A água
Do volume total de água existente no planeta Terra, apenas 1% é água doce. Este pequeno volume de água doce está assim distribuída: metade está nos lençóis profundos (a mais de 800m), e portanto, difícil de ir buscar, a outra metade se distribui entre os lençóis subterrâneos, denominados aqüíferos (47%), na umidade do solo (0,8%), no ar (0,7%) e nos rios e lagos (1,5%). Para se ter uma idéia do que acima foi exposto, apresenta-se uma simulação extraída do jornal Folha de São Paulo de 17/05/97: "Se toda a água da Terra fosse igual a 2 litros, a água dos rios, lagos e subterrânea seria igual a meia colher de chá e o total de água, só nos rios, seria igual a uma gota".
Apesar dessa "pequena" quantidade de água, com a qual lidam os profissionais da construção civil, é muito importante estudar o seu comportamento, pois é essa água que realiza o trabalho mais intenso de desgaste do relevo da Terra, incluindo os trabalhos de transporte e deposição de sedimentos. Nós, porém, ficaremos restritos apenas ao trabalho de análise e estudo dos aqüíferos.
Ciclo hidrológico
No ciclo hidrológico grande quantidade de água precipitada nos continentes penetra por gravidade no solo até atingir as zonas saturadas que constituem o reservatório de água subterrânea: são os chamados "lençóis aqüíferos" ou simplesmente "aqüíferos". Quando uma escavação atinge estes aqüíferos e se torna necessário executar qualquer serviço à seco, é necessário esgotar a água durante a execução desses serviços. Os processos empregados para esse fim são denominados "rebaixamento temporário de aqüíferos".
Tipos de aqüíferos
Os aqüíferos podem ser: "artesianos" e "artesianos livres" (também chamados de lençóis freáticos).
Os aqüíferos 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 de baixa permeabilidade. Já nos aqüíferos livres, esse confinamento não existe, e portanto, a superfície da água se encontra com pressão igual à atmosférica.
Permeabilidade dos solos
É a propriedade dos solos que indica a maior ou menor facilidade que os mesmos oferecem à passagem da água através de seus vazios. Essa maior ou menor facilidade de passagem da água é numericamente expressa pelo "coeficiente de permeabilidade (k)" cujo conhecimento é importante para os problemas de movimento da água no solo e em particular os de rebaixamento dos aqüíferos.
Quanto menor o "k", menos fluxo de água escoa pelos vazios do solo. Para fins práticos de engenharia, quando o mesmo for da ordem de 10 a 8 cm/s, consideramos o solo como sendo "impermeável".
Sistemas de Rebaixamento de Aqüíferos
Qualquer que seja o sistema de rebaixamento empregado o mesmo impõe uma diminuição das pressões neutras do solo e, conseqüentemente, um aumento nas pressões efetivas que podem causar (e muitas vezes causam) recalques indesejáveis ès estruturas situadas no raio de influência do rebaixamento, principalmente se estiverem sobre camadas compressíveis como argilas moles ou areia fofa. Por isso um projeto de rebaixamento pressupõe um estudo de recalques dessas estruturas. Aquelas consideradas mais sensíveis devem ser controladas por instrumentação (medidas de recalques e abertura de fissuras) para a tomada de decisões rápidas que evitem prejuízos às mesmas. Também é conveniente, durante o rebaixamento, instalar medidores de nível de água, em pontos estratégicos, para acompanhar a variação do nível do lençol freático e compará-lo com o previsto no projeto. Essa evolução do rebaixamento deve ser correlacionada com a vazão medida no sistema através de hidrômetros.
Veja na figura o esquema de um Rebaixamento de Lençol Freático:
Bombeamento Direto ou Esgotamento de Vala
É o mais simples de todos os sistemas de rebaixamento. Consiste na coleta de água em valetas, executadas no fundo da escavação, que são ligadas a um ou vários poços , estrategicamente posicionados, onde a água é acumulada e a medida que atinge um determinado volume recalcada para fora da zona de trabalho, conforme pode ser visto na figura abaixo:
Figura 1 - Sistema de rebaixamento por bombeamento direto (clique no desenho para visualizar melhor).
As bombas empregadas neste sistema de rebaixamento são dos mais diversos tipos e potências, sendo sua escolha normalmente feita de maneira empírica.
Inconvenientes deste sistema
a) No caso de escavações suportadas por cortinas estanques contínuas, a força de percolação da água pode causar substancial perda de suporte quando o gradiente hidráulico for elevado, prejudicando os trabalhos e até inviabilizando execução de fundações rasas. Se existir uma camada pouco permeável pode ocorrer a súbita ruptura do fundo da escavação, se não forem executados drenos de alívio.
b) Sempre que se usar este sistema de rebaixamento é importante verificar se não ocorre carreamento de partículas do solo, observando-se regularmente, a água na saída das bombas para ver se a mesma está saindo limpa. O carreamento de partículas de solo provoca recalques acentuados em estruturas vizinhas è escavação (além daqueles que o próprio rebaixamento provoca) em particular nas calçadas e ruas, pondo em risco as utilidades públicas enterradas (dutos de água, esgoto, telefone, etc). Ao se constatar carreamento de solo, deve-se melhorar o sistema de captação de água, dispondo-se filtros, onde estiverem ocorrendo esses carreamentos, conforme mostrado abaixo:
Figura 2 - Utilização de filtros (geotextil). Exemplo onde o sistema de rebaixamento por bombeamento direto é econômico (clique no desenho para visualizar melhor).
ou executar drenos sub-horizontais profundos (DHP) eventualmente complementados por uma trincheira drenante conforme detalhado abaixo:
Figura 3 - Drenos sub-horizontais profundos (DHP) e trincheira drenante (clique no desenho para visualizar melhor).
Aplicações
Uma das situações em que este sistema de rebaixamento é utilizado está ilustrado na figura 2 desta página onde a camada permeável é de "pequena" espessura (em relação à profundidade da escavação), repousando sobre um extrato "impermeável" (k da ordem de 10(-8) cm/s). Nesta situação a escavação pode ser realizada seguindo-se a metodologia apresentada abaixo:
Sistema de Rebaixamento com Ponteiras Filtrantes (Well-Points)
Consiste na implantação de várias ponteiras filtrantes, com pequeno espaçamento entre elas (1metro à 2 metros) ao longo do perímetro da área a rebaixar, as quais são ligadas a rede coletora através de mangueiras plásticas dotadas de um registro.
Este método permite executar o rebaixamento de lençol freático em grandes áreas com profundidades médias de escavações em torno de 5 metros.
Podendo entretanto através da implantação de múltiplos estágios ser aplicado à escavações mais profundas.
A extremidade dos coletores é conectada ao equipamento composto de bomba de vácuo, separador ar-água, bomba centrífuga, o qual retira água do solo, fazendo com que a pressão atmosférica recalque a água e promova a escorva da bomba centrífuga e conseqüente bombeamento.
Normalmente, cada equipamento trabalha com 40 a 60 metros de coletor, e entre 30 a 40 ponteiras.
Ponteiras
As ponteiras constituem-se de um tubo de ferro galvanizado ou de PVC (este hoje em dia mais frequente) com diâmetro de 1 1/4 " ou 1 1/2" terminado por uma peça com cerca de 1m de comprimento (a ponteira propiamente dita),perfurada e envolvida por tela de nylon com malha de 6mm.
Também é possível executar a ponteira sem tela fazendo-se ranhuras de pequena espessura no tubo, porém este procedimento só é usado em rebaixamentos de pequena profundidade e em solos predominantemente arenosos (sem siltes ou argilas).
As ponteiras são instaladas em perfurações prévias executadas com tubo de aço galvanizado e circulação de água, analogamente ao processo de perfuração com lavagem nas sondagens à percussão.
Quando o solo onde se instala a ponteira é de granulometria muito fina, imediatamente após a instalação deve-se envolver a ponteira com pedrisco e selar o topo com argila socada.
Acima pode ser visto o esquema da Ponteira Tradicional
Cada ponteira é ligada ao tubo coletor por um mangote flexível e um registro que serve para regular a vazão de água que passa pela mesma, de modo a manter o trecho filtrante da ponteira sempre submerso, para que não haja entrada de ar.
Quando se constata entrada de ar, regula-se o registro para uma menor vazão, ou até se fecham alguns registros da rede.
Os registros, quando fechados, permitem a troca das ponteiras a eles ligadas que estejam apresentando defeito.Por essa razão é uma boa prática de engenharia não se eliminar está peça do sistema de rebaixamento, embora em rebaixamentos de pouca responsabilidade esta prática nem sempre é seguida.
Por Professor Manoel Vitor com Colaboração Maurício Kimus estudande de Engenharia Civil pela Universidade Gama Filho Teresópolis RJ
