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PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS,DA ÁGUA E DOS AQUÍFEROS

GRUPO 1:

Annette LleraCristina MartínezDidier GutierrezGustavo HenriqueVínicius ResendeYasletty Zamora

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PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS, DA ÁGUA E DOS AQUÍFEROS

• Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades dos Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades da Água

• Aquíferos

• Propriedades dos Aquíferos

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Meio poroso: pode ser definido como qualquer meio constituído poruma matriz sólida e vazios.

• A matriz sólida de maior interesse na hidrogeologia inclue: a rochanativa, os sedimentos depositados (pedregulho, areia, silte ou argila) ematéria orgânica.

• Estes sólidos podem ser cimentados, agregados ou não-consolidados.

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Meio poroso natural: fundamentalmente os constituídos pormaterial granular (solos), ou as rochas compactas fissuradas.

• Meio poroso artificial: são os aterros, dos quais os mais importantessão as barragens de terra e enrocamento.

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Meio poroso homogêneo: quando, em qualquer ponto, a resistênciaao escoamento é a mesma, em relação a uma direção dada.

• Dada a irregularidade dos meios porosos naturais é necessáriodefinir-se a escala de homogeneidade. Assim, poderão considerar-sehomogêneos, desde de que se estabeleça uma escala dehomogeneidade suficientemente grande.

• Escala de homogeneidade: Um aluvião com grãos de cerca de 1 mmde diâmetro, será homogêneo à escala do dm³, um maciço rochoso sópoderá considerar-se homogêneo, para dimensões da ordem de 100vezes a maior dimensão dos blocos.

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Meio poroso isotrópico: qualquer que seja a direção considerada, aresistência ao escoamento ou outra propriedade é a mesma em todasas direções.

• A maioria dos meios porosos naturais são anisotrópicos.

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Formações sedimentares (sedimentos inconsolidados): aintercalação de camadas de diferentes características e o próprio pesodas camadas permite, no seu conjunto, maior facilidade aoescoamento no sentido horizontal, sendo por isso anisotrópicos

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Água Subterrânea em Sedimentos Pouco Consolidados:

– Apresentam vantanges do ponto de vista do aproveitamento.

– São fáceis de perfurar ou escavar.

– São geralmente encontrados em vales e em áreas onde os níveis daágua subterrânea se apresentam pouco profundos.

– Situam-se, frequentemente, em locais favoráveis à recarga.

– Possuem alta capacidade de infiltração potencial, maior porosidadeefetiva e maior permeabilidade do que as formações compactas.

– Exemplos: aluviões, dunas e alguns depósitos coluviais.

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Água Subterrânea em Rochas Sedimentares (sedimentosconsolidados):

– As rochas mais importantes como aquíferos são aquelas queapresentam de regular a boa permeabilidade.

– As rochas pouco permeáveis, como arenitos muito argilosos esiltitos, comportam-se como aquitardes, devido à sua baixacapacidade de transmissão de água.

– Os argilitos e folhelhos por serem praticamente impermeáveisclassificam-se como aquicludes.

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Meio Fissural ou Fraturado: Nesse domínio a matriz do maciçorochoso é caracterizada pela inexistência ou presença muito reduzidade espaços intergranulares na rocha.

• Nesse meio, a água encontra-se em espaços representados porfissuras ou fraturas, juntas ou ainda em falhas e, em casosparticulares, em vesículas, aberturas de dissolução, zonas dedecomposição.

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Fissura: Representa o resultado de uma deformação ruptural sofridapor uma rocha, quando submetida a esforços tensionais de naturezasdiversas.

• A ruptura sem deslocamento dos blocos afetados é denominada defissura, fratura, fenda, junta ou diáclase, enquanto que a deformaçãoruptural que acarreta deslocamento de um ou dos dois blocosafetados é designada por falha ou paráclase.

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Rochas Fissuradas: a hidrogeologia dos aquíferos fissurais tem a suaprincipal aplicação no domínio das rochas ígneas e metamórficas,genericamente designadas como cristalino.

• Rochas Fissuradas: as fissuras de origem tectônica são, em geral,orientadas segundo direções paralelas e direções perpendiculares àscompressões que lhes deram origem.

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Vazios:

A) Entre partículas queconstituintes da matriz(intergranular);

B) No interior das própriaspartículas (intragranular);

C) Devido a característicassecundárias, como fraturas,ou buracos.

D) Partículas de solo podemser cimentadas umas asoutras.

E) Partículas também podemser ligadas a agregados

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MEIOS POROSOS E FISSURAIS

• Água Subterrânea em Rochas Ígneas e Metamórficas:

– Porosidade e permeabilidade primárias praticamente nulas.

– As permeabilidades primárias, expressas como condutividadehidráulica, da ordem de (10-11 a 10-13 m/s).

– Porosidade e permeabilidade secundárias, a nível mesoscópico,significativa ocorrência de fraturas.

– As fraturas criam uma porosidade secundária, responsável peloarmazenamento e uma permeabilidade intrínseca, que também seexpressa como uma condutividade hidráulica, responsável pelacirculação da água subterrânea.

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PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS, DA ÁGUA E DOS AQUÍFEROS

• Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades dos Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades da Água

• Aquíferos

• Propriedades dos Aquíferos

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PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS E FISURAIS

Os meios porosos estão constituídos por uma distribuição detamanhos de grãos que compõem a matriz.

Estes grãos podem ser: Argila, Silte, Areia e Pedregulho.

AreiaSilteArgila

≠ Tamanhos ≠ Formas

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Alterada de University Corporation for Atmospheric Research, Copyright 2006)

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PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS E FISURAIS

Se classificam pelo tamanho do grão Curva Granulométrica:

Coeficiente de NãoUniformidade

Coeficiente de Curvatura𝑪𝒄 =

𝑫𝟑𝟎𝟐

𝑫𝟔𝟎𝑫𝟏𝟎

𝑪𝒖 =𝑫𝟔𝟎

𝑫𝟏𝟎

http://www.ebah.com.br/content/abaaaan6gah/sondagem-solos?part=4

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O arranjo das partículas forma espaços vazios no interior (poros), preenchidoscom água e/ou ar.

Em um meio poroso sedistinguem três fases:i) Fase sólida Partículas Sólidas

ii) Fase líquida Água

iii)Fase gasosa ArLençol Freático

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SOLOS SATURADO ENÃO SATURADO

Lençol Freático

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SOLOS SECO

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DIAGRAMA DE FASES

Wt Peso totalWs Peso de SólidosWw Peso de ÁguaWa Peso de Ar --> 0

Vt Volume totalVs Volume de SólidosVv Volume de VaziosVw Volume de ÁguaVa Volume de Ar

Vt= Vs + VV Vv= Var + Vw

Vt= Vs + Va + VwWt= Ws + Ww

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INDICE DE VAZIOS e

É a relação entre o volume de vaziose o volume de sólidos:

𝒆 =𝑽𝒗

𝑽𝒔

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INDICE DE VAZIOS

a) Está em função da disposição das partículas

𝒆 =𝑽𝒗

𝑽𝒔

e1 e2

e1>e2

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INDICE DE VAZIOS

b) Está em função da graduação e do tamanho das partículas

𝒆 =𝑽𝒗

𝑽𝒔

e1>e2e1 e2

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INDICE DE VAZIOS

Índice de vazios típicos paraalguns solos.

𝒆 =𝑽𝒗

𝑽𝒔

Solo Índice de

Vazios

Areia uniforme solta 0,80

Areia uniforme densa 0,45

Areia siltosa solta de grãos

angulares

0,65

Areia siltosa densa de grãos

angulares

0,40

Argila dura 0,60

Argila liso 0,90 – 1,40

Argila orgânica solta 2,50 – 3,20

Braja M. Das, 2001, Principios de Ingeniería de Cimentaciones, ThommsonEditores,S.A.

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POROSIDADE

• Relação entre o volume de vazios e ovolume total da amostra.

𝑛 =𝑉𝑣

𝑉𝑡=

𝑒

1 + 𝑒

• Ordem de grandeza:

30% a 50% para solos arenoso

>50% para argilas

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• Parâmetros de porosidade:

Porosidade grande, n > 20% Porosidade média, 5% < n < 20 %

Porosidade pequena, n < 5 %

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POROSIDADE EM ROCHA

Primária: Secundária:

- Granulometria; e - Fraturas.

- ↑Profundidade, ↓Porosidade.

PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS E FISURAIS

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COMO MEDIR A POROSIDADE?

Métodos Diretos Métodos Ópticos

Tomografia Computadorizada

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• Porosidade Efetiva

ne =𝑉𝑑

𝑉𝑡

• Retenção Específica

Re = n - ne

• Teor de Umidade Gravimétrico/Volumétrico

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• Grau de Saturação (0% a 100%)

Sr =𝑉𝑤

𝑉𝑣=

𝛳

𝑛

• Massa Específica Natural

• Massa Específica Seca

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COEFICIENTE DE COMPRESSIBILIDADE

• “Relação entre a variação da altura ou do volume e a variação da tensão vertical aplicada”

TENSÃO

↑ Volume ↑ Porosidade↓ Densidade

↓ Volume ↓ Porosidade↑ Densidade

Parâmetros do coeficiente (α)

Pedregulho: 10-10 a 10-8 𝑚²

𝑁

Areia: 10-9 a 10-7 𝑚²

𝑁

Argila: 10-8 a 10-6 𝑚²

𝑁

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PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS, DA ÁGUA E DOS AQUÍFEROS

• Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades dos Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades da Água

• Aquíferos

• Propriedades dos Aquíferos

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PROPRIEDADES DA ÁGUA

• A água é a substancia química de fórmula H2O:uma molécula de água tem dois átomos dehidrogênio ligados covalentemente a um átomode oxigênio.

• O oxigênio atrai elétrons muito mais fortementeque o hidrogênio, levando a uma cargaresultante positiva nos átomos de hidrogênio, euma carga resultante negativa no átomo deoxigênio.

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PROPRIEDADES DA ÁGUA

• Massa específica (densidade): varia com a temperatura,pressão e concentração de material dissolvido e é da ordemde 1000 kg/m3

𝝆𝒘 ≅ 1000 kg/𝒎𝟑

• Peso específico: é a multiplicação da densidade da agua pelaaceleração da gravidade e é da ordem d 9,8 kN/m3

𝜸𝒘 = 𝝆𝒘 ∙ 𝒈 ≈9,8 kN/𝒎𝟑

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PROPRIEDADES DA ÁGUA

• Viscosidade dinâmica: razão entre a resistência cisalhante na direção x, agindo no plano xy e o gradiente de velocidade.

𝝁 =𝝉𝒙𝒚𝒅𝑽𝒙𝒅𝒚

→ para água 𝝁 = 𝟏𝟎−𝟑kg/m∙s

• Viscosidade cinemática: razão entre a viscosidade dinâmica e a massa específica (densidade).

𝒗 =𝝁

𝝆→ para água 𝒗 = 𝟏𝟎−𝟔 𝒎𝟐/s

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PROPRIEDADES DA ÁGUA. CICLO HIDROLÓGICO

• Depois de atingir a superfície da terra, a água pode:

• Infiltrar para se transformar em água do solo ou penetrar mais abaixo para alimentar a águasubterrânea.

• Acumular-se como água nos lagos e oceanos ou como neve ou gelo nos glaciares.

• Escoar como água superficial.

• Evaporar-se do solo e da superfície das águas outranspirar da vegetação para se transformar em águaatmosférica. Dessa forma, a água estará disponívelpara formar a precipitação quando esfria e secondensa, completando assim o ciclo hidrológico.

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PROPRIEDADES DA ÁGUA

• Nos aquíferos freáticos, por efeito da capilaridade, a água sobe acima do nível freático, em um valor hc.

• Esta água designa-se por água capilar e o limite superior constitui o limite da zona de saturação.

• O valor de hc pode ser calculado pela fórmula:

𝒉𝒄 =𝟐 ∙ 𝑻

𝒓 ∙ 𝜸𝒘r: raio

T: tensão superficial

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PROPRIEDADES DA ÁGUA

• A tensão superficial da água, a 20°C, é de 0,073 N/m²

• Para tubos de 1 mm de diâmetro, a altura de ascensão é de 3 cm. Para 0,1 mm, 30cm, para 0,01 mm 3 m, etc

• Por ser difícil fixar o diâmetro dos interstícios, é mais prático em relação aos meios porosos utilizar:

𝒉𝒄 =𝒄

𝒆 ∙ 𝒅𝒆

• hc pode asumir valores desde 3,0 m a 0,6m em argilas, ou apenas de 1 mm emareias grossas.

c: uma constante, entre 0,1 e 0,5 cm2,

e: o índice de vazios e

de: o diámetro equivalente.

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PROPRIEDADES DA ÁGUA

• Compressibilidade volumétrica: relação entre a variação da densidade (ou do volume) causada pela variação da pressão a densidade original (ou ao volume inicial)

𝜷 =𝟏

𝝆𝟎

𝒅𝝆

𝒅𝑷= −

𝟏

𝑽𝟎

𝒅𝑽

𝒅𝑷

𝜷 ≈ 𝟒, 𝟒𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟎 a 𝟎, 𝟓𝒙𝟏𝟎−𝟗𝒎𝟐/N

• Para um fluido incompressível, 𝜷 =0

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PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS, DA ÁGUA E DOS AQUÍFEROS

• Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades dos Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades da Água

• Aquíferos

• Propriedades dos Aquíferos

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htt

p:/

/bio

logi

ayge

olo

gia.

org

/un

idad

bio

/a_c

tma/

hid

rosf

era/

agu

asu

bt

erra

nea

.htm

l

ZONA VADOSA E AQUÍFERO

ZONA SATURADA(aquíferos)

ZONA NÃOSATURADA(vadosas)

Percolação em meios porosos. Prof. André Br.

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ZONA NO SATURADA: Vadosas

ZONA SATURADA

ACUIFEROSUmidade geológica saturada, constituída por roca osedimento, suficientemente permeável para permitir laextração de agua de forma económica. (Ex. Sedimentosarenoso e rocha fraturada.)

AQUITARDEQualquer estrato o formação geológica que contenhaquantidades de apreciáveis de agua, mas es transmitidade forma muy lenta por lo que no es viável.(Ex. Silte ysedimento silte-argiloso.)

AQUICLUDEQualquer estrato o formação geológica que contenhaagua em sou interior pero não la transmite. (Ex.Argilas.)

AQUÍFEROS

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• O nível da água nele coincide com o nível atingido num furode observação, isto é, a superfície freática corresponde apressão atmosférica.

Aquífero Freático ou livre (não-confinado)

• Caso particular dos aquíferos freáticos, que surgem quandouma formação impermeável aparece entre a zona saturada ea superfície do solo, dando origem a retenção de aguas deinfiltração acima da formação.

Aquífero Suspenso

• O aquífero encontra-se entre duas superfícies impermeáveis.

Aquífero Confinado ou Artesiano

TIPOS DE AQUÍFEROS

AQUÍFEROS

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TIPOS DE AQUÍFEROS

Ref: Percolação em meios porosos. Prof. André Br.

AQUÍFEROS

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TIPOS DE AQUÍFEROS

http://www.xn--pooartesiano-ldb.com/

AQUÍFEROS

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TIPOS DE AQUÍFEROS

• Aquífero PorosoConstituem os mais importantes aquíferos, pelo grande volume de agua que armazenam, e por sua ocorrência emgrandes áreas.Estes aquíferos ocorrem nas bacias Sedimentarias e em todas as várzeas onde se acumularam sedimentosarenoso.Formado por: rochas sedimentarias consolidadas, sedimentos inconsolidados ou solos arenosos.

• Aquífero Fissural ou FraturadoA circulação da agua se faz nas fraturas, fendas e falhas, abertas devido a o movimento tectônicoFormado por: rochas ígneas, metamórficas, cristalinas, duras y maciças.

• Aquífero CársticoA circulação da agua se faz nas fraturas e outras descontinuidades que resultaram da dissolução do carbonatopela agua.Formado por: rochas calcárias ou carbonáticas.

AQUÍFEROS

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Contaminação: Aquiferon confinados e não-confinados

• Embora os aquíferos não-confinados sejam uteis para o suprimento de agua, elestambém são contaminados pelos resíduos e produtos químicos depositados nasuperfície.

• Aquíferos confinados são menos prováveis de se contaminarem, e portanto,possuem agua de melhor qualidade.

• Mecanismos de transporte são advecção e dispersão.• Podem ocorrer interações químicas na fase aquosa o entre o meio solido e a agua.

AQUÍFEROS

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Relações entre Aguas subterrâneas e Aguas Superficiais

• O estudo do ciclo hidrológico mostra que a ocorrência das aguas subterrâneas resultaprincipalmente da infiltração no solo, dos cursos de agua superficiais que recolhem asaguas das precipitações.

• Em alguns lugares, os aquíferos são abastecidos rapidamente pela chuva que caidiretamente sobre a superfície do solo.

• Em outros casos, a agua superficial dos rios e lagos alimenta os reservatóriossubterrâneos quando o nível desses mananciais de superfície for mais elevado que o dasuperfície do aquífero e quando o leito do rio ou do fundo do lago forem permeáveis.

AQUÍFEROS

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PROPRIEDADES DOS MEIOS POROSOS, DA ÁGUA E DOS AQUÍFEROS

• Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades dos Meios Porosos e Fissurais

• Propriedades da Água

• Zona Vadosa e Aquíferos

• Propriedades dos Aquíferos

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POROSIDADE

• Porosidade (n) mede o volume relativo dos poros ou vazios em umaformação geológica.

• A parte mais importante desde o ponto de vista hidrogeológico é aporosidade efetiva (ne), que mede a quantidade de água que oaqüífero pode ser libertado por ação da gravidade, ou seja, água útilou realmente explorável.

PROPRIEDADES DOS AQUÍFEROS

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CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA

• Permeabilidade (k) é a adequação do ambiente para permitir o fluxode água sob o efeito de um gradiente hidráulico (diferença depotencial hidrostática) por unidade de comprimento.

• O coeficiente de permeabilidade de Darcy (k), que é o volume de águamovimentada pela ação da gravidade que circula por unidade detempo é definido para dar uma medida mecânica da permeabilidadesob o efeito de um gradiente hidráulico unitário, através de uma seçãounitária de área perpendicular à direção do fluxo e uma temperaturade 20 ° C. Tem unidades de [l/t].

𝒌 = 𝑲𝜸

𝝁

PROPRIEDADES DOS AQUÍFEROS

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VALORES REPRESENTATIVOS DA POROSIDADE, PRODUÇÃO ESPECÍFICA E DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA

PROPRIEDADES DOS AQUÍFEROS

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VALORES REPRESENTATIVOS DA PERMEABILIDADE INTRÍNSECA (K)

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COEFICIENTE DE ARMAZENAMENTO (S)

É definido como a parcela de água libertada por un prisma vertical de baseunitária e com a mesma altura do aquífero, quando a altura piezométrica éreduzida de um comprimento unitário.

PROPRIEDADES DOS AQUÍFEROS

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COEFICIENTE DE ARMAZENAMENTO (S)

O coeficiente de armazenamento (S) é o volume de água libertado por umacoluna vertical do aquífero de seção unitária, quando a altura piezométricamédia da coluna diminui de um unidade.

Nos aquíferos freáticos o valor do coeficiente de armazenamento coincide como valor da porosidade efetiva e o seu valor costuma oscilar entre 0,01 e 0,04.

Nos aquíferos confinados o valor deste coeficiente é muito inferior ao daporosidade eficaz, apresentando, geralmente, valores compreendidos entre10e-6 e 10e-3.

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COEFICIENTE DE ARMAZENAMENTO ESPECÍFICO (SS)

É o volume de água que pode ser libertado pela unidade de volume doaquífero, devido à expansão da água e compressão do meio poroso,correspondente ao rebaixamento unitário da altura piezométrica [𝐿−1]

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TRANSMISSIVIDADE

• A transmissividade (T), considerando um aquífero cuja zona saturada tem uma altura d, é o volume de água por unidade de tempo (Vazão) que passa através de uma seção vertical de largura unitária e altura d, sob o efeito de um gradiente hidráulico unitário e a uma temperatura de 20 ° C.

• É a medida física da habilidade de um aquífero de dimensões conhecidas transmitir água através dele. [ 𝐿2

𝑡]

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BIBLIOGRAFIA

• Das, B. M. (2007). Advanced Soil Mechanics. London: Taylor & Francis.

• Lambe, W. T., & Whitman, R. V. (s.f.).Mecánica de suelos. Limusa Noriega Editores.

• Das, B. M. (2001). Principios de Ingeniería de Cimentaciones. International ThomsonEditores.

• López Geta, J. A., Fornés Azcolti, J. M., Ramos Gonzalez, G., & Villarroya Gil, F. (s.f.). LasAguas Subterráneas, Un recurso natural del subsuelo.

• University Corporation for Atmospheric Research. (Copyright 2006). Curso Básico deHidrología Procesos de escorrentía. Obtenido de http://wegc203116.uni-graz.at/meted/hydro/basic/Runoff_es/print_version/04-soilproperties.htm

• Otálvaro Velez, M. V. (1999). Hidraúlica de Aguas Subterráneas.Medellín

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OBRIGADO!!!


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