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Piezômetro de Corda Vibrante x Casagrande: Diferenças e Qual Escolher
O piezômetro de corda vibrante é um sensor elétrico selado: a pressão da água muda a frequência de uma corda tensionada, e a resposta é muito rápida. O Casagrande é um tubo aberto, simples e barato, que mede a carga no trecho filtrante, mas responde devagar em solo pouco permeável. A escolha depende do solo e da resposta exigida.
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Como funciona o piezômetro Casagrande?
O Casagrande é um piezômetro de tubo aberto: um tubo com uma câmara de tomada de pressão na ponta, onde a água sobe até equilibrar a pressão do ponto medido. A leitura é feita com a sonda elétrica ("pio"), presa a um cabo graduado, que fecha um circuito ao tocar a água, como descreve o Manual do Empreendedor da ANA, vol. VII. Pelo mesmo manual, em regra cabem até cerca de 3 piezômetros por furo.
O trecho perfurado fica dentro de uma célula de areia, com selo de bentonita acima. Por isso ele mede a carga piezométrica daquele trecho, segundo a dissertação da UFOP (Cerqueira, 2017). A poropressão sai da altura de água acima do ponto, por u = γw·hw, como nas notas de aula de Mecânica dos Solos da UFS.
A UFOP lista as vantagens: simples, robusto, barato, quase sem manutenção, sem calibração do instrumento (quem precisa de calibração é o medidor de nível) e sem risco de raio. E as limitações: tempo de resposta muito longo em material pouco permeável, dependência do operador, necessidade de checar a cota da boca, risco de colmatação e ida a campo para cada leitura manual.
Como funciona o piezômetro de corda vibrante?
A pressão da água deforma um diafragma ligado a uma corda tensionada. A tensão muda, e com ela a frequência própria da corda; a leitora excita a corda e mede essa frequência, conforme o vol. VII da ANA, que classifica o tempo de resposta como muito rápido.
Como o sinal é uma frequência, cabos longos degradam pouco a leitura, segundo o manual do USGS (Freeman et al., 2004), que registra sensores que cabem em poço de 0,5 polegada. O sensor pode ficar enterrado no furo ou no aterro, só com o cabo chegando à superfície.
Dois cuidados vêm do próprio princípio, segundo a UFOP. A temperatura afeta a leitura. E o sensor padrão é selado e não ventilado, então responde à pressão barométrica: enterrado, sente menos e com atraso; em tubo aberto, sente direto, e a correção barométrica é recomendada. Na zona não saturada, ele lê a combinação da pressão da água e do ar (Mikkelsen, 2003, citado pela UFOP).
Como converter a frequência em pressão?
A folha de calibração de cada sensor traz a conversão. Na convenção comum, a leitura em "dígitos" é a frequência ao quadrado dividida por 1.000, e a pressão sai de P = G·(R1 − R0): R0 é a leitura zero, R1 a leitura atual e G o fator de calibração. Somam-se as correções de temperatura e barométrica, com os sinais da folha de calibração.
Passo | Conta | Resultado |
Frequência lida | medida | 2.828 Hz |
Leitura em dígitos (R1) | 2.828² / 1.000 | 7.998 dígitos (7.997,6) |
Leitura zero da folha (R0) | dado ilustrativo | 8.500 dígitos |
Fator G da folha | dado ilustrativo | −0,14 kPa/dígito |
Pressão, sem correções | −0,14 × (7.998 − 8.500) | 70,3 kPa (70,28) |
Coluna d'água equivalente | 70,28 × 0,102 | 7,17 m |
Exemplo ilustrativo: neste sensor fictício, os dígitos caem quando a pressão sobe, por isso G é negativo. Em sensor real, use o fator, o sinal e as correções da folha de calibração. O fator 0,102 m por kPa vem do NIST (1 kPa = 0,10197 m de água). Outras conversões estão no post sobre leitura de piezômetro.
Qual responde mais rápido: corda vibrante ou Casagrande?
O de corda vibrante, em geral. No Casagrande, a água precisa entrar ou sair do tubo para o nível mudar, e isso demora em solo pouco permeável; no sensor selado, quase não há volume de água para mover.
A UFOP explica isso pelo tempo básico de Hvorslev (1951): T = A/(F·k), em que A é a área do tubo, F o fator de forma da célula e k a permeabilidade do solo. Em um tempo T, a leitura alcança 63% da mudança real; 90% leva cerca de 2,3·T; e 99% leva o dobro do tempo de 90%. Tubo mais largo e solo menos permeável aumentam T.
Na prática, um Casagrande em argila pode levar horas ou dias para mostrar uma mudança que o sensor selado registra quase na hora. Por isso a UFOP considera o instrumento de tubo largo inadequado para medir a dissipação de poropressão.
Corda vibrante x Casagrande: tabela comparativa
Critério | Casagrande (tubo aberto) | Corda vibrante |
O que mede | Carga piezométrica no trecho filtrante | Pressão da água no ponto (poropressão) |
Tempo de resposta | Longo em material pouco permeável | Muito rápido |
Leitura manual | Sonda elétrica ("pio") no tubo | Leitora portátil ("readout") no cabo |
Calibração | Instrumento sem calibração; a sonda precisa | Folha de calibração por sensor, com temperatura |
Pressão atmosférica | Tubo aberto sente direto | Sensor não ventilado pede correção |
Distância da leitura | Leitura na boca do tubo | Sinal em frequência tolera cabo longo |
Raio | Sem risco | Tem componente elétrico em campo |
Custo relativo | Baixo | Em geral maior: sensor, cabo e leitora |
Automação | Sensor descido no tubo | Interface ligada ao cabo existente |
E o piezômetro pneumático?
É a terceira opção comum em barragens de aterro, ao lado do tubo aberto e dos elétricos, segundo o Quadro 18 do vol. VII da ANA. A leitura é feita injetando gás até o diafragma abrir ou fechar, com tipos normalmente fechado e normalmente aberto; a mesma fonte descreve resposta bastante rápida e pouca interferência na obra.
Entre os elétricos há também o strain gauge (resistivo), o tipo de transdutor de pressão mais usado segundo o USGS. A versão de semicondutor costuma ser chamada de piezoresistiva no mercado.
Qual piezômetro escolher?
Não existe um tipo melhor para todos os casos: a escolha é do projetista, a partir do solo, do que precisa ser medido e da velocidade de resposta exigida. A tabela mostra tendências, não regras.
Situação | Tende a indicar | Por quê |
Solo permeável, leitura periódica | Casagrande | Simples, barato e responde bem em material permeável |
Núcleo argiloso, fundação pouco permeável ou fase de construção | Corda vibrante | Resposta rápida; tubo largo não serve para medir dissipação |
Amostrar água no mesmo furo | Casagrande | Possível, atendendo à norma específica da ABNT (UFOP) |
Aterro sanitário com biogás | Avaliar com o projetista | A literatura técnica descreve falso nível no tubo aberto; existe piezômetro de dois tubos, para líquido e gás |
Rede Casagrande existente que precisa de leitura contínua | Manter e automatizar | Sensor descido no tubo, sem nova perfuração |
O falso nível por biogás aparece em monografia que cita Cepollina et al. (2004), e o piezômetro de dois tubos concêntricos, em Catapreta e Simões (IBEAS, 2016). Veja o caso completo em piezômetros em aterro sanitário. Se a dúvida é entre piezômetro, INA e poço de monitoramento, leia qual a diferença entre eles.
Erros comuns ao comparar os dois tipos
Quando Casagrande e corda vibrante parecem discordar no mesmo relatório, o problema costuma estar na conta ou no campo:
Referências diferentes: profundidade do nível no tubo e pressão no sensor só se comparam depois de convertidas em cota piezométrica, por h = z + u/γw (Freeze e Cherry).
Casagrande lido cedo demais: em argila, logo depois de uma chuva ou de um alteamento, o tubo ainda não equalizou.
Fator G sem correções: sem temperatura e sem barômetro, a corda vibrante oscila com o dia e com o tempo.
Folha de calibração trocada: cada sensor tem a sua; usar a de outro desloca a série inteira.
Sonda sem aferição: o instrumento Casagrande não calibra, mas o medidor de nível precisa.
Esperar pressão de gás do Casagrande: em aterro, ele não mede o biogás, segundo a mesma literatura.
Como o HIDROPAAS ajuda
O HIDROPAAS lê os dois tipos. No Casagrande, com sensor de nível hidrostático descido no tubo; no de corda vibrante já instalado, pela leitura do sinal de frequência. Transdutores com saída 4-20 mA ou RS485 também entram, com o sensor ou a interface adequada. O passo a passo está em automação de piezômetros.
Leitura automática e contínua, com os dados na plataforma online (web e app).
Conversão para nível (m), poropressão (kPa ou m.c.a.), cota piezométrica (m) e Ru, deixando Casagrande e corda vibrante na mesma referência.
Correção barométrica da leitura.
Alertas por limite, com valores definidos pelo projetista ou responsável técnico.
Mapa da rede, relatório automático 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. Cada projeto é personalizado. O HIDROPAAS mede, calcula, avisa e gera o relatório; a escolha do instrumento, os níveis de alerta e a interpretação ficam com o projetista ou responsável técnico.
Perguntas frequentes
Qual a diferença entre piezômetro de corda vibrante e Casagrande?
O Casagrande é um tubo aberto em que a água sobe até equilibrar a pressão, lido com sonda elétrica. O de corda vibrante é um sensor selado que mede a pressão pela frequência de uma corda tensionada. O primeiro é mais simples; o segundo responde bem mais rápido em solo pouco permeável.
Como funciona um piezômetro de corda vibrante?
A pressão da água deforma um diafragma ligado a uma corda tensionada, e a frequência própria da corda muda. A leitora excita a corda, mede a frequência e converte em pressão com o fator da folha de calibração, corrigindo temperatura e, no sensor não ventilado, a pressão atmosférica.
O que são os dígitos na leitura da corda vibrante?
Na convenção comum, dígitos são a frequência ao quadrado dividida por 1.000. Uma frequência de 2.828 Hz dá cerca de 7.998 dígitos. A pressão sai de P = G·(R1 − R0), com o fator e as correções da folha de calibração.
Por que o Casagrande demora para responder em argila?
Porque a água precisa entrar ou sair do tubo para o nível mudar, e a argila deixa a água passar devagar. O tempo básico de Hvorslev, T = A/(F·k), cresce com a área do tubo e diminui com a permeabilidade do solo.
O piezômetro Casagrande mede poropressão?
Diretamente, não: ele mede a carga piezométrica no trecho filtrante, pelo nível da água no tubo. A poropressão é calculada pela altura de água acima do ponto, com u = γw·hw, e pode ser calculada de forma automática com um sensor no tubo.
Dá para automatizar os dois tipos de piezômetro?
Sim. No Casagrande, desce-se um sensor saturado pelo tubo até cerca de 30 cm acima da base. No de corda vibrante, o cabo existente é ligado a uma interface que lê a frequência, no lugar da leitora portátil.
Guia completo
Tipos, leitura, poropressão e aplicações por setor estão reunidos no guia de monitoramento de piezômetros.
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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 água e energia da PAAS.
Trabalha com perfuração de poços desde os 15 anos. A PAAS atua desde 1985, com geólogo responsável em cada projeto, e atende empresas, produtores rurais e condomínios em todo o Brasil. Conheça a trajetória · LinkedIn.
Casagrande e corda vibrante medem coisas parecidas de jeitos diferentes, e o que importa é ler os dois na mesma referência. Mande quantos piezômetros você tem de cada tipo, as profundidades e o que a licença pede, que montamos o monitoramento: fale com um especialista no WhatsApp (51) 99289-2188.
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