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1Engenharia Civil 2012
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GUAS SUPERFICIAIS E SUBTERRNEAS
UTFPR - Curitiba
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Ronaldo L. S. IZZO, D.Sc.
izzo@utfpr.edu.br
http://paginapessoal.utfpr.edu.br/izzo
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ESCOAMENTO SUPERFICIAL
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3GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEA
CICLO HIDROLGICO
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Intercmbio entre os reservatrios
(oceanos, geleiras, rios, lagos, vapor dgua, guasubterrnea, gua retida nos seres vivos)
Ciclo Hidrolgico da gua
energia solar. Esse ciclo governado
no solo e subsolo gravidade, bem como pelo tipo edensidade da cobertura vegetal
na atmosfera e superfcies lquidas pelos elementos efatores climticos, como por exemplo temperatura do arintensidade de radiao solar, fatores responsveis pelosprocesso de circulao dos oceanos para a atmosfera.
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5GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEAGUAS SUPERFICIAIS
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6GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEA
BALANO HDRICO
BACIA HIDROGRFICA
GUAS SUPERFICIAIS
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Bacia de Drenagem definida como uma rea de
captao da gua, demarcada por divisores topogrficos,
onde toda a gua captada converge para um nico ponto
de sada. Os rios so os principais componentes das
bacias de drenagem.
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PADRES DE DRENAGEM
As drenagens apresentam padres caractersticos em
funo do tipo de litologia e estruturas geolgicas
ocorrentes.
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Dendritico ramos irregulares de canais em vrias direes,comuns em rochas macias e em acamadamentos planos derochas. Nessa situao, diferenas na resistncia da rocha so totnues que o controle das direes de crescimento dos vales desprezvel.
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Paralelo ou subparalelo Canais que se formaram em superfciesinclinadas sobre rochas homogneas. Riachos, canais sofreqentemente observados em cortes de estrada recentes ouescavaes inclinaes moderadas.
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Radial Canais radiais como raios de uma roda, de uma reatopograficamente elevada tal como um domo ou um conevulcnico.
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Retangular sistema de canais marcados por curvas em ngulosretos. Geralmente resultantes da presena de juntas e fraturas emrochas macias ou foliaes em rochas metamrficas. Taisestruturas com seus padres de seo transversal tm guiado asdirees dos vales.
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Treliado Arranjo retangular de canais com as correntesalimentadoras principais paralelas e bastante longas, como videirasou em padro de trelias. Esse padro comum em reas ondeexistem bordas de afloramento de rochas sedimentares dobradas.Ambas, fracas e resistentes, formam cintures longos eaproximadamente paralelos.
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Anular Correntes seguem caminhos aproximadamentecirculares e concntricos ao longo de rochas brandas quecircundam um domo ou embasamento onde a eroso expssucessivamente cintures de rochas de diferentes graus deeroso.
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Centripetal Correntes convergem em direo a uma depressocentral tal como uma cratera vulcnica, uma caldeira, umembasamento estrutural, um domo erodido ou um embasamentocriado por dissoluo da rocha carbontica.
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Desordenado Correntes apresentam completa falta de arranjo eajuste com as estruturas e rochas. Caracterstica de terrenosrecentemente degelados onde as caractersticas do terreno foramremodeladas por processos anteriores ao congelamento.
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FASES DOS RIOS
Fase Juvenil:
excesso de energia predomina eroso e transporte,cabeceiras;
Fase Madura:
trechos mdios, energia mais baixa, mais transporte e menoseroso;
Fase Senil:
energia muito baixa, transporte e muita deposio, planciesde inundao.
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COMPORTAMENTO DAS DRENAGENS EM RELAOAO SUBSTRATO
EM ROCHAS SEDIMENTARES Rios Conseqentes correm segundo a declividade do terreno,
em concordncia com o mergulho das camadas;
Rios Subseqentes tm seu curso controlado por
descontinuidades (falhas, juntas);
Rios Obseqentes tm seu fluxo no sentido oposto
declividade (mergulho) das camadas, em geral descem escarpas
e desembocam em rios subseqentes.
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COMPORTAMENTO DAS DRENAGENS EM RELAOAO SUBSTRATO
EM ROCHAS GNEAS: Rios Antecedentes entalham seu curso rapidamente,
contemporneo a um processo tectnico (ex. falhamento), ou j
existiam antes do processo;
Rios Superimpostos ocorre sobre coberturas sedimentares com
substrato cristalino, o rio estabelece seu curso sem influncia
das estruturas do embasamento cristalino.
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RIOS SISTEMAS DE DRENAGEM MORFOLOGIA DOSCANAIS
Parmetros Morfomtricos (Morfologia dos canais de drenagem) Sinuosidade
relao entre comprimento do talvegue e comprimento dovale (>1.5 alta,
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Em funo dos parmetros morfomtricos pode-se caracterizar 4padres bsicos de canais de rios:
Retilneo Meandrante Entrelaado Anastomosado
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22GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEA
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
PROBLEMAS ?
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RIOS PROCESSOS FLUVIAIS (EROSO, TRANSPORTE)
EROSO
A eroso provocada por um rio depender das condies dasmargens e do seu fluxo: Laminar (velocidade baixa)
Turbulento (velocidade alta)
Transporte Trao (arraste, rolamento e saltao)
Suspenso (partculas finas)
Misto
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24GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEAGUAS SUPERFICIAIS
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RIOS PROCESSOS FLUVIAIS (DEPOSIO)
A deposio em sistemas de drenagem ocorre principalmente como
depsitos aluviais de rios e leques.
Esses depsitos so de grande importncia econmica, uma vez
que podem hospedar recursos minerais (placers aurferos,
diamantferos, cassiterita, deps. carvo e outros).
Seu estudo permite caracterizar a evoluo do sistema de drenagem
e da prpria bacia.
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RIOS E ENGENHARIA
FUNDAES DE PONTES
O fenmeno de remoo ou eroso de partculas dos leitos dos rios,especialmente durante as cheias, com o aprofundamento do seuleito denominado de solapamento.
Importncia
Determinao da profundidade mnima de fundaes de pontes.
Potencialidade de solapamento do curso de gua.
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FUNDAES DE PONTES
A profundidade mnima determinada pela condio absoluta de que a
base da fundao dever estar obrigatoriamente pelo menos um metro
abaixo do nvel que o curso de gua poder erodir durante as cheias.
Nas sees do rio em que ele possui um canal com margens elevadas que
o impeam de espraiar-se a eroso pode atingir grandes profundidades.
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FUNDAES DE PONTES
A presena de pilares ao longo do leito do rio aumenta a intensidade dosolapamento uma vez que so pontos crticos de obstruo da corrente(diminuio da seo / aumento da velocidade de fluxo).
Esses problemas com fundaes so intensificados tambm nas curvas dorio na sua parte convexa dos meandros. Nessas reas as fundaes devemser mais profundas em comparao s fundaes nas margens cncavas.Uma regra emprica indica que as fundaes devem ter comprimento 4vezes maior (4h) que a variao mdia (h) entre o nvel normal e o nvelmximo.
Solapamento originado por enxurradas (o fluxo de alta energia retiramaterial do fundo do rio aumentando sua profundidade, principalmentequando o rio tem margens altas que o impedem de espraiar-se).
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LOCAO DE PONTES E CAPTAO DE GUA
Evitar a localizao de pontes, estradas e pontos de captao degua em sistema fluvial meandrante de rios com fluxo intenso degua onde possa haver o abandono do meandro em perodos curtosde tempo, sob o risco de inutilizao da obra de engenharia.
PLANCIES ALUVIAIS
Do ponto de vista da engenharia essa plancies tem um interessemuito grande j que esto associados a elas grandes problemas taiscomo recalque das argilas, presena de lenol fretico a baixasprofundidades, complicando obras de escavao e de fundaes(exige fundaes profundas).
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ESCOAMENTO SUBTERRNEO
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GUAS SUBTERRNEAS
As guas de superfcie (lagos, represas e rios) e guas subterrneas(aqferos) no so recursos necessariamente independentes.
Em muitos casos podem existir ligaes entre corpos de guasuperficial e aqferos. Dependendo da carga potenciomtricaentre o rio e o aqfero, a gua pode fluir do rio para o aqfero ouvice-versa.
Definio e Origem: gua subterrnea toda a gua que ocupa osvazios em formaes rochosas ou nos solos. originadapredominantemente da infiltrao das guas das chuvas. Ainfiltrao o processo mais importante de recarga da gua nosubsolo.
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A recarga depende:
Tipo de rocha e solo (porosidade e permeabilidade)
Cobertura vegetal (favorece a infiltrao pelas razes das
plantas)
Topografia (superfcies planas favorecem a infiltrao)
Precipitao (chuvas regulares favorecem a infiltrao)
Ocupao do solo
GUAS SUBTERRNEAS
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Profundidade: A maior parte da gua subterrnea ocorre em at750m de profundidade. Abaixo disso a porosidade das rochasdiminui muito e conseqentemente a gua tambm diminui.Furos profundos j detectaram gua a 10 km de profundidade.A coluna de gua pode ter at 10km de espessura, a partir dasuperfcie.
Zona no saturada (vadosa ou de aerao): a partir da superfcie constituda por material (solo e /ou rocha) onde os espaos abertos(poros) so parcialmente preenchidos por gua e parcialmentepreenchidos por ar.
Zona saturada (fretica): regio abaixo da zona saturada onde osporos so totalmente preenchidos por gua.
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Nvel fretico NA (dgua): limite entre a zona no saturada e asaturada. Pode ser medida por poos onde a altura dgua marca oNA. O NA tende a acompanhar o relevo da superfcie.
Zona de capilaridade: regio acima do NA onde a gua sobe(acima do NA) alguns centmetros ou at mesmo vriosdecmetros,por processos de capilaridade (fora adesiva lquido-solo que impele a guapor pequenos tubos capilares abertos depende do tipo desedimento).
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36GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEA
Meio no-saturado
Meio - saturado
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37GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEA
INFILTRAO
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INFILTRAO E RECARGA
O ciclo hidrolgico mostra que a ocorrncia de gua subterrnearesulta principalmente da infiltrao atravs do solo, dos cursossuperficiais e dos vales, que coletam a guas de precipitaes(chuva, neve, granizo, orvalho, geada).Em alguns lugares os aqferos so rapidamente reabastecidos pelachuva, em outros a gua superficial de rios e lagos alimenta osreservatrios subterrneos quando o nvel desses mananciais desuperfcie for mais elevado que o da superfcie do aqfero equando o leito do rio ou fundo do lago for permevel.Se o corpo de gua superficial suprir a zona de saturao serchamado de influente e ao contrrio se o aqfero subterrneo seinfiltrar no corpo de gua superficial esse ser chamado deefluente.
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39GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEAGUAS SUBTERRNEAS
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POROSIDADE
a propriedade fsica definida pela relao entre o volume deporos e o volume total de um material. Em uma rocha sedimentarclstica, a porosidade vai depender da maior ou menoruniformidade dos gros, ou seja, da sua seleo. Portanto, quantomaior for a uniformidade dos gros, maior ser a porosidade, poisnum sedimento mal selecionado as partculas menores ocuparo osespaos existentes entre as maiores, ocasionando uma diminuiode porosidade.Porosidade primria (intergranular): desenvolve-se junto comformao da rocha, tpica de rochas sedimentares;Porosidade secundria: desenvolve-se aps a formao da rocha,ex. porosidade por fraturas, porosidade crstica.
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PERMEABILIDADE
a propriedade dos materiais de conduzirem a gua. Depende do
tamanho dos poros e da conexo entre eles. Esse o principal fator
que determina a disponibilidade de gua subterrnea.
Dessa maneira pode-se verificar que os cascalhos e as areias
grosseiras bem selecionadas apresentam permeabilidade elevada,
ao contrrio das argilas dotadas de elevada porosidade, mas de
pequena permeabilidade que no permite a passagem de gua que
fica retida nos interstcios microscpicos por foras de atrao
molecular e de absoro.
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FONTES
Fluxo de gua subterrnea que emerge naturalmente na superfcie.
Uma variao vertical ou horizontal na permeabilidade a base
para a ocorrncia de fontes. Em certas circunstncias o lenol
fretico pode interceptar o a superfcie do terreno, ocasionando o
afloramento de gua na superfcie.
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43GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEA
AQUFERO
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AQFEROS
So reservatrios de gua subterrnea. Litologias porosas epermeveis que armazenam e transmitem volumes significativosde gua subterrnea passvel de ser explorada.
Nota: unidades litolgicas que apesar de saturadas tem poucapermeabilidade so denominadas aqicludes. Unidades litolgicasque possuem pouca porosidade e pouca permeabilidade so osaqfugos.
Exemplos de bons aqferos: sedimentos inconsolidados, arenitos,conglomerados, calcrios crsticos, gneas e metamrficas comalto grau de fraturamento.
GUAS SUBTERRNEAS
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45GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEA
AQUFERO LIVRE
AQUFERO CONFINADO
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AQFEROS LIVRES, SUSPENSOS E CONFINADOS
AQFEROS LIVRES so aqueles cujo topo demarcado pelonvel fretico, estando em contato com a atmosfera. Normalmenteocorrem com pouca profundidade.
AQFEROS SUSPENSOS so acumulaes de gua na zonainsaturada sobre litologias impermeveis formando aqferoslivres acima do NA principal.
AQFEROS CONFINADOS so acumulaes de gua emestrato permevel e poroso que ocorrem entre dois estratosimpermeveis, onde a gua est sob a ao da presso atmosfricae tambm da coluna de gua localizada no estrato permevel.Ocorrem em situaes profundas.
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47GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEAGUAS SUBTERRNEAS
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AQFEROS LIVRE E SUSPENSO
Uma das ocorrncias de gua subterrneas o chamado aqferosuspenso.Trata-se de um falso lenol criado pela existncia de um estratoimpermevel, normalmente com concavidade voltada parasuperfcie, que capta as guas de infiltrao e as armazena, dando aidia de ser um lenol fretico tpico.
Pode conduzir ao projeto de grandes obras de impermeabilizaoquando na verdade trata-se de um lenol suspenso.A locao de poos de produo tambm pode ser prejudicada pelofcil esgotamento ou pelo atravessamento da camada selante e acondenao do aqfero ao esgotamento.
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49GUA SUPERFICIAL E SUBTERRNEAGUAS SUBTERRNEAS
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AQFERO CONFINADO
A zona de saturao pode ser constituda de camadas permeveis eimpermeveis. As camadas permeveis so aqferos.Quando um aqfero se encontra entre duas camadas impermeveisdiz-se estar confinado.Aqferos confinados podem, em determinadas situaes originar ofenmeno de artesianismo ou poos jorrantes (artesianos).O artesianismo se d pela presso hidrosttica da coluna de guaque ocorre entre a zona de recarga do aqfero confinado e umponto em profundidade dentro do aqfero alcanado pelaperfurao de um poo. O poo ao perfurar o aqfero permite aascenso de gua pelo princpio dos vasos comunicantes e a guajorra tentando atingir a altura da zona de recarga.
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AQFERO CONFINADO
necessrio:
a) Seqncia de estratos inclinados onde um estrato permevel
encontre-se entre estratos impermeveis;
b) Situao geomtrica em que o estrato permevel intercepte a
superfcie, permitindo a recarga de gua nesta camada.
c) Perfurao de poo que atinja o aqfero e esteja com a boca
abaixo da superfcie potenciomtrica.
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POOS EM OPERAO CONE DE DEPRESSO
O rebaixamento do nvel da gua subterrnea em uma determinadarea envolve a formao de um cone de depresso, decorrente davazo de bombeamento do poo.Se a vazo de bombeamento for maior que a vazo de recarga irocorrer a reduo do nvel fretico.A locao de diversos poos contguos bastante comum paraobter um resultado de rebaixamento mais rpido e eficiente para arealizao da obra subterrnea e a prpria impermeabilizao.Em poos onde a inteno no o rebaixamento do nvel fretico esim a produo de gua sempre importante estar-se atento para avariao do nvel fretico com relao sazonalidade daintensidade pluviomtrica da regio, correndo-se o risco de projetarpoos rasos em uma estao de chuvas que podem ficar situadosacima do nvel fretico em perodos de estiagem.
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