Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas...

Universidade Federal do Recôncavo da BahiaCentro de Ciências Agrárias, Ambientais e

BiológicasNúcleo de Engenharia de Água e Solo

Drenagem Agrícola: Aula 3

CCA 039 – Irrigação e Drenagem

TALES MILER SOARES

Cruz das Almas - BA, 20 de outubro de 2009

Tópico da aula 3

Estudos básicos para elaboração de projetos de drenagem

As causas e os efeitos da drenagem envolvem conceitos multidisciplinares:

Engenharia hidráulicaGeologia

Física do soloQuímica do solo

Qualidade da água, Salinidade do solo

Topografia, Conservação do soloMeteorologia, Hidrologia

Fisiologia vegetal

Na elaboração de projetos de drenagem, investigações multidisciplinares são

necessárias!!!

Provérbio chinês: fortunas não vêm aos pares e transtornos não vêm sozinhos...

Por que os estudos básicos para elaboração de projetos de drenagem são

imprescindíveis?

Por que os estudos básicos para elaboração de projetos de drenagem são

imprescindíveis?

São necessários para:

- definir a extensão do problema

- determinar as possíveis soluções

- levantamento de dados a serem usados nos modelos de dimensionamento da

intervenção (subterrânea ou superficial).

Quais seriam os estudos básicos para elaboração de projetos de drenagem?

Quais seriam os estudos básicos para elaboração de projetos de drenagem?

1. Investigações quanto às características da área

2. Investigações do solo3. Investigações da hidrologia

4. Critérios de drenagem

1. Investigações quanto às características

da área

1. Investigações quanto às características

da área1.1 Legalidade da intervenção

- Requerimento assinado- Registro do imóvel

- Croquis da propriedade- Croquis aproximado do projeto (layout

preliminar)- Memorial descritivo da obra

Ver quais são os órgãos e suas exigências quanto ao impacto da drenagem...

Só depois da autorização, partir para etapas posteriores...

Se prevê irrigação... Outorga rios federais (ANA) e estaduais (INGÁ)

Destinação do efluente... IMAPreservação mata ciliar... IMA, SEMARH?

1. Investigações quanto às características

da áreaINGÁ: Instituto de gestão das águas e clima do Governo do Estado da Bahia

1. Investigações quanto às características

da áreaCRA: Centro de Recursos Ambientais do

Governo do Estado da Bahia

IMA Instituto do Meio Ambiente do Governo

do Estado da Bahia

1. Investigações quanto às características

da área1.2 Reconhecimento Inicial

1. Investigações quanto às características

da área1.2 Reconhecimento Inicial

Consiste em uma visita na área do projetoÉpoca

ChuvosaAcompanhamento de

conhecedor da propriedade

???? ????

a) Identificar as causas e a gravidade do problema:

- principais pontos de entrada e saída de água, - ocorrência de transbordamentos de cursos d’água,

- a existência de pontos de surgência da água subterrânea

1. Investigações quanto às características

da área1.2 Reconhecimento Inicial

b) Visualizar a drenagem natural

- Como ela se processa?- Existem pontos de saída para o projeto futuro?

1. Investigações quanto às características

da área1.2 Reconhecimento Inicial

c) Fazer tradagens para conhecer os tipos de perfis do soloA melhor alternativa será um sistema com enfoque

superficial ou subterrâneo?

d) Verificar a faixa de preservação permanente que deverá ser mantida fora da área do projeto

e) Procurar definir como será o layout do futuro projeto e fornecer uma estimativa de custo ao

interessado

1. Investigações quanto às características

da área1.3 Saneamento

1. Investigações quanto às características

da área1.3 Saneamento

Etapa prévia aos estudos detalhados, pois muitas vezes o encharcamento é tão grande que não

permite o levantamento topográfico...

O saneamento consiste:- na abertura do dreno de cintura

- na escavação de uma rede de macrodrenagem casualizada.

1. Investigações quanto às características

da áreaAbertura dos drenos de cintura

São drenos trapezoidais com 1,5 a 2 m de profundidade, traçado na interseção da encosta com a várzea.

Funções: interceptar o escoamento superficial e subterrâneo de áreas adjacentes.

Localização: Não devem estar nem muito encosta a cima, ao ponto de não interceptar o lençol freático, nem

muito morro abaixo, ao ponto de reduzir a área cultivada.

1. Investigações quanto às características

da áreaAbertura dos drenos de cintura

Localização:

1. Investigações quanto às características

da áreaAbertura dos drenos de cintura

Se a área for protegida com dique e com saída por bombeamento, o dreno de cintura deve desviar a água para fora do reservatório, aliviando o trabalho da casa

de bombas...Saída por gravidade nem sempre é possível.

- A cota final do dreno principal é baixa em relação ao corpo hídrico receptor;

- Existe um dique separando o corpo hídrico receptor do dreno principal.

1. Investigações quanto às características

da área

dique

MB

Reservatório

Dreno principal

Dreno principal

Os drenos de cintura têm a mesma função dos drenos agrícolas?

Os drenos de cintura têm a mesma função dos drenos agrícolas?

Não!

Drenos agrícolas são dimensionados para drenar a água em curto espaço de tempo (função da

tolerância vegetal). Poucos dias

Drenos de cintura drenam a água em semanas...

1. Investigações quanto às características

da área1.3 Saneamento

Escavação de rede de macrodrenagem casualizada

Função: remover o excesso de água em pontos aleatorizados

Localização: drenos aleatorizados no terreno, mas em direção ao ponto de saída

1. Investigações quanto às características

da área1.4 Levantamento Topográfico

a) Da área do projeto

b) Da área de contribuição e da bacia hidrográfica

1. Investigações quanto às características

da áreaa) Levantamento topográfico da área do projeto

Estabelecer uma malha de pontos, cujas cotas são levantadas com estação total, teodolito ou nível (em

relação a uma referência)...

- Malhas menores (10 x 10 m) quando se prevê a sistematização (cultivo de arroz inundado, por exemplo)

- Malhas maiores (30 x 30 ou 50 x 50 m) para demais casos.

Traçar linhas paralelas e perpendiculares: cada interseção é um ponto

1. Investigações quanto às características

da áreaa) Levantamento topográfico da área do projeto

Mapa obtido deve possuir uma escala entre 1:500 até 1:2.000

As curvas de nível devem ter uma diferença de cota tal que permita serem individualizadas com clareza

no mapa e, ao mesmo tempo, possam descrever o relevo da área a contento.

Geralmente, variam de 20 em 20 cm (áreas planas) a 50 a 50 cm

1. Investigações quanto às características

da área

O mapa da área de contribuição é importante para se estimar as vazões provenientes do escoamento superficial que entrarão na área ou que deverão ser interceptadas.O mapa da bacia é importante quando se prevê obras de retificação dos cursos d’água ou a construção de diques.

Ideal é ter um mapa local em escala de 1:1.000 a no mínimo 1:5.000 com curvas de nível de 0,5 em 0,5 m a 2 em

2 m.Na falta de mapas locais, ver disponíveis... IBGE (1:50.000),

etc

b) Levantamento topográfico da área de contribuição e da bacia hidrográfica

1. Investigações quanto às características

da área1.5 Estudo da zona freática

a) Mapas das isóbatas (mesma profundidade) b) Mapa das isoípsas (mesma cota freática)

c) Linhas de fluxo

Muitas vezes, empresas de drenagem e saneamento não fazem esse estudo, a despeito de

sua importância para os projetos, sobretudo de drenagem subterrânea.

1. Investigações quanto às características

da área1.5 Estudo da zona freática

a) Mapas das isóbatas (mesma profundidade)Mostra as curvas de igual profundidade do lençol

freático em relação à superfície.

Como obter essas curvas?

1. Investigações quanto às características

da área1.5 Estudo da zona freática

a) Mapas das isóbatas (mesma profundidade)Como obter essas curvas?

Na época chuvosa,Abrir poços de observação e medir a

profundidade do lençol freático até a superfícieMalha de pontos: 50 x 50m ou 100 x 100 m

Também avaliar o nível d’água nos poços de abastecimento, nos lagos e cursos d’água (rios,

canais)...

Poço de observaçãoPerfurações de 2 a 4’

Paredes não revestidas ou impermeabilizadasInstalado em área de fácil acesso em qualquer época

a) POÇO EM SOLO ESTÁVEL(Ø 50 a 80 mm)

b) POÇO EM SOLO INSTÁVEL(Ø 80 a 100 mm)

A medição pode ser feita de várias maneiras...

Linígrafo TransdutorAmperímetro

Flutuador

Fita molhada

Mapa das isóbatas permite: - distinguir zonas de diferentes graus de severidade do

problema de drenagem subterrânea Onde o L.F. está mais alto e prejudicial?

- identificar com clareza até que limite deve se estender a rede de drenos subterrâneos.

Ex.: Instalar drenos a partir de L.F. < 0,8m (limite depende da cultura?)

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

0,4

Questão de prova...

O mapa das isóbatas dá idéia da direção do fluxo subterrâneo?

Explique.

Os valores de altura do L.F. não são cotas, pois a superfície do terreno é uma referência

variável.

Cota é a altura de um ponto em relação a um nível de

referência horizontal fixo.

1. Investigações quanto às características

da áreaComo o mapa das isóbatas não dá idéia da direção do fluxo subterrâneo, torna-se necessário avaliar as cotas

do lençol freático.

b) Mapa das isoípsasMostra as curvas de igual cota freática, tomando

uma referência de nível arbitrária.

Basta subtrair a cota da ‘boca do poço de observação’ da profundidade do lençol freático.

Exemplo: Cota poço: 112 m; Altura do L.F.: 10 m

Cota freática = 112 – 10 = 102m

1. Investigações quanto às características

da área

Basta subtrair a cota da boca do poço de observação da profundidade do lençol freático.

A profundidade do lençol é maior. A cota freática é menor!

Cota do poço 110 108 103 105Profundidade do

LF 5 4 3 7Cota freática 105 104 100 98

Cota do poço 110 108 103 105Altura LF 5 4 3 7

Cota freática 105 104 100 98

Cota de 100(Referência)

Superfície do solo

Mapa das isoípsas permite:

- identificar com clareza as zonas de entrada preferencial do escoamento subterrâneo, onde a interceptação é mais necessária, além das zonas

de descarga.

99,8 99,6 99,4 99,2 99,098,8

1. Investigações quanto às características

da área1.5 Estudo da zona freática

c) Linhas de fluxo

- São traçadas no mapa das isoípsas- A água sai das maiores cotas freáticas para as

menores- As linhas de fluxo são perpendiculares às cotas

freáticas99,8 99,6 99,4 99,2 99,098,8

Mapa das isoípsas e linhas de fluxo

Vicente de Paula (UFRPE)

1. Investigações quanto às características

da área1.5 Estudo da zona freática

c) Linhas de fluxoA declividade das linhas de fluxo ajuda a decidir como é mais conveniente locar os drenos drenos

de campo:

Declividade < 1%

Declividade > 1%

Drenos interceptores

Drenos podem ficar em paraleloEm Paralelo Interceptores

2. Investigações do solo

2.1 Estudo do perfil

Quais características podem ser encontradas no perfil de solos mal

drenados?

2. Investigações do solo

2.1 Estudo do perfil

Citando algumas:

a) Acúmulo de matéria orgânica pela condição anaeróbica;b) Cores escuras no horizonte A devido ao acúmulo de m.o.;c) Cores acinzentadas nos horizontes B e C (gleização) devido a presença de Fe e Mn nas formas reduzidas;d) Mosqueado amarelo-avermelhado na faixa de flutuação do lençol freático;e) Favorecimento de formação e presença de argilas expansíveis.

Quais características podem ser encontradas no perfil de solos mal drenados?

2. Investigações do solo2.1 Estudo do perfil

Tradagens a profundidade de 3 a 5 mComo proceder?

Material recolhido deve ser colocado em seqüência sobre uma lona, permitindo a

visualização de horizontes...Avaliar (não precisa ser ‘pedólogo’):

Textura expedita de campo (arenosa, argilosa?)Cor (preto, cinza, vermelho, amarelo?)

Consistência (maciço, compacto, desestruturado?)

Grau de estruturaçãoProfundidade da camada de impedimento

Trados com extensores até 4m e sonda mecânica se > 4m

2. Investigações do solo

2.1 Estudo do perfil

O que é camada de impedimento?

2. Investigações do solo

2.1 Estudo do perfil

O que é camada de impedimento?

É aquela na qual o movimento da água é desprezível

(Isso representa baixa permeabilidade para os drenos)Quantitativamente, é aquela que tem

condutividade hidráulica menor que 1/10 da condutividade dos estratos superiores.

10Superior

Inferior

KK

2. Investigações do solo

2.1 Estudo do perfil

Como identificar a camada de impedimento em condições de

campo?

2. Investigações do solo

2.1 Estudo do perfil

Como identificar a camada de impedimento em condições de

campo?

I) Constatação de camada rochosa. Caso do Semi-Árido

II) Presença de camada argilosa muito compacta e seca por dentro. Caso de São Paulo

No Nordeste também são encontrados os horizontes fragipã e duripã, por endurecimento

com agentes cimentantes... Solos duros e coesos quando secos!

2. Investigações do solo

2.2 Classes de solo problemáticas

2. Investigações do solo

2.2 Classes de solo problemáticas

Embora qualquer classe de solo possa apresentar problemas de drenagem, existem algumas

correlações bem estabelecidas entre a ocorrência de certas classes e problemas de drenagem...

Certo ou errado? Justifique-se.

Questão de prova!

2. Investigações do solo

Qualquer tipo de solo está sujeito aos problemas de drenagem!!!

Mas, geralmente, esses problemas são mais usuais em alguns tipos de solo, quais sejam:

a) Solos orgânicosb) Glei tiomórficoc) Glei húmico e pouco húmicod) Planossoloe) Areia quartzoza hidromórfica

Fonte: Santana e Sans (2008)

Classes de solo versus DRENAGEM

Arejamento

Mui

to

mal

O

rgan

osso

los

a) Solos orgânicos x drenagem

- Principal problema é a subsidência! Quanto maior o rebaixamento do lençol, maior o problema.- Dificuldade de estabilização de taludes (inclinação dos drenos)- Hidrofobia (dificuldade de re-umedecimento)- Perigo de incêndios após a drenagem!

http://www.turfaboa.com.br/turfa.html

Campo de extração comercial de turfa em Boa Esperança – MG.

b) Glei tiomórficos

Quando drenados, ocorre a reação:

15 FeS2 + 15 O2 + 2 H2O 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2SO4

O que acontece com os cultivos nesse solo após drenagem?

Horizontes B ou C ricos em sulfeto

b) Glei tiomórficos

Quando drenados, ocorre a reação:

Recomendação geral: não explorar! Exceção: cultivo de arroz, desde que horizontes com tiomorfismo permaneçam submersos.

15 FeS2 + 15 O2 + 2 H2O 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2SO4

- Esse ácido reduz o pH causando problemas nutricionais graves- A quantidade de calcário para reverter o processo inviabiliza projetos- O ácido também leva à corrosão de estruturas- Quando se trada, é comum cheiro de ‘ovo podre’: Sulfeto de Ferro

Horizontes B ou C ricos em sulfeto

c) Glei Húmico e pouco húmicoHorizontes B e C com condutividade hidráulica muito baixa. A drenagem clássica é economicamente inviável se o lençol estiver em profundidade < 60 cm. Espaçamento seria muito pequeno!!!Preferível: torpedeamentoQuando possível, só drenagem por superfície.

http://www.agencia.cnptia.embrapa.br

Deficiência de O2 causa intensa redução do Fe e Mn, o que se evidencia em cores cinzo-oliváceas, esverdeadas, azuladas...

d) Planossolos

Horizonte B textural raso e com condutividade hidráulica muito baixaDrenagem imperfeita no perfilMesmas restrições do glei

http://www.uep.cnps.embrapa.br/fome_zero_trincheiras.php

e) Areia quartzoza hidromórfica

Baixo potencial agrícola (baixa CTC e baixa capacidade de retenção de água)Riscos de contaminação por lixiviaçãoDificuldade de estabilização de taludesSuscetibilidade à erosãoRecomendação: Solos para preservação da vegetação nativa

http://www.agencia.cnptia.embrapa.br

2. Investigações do solo

2.3 Problemas com vazamento vertical

‘Seepage’ vertical

Que problema é esse???

2. Investigações do solo

2.3 Problemas com vazamento vertical‘Seepage’ vertical

A presença de horizontes arenosos abaixo da camada de impedimento (argilosas semi-permeáveis) é um indício de vazamentos

verticais...Localização: Esse problema pode se dar ao longo

de toda a encosta ou apenas em pontos localizados...Fato: A linha piezométrica se posiciona acima da

linha do lençol freático!

Drama: O lençol freático não abaixa, pois as camadas subsuperficiais alimentam-no.

A – Aqüífero não-confinado ou freático: o nível da água no piezômetro independe do quanto o piezômetro penetra (fluxo é horizontal)

C- Aqüífero semi-confinado: a camada permeável é superposta por uma semi-permeável. O nível da água no piezômetro depende do quanto o piezômetro penetra (fluxo vertical)

B – Aqüífero confinado: a água está sob pressão e quanto mais profundo a instalação do piezômetro maior é o seu nível de água

2. Investigações do solo

2.3 Problemas com vazamento vertical

Como identificar esse problema???

2. Investigações do solo

2.3 Problemas com vazamento vertical

Como identificar esse problema???

a) Para identificar o problema, deve-se instalar pelo menos dois piezômetros a profundidades diferentes.

b) Se o piezômetro mais profundo apresentar uma leitura de nível de água mais superficial existe o

risco de seepage

2. Investigações do solo

2.3 Problemas com vazamento vertical

Qual a diferença entre piezômetros e poços de

observação?

Qual a diferença entre piezômetros e poços de

observação?D = 2 a 4 “ D = 1 a 2 “

Paredes laterais impermeáveis

Paredes laterais permeáveisFluxo radial Fluxo vertical

2. Investigações do solo

2.3 Problemas com vazamento vertical

É possível resolver o problema do seepage

vertical?

2. Investigações do solo

2.3 Problemas com vazamento vertical

É possível resolver o problema do seepage

vertical?

a) Planejar um dreno de cintura profundo;Cuidado: se muito fundo, pode captar água do

rio!!!Impacto ambiental!

b) Implantar drenos verticais de alívio no fundo do dreno de cintura.

Especialmente, se os drenos de cintura não podem ser muito profundos! Pode ser anti-

econômico!

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Que é isso?

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Porosidadade drenável é o volume de água que será drenado livremente, por unidade de volume de solo, através

do rebaixamento do lençol freático.

Solo

OH

VolumeVolume 2 Isso representa uma

umidade em base de volume!

Considerando que a água drenável está entre a saturação e a capacidade de campo, tem-se:

ccS

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Porosidadade drenável representa a razão entre a altura de água drenada e a altura da camada do solo que foi

drenada

Solo

OH

Zh

2 Isso representa uma umidade em base de

volume!

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Ordem de grandezaMuito baixa: 1 a 2%

Média: 10 a 15 %Muito alta: 25 a 35%

Qual o significado?Quanto menor a porosidade drenável,

menos aeração no solo!!!!

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Como calcular a porosidade drenável?Coletar amostras no perfil do solo

ccS

Levar ao laboratório para saturaçãoEstabelecer uma tensão equivalente à capacidade de

campo: 60 cca (esse valor depende do tipo de solo) em funil

de Haines ou em mesa de tensãoSecar em estufa e pesarCalcular a umidade na saturação e na capacidade de

campoCalcular a porosidade drenável

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Van Beers estabeleceu um método empírico para a determinação da porosidade drenável:

0K

Entretanto, esse método tem baixa precisão quando comparado com as

observações de campo.

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Exercício 1:Um solo tem lençol freático a 50 cm de profundidade.

Após drenagem, o lençol é rebaixado a 100 cm. Se sua porosidade drenável é de 20 %, qual a lâmina drenada?

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Exercício 1:Um solo tem lençol freático a 50 cm de profundidade.

Após drenagem, o lençol é rebaixado a 100 cm. Se sua porosidade drenável é de 20 %, qual a lâmina drenada?

Solo

OH

Zh

2cm

h OH

)50100(20,0 2

mmcmh OH 100102

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Exercício 2:Um solo tem lençol freático a 100 cm de profundidade

e sua porosidade drenável é de 10%. Com solo em capacidade de campo, choveu e infiltrou 50 mm. Qual a

nova profundidade do lençol freático?

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

Exercício 2:Um solo tem lençol freático a 100 cm de profundidade

e sua porosidade drenável é de 10%. Com solo em capacidade de campo, choveu e infiltrou 50 mm. Qual a

nova profundidade do lençol freático?

Solo

OH

Zh

2mmxmm

mm)1000(

5010,0

mmxmm 501,0100

mmmmx 100501,0 cmmmx 50500

2. Investigações do solo

2.4 Estudo da porosidade drenável

ExercícioAo se efetuar a leitura da umidade de um solo acima

do L.F., verificou-se que esta é de 30 % (base volume). Sabendo-se que o LF está a 1,5 m de profundidade,

calcular sua nova profundidade após uma chuva de 180 mm que se infiltrou totalmente.

Dados:ϴ Saturação: 47,5%

ϴ cc: 40%