das barragens sucessivas, a construção da barragem subterrânea necessita de treinamento de pessoal. Esse problema pode ser sanado com cursos no local, por meio da metodologia construtivista, isto é, aprendendo e fazendo, fazendo e aprendendo.
6.2 Falta de recursos
O grande problema de aproveitamento econômico das barragens subterrâneas é que os proprietários das áreas beneficiadas não se interessam em aproveitá-las economicamente ou por não ter recursos financeiros para isso ou por já possuírem outras fontes de renda, não interessando o seu aproveitamento.
6.3 Requer muita mão deobra ou maquinário pesado
A escavação da vala para colocar a manta necessita de muita mão de obra,o que leva tempo para cavá-la e aterrá-la, após a colocação da manta e montagem do poço. Muitas vezes, quando se tem maquinário disponível, como uma retro-escavadeira, é mais prático a sua utilização.
6.4 Risco de acidentes
Existe risco de acidente na escavação da vala, pois quando o material de origem está muito fundo, tem-se que cavar uma vala profunda, formando barreiras altas com sérios riscos de desabamento. Nesse caso, é necessário muito cuidado.
6.5 É de custo elevado
O custo da manta para fazer a vedação do solo, o escavamento da vala, os anéis para montagem do poço e alguns apetrechos utilizados tornam a barragem subterrânea de custo elevado. A melhor forma para superar esse problema é juntar vários pequenos produtores para construção de uma barragem que beneficie a todos. O proprietário da terra teria que fazer um termo de doação pública para a comunidade beneficiada.
Efeitos Socioeconômicos e Ambientais
A possibilidade de aproveitamento econômico, é o maior efeito da barragem subterrânea. Á montante pode ser cultivada com culturas diversas, uma vez que a umidade fica disponível para plantas o ano todo. Na área da microbacia do Rio Cangati, na primeira barragem subterrânea construída, foi cultivado o capim elefante. Esse capim permanece verde o ano todo, ficando disponível para utilização na alimentação animal.
A área de plantio é a própria bacia hidrográfica da barragem. Com o carreamento de partículas sólidas pela água das chuvas, esta área vai, anualmente, acumulando sedimentos, formando camadas de solos férteis, propícios á exploração agrícola.
Do ponto de vista ambiental, a água proveniente da chuva precipitada nesta área escoa para a bacia hidrográfica da barragem e lentamente se infiltra, criando ou elevando o lençol freático, tornando-a, assim, uma técnica que além de armazenar água, com baixas perdas por evaporação, favorece a conservação do solo, pela redução de erosão, considerando, hoje, um grande desafio na manutenção das características físicas, químicas e biológicas do solo. Favorece ainda o ressurgimento de vegetação dentro da área aluvial e nas bordas proporcionado pelo aumento da umidade. O não aproveitamento econômico das barragens subterrâneas da microbacia hidrográfica do rio Caganti, Canindé-CE, proporcionou a recuperação da micro e meso fauna, ficando a vegetação viçosa o ano todo e, até a que foi plantada com capim, permaneceu verde o ano todo. 
Restrição construtiva
Uma barragem subterrânea não pode ser construída em qualquer local, deve ser seguido alguns critérios, como evitar um boqueirão muito largo, sendo preferível aqueles mais estreitos, para não ser necessário muita escavação da vala. Precisa ter uma largura razoável no aluvião, que fica à montante, para permitir o acúmulo de muita água e um bom aproveitamento econômico. Necessita de uma bacia hidrográfica à montante, com boa capacidade de recarga d’água.
 Exemplos de Aplicação
Em regiões semi-áridas, como o Rio Seridó, região Sudoeste do Rio Grande do Norte, conhecida como região do Seridó, pobre de água como toda Caatinga.Por isso barragens são muito comuns e já fazem parte da paisagem.
 AS-PTA (Agricultura Familiar e Agroecologia). Atua na região do Agreste da Paraíba, não muito distante da região do Cariri, onde está localizado Juazeirinho. Na área em que a AS-PTA atua, já foram construídas mais de 50 barragens subterrâneas em cerca de 15 municípios, em parceria com outras organizações e com incentivo do programa “Uma terra e duas águas”, do Governo Federal.
10 Referências:
LIMA, A.O. et al. Barragens subterrâneas no semi-árido brasileiro: análise histórica e metodologias de construção. Nota técnica.Botucatu: 2013.
OLIVEIRA, J.B., ALVES, J.J., FRANÇA, F.M.C. Barragem Subterrânea.
Secretaria dos Recursos Hídricos. Fortaleza: 2010.