Aula 7 -Bombeamento Intensivo de Água Subterrânea e Riscos de Subsidência do Solo

ResumoUm dos problemas que compromete a sustentabilidade do

uso de água subterrânea é o risco de subsidência do soloque precisa ser analisado com cuidado para prevenir oumitigar prejuízos em edificações e pavimentos.

Uma das causas de subsidência do solo é a retirada de fluidode vazios subterrâneos (poros ou cavidades). Nos grandescentros urbanos e em áreas destinadas à agricultura e àsatividades industriais, a explotação demasiada de águasubterrânea, que resulta num ritmo de extração superior àcapacidade de recarga, constitui a causa mais comum desubsidência, como pode ser observado na grandequantidade de registros do fenômeno em todo o mundo.

ResumoA discussão sobre os mecanismos de ocorrência indica a

necessidade de maior investigação sobre o tema,envolvendo aqüíferos cársticos e sedimentares, para odesenvolvimento de ferramentas de previsão esimulação de cenários, de estratégias demonitoramento e de técnicas de mitigação doproblema.

IntroduçãoO uso de água subterrânea tem aumentado

constantemente nas últimas décadas no Brasil. Entreas causas desse aumento podem ser citadas: o aumentode demanda de água, o comprometimento das águasde superfície, a poluição de diversos mananciais desuperfície, o melhor conhecimento dos aqüíferos e oaprimoramento das empresas de perfuração de poços.

Ao se bombear intensamente a água subterrânea, altera-se o equilíbrio inicial do aqüífero e as conseqüênciasprecisam ser analisadas para garantir um usosustentável.

Sustentabilidade De AqüíferosO uso sustentável de aqüíferos vem sendo debatido em

diversos países nos últimos anos. A idéia dedesenvolvimento sustentável para atender asnecessidades do presente sem comprometer asnecessidade das futuras gerações, de acordo com orelatório Brundtland, foi gradualmente se estendendopara os vários recursos naturais e atualmente oshidrólogos, os hidrogeólogos, os administradores derecursos hídricos procuram aplicar o mesmo conceitopara as águas subterrâneas.

Sustentabilidade De AqüíferosO tema das águas subterrâneas, dentro do contexto de

desenvolvimento sustentável passa atualmente por umprocesso de debate a nível conceitual e a níveloperacional em diversos lugares do mundo, bem comopassa por um processo de pesquisa científica onde seprocura analisar e calcular os efeitos do bombeamentodas águas subterrâneas sobre os outros recursosnaturais e os ecossistemas (Cabral, 2004).

Sustentabilidade De AqüíferosO conceito de bombeamento sustentável já vem sendo

analisado e discutido por algumas décadas, com nomesdiferentes como bombeamento seguro ou reservasexplotáveis. O objetivo neste caso é determinar quantopode ser bombeado indefinidamente de um aqüíferosem fazer mineração das reservas hídricas, ondemineração de água se entende como o prolongado eprogressivo decréscimo dos volumes armazenados,sem possibilidade de reposição num tempo razoável.

Para o desenvolvimento sustentável sãoanalisadas todas as influências que obombeamento da água subterrânea podeacarretar nas águas superficiais e no meioambiente como um todo.

Mecanismos Da SubsidênciaA subsidência é um fenômeno de rebaixamento da superfície

do terreno devido a alterações ocorridas nas camadassubterrâneas, ou seja, redução do nível do terreno devido àremoção de s

Do ponto de vista do mecanismo causador da subsidência dosolo, pode-se subdividir as ocorrências em cinco grupos:

· devido à hidrocompactação,

· devido à dissolução de rochas e sais,

· devido à extração de água subterrânea,

· devido à extração de petróleo ou gás, e

· devido à atividade mineira

Mecanismos Da SubsidênciaDependendo da origem do processo, os diferentes tipos

de subsidência têm características distintas comrelação à extensão do fenômeno, condições geológicasfavoráveis à sua ocorrência e máximas magnitudesatingidas.

Mecanismos Da Subsidência

Informações

Subsidência Do solo

Controle de Fluxo

Planejamento Espacial

Design de infraestrutura e

Construção

Controle da Intrusão Marinha

Conservação Ambiental

Regulação da extração de

água subterrânea

Importância da informaçãosobre a subsidência do solo.

Mecanismos Da Subsidência· Subsidência devido à hidrocompactação: compreende

um fenômeno de saturação rápida em depósitos finos nãosaturados e mal compactados. Nesses materiais, ocorreuma re-orientação das partículas do solo devido à adição deágua. O solo então perde sua capacidade de suporteresultando numa consolidação devido a seu peso próprio. Éum processo que pode atingir alguns metros deprofundidade, comum em ambientes desérticos e emregiões semi-áridas. Normalmente é provocada poratividades humanas como irrigação, construção depequenos reservatórios artificiais de água, construção decanais, entre outros.

Mecanismos Da Subsidência· Subsidência devido à dissolução de rochas e sais:

ocorre devido a um fenômeno chamado carstificação.A carstificação é o processo do meio físico que consistena dissolução de rochas pelas águas subterrâneas esuperficiais, que resulta no processo de formação decavernas subterrâneas. A carstificação é o processomais comum de dissolução de rochas calcárias oucarbonáticas (calcário, dolomito, mármore),evaporitos (halita, gipsita, anidrita) e, menoscomumente, rochas silicáticas (granito, quartzito).

Mecanismos Da Subsidência· Subsidência devido à extração de água subterrânea

em aqüíferos sedimentares porosos: resultante dobombeamento do fluido que reduz a pressão dos porosque ajudam a suportar as camadas sobrejacentes desolo. Essa redução de pressão dos poros é conseqüênciado rebaixamento do nível da água.

Mecanismos Da SubsidênciaA ocorrência de subsidência do solo ocorre em várias

dimensões e pode envolver áreas de poucos metros atéextensões quilométricas, em períodos variados.

Escala de tempo e dimensão para vários mecanismos desubsidência (Scott, 1979)

Dimensão(km)

Tempo(anos)

Mecanismo

102 - 10310 – 102 Placas tectônicas

10 – 102 Explotação de água em grande escala

10 – 102 10 – 102 Explotação de petróleo e gás

Mecanismos Da SubsidênciaOs aqüíferos consistem em unidades geológicas

saturadas que contém poros ou espaços abertos epermitem o fluxo de água entre eles. Podem serconstituídos tanto por rochas duras compactas (rochasígneas e metamórficas), como por rochas sedimentaresnão consolidadas (areias e cascalhos) e de maiorconsistência (calcários).

Mecanismos Da SubsidênciaEm valores financeiros, a subsidência devido à explotação de

água subterrânea pode resultar em danos muito graves,uma vez que é a de maior ocorrência em regiõesurbanizadas, quando pode acarretar danos aos pavimentosde vias públicas, e às edificações, causando rachaduras ouinviabilizando seu uso. Os casos mais freqüentes desubsidência acontecem em áreas urbanas e dizem respeito àpresença de aqüíferos sedimentares. Casos de subsidênciaassociados à ocorrência de aqüíferos cársticos são menosfreqüentes, até mesmo porque essas localidadesapresentam, naturalmente, restrições para assentamentosurbanos, em função dos referidos processos de dissoluçãodas rochas carbonáticas.

Aqüíferos SedimentaresA ocorrência de subsidência em aqüíferos sedimentares

geralmente afeta grandes áreas, e compreende a formamais extensa e custosa de subsidência, a nível mundial.

Esse fenômeno pode acontecer tanto em aqüíferosconfinados quanto em aqüíferos não confinados. Aorebaixar o nível do aqüífero inferior, a camada de argiladrena a água e ocorre um recalque que acarreta umrebaixamento do nível do terreno (NT).

Aqüíferos SedimentaresAqüífero sedimentar não-confinado

(a) Antes do bombeamento

(b) após o bombeamento

Aqüíferos SedimentaresAqüífero sedimentar confinado

(a) antes do bombeamento

(b) após o bombeamento

Aqüíferos SedimentaresA quantidade de subsidência em uma determinada área

está, portanto, relacionada com a magnitude dorebaixamento do nível d’água, a porcentagem de argilapresente no aqüífero e ao período de tempo em que onível d’água foi mantido rebaixado (Mingorance, 2000).

Aqüíferos CársticosA carstificação é o processo do meio físico que consiste

na dissolução de rochas pelas águas subterrâneas esuperficiais, que resulta no processo de formação decavernas subterrâneas. A carstificação é o processomais comum de dissolução de rochas calcárias oucarbonáticas (calcário, dolomito, mármore),evaporitos (halita, gipsita, anidrita) e, menoscomumente, rochas silicáticas (granito, quartzito). Aágua presente num aqüífero do tipo cárstico éencontrada preenchendo as fraturas abertas pordissolução dos calcários, a carstificação.

Aqüíferos CársticosOs problemas ambientais mais comuns associados aos

relevos cársticos são a poluição da água subterrânea eos problemas de fundação (assentamento diferencial,erosão subsuperficial e colapso da superfície doterreno devido às cavidades subterrâneas)

Esquema de um aqüífero cárstico

Aqüíferos CársticosA subsidência de um aqüífero cárstico acontece,

normalmente, após um rebaixamento excessivo donível d’água que resulta num agravamento dascondições naturais e aumento na dissolução da rocha,queda da pressão da água subterrânea e conseqüenteaceleramento do carreamento de grãos do solo. Essaseqüência de acontecimentos pode resultar, em algunscasos, no desabamento do teto das cavidades seguidodo rebaixamento do solo da superfície.

Colapso em aqüífero cárstico

(a) início do bombeamento

(b)

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ld’água

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ida

de

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(c) Desmoronamento das paredese do teto da cavidade e da camadade solo sobrejacente

Aqüíferos CársticosEssas cavidades podem ter tamanhos variados, o que

torna a “dimensão” do possível rebaixamento de difícilprevisão, podendo resultar em desmoronamentos decamadas sobrejacentes e surgimento de cavidadessuperficiais de alguns metros de profundidade e dealgumas dezenas de metros de diâmetro.

Indicativos De Susceptibilidade À SubsidênciaConsiderando as demandas existentes e a

disponibilidade dos recursos hídricos subterrâneos énecessário realizar a gestão adequada desses recursospara que a captação da água do aqüíferos seja realizadade forma compatível com a capacidade de recuperaçãodo mesmo. Caso contrário é necessário avaliar os riscosgeotécnicos resultantes da explotação dessa área.

Indicativos De Susceptibilidade À SubsidênciaA estratégia de defesa dos mananciais subterrâneos

consiste basicamente na delimitação da ocupação daárea, baseada em mapas de graus de vulnerabilidadenatural dos sistemas aqüíferos e de riscos potenciais depoluição associados à carga contaminante presente nasuperfície, e no zoneamento de áreas de riscospotenciais, de áreas críticas que sirva de base aoplanejamento para ações governamentais e de controlee proteção de aqüíferos.

Indicativos De Susceptibilidade À SubsidênciaO processo preventivo pode ser baseado nos passos

seguintes.

1. Levantamento e análise dos dados disponíveis comrelação à topografia, geologia, mapas topográficos,geológicos, hidrológicos e uso e ocupação do solo. Oobjetivo principal desse levantamento é identificarocorrências anteriores de movimentação do solo naárea de investigação buscando associações com ascaracterísticas pluviométricas e a evolução do quadrode explotação local (quantidade de poços, dados deperfuração e regimes de operação).

Indicativos De Susceptibilidade À Subsidência

2. Investigações específicas e orientadas de geologia egeomorfologia que denunciem a existência de carstecoberto. Essas investigações devem permitir aidentificação da natureza do carste e a localizaçãoespacial dos calcários na área. Alguns indicadores quedevem ser considerados para um levantamento maiscuidadoso da região sobre a existência de um carstecoberto são: drenagens secas, sumidouros,ressurgências, dolinas, entre outros.

Indicativos De Susceptibilidade À Subsidência3. Investigações diretas e indiretas para obter

informações sobre os aqüíferos: métodos elétricos delevantamento geofísico (método indireto), esondagens ou de informações de poços existentes(método direto). O objetivo dessas investigações éidentificar a presença de calcários com cavidades emsubsuperfície, espessura e características do materialde cobertura, identificação do perfil do solo local, comatenção especial à investigação sobre a presença eextensão de cavidades, natureza e comportamento daáguas no subsolo.

Indicativos De Susceptibilidade À Subsidência4. Acompanhamento de evolução de cavidades próximas

à superfície através de registros sismográficos, e devariações do nível piezométrico por meio de ensaios debombeamento e instalação de piezômetros.

5. Determinação da velocidade de escoamento de água edo volume armazenado.

Indicativos De Susceptibilidade À Subsidência6. Acompanhamento das mudanças locais em frentes de

topografia regular (surgimentos de depressõescirculares, saliências e reentrâncias,...), tipo devegetação (coloração e distribuição), estreitamento noleito dos cursos de água e nos vales.

7. Acompanhamento das mudanças locais no nível dasuperfície do solo, podendo ser indicado, por exemplo,pelo surgimento de rachaduras em edificações, oudesnível em pavimentos.

8. Levantamento atualizado dos poços existentes e dasvazões bombeadas

AtividadesAqüífero

Sedimentar Cárstico

1) Levantamento e análise dos dados disponíveis. X X

2) Investigações específicas para identificação de carste coberto. X

3) Investigações sobre os aqüíferos (geometria, característicashidrogeológicas).

X X

4) Acompanhamento de evolução de cavidades. X

5) Acompanhamento do escoamento de água e do volumeescoado.

X

6) Acompanhar mudanças locais (topografia, vegetação, etc.). X

7) Acompanhar mudanças em edificações locais. X

8) Levantamento atualizado dos poços existentes. X X

Roteiro para levantamento de áreas de risco de subsidência

Casos De Subsidência No MundoO vale San Joaquim, localizado na Califórnia, compreende

uma área de intensa atividade agrícola que chegou aapresentar subsidência da ordem de 8,8 m ao longo de 50anos de bombeamento. A área oscila entre momentosmuito críticos e outros “apenas” preocupantes. Ao final de1970, por exemplo, a conclusão de um aqueduto reduziu oconsumo da água subterrânea, ocorreu então uma reduçãode 50 a 70% da taxa de subsidência e estudos recentesapontam para crescente redução nesta taxa nas últimas trêsdécadas, entretanto períodos de seca, casos anteriores desubsidência e vontades políticas conferem à região um altograu de risco de novas ocorrências do fenômeno.

Casos De Subsidência No Mundo

Na Califórnia foi criado para monitoramento de áreas onde asubsidência foi acelerado por causa da água subterrânea e ouso extensivo.

Valores de subsidência registradosem vários países do mundo

Localidade Tempo Subsidência

Vale San Joaquim, Califórnia 52 anos 8,8 m

Vale Las Vegas, Nevada 57 anos 2 m

Cidade do México, México 100 anos 15 m

Ojiya, Japão 3 anos 0,07 m

Casos De Subsidência Ocorridos No BrasilNo Brasil existem poucos registros de subsidência devido

à extração de fluidos, essa ausência de documentos,entretanto, não deve se traduzir em inexistência dofenômeno. Considerando que em algumas regiões dopaís a situação de explotação dos aqüíferos já resultouem rebaixamentos muito grandes no nível d’água, faz-se necessário um monitoramento, nessas localidades,para detecção de possíveis deslocamentos verticais dasuperfície do solo.

Casos De Subsidência Ocorridos No BrasilOs aqüíferos cársticos, por sua vez, quando sujeitos à

subsidência são responsáveis por grandes catástrofesmundiais. No Brasil, os casos de maior repercussão foramos de Sete Lagoas em Minas Gerais, em 1988, o de Cajamarno estado de São Paulo, em 1986, e o de Mairinque, em SãoPaulo, em 1981. Os valores são impressionantes. Em SeteLagoas foi aberta uma cratera de 20 m de diâmetro por 5 mde profundidade, em plena área urbana, e em Cajamarformou-se uma cratera de 31 metros de diâmetro por 13metros de profundidade. Em ambos os casos, as áreas sãogeologicamente caracterizadas pela ocorrência de rochascalcárias, assim sendo, os colapsos refletem, na superfície,a evolução ascendente dos bolsões, ou cavernas, do subsolo

Referência RBRH – Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume11 n.3 Jul/Set 2006, 147-157 Bombeamento Intensivo deÁgua Subterrânea e Riscos de Subsidência do SoloJaime Joaquim da Silva Pereira Cabral, Sylvana Melodos Santos, Ivaldo Dário da Silva Pontes FilhoDepartamento de Engenharia Civil – UFPE

Atividade LISTA DE EXERCÍOS - ÁGUAS SUBTERRÂNEAS1. Como estudamos as águas subterrâneas ocupam a zona saturada do

subsolo ou num sentindo mais amplo, toda a água situada abaixo dasuperfície do solo, de forma susceptível a extração e utilização pelohomem. Sobre a extração de águas subterrâneas os conceitos desuperexplotação e explotação sempre estão presentes. Defina cada umdeles, apresentando exemplos e estabelecendo a relação de extração deágua com as questões ambientais.

2. Ao comparar o uso do recurso hídrico subterrâneo com o superficial,não se pretende sobrevalorizar um em detrimento do outro, porem énotável que existam vantagens e desvantagens na captação dessesrecursos para os mais diferentes usos. Faça uma breve comparaçãolistando as vantagens e desvantagens com relação à utilização das águassubterrâneas e das águas superficiais para o abastecimento.

Atividade3. O reabastecimento dos aqüíferos ou a recargas dos aqüíferos ocorre

basicamente a partir de águas das chuvas e, em menor escala, de corposd’águas superficiais. Quais os outros fatores que influenciam efavorecem a recarga dos aqüíferos? E quais são os desafios a seremsuperados para que a recarga dos aqüíferos possa não sercomprometida?

4. As águas subterrâneas devido às suas características e propriedadespodem exercer diferentes funções como: Produção; Estocagem eRegulação; Filtragem; Transporte; Estratégica; Energética e Ambiental.Cite exemplos para cada uma das funções apresentadas.

5. Dentre as principais ameaças ás águas subterrâneas destacam-se aexplotação intensiva ou descontrolada de água e as fontes de poluiçãoprovenientes das atividades antrópicas. Cite algumas fontes de poluiçãoestabelecendo a relação com o comprometimento da qualidade daságuas subterrâneas apresentando medidas de controle da poluição.

Atividade6. A subsidência é um fenômeno de rebaixamento da superfície do terreno devido

a alterações ocorridas nas camadas subterrâneas, ou seja, redução do nível doterreno devido à remoção de suporte subterrâneo. Apresente a relação desubsidência com a captação de águas subterrâneas e relacione com o tipo deaqüífero explicando as causas desse fenômeno.

7. Alguns critérios são importantes para avaliar se uma determinada área poderádesenvolver subsidência. O planejamento e a avaliação de risco é umimportante instrumento que poderá prevenir os acidentes. Apresente algunspassos a ser considerado a fim de avaliar se uma determinada área está sujeita asubsidência.

8. Águas profundas de aqüíferos confinados são alternativas para muitas cidadesque não tem disponibilidade de águas superficiais, o setor industrial tem cadavez mais utilizado das águas subterrâneas para suas mais diversas atividades.Porém, o setor industrial muitas vezes capta um volume muito maior de águasdo que deveria. Que medidas de controle deveriam ser implementadas paraque as reservas subterrâneas não sejam comprometidas.