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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 S
v
VV
=e
1. POROSIDADE DO SOLO
Porosidade total (n)
A porosidade, expressa em porcentagem, é dada por: t
v
VV
n =
A porosidade se relaciona com o índice de vazios através de
e1e
/VV/VV/VV
VVV
VVn
SvSS
Sv
vS
v
t
v
+=
+=
+==
O grau de saturação de um solo é dado por:
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v
a
VV
S =
O conteúdo volumétrico da água é definido por:
t
a
VVθ =
Portanto, quando o solo está saturado (S =100%)
va VV = e nθ =
Assim, o grau de saturação pode também ser dado por:
nθ
/VV/VV
VVS
tv
ta
v
a ===
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
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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 %;
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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
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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
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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 %
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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 %
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(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.
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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
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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.
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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:
ry θ-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.
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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.
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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
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HIDROLOGIA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA
Profa. CARISIA CARVALHO GOMES
2005