ACUMULAÇÃO DE ÁGUA -AÇUDAGEM
Água substância essencial a vida, dela depende o desenvolvimento de todo ser vivo, faz parte de sua fisiologia, fornecendo no momento exato, diluído ou combinado em sua estrutura todos os elementos nutritivos, para que se desenvolvam e produzam o máximo de seu rendimento.
Aqui, trataremos da utilização da água na agricultura, principalmente naquelas propriedades em que este “bem”, é escasso e/ou são insuficientes para atender as necessidades das mesmas, nos períodos de estiagens, muito comum em determinadas regiões do Brasil. Assim, a construção de barragens, é o único meio possível de armazenar água, em volume adequado para atender essa atividade, bem como, os demais usos da propriedade agrícola.
Não se trata de um trabalho inédito, mas de compilação de dados, em estudos realizados por técnicos do “DNOCS”, Autarquia Federal, atuante na Região Nordeste, bem como em notas de estudo e trabalho de campo por mim realizado.
O “formulário” utilizado, a meu ver, é adequado para os cálculos apresentados, mas outros métodos e formulas, poderão ser aplicados, sem prejuízo da segurança do projeto.
1 – Tipo de Barragens
As barragens podem ser de terra ou de alvenaria, de pedra ou de concreto. As primeiras resistem ao empuxo das águas pelo próprio peso do maciço, as segundas são construídas em formas geométricas de arcos múltiplos, de parábolas, etc., de modo que as resultantes dos empuxos recaiam sobre os mesmos, distribuindo-se no terreno, o qual deverá ser bastante resistente.
Para o caso de armazenamento de água para irrigação e demais usos na propriedade agrícola, a barragem de terra é uma das mais adequadas, visto que os insumos necessários à sua construção são quase que totalmente encontrados na propriedade, o que resulta no barateamento da obra e principalmente para aqueles casos em que a fundação recaia sobre terra.
2 – Localização da Barragem
A escolha do local, sempre que possível, deve recair sobre uma garganta estreita, o mais próximo possível da área a ser beneficiada. Deve ser alimentada por uma bacia hidrográfica de área razoável e inundar uma área regular para garantia do suprimento.
Embora cada barragem de terra tenha problemas específicos, à sua construção, existem normas gerais que são comuns a todas elas: determinação da área da bacia de capitação; cálculo da descarga máxima esperada dessa bacia; dimensionamento do sangradouro (extravasor ou ladrão); estudo da fundação e estabilidade da construção; proteção contra as ondas; dimensionamento da barragem; etc. Todos estes itens, só serão possíveis de determiná-los, após um levantamento topográfico plano-altimétrico, que possibilite desenhos em escala adequada, onde se visualizem todo o contorno da bacia hidrográfica e hidráulica com relevos, depressões, rios, riachos, etc., existentes. De posse desse estudo, é possível locar o eixo da barragem, traçar as curvas de nível se possível, de metro em metro, baseada nas quais se calcula o volume global de acumulação da barragem bem como, o nível da soleira de sangria.
2.1 – Descarga Máxima Esperada
O levantamento topográfico da bacia hidrográfica permite uma classificação do tipo de bacia, muito importante para os cálculos de vazões e segurança da barragem. Outro item importante é a precipitação média anual na bacia hidrográfica, dados coletados de Estações Pluviométricos em publicações especiais.
A relação entre o volume total de chuva caída e a parcela escoada sob a forma de enxurrada, durante determinado período de tempo, em geral um ano, constitui o que se chama de Volume Afluente Anual. Representa papel importante, para se calcular o volume possível de ser acumulado em um determinado período de tempo, desde que se conheçam a área da bacia e as perdas de água por infiltração e evaporação.
A fórmula: Va = R% H U A, permite calcular o “volume afluente anual”.
Onde: R% = rendimento em percentagem
H = alt. Em metros
U = coeficiente de correção
A = bacia hidrográfica em
Sendo: R% = Rmm/10H
Donde: segundo fórmula do Engº Aguiar
Os valores de U correspondentes a vários tipos de bacias hidrográficasTipo --Bacia Hidrográfica----------------------------------------U
-1------Pequena íngreme e rochosa---------------------------1,3 e 1,4
-2------ Bem acidentada sem depressões evaporativas---1,2
-3------Média------------------------------------------------------1,0
-4------Ligeiramente acidentada------------------------------0,8
-5------Idem com depressões evaporativas-----------------0,7
-6------Quase plana, terreno argiloso------------------------0,65
-7------Idem, terreno variável---------------------------------0,6
-3------Média------------------------------------------------------1,0
-4------Ligeiramente acidentada------------------------------0,8
-5------Idem com depressões evaporativas-----------------0,7
-6------Quase plana, terreno argiloso------------------------0,65
-7------Idem, terreno variável---------------------------------0,6
-8------Idem, terreno arenoso---------------------------------0,5
2.2 – Cálculo do Volume a ser acumulado
Para calcular o volume de água possível de ser acumulado, efetua-se o levantamento planialtimétrico da bacia a ser inundada, determinando-se as áreas circunscritas pelas curvas de nível consecutivas. A semi-soma de duas áreas consecutivas, multiplicada pela diferença de nível entre ambas, dará volume parcial; a soma dos volumes parciais, o volume total. O cálculo da capacidade do reservatório para uma repleção total em dois anos de período chuvoso é dado pela fórmula: C = 2Va.
Fixar através do diagrama das áreas e volumes, a cota que mais se aproxime da capacidade calculada. Esta cota será a da soleira do sangradouro, que corresponde à altura máxima de acumulação.
2.3 = Determinar a descarga máxima secular pela formulado Engº Aguiar:
2.2 – Cálculo do Volume a ser acumulado
Para calcular o volume de água possível de ser acumulado, efetua-se o levantamento planialtimétrico da bacia a ser inundada, determinando-se as áreas circunscritas pelas curvas de nível consecutivas. A semi-soma de duas áreas consecutivas, multiplicada pela diferença de nível entre ambas, dará volume parcial; a soma dos volumes parciais, o volume total. O cálculo da capacidade do reservatório para uma repleção total em dois anos de período chuvoso é dado pela fórmula: C = 2Va.
Fixar através do diagrama das áreas e volumes, a cota que mais se aproxime da capacidade calculada. Esta cota será a da soleira do sangradouro, que corresponde à altura máxima de acumulação.
2.3 = Determinar a descarga máxima secular pela formulado Engº Aguiar:
Sendo: S = área da bacia hidrográfica, emL = linha de fundo, em Km (igual ao comprimento do riacho barrado)
K, C = coeficientes que dependem do tipo da bacia.
Coeficiente Higrométrico (K e C)
Bacia Hidrográfica ------------------------------------------Tipo----K------ C
Pequena, íngreme, rochosa --------------------------------1 ------0,10 --o,85
Bem acidentada, sem depressão evaporativa-----------2 ------0,15 --0,95
Média-----------------------------------------------------------3 ------0,20 --1,00
Ligeiramente acidentada-----------------------------------4 -------0,30 --1,05
Ligeiramente acidentada apresentando dep. evap.----5 -------0,40 --1,15
Quase plana, terreno argiloso-----------------------------6 -------0,65 --1,30
Quase plana, terreno variável ou ordinário-------------7 -------1,00 --1,45
Quase plana, terreno arenoso-----------------------------8 -------2,50 --1,60
3 – Projeto da Barragem
Elaborados os estudos preliminares que determinam os parâmetro básicos da barragem , escolhido o boqueirão e apontado o possível local do sangradouro, pode-se elaborar o projeto da barragem, que deverá ser desenhado em escala apropriada : a planta da bacia hidráulica incluindo boqueirão e sangradouro em curvas de nível de metro em metro.
3.1 – Determinar a Largura do Sangradouro
A área da seção do sangradouro deve ser suficiente para dar vazão ao máximo de enxurrada, não permitindo que o excesso de água passe por sobre a barragem, o que ocasionaria sua ruptura.
Calcular pela fórmula a largura do sangradouro:
Onde: Qs = Descarga máxima secular
H = lâmina de sangria
3.2 - Cálculo da Proteção Contra a Ação das Ondas
Determinar a folga da barragem pelas fórmulas:
sendo:
H = lâmina de sangria
3.2 - Cálculo da Proteção Contra a Ação das Ondas
Determinar a folga da barragem pelas fórmulas:
sendo:
h = altura da onda em metro.
F = distância em Km entre a barragem e o ponto mais distante da área inundada.
V = velocidade da onda, em m/s.
f = folga, em metros.
3.3 – Determinação da “Revanche” e da Cota do Coroamento da Barragem
A dimensão da “folga” dada à barragem, condicionar o valor de “H” que pode variar de 0,50m a l,00m. Donde:
R = H + f (lâmina de sangria + folga)
Logo: cota do coroamento = cota da soleira do sangradouro + revanche.
3.4 – Determinar a Largura da Crista (parte superior da barragem)Um dos fatores que contribuem para a estabilidade da barragem é a largura da crista, que deve ter no mínimo três metros.
A fórmula de Preece permite o calculo da largura da crista:
Sendo:
F = distância em Km entre a barragem e o ponto mais distante da área inundada.
V = velocidade da onda, em m/s.
f = folga, em metros.
3.3 – Determinação da “Revanche” e da Cota do Coroamento da Barragem
A dimensão da “folga” dada à barragem, condicionar o valor de “H” que pode variar de 0,50m a l,00m. Donde:
R = H + f (lâmina de sangria + folga)
Logo: cota do coroamento = cota da soleira do sangradouro + revanche.
3.4 – Determinar a Largura da Crista (parte superior da barragem)Um dos fatores que contribuem para a estabilidade da barragem é a largura da crista, que deve ter no mínimo três metros.
A fórmula de Preece permite o calculo da largura da crista:
Sendo:B = largura do coroamento, em metros
H = altura da barragem, em metros
H = altura da barragem, em metros
3.5 – Determinar a Largura da Base
Como estamos tratando de pequenas barragens, com até 10 metros de altura, o talude de montante terá uma declividade de 3: 1 e o de jusante de 2: 1.
O talude montante, mais extenso oferece maior estabilidade a barragem, anulando a tendência ao deslizamento e maior resistência a infiltração.
Como estamos tratando de pequenas barragens, com até 10 metros de altura, o talude de montante terá uma declividade de 3: 1 e o de jusante de 2: 1.
O talude montante, mais extenso oferece maior estabilidade a barragem, anulando a tendência ao deslizamento e maior resistência a infiltração.
Logo a largura da base será:
B = b + H + 2H,
Onde:
B = b + H + 2H,
Onde:
B = base
b = crista
H = altura do aterro
3.6 – Volume do Aterro
Determinado o local da barragem, normalmente onde haja estreitamento da bacia hidráulica e onde os terrenos sejam formados por solos impermeáveis e firmes, apontados por sondagens a ausência de falhas nas camadas inferiores, se retira toda camada orgânica, pondo a mostra o subsolo que deve ser firme e uniforme.
O aterro deverá ser feito em camadas uniformes, se possível de 0,20m, com solos retirados do empréstimo, previamente escolhido e testado sua granulometria, umedecidos e compactados. No caso dos solos usados para formar o corpo da barragem não serem totalmente impermeáveis, permitindo infiltrações, constrói-se no meio do maciço, no sentido longitudinal do mesmo, um núcleo de material impermeável (argila tratada com uma solução fraca de soda caustica a 3%), que deverá partir da camada impermeável da fundação, até 3/4 da altura da água represada.
O volume de terra necessária ao aterro será aproximadamente igual a:
V =(b+B/2) H L + volume da fundação
Sendo:
b = crista
H = altura do aterro
3.6 – Volume do Aterro
Determinado o local da barragem, normalmente onde haja estreitamento da bacia hidráulica e onde os terrenos sejam formados por solos impermeáveis e firmes, apontados por sondagens a ausência de falhas nas camadas inferiores, se retira toda camada orgânica, pondo a mostra o subsolo que deve ser firme e uniforme.
O aterro deverá ser feito em camadas uniformes, se possível de 0,20m, com solos retirados do empréstimo, previamente escolhido e testado sua granulometria, umedecidos e compactados. No caso dos solos usados para formar o corpo da barragem não serem totalmente impermeáveis, permitindo infiltrações, constrói-se no meio do maciço, no sentido longitudinal do mesmo, um núcleo de material impermeável (argila tratada com uma solução fraca de soda caustica a 3%), que deverá partir da camada impermeável da fundação, até 3/4 da altura da água represada.
O volume de terra necessária ao aterro será aproximadamente igual a:
V =(b+B/2) H L + volume da fundação
Sendo:
V = volume de terra
L = comprimento da barragem
H = altura da barragem
Verificação da estabilidade do aterro:
O peso do aterro da barragem tem quer ser maior que 4/3 da força de subpressão, que é a força desenvolvida pela água infiltrada no maciço que tende a erguer o mesmo.
Sendo: subpressão = Sp = Ha x Bt/2
Onde:
L = comprimento da barragem
H = altura da barragem
Verificação da estabilidade do aterro:
O peso do aterro da barragem tem quer ser maior que 4/3 da força de subpressão, que é a força desenvolvida pela água infiltrada no maciço que tende a erguer o mesmo.
Sendo: subpressão = Sp = Ha x Bt/2
Onde:
Sp = subpressão em toneladas por metro
Ha = altura da água na barragem em metro
Bt = largura da base do aterro em metro
Peso do aterro = P = ( Bt x b/2) xH x d
Onde:
Ha = altura da água na barragem em metro
Bt = largura da base do aterro em metro
Peso do aterro = P = ( Bt x b/2) xH x d
Onde:
P = peso do aterro em toneladas por metro linear
Bt = largura da base do aterro em metro
b = largura da crista em metro
H = altura da barragem em metro
d = peso específico do material = 1
3.7 – Projetar os Muros de Proteção a Barragem e ao Sangradouro
O muro de proteção a barragem só é necessário caso o sangradouro seja contíguo ao maciço. O mesmo ocorre com o sangradouro, caso a soleira do mesmo, não seja escavada em rocha.
O muro de proteção tanto da barragem como do sangradouro, deverá ser de alvenaria de pedra, com argamassa de cimento e areia no traço de 1: 3. A chapa de proteção da soleira do sangradouro, deverá ter dois cm de espessura com traço 1: 3 ( cimento e areia).
Bt = largura da base do aterro em metro
b = largura da crista em metro
H = altura da barragem em metro
d = peso específico do material = 1
3.7 – Projetar os Muros de Proteção a Barragem e ao Sangradouro
O muro de proteção a barragem só é necessário caso o sangradouro seja contíguo ao maciço. O mesmo ocorre com o sangradouro, caso a soleira do mesmo, não seja escavada em rocha.
O muro de proteção tanto da barragem como do sangradouro, deverá ser de alvenaria de pedra, com argamassa de cimento e areia no traço de 1: 3. A chapa de proteção da soleira do sangradouro, deverá ter dois cm de espessura com traço 1: 3 ( cimento e areia).
3.8 – Determinar a Cota do Porão
Onde as estiagens são constantes e as fontes hídricas secam por um determinado período, têm-se a necessidade de se conservar certo volume de água no reservatório, para atender as necessidades da Propriedade Agrícola, bem como proteger a fauna aquática. Esse volume de água é o que se denomina de volume intangível ou porão.
Usa-se o seguinte critério para determinar a cota do porão:
hp= 4 m, para h.máxima =<10.
Onde as estiagens são constantes e as fontes hídricas secam por um determinado período, têm-se a necessidade de se conservar certo volume de água no reservatório, para atender as necessidades da Propriedade Agrícola, bem como proteger a fauna aquática. Esse volume de água é o que se denomina de volume intangível ou porão.
Usa-se o seguinte critério para determinar a cota do porão:
hp= 4 m, para h.máxima =<10.
hp= 5 m, para h. max. =10>12m.
hp= 6 m, para h. max. =>12m
hp= 6 m, para h. max. =>12m
sendo:
hp = profundidade do porão
h.max.= profundidade máxima da água.
3.9 – Projetar a Tomada D’água.
a) – em sifão, nos seguintes casos:
para hp= 4 m e H até 10 m
Para hp= 5 m e H até 11 m
Para hp= 6 m e H até 12 m
sendo:
H = altura da barragem
b) – em galeria, nos outros casos.
3.10 – Calcular a Área Máxima Irrigável pela Fórmula
Em que:
V = capacidade do açude.
Vp= Volume do açude na cota do porão.
hp = cota do porão.
2,40m= evaporação anual.
8.000 = dose bruta de irrigação em um semestre.
Obs.: considerando o reservatório cheio no fim das chuvas (inverno) e que a área seja irrigada no verão seguinte e no inverno subseqüente, considerado seco.
3.11 – Cálculo da descarga mínima da tomada d’água
Q = 0,8 A
Sendo:
A = área irrigável em ha
Q = descarga em l/s
3.12 – Organizar o Orçamento da Obra.
Elaborar o quadro de cubação, abrangendo:
1 – corpo da barragem
2 – cava de fundação
3 – áreas dos taludes
4 – corte do sangradouro
Organizar o orçamento abrangendo os seguintes itens:
1 – Trabalho preparatório:
- roçagem.
- remoção da terra vegetal.
2 - Barragem:
- escavação para fundação.
- empréstimo de terra silico-argilosa.
- espalhamento, expurgo, umedecimento e apiloamento, em camadas de 0,20m das terras aplicadas no aterro.
- preparo e regularização dos taludes.
- transporte do material retirado e aplicado no aterro.
3 – Muros de proteção e fixação (à barragem e ao sangradouro)
- escavações.
- alvenaria de pedra e chapa de proteção da soleira do sangradouro.
- transporte do material retirado e aplicado na construção do sangradouro.
4 – Tomada d’água e medidor (sifão):
- tubo de ponta e bolsa.
- registro de gaveta.
- válvula de retenção com crivo.
- tê com bujão - curva de 26º 30º.
- material vedante - mão de obra.
5 – Instalação – 1% do total .
6 – Administração – 5% do pessoal.
7 – Eventuais – 10% do total.
3.13 – Resumo Geral, Constando de:
1 – Situação geográfica da obra, constando do nome do açude; capacidade; município; estado; proprietário; valor orçado da obra.
2 – Características gerais, contemplando: estudos realizados: dimensões e características da bacia hidrográfica e hidráulica; climatologia da área; detalhes sucintos da barragem, sangradouro, tomada d’água.
3 – Desenhos em escala adequada do contorno da bacia hidrográfica e hidráulica; perfil longitudinal da barragem e transversal ao sangradouro; seções de 20 em 20m da barragem e longitudinais do sangradouro;
Muito bom, valeu
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