Geologia de Engenharia 1 - Área 3 - Recursos Hídricos

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Geologia de Engenharia I
Recursos Hídricos
Sumário
Ciclo Hidrológico
Água Superficial
Água Subterrânea
Yuri Gagarin 
Planeta Azul
97 % salgada
oceanos, lagos salinos
3 % doce
3% Água doce:
68,9 % congelada
0,9 % nuvens
29,7 % subterrânea
0,5 % superfície
Água
Consumo diário
médio / habitante
4 l (ingestão, 
alimentação,etc)
2000 l (produção
alimentos bens de 
consumo)
Planeta (resfriamento) : liberação de gases, 
CH4, CO2, vapor H2O, outros
 Processo continua.....
 Hidrosfera: água distribui-se na atmosfera e na 
porção superficial da crosta
Origem da Água
 Ciclo Hidrológico
 Agua é movimentada pela energia solar
 Agua não é criada – só circula –
atmosfera/crosta
 Constante intercâmbio entre os reservatórios
 Oceanos , Geleiras, Rios, Lagos, Vapor 
d’água (nuvens) ; esfria e precipita (chuva , 
neve), Água subterrânea, Água retida nos 
seres vivos
 
(modificado de Bear & Verrujit, 1987)
Água Superficial : rios
Bacia de Drenagem (ou hidrográfica)
área de captação da água;
 toda a água captada converge para um 
único ponto;
Os rios são os principais componentes;
Rios – Sistema de Drenagem
Bacias Hidrográficas do Brasil
BB
Rio Orinoco
Rio Amazonas
Sistemas de Drenagem - Bacias Hidrográficas
Fases dos Rios:
 Fase Juvenil: muita energia, predomina erosão e transporte, 
 Fase Madura: trechos médios, energia mais baixa, mais 
transporte e menos erosão;
 Fase Senil: energia muito baixa, transporte e muita 
deposição, planícies de inundação.
Nota: Essas fases não tem relação com idade e ocorrem 
simultaneamente.
Rios – Sistemas de Drenagem
 Padrões de drenagem (classificação geométrica)
Característicos em função do tipo de litologia e estruturas geológicas ocorrentes.
Rios – Sistemas de Drenagem
Paralelo – canais paralelos e subparalelos
que foram formados por vertentes com
declividades acentuadas. Revela a presença de
declividade unidirecional, constituída por camadas
resistentes de inclinação uniforme.
Dendrítica – canais com forma de galhos
de árvore. Comum em rochas maciças e
estratificadas horizontais. Os rios que constituem
este padrão de drenagem confluem em ângulos
agudos, o que permite identificar o sentido geral
da drenagem, pela observação do prolongamento
da confluência.
 Padrões de drenagem (classificação geométrica)
Característicos em função do tipo de litologia e estruturas geológicas ocorrentes.
Rios – Sistemas de Drenagem
Radial – Canais radiais que
pertencem a uma área de topografia
elevada, assim como um domo ou um
cone vulcânico.
Retangular – sistema de canais
marcados por ângulos retos. Geralmente
são resultado da presença de juntas e
fraturas em maciços rochosos ou foliações
em rochas metamórficas.
 Padrões de drenagem (classificação geométrica)
Característicos em função do tipo de litologia e estruturas geológicas ocorrentes.
Rios – Sistemas de Drenagem
Centrípeto – Canais convergem em
direção a uma depressão central, assim como,
uma cratera vulcânica ou uma bacia criada
pela dissolução de rocha carbonática, e ainda
depressões topográficas.
Anelar – canais seguem,
aproximadamente, caminhos circulares ou
concêntricos ao longo de rochas brandas onde
processos erosivos expuseram camadas
sucessivas de rochas com vários graus de
erodibilidade.
 Erosão 
Erosão provocada por rio depende das condições das 
margens e de fluxo: Laminar (velocidade baixa) ou 
Turbulento (velocidade alta)
 Transporte
Tração (arraste, rolamento)
Suspensão (partículas finas)
Saltação (partículas medianas)
Rios – Processos Fluviais 
(erosão, transporte)
 A deposição em sistemas de drenagem ocorre em :
Leques aluviais são depósitos gerados por 
dispersão radial no assoalho de uma bacia 
sedimentar (seco)
Leques aluviais deltaicos depósitos que 
avançam para o interior de um corpo d’água 
(lago ou mar).
Rios – Processos Fluviais 
(deposição)
Leque Aluvial
Rios – Processos Fluviais 
(deposição)
Leque Deltáico
 Problemas:
 Fundações de pontes em leito de rio: podem solapar 
em enxurradas: Fluxo de alta energia retira material 
do fundo aumentando profundidade, principalmente 
se rio tem margens altas
 Tubulões: solapamento
Rios e Engenharia 
Fundações devem ter comprimento 4 vezes maior (4h) que a variação 
média (h) entre o nível normal e o nível máximo. 
Rio das Antas 2014
RS 287 - Ponte Agudo – Restinga Seca 2010 
Chile 2009
Água 
Subterrânea
 Água subterrânea é toda a água que ocupa 
os vazios em rochas ou nos solos. 
 Originada da infiltração da água da chuva 
(processo mais importante de recarga da água no subsolo)
Água subterrânea 
Recarga depende de:
 Tipo de rocha e solo (porosidade e permeabilidade)
 Cobertura vegetal (infiltração pelas raízes)
 Topografia (superfícies planas favorecem a infiltração)
 Precipitação (chuvas regulares favorecem a infiltração)
 Ocupação do solo (áreas urbanizadas e rurais tem 
menor infiltração)
Água subterrânea 
Aquíferos
Água subterrânea 
Aqüífero:
• Formação geológica do subsolo ; rochas permeáveis
• É um depósito (armazena água nos poros ou fraturas)
• Depende de
 litologia - constituição geológica
 porosidade/permeabilidade
 Tamanho do reservatório
Água subterrânea 
 Zona não saturada
 Próxima a superfície - é constituída por material (solo e/ou rocha) onde os 
espaços abertos (poros) são parcialmente preenchidos por água e ar.
 Zona saturada (Freático)
 região abaixo da zona não saturada onde os poros são totalmente 
preenchidos por água.
 Nível freático (NA)
 limite entre a zona não saturada e a saturada. Pode ser medida por poços 
onde a altura d’água marca o NA. O NA tende a acompanhar o relevo da 
superfície.
Água subterrânea 
Aquífero Livre ou Confinado?
Água subterrânea 
Aquífero Livre
Aquífero Confinado
Serviço de Distribuição de Agua Urbana
 Aqüífero livre (Freático)
 Formação geológica permeável e superficial,
 totalmente aflorante em toda extensão
 limitado na base por uma camada impermeável
 A superfície superior da zona saturada está em equilíbrio com a pressão 
atmosférica, com a qual se comunica livremente. 
 têm a chamada recarga direta. 
 nível da água varia segundo quantidade de chuva. 
 Mais comuns e mais explorados. Apresentam problemas de contaminação
Água subterrânea 
 Aqüífero confinado
 formação geológica permeável, confinada entre duas camadas impermeáveis 
 pressão da água no topo da zona saturada é maior do que a pressão 
atmosférica naquele ponto, o que faz com que a água ascenda no poço para 
além da zona aqüífera
 recarga por chuva, nos locais onde a formação aflora. O nível da água encontra-
se sob pressão, podendo causar artesianismo nos poços.
 Os aqüíferos confinados têm a chamada recarga indireta e quase sempre estão 
em locais onde ocorrem rochas sedimentares profundas (bacias sedimentares).
Água subterrânea 
Infiltração e Recarga
Rios efluentes – ÁGUA SUB. RECARREGA RIO
Rios influentes RIO RECARREGA ZONA SUB
Porosidade
 Relação entre volume de poros e o volume total de um material.
Permeabilidade
 Propriedade dos materiais de conduzirem um fluido/água. 
Depende do tamanho dos poros e da conexão entre eles.
Água subterrânea 
Porosidade primária (intergranular)
Porosidade secundária (fraturas e karst)
Aqüífero poroso ou sedimentar - formado por rochassedimentares, 
sedimentos inconsolidados ou solos arenosos, circulação da água ocorre 
nos poros entre os grãos de granulação variada. São os mais importantes 
aqüíferos, grande volume de água armazenada, ocorrência em grandes 
áreas.Uma particularidade desse tipo de aqüífero é sua porosidade quase 
sempre homogeneamente distribuída, permite que a água flua para 
qualquer direção, em função diferenciais de pressão hidrostática existente 
(aqüíferos isotropicos)
Aqüífero fraturado ou fissural - formado por rochas ígneas, 
metamórficas ou cristalinas, circulação da água nas fraturas. A capacidade 
dessas rochas de acumularem água está relacionada à quantidade de 
fraturas, suas aberturas e intercomunicação, permitindo a infiltração e 
fluxo da água. Poços perfurados nessas rochas fornecem poucos metros 
cúbicos de água por hora, sendo que a possibilidade de se ter um poço 
produtivo dependerá, tão somente, desse poço interceptar fraturas 
capazes de conduzir a água. Nesses aqüíferos, a água só pode fluir onde 
houverem fraturas (aqüíferos anisotrópicos). 
Aqüífero cárstico (Karst) - formado em rochas calcáreas ou 
carbonáticas, circulação da água nas fraturas e outras descontinuidades 
(diáclases) que resultaram da dissolução do carbonato pela água. Essas 
aberturas podem atingir grandes dimensões, criando, nesse caso, 
verdadeiros rios subterrâneos. São aqüíferos heterogêneos, descontínuos, 
com águas duras, com fluxo em canais. As rochas são calcários, dolomitos 
e mármores.
Aquiferos
Brasileiros
2 poços – 600m – 714 m ; T 43 C
Possibilidade de encontrar Aquífero
Água subterrânea 
Rocha ígnea ou metamórfica (fraturada)
(análise de fraturamento - fotos aéreas)
Rocha sedimentar
(análise do nível freático da região)
Rocha sedimentar ou metamórfica
Calco -Magnesiano
(análise do nível freático da região)
Ação geológica da água subterrânea
Problemas de Estabilidade
Escorregamento - Solo em encosta possui estabilidade 
controlada pelo atrito entre partículas. Se atrito é vencido 
pela força gravitacional, solo se move encosta abaixo 
(causada pela adição de água ao material)
Água subterrânea 
Rio De Janeiro
2011
Problemas de Estabilidade
Voçorocas
Sulcos e cortes, forma de U
gerados pela erosão linear provocada pela atuação 
de água subterrânea. Desmatamento auxilia a 
instalação de voçorocas.
Sulcos e Ravinas formados pelo escoamento de água 
superficial formam vales fluviais em V e evoluem para 
voçorocas
Água subterrânea 
Problemas de Estabilidade
Karst
 Produzido pela ação da água subterrânea ao dissolver rochas 
solúveis fraturadas (calcários, mármores).
 Água de chuva interage com CO2 = H2CO3 (ácido carbonico) 
 Ao encontrar CaCO3 ou MgCO3, dissolvem, criando cavernas, etc...
 Injeção de calda de cimento ou abandonar a área!
Água subterrânea 
Teresina, Piauí
Teresina, Piauí
Guatemala
Maio 2010
Planejamento para exploração 
de água subterrânea
Recursos Hídricos 
Contaminação da água doce por água do mar
Contaminação em área rural
Contaminação por fossa séptica
Contaminação por atividade industrial
Contaminação por ocupação humana
POLUIÇÃO
70% esgoto
doméstico
30% efluentes
industriais
BRASIL HOJE
T1
T2
Belém - PA
CRESCIMENTO
POPULACIONAL
URBANIZAÇÃO IMPERMEABILIZAÇÃO
AUMENTO DO
ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
AUMENTO DO
ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Programa das Nações Unidas para Desenvolvimento PNDU - BRASIL
16% FOSSA NEGRA
6% JOGAM EM VALAS
3% DIRETO EM RIOS
21% CONVIVEM COM LIXO
54% ESGOTO
IBGE
Brasil – 36% de tratamento de esgoto
Porto Alegre – 21% de tratamento de esgoto !
Uncontrolled 
urbanisation
13
Designed by
“Complete” infrastructure
21
Designed by
•water supply
•wastewater disposal
•solid waste dumping
•urban stream 
Solid waste 
“management”
Dry weather flow - raw sewage
22
Designed by
Solid waste 
“management”
23
Designed by
Source control
 Disconnect downpipes
 Drain to lawns
 Infiltration into soakaway
 Permeable pavement
 Infiltration trenches
Fotos:
Tubulação “desconectada”
Estacionamento: Pavimento Permeável
Passeio: Pavimento Permeável
Pátio Residencial: Pavimento Permeável e Trincheira de Infiltração
Pavimento Permeável
Manutenção: “Aspirador de pó”
Estacionamentos
Ao longo da rua
Trincheiras de
Infiltração
Arranjo Paisagístico: Trincheira de Infiltração
Telhado - Reservatório
Enquanto isso, na Zero Hora e nos murais do IPH/UFRGS...
PRÓXIMO ASSUNTO DE PESQUISA
EM HIDROLOGIA URBANA NO IPH/UFRGS
Arranjo Paisagístico: Áreas de Inundação (Detenção)
Arranjo Paisagístico: Vala 
de Retenção (Banhados)
Arranjo Paisagístico: Vala de Infiltração
Arranjo Paisagístico: Vala de Retenção (Banhados)
Arranjo Paisagístico: Vala de Infiltração