CLASSIFICAÇÃO DOS AQUÍFEROS SEGUNDO A PRESSÃO DA ÁGUA
1)Aquíferos Livres ou Freáticos
A pressão da água na superfície da zona saturada está em equilíbrio com a pressão atmosférica, com a qual se comunica livremente. A figura ? esquematiza um aqüífero deste tipo. São os aqüíferos mais comuns e mais explorados pela população. São também os que apresentam maiores problemas de contaminação.
2)Aquíferos Artesianos
Nestes aquíferos a camada saturada está confinada entre duas camadas impermeáveis ou semipermeáveis, de forma que a pressão da água no topo da zona saturada é maior do que a pressão atmosférica naquele ponto, o que faz com que a água suba no poço para além da zona aqüífera. Se a pressão for suficientemente forte a água poderá jorrar espontaneamente pela boca do poço. Neste caso diz-se que temos um poço jorrante.
Há muitas possibilidades geológicas em que a situação de confinamento pode ocorrer. A figura abaixo mostra o modelo mais clássico, mais comum e mais importante.
Esquema de sistema artesiano
CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO A GEOLOGIA DO MATERIAL SATURADO
1)Aquíferos Porosos
Ocorrem em rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados e solos arenosos, decompostos in situ. Constituem os mais importantes aquíferos, pelo grande volume de água que armazenam, e por sua ocorrência em grandes áreas. Estes aquíferos ocorrem nas bacias sedimentares e em todas as várzeas onde se acumularam sedimentos arenosos. Uma particularidade deste tipo de aquífero é sua porosidade quase sempre homogeneamente distribuída, permitindo que a água flua para qualquer direção, em função tão somente dos diferenciais de pressão hidrostática ali existentes. Esta propriedade é conhecida como isotropia.
Poços perfurados nestes aquíferos podem fornecer até 500 metros cúbicos por hora de água de boa qualidade.
2)Aquíferos fraturados ou fissurados
Ocorrem em rochas ígneas e metamórficas. A capacidade destas rochas em acumularem água está relacionada à quantidade de fraturas, suas aberturas e intercomunicação. No Brasil a importância destes aqüíferos está muito mais em sua localização geográfica, do que na quantidade de água que armazenam. Poços perfurados nestas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora. A possibilidade de se ter um poço produtivo dependerá,tão somente, de o mesmo interceptar fraturas capazes de conduzir a água. Há caso em que, de dois poços situados a pouca distância um do outro, somente um venha a fornecer água, sendo o outro seco. Para minimizar o fracasso da perfuração nestes terrenos, faz-se necessário que a locação do poço seja bem estudada por profissional competente. Nestes aquíferos a água só pode fluir onde houver fraturas, que, quase sempre, tendem a ter orientações preferenciais, e por isto dizemos que são meios aqüíferos anisotrópicos, ou que possuem anisotropia.
Um caso particular de aqüífero fraturado é representado pelos derrames de rochas ígneas vulcânicas basálticas, das grandes bacias sedimentares brasileiras. Estas rochas, apesar de ígneas, são capazes de fornecer volumes de água até dez vezes maiores do que a maioria das rochas ígneas e metamórficas.
3)Aquíferos cársticos
São os aquíferos formados em rochas carbonáticas. Constituem um tipo peculiar de aqüífero fraturado, onde as fraturas, devido à dissolução do carbonato pela água, podem atingir aberturas muito grandes, criando, neste caso, verdadeiros rios subterrâneos. É comum em regiões com grutas calcárias, ocorrendo em várias partes do Brasil.
Toda perfuração através da qual obtemos água de um aqüífero é, genericamente, chamada de poço. Há muitas formas de classificá-los. Usaremos aqui uma classificação baseada em sua profundidade, pois a mesma determina, de uma forma geral, o método construtivo, além de ser um fator importante nas considerações sobre poluição da água subterrânea.
Alerta: Para que um poço seja chamado de artesiano, é necessário que seja perfurado em aqüífero artesiano. Está errado chamar qualquer poço profundo de artesiano. Para maiores detalhes ver o item: Perguntas Freqüentes.
1a- POÇO ESCAVADO
É a mais antiga forma de exploração da água subterrânea, estando presente em civilizações muito antigas. São poços cilíndricos, abertos manualmente, com o uso de picareta e pá. Às vezes são usados fogachos (pólvora) para romper blocos de rocha mais resistentes. Entretanto, este expediente é desaconselhável em virtude do perigo que acarreta, sendo proibido por lei a pessoas não autorizadas a lidar com explosivos. Poço escavado é o tipo mais utilizado pela população rural brasileira e, recebe nomes distintos, dependendo da região: cisterna, cacimba, cacimbão, poço amazonas, poço caipira, ou simplesmente poço. Só podem ser escavados em material não muito resistentes, geralmente solo e depósitos sedimentares pouco consolidadas. Certos arenitos friáveis podem ser escavados manualmente.
Para que o operário possa trabalhar no fundo do poço, seu diâmetro deve ser grande, indo de 1 a 2 metros, em média 1,50 metros. À medida que o buraco se aprofunda são necessários pelo menos dois operários. Um fica no fundo do poço escavando enquanto o outro fica na superfície, retirando o material através de balde preso à ponta de uma corda que vai sendo enrolada num sarilho. O sarilho nada mais é do que um eixo que gira sobre duas forquilhas, acionado por uma manivela. Após atingir o nível d'água, a escavação continua, até que não se consiga mais esvaziar a água que está afluindo ao poço.
Os poceiros profissionais possuem algumas ferramentas que aumentam a segurança do trabalho, como o sarilho mecânico, com trava que não permite seu retorno acidental.
É um trabalho muito perigoso e só deve ser feito por pessoa treinada. Os cuidados a serem tomados no processo são:
a) evitar o uso de bebida alcoólica e as jornadas longas, pois elas diminuem o grau de atenção necessário;
b) Sempre trabalhar em dupla, estando o operário da superfície responsável pelo que está no fundo;
c) estar sempre atento para possíveis emanações gasosas no fundo do poço, algumas podendo ser explosivas ou tóxicas;
d) sempre dar preferência pelo revestimento das paredes à medida que o poço se aprofunda, pois qualquer desmoronamento soterrará quem estiver embaixo. Um método utilizado é o uso de anéis de concreto armado,com 60 centímetros de altura, que vão descendo à medida que a terra que o sustenta vai sendo cavada. O primeiro anel tem a borda inferior chanfrada para facilitar seu deslocamento e, assim como o segundo anel, possui furos para a entrada lateral de água. Tijolos também poderão ser usados para revestir a parede da escavação.
e) trabalhar com capacete de seguraça e sempre manter dentro do poço uma tábua que possa ser colocada como cobertura de proteção ao operário que estiver no fundo, pois qualquer acidente no levantamento do balde cheio de terra pode ser fatal;
f) muita atenção deve ter o operário que estiver acionando a manivela do sarilho, pois se a mesma escapar de sua mão quando estiver sendo içado, ela girará ao contrário com grande força, atingindo o operador nas partes superiores do corpo, normalmente na face.
Após a construção o poço deve ser bem fechado, erguendo-se uma proteção de tijolo acima do nível do terreno e cimentando o solo ao redor do mesmo. Isto evita a entrada de água contaminada da superfície e a queda de objetos e animais em geral.
1b- PONTEIRAS CRAVADAS
Ponteira é uma haste perfurada, revestida por tela, com terminação cônica e que é cravada no terreno, através da qual pode-se retirar água com bomba de sucção. Muito popular, só funciona em aqüíferos muito rasos. Muito usadas em obras de engenharia civil para o rebaixamento do lençol freático.
É necessário que os segmentos de tubos que foram conectados na ponteira, sejam bem vedados para não entrar ar, o que impediria a água de subir. Em geral estes poços possuem de 4 a 5cm de diâmetro.
Estas ponteiras são muito versáteis, e são uma boa opção para um poço de baixo custo. Caso a necessidade de água aumente pode-se cravar mais ponteiras, mantendo uma distância segura para evitar as interferências dos cones de depressão.
A principais limitações são:
Como a água é extraída por sucção, isto é, extração passiva, a profundidade máxima de extração alcançada é dada pela pressão atmosférica. No nível do mar esta profundidade é de cerca de 6 (seis) metros, diminuindo com a altitude.
É indicada para terrenos arenosos homogêneos. Qualquer seixo ou bloco de pedra um pouco maior encontrado, quando se estiver cravando, impedirá que a ponteira desça. Da mesma forma solos argilosos oferecem muita resistência à penetração. Para facilitar a penetração pode-se injetar água no tubo na medida que o mesmo vai sendo cravado.
Obs: O funcionamento destas ponteiras pode ser comparado a um canudinho destes que se usa para tomar água de coco.
1C- POÇO A TRADO
Trado é uma ferramenta composta de uma caçamba cilíndrica, com aberturas laterais cortantes, rosqueada a uma haste de ferro terminada em T e que penetra no solo através de movimentos giratórios, realizados por um operário (trado manual) ou por um motor (trado mecânico). Há no mercado trados com diâmetro variando de 5 a 24 centímetros.
Quanto maior for o diâmetro do trado, mais pesado ficará o serviço.
O poço é perfurado lentamente, pois após algumas voltas o operador tem que levantar a ferramenta para retirar o solo preso na caçamba. À medida que a profundidade aumenta são acrescentados novos segmentos de cano galvanizado na haste, que se tornará, portanto mais pesada. Ao atingir o nível freático é necessário descer um ou mais tubos que protejam a parede do poço, evitando seu desmoronamento. Para continuar a perfuração na zona saturada é necessário diminuir o diâmetro da caçamba para poder perfurar por dentro do tubo de revestimento. Quando o poço começa a produzir muita água, o avanço se torna muito difícil pois há a formação de lama no fundo, tornando-se quase impossível a retirada do material. Após ter atingido a máxima profundidade possível da zona saturada, coloca-se um tubo de fundo cego e furos na lateral, que servirá como filtro e elemento de contenção das paredes da escavação.
1d- POÇO RADIAL
São poços escavados, de diâmetro maior do que o normal (3 a 4 metros) nos quais foram cravadas ponteiras ou aberto drenos horizontais em sua parte inferior, num arranjo radial. Isto permite aumentar grandemente a área de captação de água, elevando a produtividade do poço bem mais do que se fosse meramente escavado. Uma das vantagens deste método é que permite que se faça o desenvolvimento do poço, isto é, usar processos que aumentam a permeabilidade do aqüífero ao redor das ponteiras ou drenos.
Uma forma rudimentar de desenvolver um poço é provocar uma grande agitação da água de forma a extrair o sedimento fino que fica entre os grão maiores. Isto pode ser conseguido com o uso de uma ferramenta (pistão) que ao ser enfiada e retirada repetidamente, num movimento de vai e vem, provoca grande agitação da água e a retirada das partículas finas. Para facilitar a desagregação dos grumos de partículas finas podem ser utilizadas substâncias químicas especiais, não tóxicas. Para que um poço possa ser desenvolvido é necessário que o diâmetro dos orifícios filtrantes da ponteira ou do dreno sejam adequados à granulometria do material perfurado, e permita que somente as partículas mais finas passem, caso contrário ele estará sempre produzindo areia junto com a água.
1d- GALERIAS
Apesar de não serem exatamente poços, vou colocar aqui as galerias por serem importantes em certas regiões montanhosas. Estas galerias são túneis cavados horizontalmente nas encostas até se encontrar o substrato rochoso, por onde, circula a água de infiltração. Uma vez encontrada uma região onde esteja havendo suficiente infiltração, cava-se uma pequena bacia de captação a partir da qual a água é levada para fora, através de tubos e por gravidade. Como a saída de água passa a ser constante, é necessário a construção de reservatório para armazená-la.
Uma das grande vantagens destas galerias é que fornecem água por gravidade, o que implica numa grande economia de energia. Na verdade são verdadeiras nascentes artificiais.
Na cidades serranas do Estado do Rio de Janeiro são muito utilizadas. Em Petrópolis pude visitar uma galeria com cerca de 40 metros de comprimento, que havia sido acabada de ser escavada, sem nenhum revestimento e que fornecia 200 litros de boa água por hora, durante o período de estiagem.
A largura e altura destas galerias são o suficiente para que um homem possa ali se movimentar carregando um carrinho de mão, com o qual é retirado o solo escavado. Seu teto é abobadado. Após a construção e colocação de um tubo resistente como dreno, qualquer desmoronamento do teto não prejudicará a continuidade da saída da água.
É um serviço extremamente perigoso e só deve ser feito por pessoas muito treinadas e conhecedoras da técnica.
São poços perfurados com máquinas, com profundidades que variam de 40 a 1000 metros. Em alguns casos profundidades maiores são atingidas quando se procura a produção de água aquecida pelo geotermalismo.
A perfuração de um poço demanda conhecimento técnico especializado. Em linhas gerais podemos dizer que um poço profundo ideal é constituído das seguintes partes:
a) O furo propriamente dito, que pode variar de 10 a 30 centímetros de diâmetro.
b) Um tubo de revestimento, cuja finalidade é conter as paredes do poço. Em formações pouco resistentes, perfuradas com ferramenta de percussão, este tubo de revestimento vai sendo colocado na medida que o poço vai se aprofundando. Nos poços perfurados por ferramentas rotativas, a lama impede a queda das paredes e o revestimento é colocado só no final.
c) Uma seção final (filtro) do tubo de revestimento perfurada ou ranhurada, por onde a água passa do aqüífero para o tubo. Em alguns casos pode haver também seções intermediárias filtrantes, colocadas para aproveitar entradas superiores de água, que podem ser do mesmo aqüífero ou de camadas superiores.
d) Uma camada de material arenoso (granular) que preenche o espaço anular entre o poço e seu revestimento ou filtro. Este material é chamado de pré-filtro e tem como finalidade permitir o aumento da área de abertura das fendas do filtro, ao mesmo tempo que retém as partículas do aqüífero, principalmente quando estas são muito finas.
Métodos de perfuração mais usados:
a1) Percussão
A rocha é perfurada através da batida constante de uma ferramenta chamada trépano, presa a um cabo de aço, que é movimentado para cima e para baixo, através de um balancim acionado por motor.As pancadas do trépano esmigalha a rocha e os fragmentos resultantes, misturados com água do próprio poço ou colocada se este ainda estiver seco, dá origem a uma lama. Estes são retirados do poço através de uma ferramenta chamada caçamba. Esta lama que se forma além de facilitar a retirada do material triturado, serve como meio de refrigeração do trépano. A perfuração por percussão é indicada para formações bem consolidadas ou rochas duras, e profundidades não superiores a 250 metros. Em formações pouco consolidadas as paredes podem entrar em colapso, o que obriga o uso de revestimento à medida que o poço se aprofunda, o que cria dificuldades adicionais para a continuidade do trabalho.
a2) Rotativa
A perfuração se dá através do movimento rotatório de uma broca, ao mesmo tempo que se faz circular lama no poço. Esta lama além de servir para trazer o material triturado para cima, serve para refrigerar a ferramenta de corte e para manter uma pressão contínua dentro do poço, de forma a conter suas paredes, evitando assim seu colapso. A lama poderá ser injetada pelo furo central da haste de perfuração, subindo pelo espaço anelar, ou vice versa. Este método é indicado para formações moles e grandes profundidades. O revestimento do poço é feito no final, antes de bombear toda a lama.
OBSERVAÇÃO
A escolha da ferramenta certa é uma etapa importante no processo pois a escolha errada implica em maior tempo de perfuração, desgaste excessivo da ferramenta e dos equipamentos em geral, maior gasto com mão de obra, e perigos potenciais de perda do trabalho devido ao colapso das paredes ou da retenção da ferramenta no fundo do poço.
Quando iniciamos o bombeamento de um poço, ocorre neste o rebaixamento do nível da água, criando um gradiente hidráulico (uma diferença de pressão) entre este local e suas vizinhanças. Este gradiente provoca a vinda contínua de água do aquífero em direção ao poço, enquanto estiver sendo processado o bombeamento. Se o bombeamento parar, o nível d’água retorna ao nível original (recuperação). Ao nível em que se encontra a água dentro do poço quando este está sendo bombeado chamamos de nível dinâmico.
O rebaixamento do nível d’água possui a forma cônica, cujo eixo é o próprio poço. A formação deste cone responde à necessidade da água fluir em direção ao poço para repor a que está sendo extraída. Nos aquíferos isotrópicos, a água chegará todos os lados com a mesma velocidade, dando origem a uma superfície cônica relativamente simétrica. Se o aquífero for anisotrópico, este contorno será alongado segundo a direção da velocidade de menor do fluxo de água.
A forma do cone de depressão dependerá dos seguintes fatores:
1- Do volume de água que está sendo bombeado: um mesmo poço apresentará cones de tamanhos diferentes em função do volume de água que está sendo extraída. Volume maior implica em maior rebaixamento do nível da água dentro do poço.
2- Da permeabilidade do aquífero: esta determinará a velocidade com que a água se movimenta para o poço. Quando a permeabilidade é grande, maiores volumes de água chegarão ao poço em menos tempo, provocando um cone menos profundo. Se a permeabilidade do aquífero for pequena, o cone terá um rebaixamento muito pronunciado.
O cone de depressão se expandirá até que seja capturada uma quantidade de água que iguale ao volume que está sendo extraído pelo bombeamento. Esta água capturada poderá ser: água de cursos superficiais ou de mares e lagos; água da chuva ou águas de camadas superiores separadas do aquífero por camadas semiconfinantes, no caso de aquíferos artesianos. Quando a quantidade de água capturada pelo cone de depressão se iguala ao volume que está sendo extraído, dizemos que o poço está sendo operado em condições de equilíbrio.
Poço perfurado em aquífero com boa permeabilidade.
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Obs: Notar que o cone de depressão tem pequeno rebaixamento.
Poço perfurado em aquífero de baixa permeabilidade
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Obs: Notar o cone de depressão profundo
Quando o cone de depressão atinge uma massa de água superficial, se esta não estiver hidraulicamente isolada, haverá o início ou o aumento da infiltração destas águas em direção ao poço. Poços próximos a fontes de águas poluídas estão seriamente sujeitos a produzir água contaminada. Um caso muito comum é a interceptação de água de fossas e sumidouros sanitários ou de vazamentos de redes de esgoto. Mesmo uma fossa situada a jusante do poço poderá contaminá-lo, pois com o bombeamento ocorre uma inversão do fluxo subterrâneo.
Uma vez terminado o poço, faz-se análise de sua água. No entanto, após um certo tempo de bombeamento intenso, este poço poderá começar a produzir água contaminada em virtude do acima exposto, isto é, pela captura de água poluída. Daí a necessidade de se manter uma permanente vigilância sobre a qualidade da água produzida. Vigilância que deverá se dar não somente na qualidade bacteriológica, mas também na sua qualidade química, pois às vezes o aquífero é capaz de filtrar as bactérias, mas não os produtos químicos indesejáveis como os compostos de nitrogênio, detergentes, arsênio, entre outros.
