materil de apoio aos estudos

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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 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:

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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

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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:
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.

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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