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Aula 05 – Fluxo no Solo – Rebaixamento Temporário de

Aquíferos

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

GEOTECNIA III

Eng. Civil Augusto Romanini (FACET – Sinop)

Sinop - MT

2017/1

Fluxo no solo

AULAS

08/05/2017 2

Aula 01 – Fluxo no solo

Aula 02 – Redes de Fluxo confinado Aula 03 – Redes de Fluxo não confinado

Aula 04 – Erosão interna e Ruptura Hidráulica

Aula 06 – Barragens

Aula 11 – Técnicas de estabilização de encostas

Aula 12 – Estruturas de contenções Aula 13 – Escoramento Provisório

Aula 05 – Rebaixamento Temporário de Aquíferos

Aula 14 – Cortinas de Contenção Aula 15 – Cortinas Atirantadas

Aula 00 – Apresentação / Introdução

Parte III – Taludes e Estruturas de contenção

Parte II – Barragens de Terra

Parte I – Fluxo no solo

Aula 07 – Elementos de Projeto Aula 08 – Instrumentação de barragens e análises

Aula 09 – Aspectos construtivos Aula 10 – Pequena Barragem de terra – “Pré Projeto”

08/05/2017 Fluxo no Solo 3

INTRODUÇÃO

SISTEMAS PARA REBAIXAMENTO DO NÍVEL DE ÁGUA


Introdução

A adoção de um controle da água subterrânea facilita a construção de estruturas enterradas sob o nível d'água, na medida

em que:

1. Intercepta a percolação de água que emerge nos taludes ou fundo de escavações. A água prejudica grandemente os

processos construtivos e pode ser fator impeditivo ou de considerável aumente de custos de uma construção enterrada.

2. Aumenta a estabilidade de taludes e evita o carreamento hidráulico do solo deste talude e do fundo de escavação.

3. Reduz a carga lateral em estruturas de escoramento e contenção.

4. Melhora as condições de escavação e reaterro. Escavações submersas são sempre mais lentas e dispendiosas.

5. Elimina ou reduz a necessidade do emprego de ar comprimido em túneis.

6. Permite manter basicamente inalteradas as condições de suporte do terreno localizado subjacentemente ao apoio da

estrutura a ser construída.

Existem duas maneiras de realizar o controle da água subterrânea no solo. Um, denominados de métodos de exclusão

serão tratados futuramente, nas estruturas de contenção. Este métodos consistem basicamente em realizar a separação do

fluxo de água e o procedimento de escavação, excluindo assim a água da barreira física imposta. A outra metodologia

consiste da interceptação e remoção da água de subsuperficie, através de um bombeamento apropriado. Este

bombeamento pode ser realizado através de ponteiras filtrantes ou poços filtrantes. Esta segunda opção tem o objetivo de

alterar a posição do nível de água, que será o “foco” desta aula. Ou seja trataremos do controle do nível de água, ou

simplificadamente “rebaixamento”.

É importante lembrar que a utilização de uma técnica não exclui a utilização da outra.


ConceitosIntrodução

Fatores que influenciam na Escolha do Sistema de Rebaixamento do Lençol D'água

I - Tipo de obra:

Para escavações rasas e rebaixamento de até

5-6 m do lençol d'água, deve-se adotar um

sistema convencional de ponteiras filtrantes.

Para rebaixamentos maiores, em locais exíguos,

deve-se prever um sistema de poços profundos

através de bombas submersas (para grandes

volumes d'água) ou de injetores (para volumes

menores).

II - Condições de subsuperficie:

A formação geológica e a natureza do subsolo

são determinantes na escolha do sistema de

rebaixamento. A permeabilidade e a

drenabilidade de um solo ou uma rocha podem

definir o sistema de rebaixamento a ser

utilizado.



IV - Efeito do rebaixamento em estruturas adjacentes:

pelo fato de o rebaixamento induzir uma diminuição das pressões neutras, sobrevém um correspondente aumento de

pressões efetivas e podem ocorrer recalques indesejáveis em estruturas localizadas nas vizinhanças, ou mesmo a grandes

distâncias (digamos, 50 a 100 m). Os recalques são mais frequentes quando existem construções leves apoiadas em argila

mole ou turfa, superficiais, sobrejacentes a aquíferos muito permeáveis, lista possibilidade deve ser analisada pelo

projetista, a quem caberá a recomendação da colocação de pinos de recalque nos vizinhos, selamento de trincas e fissuras

existentes e eventuais medidas jurídicas cabíveis. Mais recentemente, há a crescente preocupação de natureza ambiental;

III - Altura de rebaixamento x quantidade de água a ser bombeada:

À medida que se aumenta a altura de rebaixamento, caminha-se, em geral e sucessivamente, da captação superficial à

necessidade de ponteiras e daí para poços profundos. Para tanto, é essencial a avaliação, com folga, da quantidade de

água que fluirá para o interior da escavação

V - Natureza do aquífero e fontes de percolação ( natureza da água)



Há, todavia, uma condição intermediária, em geral relacionada com alívio das subpressões neutras ou do controle do seu

efeito na construção. Neste caso, o rebaixamento é ativado muito antes e desativado muito após o término da estrutura

enterrada, por exemplo quando a garagem de um edifício foi terminada e o rebaixamento deva ser mantido até que a

estrutura fique progressivamente mais pesada para se evitar a flutuação.

Um outro exemplo é o da possibilidade de ruptura hidráulica ou levantamento do fundo da escavação (blow-up), em que o

lençol deve ser mantido rebaixado por um período muito mais longo do que o cronograma estrito de construção.

Nos casos em que o nível d'água deva ser mantido permanentemente rebaixado, os requisitos não são diversos e apenas há

que se aumentar a durabilidade do sistema e de seus controles, de forma a permitir a perenidade de operação. Os circuitos

hidráulicos, controles elétricas, alarmes de interrupção etc. devem ser projetados em duplicidade ou multiplicidade.

Analogamente, os sistemas de filtros granulares mais canalizações devem prever a possibilidade de corrosão ou de

incrustações de águas ou efluentes, respectivamente quando o PH destas águas é ácido ou básico. Deve também ser

contemplada a possível ocorrência de algas ou bactérias que possam alterar as condições iniciais previstas. Sempre deve

haver redundância.

Na esmagadora maioria dos casos há a necessidade do rebaixamento temporário do lençol d'água, sendo o sistema de

rebaixamento ligado imediatamente antes da execução da escavação e desativado logo após, no entanto isto cabe ao

projetista e ao tipo de estrutura a qual está condicionado o rebaixamento.


SISTEMAS PARA REBAIXAMENTO DO NÍVEL DE ÁGUA Bombeamento direto

O bombeamento direto, também denominado de “esgotamento de vala” é a técnica mais simples. O sistema consiste em

coletar água em valas executados no fundo da escavação, ligadas a um ou mais poços onde a água é acumulada e

posteriormente retirada através de bombeamento. A escolha das bombas é feita com base na experiência ou cálculos de

hidráulica.

Urbano ( 2007) afirma que este tipo de bombeamento pode se tornar inadequada quando a escavação for realizada

utilizando cortinas impermeáveis e ocorrem gradiente hidráulicos alto. A ocorrência de gradientes hidráulicos altos podem

ocasionar ruptura de fundo da escavação e como consequência um acidente de trabalho ou atraso na execução. Quanto

ao bombeamento recomenda – se observar se está ocorrendo carreamento de partículas. Este carregamento de partículas

pode gerar recalques em estruturas vizinhas ou sistemas de infraestrutura urbana.





São elementos que captam as águas distantes da

face do talude antes que nela aflorem. Ao captá-

las, eles as conduzem ao paramento e as

despejam nas canaletas.

Os drenos subhorizontais profundos, DHPs,

resultam da instalação de tubos plásticos

drenantes de 1¼" a 2", em perfurações no solo,

de 2½ a 4".

Os tubos são perfurados e recobertos por manta

geotêxtil ou por tela de nylon. São drenos lineares

embutidos no maciço, cujos comprimentos se

situam, normalmente, entre 6 e 18 m.





I. Executa – se valetas de crista para coleta das águas de chuva.

II. Excuta – se, no contorno da escavação, uma vala profunda até a camada “impermeável” e instalam – se bombas de

recalque.III. As bombas começam a funcionar

extraindo a água do maciço a ser

escavado.

IV. Escava – se o maciço e mantem – se

a proteção dos taludes.

V. Continua – se a escavação até se

atingir a cota necessária ou região

impermeável. As bombas continuam

funcionando para evitar a surgência de

água.

Situação comum em obras de

pequeno e médio porte. Ou área

pequenas para escavação.




SISTEMAS PARA REBAIXAMENTO DO NÍVEL DE ÁGUA Ponteiras filtrantes

O sistema de ponteiras filtrantes é

caracterizado pela instalação, ao longo

da periferia da área a rebaixar. O

sistema constitui – se de uma tubulação

principal de diâmetro de 4’’ e com

diversas tomadas de água com diâmetro

de 1 e ¼” ou 1 e 1/2’’ , espaçadas de 0,80

m e 1,20, e alguns casos utilizam – se

2,00 m, sendo este espaçamento

condicionado ao tipo de solo. Estas

tomadas de água são denominadas

ponteiras filtrantes ( Well – points). A

ligação das ponteiras com o tubo principal

é realizada através de mangueiras com

um sistema de registro que impede o

fluxo ou permite realizar trocas e

manutenções sem a necessidade de

interromper todo o sistema. O sistema

ainda conta com um sistema composto

por conjunto de recalque







Na prática as ponteiras, medem de 3 a 4

metros de comprimento efetivo. No total são

6 metros mas os 2 metros que “sobram” são

utilizados no sistema de registro e drenante.

Dessa forme se o rebaixamento do lenço for

superior a 4 metros, deve – se realizar o

rebaixamento em etapas ( estágios) para

que se realize o rebaixamento de maneira

efetiva e segura.


SISTEMAS PARA REBAIXAMENTO DO NÍVEL DE ÁGUA Injetores e Ejetores

O sistema de rebaixamento utilizando injetores e ejetores é apresentado nas imagens abaixo:



Neste sistema de rebaixamento, são executados poços com 25 a 30 cm de diâmetro e profundidades de até 40 m, no

interior dos quais se instalam os injetores. O espaçamento entre esses poços varia de 4 a 8 m.

O sistema funciona como um circuito semi fechado em que a

água é injetada por uma bomba centrífuga através de uma

tubulação horizontal (tubo distribuidor geral) que possui saídas

onde se ligam os tubos de injeção que conduzem a água sob

alta pressão ( 7 a 10 atm), até o injetor, instalado no fundo do

poço. A água injetada atravessa o bico Venturi do injetor e é

acrescida pela água que é aspirada do solo subindo por outro

tubo (de retorno) com diâmetro ligeiramente superior ao de

injeção, até a superfície. Os tubos de retorno estão acoplados

a outra tubulação (coletor geral), instalada paralelamente ao

distribuidor geral, e que conduz a água até uma caixa de água.

As pressões de retorno da água são da ordem de grandeza de

10% das pressões de injeção e o nível de água na caixa é

mantido constante, sendo o excesso (aquela que foi aspirada

do solo e a que se perde no sistema) conduzida para fora da

obra.




SISTEMAS PARA REBAIXAMENTO DO NÍVEL DE ÁGUA Bombas submersas

Este sistema de rebaixamento é empregado nos mesmos casos de injetores,

porém quando se necessita maiores vazões por poço ou maiores profundidades.

Neste caso utilizam-se bombas submersíveis instaladas dentro de um tubo-filtro.

O acionamento e desligamento da bomba em cada poço é feito automaticamente

por eletrodos ligados ao motor da mesma que são acionados pelo contato com a

água.

Todas as bombas utilizadas no rebaixamento são ligadas a um painel de controle

elétrico que deve conter, além dos dispositivos normais de operação (sistema de

controle dos eletrodos, de fornecimento de energia e de proteção do motor

elétrico), dispositivos especiais de controle e desempenho das bombas

(voltímetro, amperímetro, etc), que permitam detectar, de maneira rápida,

problemas em qualquer bomba, visto que as mesmas são equipamentos de

custo relativamente elevado.

As bombas disponíveis no nosso mercado são do tipo turbina, de 10cm de

diâmetro mínimo, dotadas de vários rotores (bombas de múltiplos estágios), que

necessitam de tubo-filtro com diâmetro interno da ordem de 20cm,

recomendando-se, portando, poços com cerca de 40 a 60cm de diâmetro. Este

valor está condicionado pelo diâmetro do tubo-filtro (não inferior a 20cm para

bombas com 10cm de diâmetro) e pelo espaço anelar cuja espessura não deve

ser menor que 7,5 a 10cm.


SISTEMAS PARA REBAIXAMENTO DO NÍVEL DE ÁGUA Bombas submersas


REFERÊNCIAS

HACHICH, W. ET AL (ED.). FUNDAÇÕES, TEORIA E PRÁTICA. SÃO PAULO: PINI, 751P, 1998.

MASSAD, F. Obras de terra – Curso básico de geotecnia . São Paulo, SP. Oficina de textos, 215p,2010

GERSCOVICH, D.M.S . Fluxo em solos saturados. Rio de Janeiro, RJ. Departamento de Estrutura e fundações.Faculdade de

Engenharia. Notas de Aula.169p, 2011.


Obrigado pela atenção.

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