Tipos de Piezômetro: Casagrande, Corda Vibrante, Pneumático e Elétrico
Os principais tipos de piezômetro são o de tubo aberto (Casagrande), o pneumático e os elétricos, como o de corda vibrante e o de transdutor resistivo (strain gauge). Eles mudam no princípio de medição, no tempo de resposta e na leitura: sonda manual no Casagrande, leitora ou datalogger nos elétricos.
Tem piezômetros de tipos diferentes na mesma obra, aterro ou barragem? Conte pelo WhatsApp quais são e avaliamos como levar a leitura para uma só plataforma, com o sensor ou a interface adequada.
Quais são os tipos de piezômetro?
Para barragens de aterro, o Manual do Empreendedor da ANA (vol. VII, Quadro 18) lista três famílias: piezômetros de tubo aberto ou hidráulicos (de ponteira porosa), pneumáticos e elétricos. Entre os elétricos estão o de corda vibrante e o resistivo, que usa o strain gauge, o tipo de transdutor de pressão mais usado segundo o USGS (TWRI 8-A3).
Tipo | Como mede | Tempo de resposta | Como se lê |
Tubo aberto (Casagrande) | A água sobe no tubo até equilibrar a pressão na câmara da ponta | Muito longo em material pouco permeável | Sonda elétrica ("pio") que fecha o circuito ao tocar a água |
Pneumático | Gás injetado até abrir ou fechar um diafragma | Bastante rápido | Injeção de gás com leitora |
Corda vibrante | A pressão deforma um diafragma e muda a frequência de uma corda | Muito rápido | Leitora (readout) ou datalogger que excita a corda |
Resistivo (strain gauge) | A deformação muda a resistência elétrica do transdutor | Não comparado nas fontes consultadas | Sinal elétrico em datalogger |
Fontes da tabela: ANA, vol. VII, p. 86 a 88, UFOP (Cerqueira, 2017) e USGS TWRI 8-A3. Se o conceito ainda é novo, comece por o que é piezômetro e para que serve.
Como funciona o piezômetro Casagrande?
O Casagrande é um tubo com câmara de tomada de pressão na ponta: a água entra e sobe até equilibrar a pressão do ponto. A leitura é feita com sonda elétrica presa a um cabo, e a ANA admite até três piezômetros por furo, "em regra".
A dissertação da UFOP resume o saldo. Vantagens: simples, robusto, barato, quase sem manutenção, sem risco de raio e sem calibração do instrumento (só do medidor de nível). Limitações: mede carga, não poropressão diretamente; responde muito devagar em material pouco permeável; depende do operador; exige checar a cota da boca; pode colmatar; e a leitura manual obriga a ir a campo.
Como o tubo é aberto à atmosfera, o Casagrande também sente a variação barométrica. A instalação correta (célula de areia, selo e cota) está em como instalar um piezômetro de tubo aberto.
Como funciona o piezômetro de corda vibrante?
A pressão da água deforma um diafragma, que muda a tensão e a frequência própria de uma corda. A leitora excita a corda e mede a frequência, com tempo de resposta muito rápido, segundo a ANA (vol. VII, p. 88).
Como o sinal é uma frequência, ele aguenta cabos longos com pouca degradação, e o sensor cabe em poço de 0,5 polegada, segundo o USGS. Em contrapartida, o sensor padrão é selado e não ventilado: responde à pressão barométrica e pede correção sistemática em tubo aberto. A temperatura também afeta a leitura, segundo a UFOP.
Pelo princípio descrito nos manuais de fabricantes, a leitura sai em "dígitos", que valem f²/1000. Exemplo ilustrativo: 2.828 Hz dão 2.828² ÷ 1.000 = 7.997,6, ou cerca de 8.000 dígitos. A pressão vem de P = G·(R1 − R0), com G da folha de calibração, R0 a leitura zero e R1 a atual, mais as correções de temperatura e barométrica conforme a folha de calibração.
A comparação detalhada está em piezômetro de corda vibrante x Casagrande: diferenças e qual escolher.
E o piezômetro pneumático e o elétrico resistivo?
O pneumático tem resposta bastante rápida e interfere pouco na obra. A leitura é feita injetando gás até o diafragma abrir ou fechar, e há modelos normalmente fechados e normalmente abertos, segundo a ANA (vol. VII, p. 87).
O resistivo usa um strain gauge, cuja resistência elétrica muda com a deformação. O USGS define o fator de gage como GF = (ΔR/R)/(ΔL/L) e descreve versões coladas (folha metálica, filme fino, semicondutor) e não coladas. "Piezoresistivo" é o nome de mercado do strain gauge semicondutor; o USGS fala em "semiconductor strain gage".
Ao escolher um transdutor, veja a referência de pressão: absoluta (vácuo), manométrica (atmosfera) ou diferencial. O transdutor ventilado mede em relação à atmosfera; o não ventilado precisa de correção barométrica.
Existem piezômetros multinível e cravados?
Sim. No método totalmente grauteado (fully grouted), o furo inteiro, com sensor e cabo, é preenchido com calda de cimento, água e bentonita. Segundo a UFOP, isso simplifica a instalação de vários sensores de corda vibrante em níveis diferentes do mesmo furo, sem montar várias células de areia e selos.
Funciona porque o diafragma da corda vibrante precisa de pouquíssima água para equalizar. A literatura citada pela UFOP dá, para 1 psi, cerca de 240 ml no Casagrande contra cerca de 0,00002 ml na corda vibrante (números de exemplo daquela literatura). O método serve em furo profundo, inclinado, horizontal, com artesianismo ou de diâmetro pequeno. Não serve em solo que libera gás rápido, porque microtúneis no graute ligam os níveis.
Há também os cravados (push-in). O sensor de corda vibrante pode ser cravado em solo mole e, nessa versão, não é suscetível à colmatação; o Casagrande cravado é. Em rejeito, a UFOP descreve ainda a haste com transdutor cravada de uma balsa, que registra a poropressão na cravação e a dissipação depois.
Como escolher o tipo de piezômetro para cada aplicação?
A escolha depende do que precisa ser medido, da permeabilidade do material e de como os dados serão lidos. A decisão é do projetista, mas estes critérios das fontes técnicas ajudam a conversa:
Situação | Tipo que tende a servir | Por quê |
Solo permeável e leitura manual periódica | Casagrande | Simples, robusto, sem calibração do instrumento (UFOP) |
Argila ou necessidade de acompanhar a dissipação de poropressão | Corda vibrante ou pneumático | Tubo largo não é adequado para medir dissipação (UFOP); resposta rápida (ANA) |
Vários níveis no mesmo furo, furo inclinado ou estreito | Corda vibrante totalmente grauteado | Dispensa várias células de areia e selos (UFOP) |
Solo mole | Corda vibrante cravado | Não colmata como o Casagrande cravado (UFOP) |
Aterro com lixiviado e biogás | Piezômetro de dois tubos concêntricos | Tubo interno para o lixiviado e externo para o gás (IBEAS 2016) |
Cabo longo até a leitora | Corda vibrante | Sinal em frequência perde pouco no cabo (USGS) |
Rede Casagrande que precisa virar automática | Casagrande com sensor no tubo | Sensor descido no próprio tubo, até cerca de 30 cm da base (UFOP) |
O piezômetro de dois tubos para aterro é descrito por Catapreta e Simões (IBEAS 2016). Para barragens, veja piezômetros em barragem: onde instalar, o que medem e como ler.
Erros comuns na escolha e na leitura
Em campo, muitos problemas de piezômetro vêm de um instrumento bem instalado, mas mal escolhido ou mal interpretado:
Misturar carga e pressão: o Casagrande dá cota (m) e o elétrico dá pressão (kPa). Converta antes de comparar: 1 kPa ≈ 0,102 m de água, pelo fator do NIST (SP 811).
Esquecer a correção barométrica em sensor não ventilado, sobretudo dentro de tubo aberto.
Perder a folha de calibração da corda vibrante: sem G e R0, não há conversão confiável.
Usar INA onde o projeto pede um ponto: o INA mede o nível médio e não a poropressão de um trecho. Veja piezômetro, INA e poço de monitoramento.
Grautear em solo com gás: os microtúneis ligam os níveis e a leitura multinível perde o sentido.
Esperar resposta rápida de tubo aberto em argila: a leitura pode estar atrasada em relação à poropressão real.
Como a PAAS e o HIDROPAAS ajudam
A PAAS perfura e instala piezômetros e poços de monitoramento só no RS, em SC, no PR e em SP, com ART (Anotação de Responsabilidade Técnica) de geólogo. Também fazemos plano de monitoramento, leituras, levantamento de níveis, mapa potenciométrico e relatório técnico com ART, e a outorga de rebaixamento de lençol de forma remota em todo o Brasil. Desde 1985, com o geólogo Chert Bobsin (CREA-RS) como responsável técnico.
O HIDROPAAS lê o Casagrande com sensor de nível hidrostático no tubo, o piezômetro de corda vibrante já instalado e transdutores com saída 4-20 mA ou RS485; para outros sensores de mercado, com o sensor ou a interface adequada. A rede aparece num mapa, cada ponto com seu gráfico, e o sistema converte as leituras em nível, poropressão (kPa ou m.c.a.), cota piezométrica e Ru, com correção barométrica, relatório e exportação em Excel ou CSV.
Já monitoramos os piezômetros de um aterro sanitário: nível do líquido, poropressão em kPa, Ru e cota piezométrica calculados automaticamente. Os limites de alerta são definidos pelo projetista ou responsável técnico; o HIDROPAAS mede, calcula, avisa e gera o relatório, num projeto personalizado. Veja o monitoramento de piezômetros em aterro sanitário.
Perguntas frequentes
Quais são os tipos de piezômetro?
Os principais são o de tubo aberto (Casagrande), o pneumático e os elétricos, como o de corda vibrante e o resistivo (strain gauge). O Manual do Empreendedor da ANA lista tubo aberto, pneumático e elétrico entre os instrumentos comuns em barragens de aterro. Também existem arranjos multinível e versões cravadas.
Qual a diferença entre piezômetro Casagrande e de corda vibrante?
O Casagrande é um tubo aberto em que a água sobe até equilibrar a pressão e se lê com sonda elétrica; ele mede carga e responde devagar em solo pouco permeável. O de corda vibrante mede a pressão por um diafragma ligado a uma corda, responde muito rápido e aceita cabo longo, mas a leitura é afetada pela temperatura e, no sensor não ventilado, pede correção barométrica.
O que é piezômetro elétrico?
É o piezômetro que converte a pressão da água em sinal elétrico. Os mais conhecidos são o de corda vibrante, com sinal em frequência, e o resistivo (strain gauge), em que a resistência muda com a deformação. Piezoresistivo é o nome de mercado do strain gauge semicondutor.
Qual tipo de piezômetro responde mais rápido?
Segundo a ANA, o de corda vibrante tem resposta muito rápida e o pneumático, bastante rápida. O Casagrande pode levar muito tempo para equalizar em material pouco permeável, porque um volume maior de água precisa entrar no tubo.
O que é piezômetro multinível?
É o arranjo com vários pontos de medição no mesmo furo. No tubo aberto, a ANA admite até três piezômetros por furo em regra. Com corda vibrante, o método totalmente grauteado simplifica a instalação de vários sensores em níveis diferentes, mas não é indicado em solo que libera gás rápido.
O HIDROPAAS lê qualquer tipo de piezômetro?
O HIDROPAAS lê o Casagrande com sensor de nível hidrostático no tubo, o piezômetro de corda vibrante já instalado e transdutores com saída 4-20 mA ou RS485. Para outros sensores de mercado, a leitura depende do sensor ou da interface adequada, avaliada no projeto.
Monitore seus piezômetros com o HIDROPAAS
Casagrande, corda vibrante e transdutores 4-20 mA ou RS485 podem ficar na mesma plataforma. Veja o guia de monitoramento de piezômetros do HIDROPAAS e como fazer a automação de piezômetros Casagrande sem perfurar de novo.
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Sobre o autor
Chert Bobsin é geólogo formado pela UNISINOS, com registro no CREA-RS nº 204.398. É cofundador e CEO da PAAS Poços Artesianos e Água Subterrânea e criador do HIDROPAAS, o sistema de monitoramento de poços da PAAS.
Trabalha com perfuração de poços desde os 15 anos. A PAAS atua desde 1985, com geólogo responsável em cada projeto, e conduz perfuração, outorga e licenciamento de poços em todo o Brasil. Conheça a trajetória · LinkedIn.
Cada tipo de piezômetro mede de um jeito, e a escolha certa depende do solo, da resposta necessária e de como os dados serão lidos. Mande quantos piezômetros você tem, de que tipo e o que a licença pede, e montamos o monitoramento: fale com um especialista no WhatsApp (51) 99289-2188.
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