Aguasub nota1-propriedadesfisicasdosolo

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  1. 1. 1 PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO O solo consiste de um conjunto de partículas sólidas entre as quais existem espaços que podem estar total ou parcialmente preenchidos com água. Desta forma, o solo é um sistema formado por três fases: a sólida, a líquida e a gasosa. Como vemos, o volume de vazios (Vv) de divide em uma parte de ar (Var) e uma parte de água (Va). O volume total (Vt) é composto do volume de sólidos e do volume de vazios. Um dos parâmetros do solo, o índice de vazios (e) é definido por SvVV=e 1. POROSIDADE DO SOLO Porosidade total (n) A porosidade, expressa em porcentagem, é dada por: tvVVn= A porosidade se relaciona com o índice de vazios através de e1e/VV/VV/VVVVVVVnSvSSSvvSvtv+ = + = + == O grau de saturação de um solo é dado por:
  2. 2. 2 vaVVS= O conteúdo volumétrico da água é definido por: taVVθ= Portanto, quando o solo está saturado (S =100%) vaVV= e nθ= Assim, o grau de saturação pode também ser dado por: nθ/VV/VVVVStvtava=== Porosidade eficaz (ne) É a razão, expressa em porcentagem, entre o volume da água gravitacional (Va), e o volume total do solo (Vt). É a parte da porosidade que pode ser traduzida em fornecimento d´água. Capacidade específica Expressa a quantidade de água que é possível de ser utilizada. Onde: Vd = volume de água drenada Vt = volume total da amostra
  3. 3. 3 Retenção específica Expressa a quantidade de água que ficou retida na rocha após ser drenada por gravidade ou quantidade d´água que fica bloqueada no aqüífero. Ela não drena mais pela ação da gravidade. 2. PRINCIPAIS SOLOS E ROCHAS POROSOS 2.1. Areias As areias são geralmente silicosas, resultado da alteração das rochas ígneas. A concentração da areia detrítica é feita sob a ação de diversos agentes geológicos, envolvendo fatores meteorológicos, transporte, ações mecânicas, etc. Condições excepcionais dão origem a areias vulcânicas e calcáreos coralinos. Os grãos de areia são mais ou menos arredondados de acordo com os esforços a que foram submetidos e à distância pela qual foram transportados. O arredondamento está, em geral associado em uma relação direta às mais altas porosidades, embora tenha-se que levar em conta o índice de compacidade ou da compactação desta rocha. A compactação, ou redução de volume de uma rocha devido à carga, é até certo ponto facilitada pela presença de água. A heterogeneidade dos grãos possui, por sua vez, uma importância considerável na porosidade. Os grãos menores tendem a se concentrar nos espaços intersticiais deixados pelos grãos maiores, diminuindo o índice de vazios. A porosidade das areias varia muito e os seguintes exemplos são dados como ilustração, não como uma regra geral: - areias de aluviões fluviais: 29 a 39 %; - areias marinhas: 20 a 41 %; - areias de dunas: 34 a 39 %;
  4. 4. 4 Na prática, a porosidade das areias não ultrapassa 40 %. 2.2. Arenitos e quartzitos A estrutura destas rochas varia de acordo com a sua origem. A modificação de aluviões resulta em arenitos com grãos espaçados, preenchidos totalmente por cimentos; a porosidade destas rochas é aquela do cimento, em geral, bastante fraca. Estes sedimentos que constituem a rocha mãe do arenito podem apresentar grãos justapostos que se tocam por pontos. Se a cimentação foi completa, a porosidade está sob a dominância da porosidade do cimento; no caso contrário, em que não há cimentação total, a porosidade daquela é bastante pronunciada, podendo aproximar-se daquela de areias não cimentadas. Os quartzitos são formados por grãos onde o tipo de contato é total (tipo côncavo-convexo ou saturado). Deve-se esperar, então, porosidades fracas e correspondentes a poros pequenos. Valores para porosidade eficaz segundo Schoeller: Arenitos porosidade máxima = 37 % porosidade média = 37 % porosidade mínima = 0,7 % (79 amostras) Quartzitos 0,8 % a 0,21 % (duas amostras) 2.3. Argilas e margas Os minerais argilosos apresentam dimensões muito reduzidas, cuja ordem de grandeza é micrométrica. A caolinita, por exemplo, apresenta um diâmetro máximo variando entre 0,3 e 4,0 microns, com uma espessura em torno de 0,05 a 2,00 microns. A montmorilonita forma massas de 1 micron, que representam
  5. 5. 5 lamelas extremamente finas; a ilita forma lamelas comumente hexagonais de 0,1 a 1 micron de diâmetro e 0,003 microns de espessura. A estes minerais deve-se acrescentar os colóides que sempre estão associados às argilas. Os poros são invisíveis mesmo ao microscópio e representam, sem dúvida, espaços lamelados ou lamerares, cujas dimensões são vizinhas daquelas dos minerais. A porosidade deve estar em torno de 25 a 40 %, entretanto, a abundância de colóides, a possibilidade da água se estabelecer no espaço intermelar e a importância da água de retenção, fazem com que a porosidade total ultrapasse os 100 %. Nas argilas sedimentares antigas, em razão da compressão exercida pela sedimentação posterior àquela das argilas, a porosidade pode variar entre 25 e 50 %. A porosidade das margas é mal conhecida. A sua composição mineralógica é bastante diferente daquela das argilas (a marga é uma rocha constituída de proporções aproximadamente equivalentes de argila e de calcáreo). A porosidade das margas, provavelmente, também é bastante elevada. 2.4. Calcáreos Os calcáreos são rochas às vezes compactas (ou cristalinas), outras vezes são formadas por fragmentos cimentados, podendo assim apresentar diversos tipos de porosidade: a - porosidade intersticial b - porosidade de fissuramento c - porosidade de canal (dissolução) d - porosidade vacuolar
  6. 6. 6 Os calcáreos com textura equigranular ou granular cristalina (ex: calcáreo litográfico) possuem, em geral, uma porosidade fraca, que resulta de uma microporosidade em cristais de calcita que apresentam-se fraturados. Os mármores, por exemplo, possuem uma porosidade em torno de 1 %. Calcáreos granulares compactos podem, igualmente, apresentar uma fraca microporosidade. Coquinas, tufos, calcáreos fossilíferos com foraminíferos, etc., podem apresentar uma porosidade capilar importante associada a uma macroporosidade elevada (que atinge 66 % no caso de calcáreos lacustres recentes). Deve-se ter em mente a possibilidade de dissolução dos fósseis, que tenderia a aumentar a macroporosidade. O gesso possui uma microporosidade que pode atingir até 50 % do volume da rocha. A porosidade de fissuramento não é muito elevada; as diaclases são geralmente apartadas entre si, sendo bastante raras em calcáreos de hábito maciço. Calcáreos estratificados podem apresentar uma porosidade elevada - as juntas podem dividir certas camadas em pequenos paralelepípedos, tornando-o praticamente fragmentário. Segundo Schoeller, temos: Calcáreos diversos máximo = 36,47 % mínimo = 0,26 % médio = 6,94 % (40 amostras) Tufos de 9,0 a 66 % para 22 análises Mármores de 0,11 a 0,60 %
  7. 7. 7 Uma apreciação quantitativa em rochas calcáreas sob técnicas de microscopia, realizada nos Estados Unidos, revelou a existência constante de poros em diversos tipos de calcáreos. A proporção de vazios assim medida revelou que a porosidade variava de até 30 % para certos calcáreos fossilíferos recentes da Flórida até perto de zero para calcáreos litográficos. Valores intermediários forma encontrados para calcáreos coralinos do Siluriano e diversos tipos de dolomitas. 2.5. Xistos e Ardósias A porosidade é muito fraca nestas rochas, usualmente na ordem de alguns por cento. Esta porosidade está ligada à circulação através de juntas e fissuras e a uma microporosidade intersticial. 2.6. Granitos e outras rochas intrusivas Nestas rochas, nenhuma porosidade pode ser vista, mesmo com o auxílio de microscópicos. Entretanto, existe uma microporosidade entre os cristais, o que é demonstrado pelo fato de que os minerais, biotita e feldspatos, por exemplo, no caso do granito, podem se alterar ao longo de sua superfície. É mesmo possível a existência de uma porosidade reticular. Os valores são fracos, indicando porosidades usualmente inferiores a 0,5 %. A porosidade de fissuramento, que não é negligível acrescenta-se a esta porosidade intersticial. Schoeller, dá os seguintes valores: Granito mínimo = 0,05 % máximo = 9,32 % médio = 1,14 %
  8. 8. 8 (28 amostras) Gabros 0,84 % Diabásio 1,01 % Sienito 0,55 % Diorito 0,25 % Quartzo - diorito 0,6 % 2.7. Rochas extrusivas A porosidade destas rochas é pequena, mas sem dúvida ultrapassa àquela das rochas ígneas de profundidade. Existe, nesse caso, uma microporosidade semelhante à existente no caso das rochas graníticas. Além disso, como ocorre no caso dos basaltos, há uma porosidade de fissuramento e uma porosidade vacuolar, que são bastante importantes. Schoeller cita valores de 4,0 a 5,0 % para os basaltos. Valores notavelmente superiores são encontrados em rochas vulcânicas menos comuns, como é o caso das rochas piroclásticas. No Rio Grande do Sul, as rochas piroclásticas do Membro Acampamentovelho e Membro Cerro dos Martins (Eo- Paleozóico) possuem além do fissuramento tectônico normal das rochas do Escudo Sulriograndense, grande quantidade de fraturas côncavas e convexas, provavelmente oriundas de resfriamento; a porosidade total é extremamente desenvolvida.
  9. 9. 9 2.8. Variações de porosidades representativas para materiais sedimentares Material Porosidade (%) Solos 50 a 60 Argila 45 a 55 Silte 40 a 50 Mistura de areia média a grossa 35 a 40 Areia uniforme 30 a 40 Mistura de areia fina a média 30 a 35 Pedregulho 30 a 40 Pedregulho e areia 20 a 35 Arenito 10 a 20 Folhelho 1 a 10 Calcáreo 1 a 10
  10. 10. 10 3. DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA ÁGUA SUBTERRÂNEA A ocorrência de água subterrânea pode ser dividida em uma zona de aeração e outra de saturação. Na zona de aeração, parte dos vazios do solo é preenchida com água e parte com ar. Na zona de saturação, todo o espaço vazio é preenchido com água, a qual está submetida à pressões hidrostáticas. A água da zona de saturação é comumente denominada de água subterrânea ou lençol freático. A pressão da água em toda a zona de aeração é negativa em relação à atmosférica. Esta pressão ou potencial de sucção do solo é medida através de aparelhos chamados de tensiômetros. O conteúdo volumétrico diminui com o aumento da pressão de sucção da água.
  11. 11. 11 tende a um valor constante à medida que p cresce (em módulo). θ Este valor rθ é chamado de retenção especifica. No estudo do fenômeno da irrigação, θ é conhecido como capacidade de campo e definido como o mínimo conteúdo volumétrico de água resultante da drenagem do solo por gravidade. r Em laboratório, o valor de para p = -1/3 bar (3,33 m de água) é considerado a retenção especifica. θ O termo porosidade efetiva (Sy) é utilizado para definir a diferença entre porosidade e a retenção especifica: ryθ-nS= e pode ser interpretada como o conteúdo volumétrico de água efetivamente disponível para uso. A zona de capilaridade se estende do nível da água suspensa devido ao fenômeno da capilaridade. Se os espaços vazios do solo podem representar tubos capilares, a altura que a água sobe por capilaridade é aproximadamente dada por: r0,15hc= onde r é o tamanho médio das partículas do solo. Um pouco acima do nível do lençol, quase todos os vazios do solo contem água devido à capilaridade.
  12. 12. 12 A medida que nos distanciamos do nível do lençol, acontece um decréscimo gradual do conteúdo de água até ele atingir o valor de θ: r Definições: Capacidade de campo do solo - Será mantida a água no solo para manter a vida vegetal acima do solo. É a quantidade de água presa ao solo (capacidade de retenção) depois que o excesso de água gravitacional tenha sido drenado e depois que a velocidade de movimento descendente da água tenha decrescido apreciavelmente. Zona de saturação – a água ocupa todos os vazios de um estrato geológico. Zona não saturada – os vazios estão cheios de água e ar. Toda água subterrânea se origina de água superficial (precipitação, cursos d´água, lagos e reservatórios). Água higroscópica – absorvida do ar – não absorvida pelas plantas. Água capilar – película contínua em volta das partículas do solo (á disposição das plantas). Água gravitacional – água do solo que drena sob a influência da gravidade.
  13. 13. 13 Coeficiente higroscópico – é a umidade máxima que um solo inicialmente seco pode absorver em contato com uma atmosfera de 50% de umidade relativa a 25 o C. Ponto de murchamento permanente – quantidade de água correspondente ao limite inferior da água capilar absorvida pelas raízes. Água útil – água disponível para as plantas = (capacidade de campo – ponto de murchamento) Referências Bibliográficas • Curso de Hidrologia Subterrânea; Autor: José Martins; Editora: IPH - UFRGS. • Hidrologia de Águas Subterrâneas; Autor: David K. Todd; Editora: Edgar Blüncher LTDA. http://groups.msn.com/geografiaparatodos/porosidadedosolo.msnw EM 12 NOV 2003-11-12
  14. 14. 14 HIDROLOGIA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Profa. CARISIA CARVALHO GOMES 2005

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