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AULA Parte 3

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Sã j d i i d h t bé l t
VII. Estruturas Geológicas
São arranjos dos minerais da rocha e também os elementos que 
compõem o arranjo entre diferentes rochas. Ocorrem em várias 
escalas: regionais, locais, afloramentos, amostras e lâminas g , , ,
petrográficas.
Estruturas mais comuns:
•Contatos litológicos
•Dobras
•Falhas
•Fraturas (Diáclases ou Juntas)( )
•Foliações 
•Lineações Mineraisç
São primárias quando originadas na formação das rochas 
sedimentares e ígneas, como a estratificação sedimentar ou fluxo g ç
em magmas. São secundárias ou tectônicas, quando decorrem da 
deformação das rochas por ação do tectonismo.
Contatos Litológicos
Di (i t ã ) Estratificação sedimentarDique (intrusão) Estratificação sedimentar
Estratificação sedimentar
Contatos de rochas ígneas com encaixantesg
lacólito
diquederrame diquederrame
´sill´
batólito´plúton´
Contatos entre camadas sedimentares: estratificaçãoContatos entre camadas sedimentares: estratificação
D bDobras
Dobras em escala regional
Dobras em diferentes escalas
•Falhas
falhas normaisfalhas normais
falhas inversas
falhas trancorrentesfalhas trancorrentes
Rift Valley
Fraturas
Fraturas tectônicas: são geralmente verticais a sub-verticais
F t d lí i d t ã ã l t h i t iFraturas de alívio de tensão: são geralmente horizontais ou 
paralelas ao terreno.
Conjugação de sistemas de fraturas
F t d lí i d t ã F t t tô i
Conjugação de sistemas de fraturas
geração de blocos facetados
Fratura de alívio de tensão
(sub-horizontal ou paralela à superfície )
Fratura tectônica
(vertical a sub-vertical)
Deslizamento em Rocha: fraturas e foliação.
F t d f i t ã l t l ( b lt )Fraturas de resfriamento: são geralmente colunares (em basalto) ou 
se orientam para todas as direções.
Foliações metamórficas (xistosidade)Foliações  metamórficas  (xistosidade)
Lineações Minerais
Á
i l hid ló i
VIII. Água Superficial e Subterrânea
ciclo hidrológico
e bacia hidrográfica
Etapas do Ciclo hidrológico
• Evaporação (Ev) - é a mudança do estado líquido para vapor, provocada
pelo aquecimento solar na água dos oceanos, rios, lagos e na porção
superior do solo, que é transferido para a baixa atmosfera.p q p
Condensação (Cd) - é a formação de nuvens. Origina-se pela ascensão
do vapor d’água e queda da temperatura com a altitude, com partículas emdo vapor d água e queda da temperatura com a altitude, com partículas em
suspensão no ar, agregadas em núcleos de condensação.
Precipitação (P) - é a queda da chuva ou neve Forma-se após perda daPrecipitação (P) - é a queda da chuva ou neve. Forma-se após perda da
estabilidade dos núcleos de condensação, quanto atingem uma
concentração crítica, não conseguem mais continuar em suspensão no ar,
precipitando no estado líquido (chuva) ou sólido (neve) As mudanças deprecipitando no estado líquido (chuva) ou sólido (neve). As mudanças de
pressão e temperatura das massas de ar influenciam o volume e a
distribuição espaço-temporal das chuvas.
Intercepção (It) - é o impedimento à queda direta da chuva no solo,
causado pela vegetação. Sua atuação depende principalmente da
densidade da cobertura vegetal e da intensidade das chuvas.
Etapas do Ciclo hidrológico (cont.)Etapas do Ciclo hidrológico (cont.)
• Evapotranspiração (Evt) é a evaporação da água da chuva que• Evapotranspiração (Evt) - é a evaporação da água da chuva que
ficou retida na planta durante e após a chuva, aliado ao processo de
retirada de água do solo pelas raízes.
• Infiltração ( I ) - é a parcela da chuva que penetra nos solos e nas
rochas.
• Escoamento superficial (ESp) - é a parcela da chuva que não
consegue ser absorvida pelos solos (ou rochas) na infiltração e que flui nag ( )
superfície do terreno.
• Escoamento subsuperficial ou Subterrâneo (ESs) - é movimentaçãoEscoamento subsuperficial ou Subterrâneo (ESs) é movimentação
da água que se infiltrou no terreno, seja próximo à superfície do terreno
ou nos aqüíferos mais profundos.
BACIA DE DRENAGEM
Bacia de drenagem (ou bacia hidrográfica): é uma área da superfície
terrestre que capta e drena água, sedimentos e íons dissolvidos para uma
saída comum (Coelho Netto, 1994).
É delimitada pelo divisor de drenagem (ou divisor de águas)
Pode ter tamanho variado, dependendo da escala de observação.
Pode ser canalizada ou não canalizada
di iso
Pode ser canalizada ou não canalizada.
Canal Fluvial – forma erosiva de fluxo d’água, com fundo e bordas definidas.
divisor
canais
saída
 
Hi i d b i i tâ i d l i l
Critérios de Hierarquização
Em geral são usados os critérios de Horton (1945) ou Strahler (1952).
CRITÉRIO DE STRAHLER:
C
Hierarquia de bacias: a importância da escala espacial
•Canais de 1a ordem, são aqueles que não possuem tributários.
•Canais de 2a ordem, são formados pelo encontro de dois canais de 1a.
•Canais de 3a ordem, são formados pelo encontro de dois canais de 2a.
assim sucessivamenteassim, sucessivamente...
•Quando canais de ordens diferentes se encontram, prevalece o de maior ordem.
Strahler (1952) Horton (1945)
1
1
1
11
2
3
1
1 4
1
1
1
1
2
1
2
2
2
2
3
1
1
1
1
2
2
2
42
1
1
1
2 3
3 4
2
1
1
1
2
1 3 2
3
3
4
3
4
1
4
N
A B0 10 km
1:25.000 1:10.000
SISTEMA HIDROGRÁFICO OU REGIÃO HIDROGRÁFICA
Balanço Hídrico de Sistemas Hidrográficos “Brasileiros”
Atlânt. N
g
Atlânt. NE
Amazônica
S. Franc.
Atlânt. LS
Atlânt. LNTocantins
Paraná
Atlânt. S
Uruguai
PRECIPITAÇÃO Mecanismos geradores:
(1) Ocorrência de frentes
(2) Células convectivas
(3) Ascensão por efeito orográfico( ) p g
As superfícies frontais são classificadas da seguinte maneira:
Frente Fria – quando a massa de ar fria invade o domínio da massa de ar quente.
Frente Quente – quando a massa de ar quente invade o domínio da massa de ar fria
Ocorrência de frentes
Frente Quente – quando a massa de ar quente invade o domínio da massa de ar fria.
Frente Estacionária – é quando uma frente cessa o deslocamento.
Frente Oclusa – é quando uma massa quente fica suspensa entre duas frentes frias.
O i d d li h f t i d i õOrigem das massas de ar, linhas frontais e denominações
Chuvas convectivas
•rápido desenvolvimento localrápido desenvolvimento local
•precipitação intensa ( “pancadas”)
•fortes rajadas de vento
i d ê i d i•risco de ocorrência de granizo
•máxima atividade nas horas de maior 
temperatura.p
Chuvas orográficas
Quando o ar é impelido de encontro àQuando o ar é impelido de encontro à 
barreira orográfica, ganha altitude e 
perde temperatura, causando uma 
i t ã d id dmaior concentração de umidade no ar, 
que chega a um limite crítico e 
precipita.p p
Estrutura da atmosfera e variação de temperatura com altitude.
Características das gotas de chuvaCaracterísticas das gotas de chuva
velocidade terminal
Mensuração da precipitação: convencional ou automática)
pluviógrafopluviômetro
pluviômetro
automático
altura de chuva em 24 h
i it ã édi diá i intensidade de chuva número de eventos eou precipitação média diária intensidade de chuva, número de eventos e 
duração
Definições de parâmetros da precipitação
Volume de Chuva ou Precipitação Média Diária- é a quantidade de água da chuva, 
expressa em unidade de comprimento (mm ou cm), que foi captada pelo pluviômetro, 
durante um intervalo de 24 hs.
Evento de Chuva - é o fenômeno da chuva em si, ou seja, tem início com o registro 
das primeiras gotas de chuva, dura enquanto há a queda contínua de chuva e termina g
quando não se registra mais nenhuma queda de gotas.
Intensidade de Chuva - é o volume de chuva dividido por um intervalo de tempo, 
expresso emunidades de comprimento/tempo (em geral mm/h ou mm/min). 
Duração do Evento - é o intervalo de tempo do início ao fim do evento de chuva
Freqüência de Eventos de Chuva - é a quantidade de eventos de chuva de uma 
determinada intensidade, precipitação diária ou duração que ocorrem no ano.
Trecho de um pluviograma de autonomia semanal; a linha mais grossa representa o
registro da chuva; os eixos curvos verticais indicam intervalos de tempo de 4 horas e
as linhas pontilhados horizontais indicam a altura da chuva em intervalos de 0,2 mm.p
Análise espacial de precipitaçõesl
Média Aritmética - é o mais simples, consistindo no cálculo da média aritmética do conjunto da 
precipitação que atingiu toda a bacia. Aplica-se aos estudos de bacias de drenagem de relevo baixo,
com elevada quantidade de instrumentos.
Média Ponderada de Thiessen – faz-se o somatório da multiplicação da altura de chuva pela área 
Éde polígonos interiores à bacia, dividido pela área da bacia. É um método recomendado para áreas 
com poucos postos, permitindo que valores de postos fora da bacia sejam incorporados à análise.
Média Ponderada por Isoietas – calcula-se através do traçado de curvas de igual altura de chuva 
(Isoietas), a partir da multiplicação da altura média de chuva correspondente pela área entre as 
isoietas. É recomendada para áreas de chuvas convectivas ou orográficas e bacias de grande 
dimensão onde há predominância de chuvas de frentes frias..
Análise temporal das precipitações
Precipitação anual em Baltimore com tendência de distribuição normal
(Dunne & Leopold, 1978).
p
n
i
i
1
 
1
2 ppn
i
i
n
p i 1
1
1


n
s i
p - é a média aritmética dos valores de chuva.p é a média aritmética dos valores de chuva.
pi - é o valor de chuva em um dado ano da série temporal.
n - é o número de anos da série temporal.
Distribuição de freqüência para a estação de BaltimoreDistribuição de freqüência para a estação de Baltimore
(Dunne & Leopold, 1978).
Intervalo de recorrência (ou Período de Retorno)
I R = (N+1) / R (anos)
Onde:
N é a quantidade de anos da série temporal
Tabela para o mês d
ano mm/h
I.R. (N+1) / R (anos)
q p
R é o valor do ranking.
ano mm/h
1975 45
1976 30
1977 44
1978 25
1979 108
1980 47Intensidades 
1981 59
1982 19
1983 85
1984 20
máximas do mês de 
novembro de um 
determinado posto 1984 20
1985 78
1986 60
1987 16
determinado posto 
pluviométrico
1987 16
1988 18
1989 21
Probabilidade
I R = (N+1) / R ( ) Prob = (1/ I R )* 100 (%)
Intervalo de recorrência
Probabilidade
(ou Frequência)
evento Ranking I.R. evento Prob.
108 1 16,00 108 6,25
I.R. = (N+1) / R (anos) Prob. = (1/ I.R.)* 100 (%)
108 1 16,00 108 6,25
85 2 8,00 85 12,50
78 3 5,33 78 18,75
60 4 4 00 60 25 0060 4 4,00 60 25,00
59 5 3,20 59 31,25
47 6 2,67 47 37,50
45 7 2 29 45 43 7545 7 2,29 45 43,75
44 8 2,00 44 50,00
30 9 1,78 30 56,25
25 10 1 60 25 62 5025 10 1,60 25 62,50
21 11 1,45 21 68,75
20 12 1,33 20 75,00
19 13 1 23 19 81 2519 13 1,23 19 81,25
18 14 1,14 18 87,50
16 15 1,07 16 93,75
intensidade dos eventos para NOV (série temp = 16 anos)intensidade dos eventos para NOV (série temp. = 16 anos)
180
200
120
140
160
e
 
(
m
m
/
h
)
60
80
100
e
n
s
i
d
a
d
e
0
20
40
1,00 10,00 100,00
i
n
t
e
1,00 10,00 100,00
probabilidade (ou frquência %)
intensidade dos eventos de NOV (série temp. = 16 anos)intensidade dos eventos de NOV (série temp. 16 anos)
180
200
120
140
160
 
(
 
m
m
/
h
 
)
60
80
100
e
n
s
i
d
a
d
e
0
20
40
1 0 10 0 100 0
i
n
t
e
1,0 10,0 100,0
intervalo de recorrência (anos)
Água Subterrânea
Em profundidade as rochas porosas e/ou fraturadas estão completamenteEm profundidade as rochas porosas e/ou fraturadas estão completamente
saturadas, o mesmo acontecendo com os solos que, abaixo do nível freático,
possuem todos os poros preenchidos com água (zona de saturação).
A determinação da posição das zonas saturadas pode ser feita através 
utilização de poços e piezômetros.
Fi áti t d f j il üíf f áti it d üífFigura esquemática representando: franja capilar, aqüífero freático, aquitarde e aqüífero
confinado; nível potenciométrico dos aqüíferos e artesianismo (Coelho Netto 1994).
Aqüífero Livre ou Não Confinado – Forma-se quando a água
s bterrânea está em contato direto com a atmosfera atra és de poros nosubterrânea está em contato direto com a atmosfera através de poros no
aqüífero e o sue limite superior é o nível freático.
Aqüífero Confinado – Forma-se quando o limite superior do aqüífero é
limitado por um aquitarde sendo a carga de pressão maior do que a
pressão atmosférica podendo gerar fluxos ascendentes (artesianismo)
através da abertura de poços que atravessem o aquitarde.
Aqüífero Suspenso ou Temporário – Níveis suspensos de saturaçãoAqüífero Suspenso ou Temporário Níveis suspensos de saturação
que desenvolvem-se acima de aquitardes de menor expressão espacial
sendo denominados aqüíferos temporários. Esses lençóis temporários
estão suspensos em relação ao aqüífero regional e geralmente formam-estão suspensos em relação ao aqüífero regional e geralmente formam-
se durante alguns eventos de chuva durante a estação chuvosa.
Aqüíferos confinados
Aquitardes
Aquicludes
Aqüíferos regionais
Aqüíferos suspensos
Poços freáticosPoços freáticos
Poços artesianos
Poços artesianos jorrantes
Sistema fraturado (fissural)
Sistema Karst (calcários)
Sistema de falhas (fissural)
Si t ( di t h di t )Sistema poroso (sedimentos e rochas sedimentares)
Recarga de sistema fraturado
LEI DE DARCY
O água no interior do solo se desloca de pontos de alta energia para os de baixa 
energia, sendo a energia é resultado da elevação e da pressão da água.
Estas duas se caracterizam pela carga de elevação ou carga de posição (Z) e a 
carga de pressão (Hp), que somadas estabelecem a carga total (H).
H = Z + Hpp
Henri Darcy (1856) estabeleceu alguns princípios importantes para o entendimento da 
passagem de água em meios porosos saturados, homogêneos e isotrópicos. 
Destes experimentos surgiu uma equação para determinação da velocidade de 
percolação da água em meios porosos (v), conhecida na hidrologia como Lei de Darcy,
Q = K i A ou v = K i
onde : Q : é a vazão constante.
K : coeficiente de permeabilidade do meio poroso (condutividade hidráulica).
i : é o gradiente hidráulico.
A é á d ã d i di l di ã d flA : é a área da secção do meio poroso, perpendicular a direção do fluxo.
A determinação de Ksat é feita através de instrumentos chamados de permeâmetros.
PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
sat
(Coelho Netto & Avelar, 1996)
K (cm/s) 102 101 100=1 10?1 10?2 10?3 10?4 10?5 10?6 10?7 10?8 10?9 10?10 
Permeabilidade permeável Semi-permeável impermeável 
Aquifero Bom Pobre InexistenteAquifero Bom Pobre Inexistente
Areia 
nnconsolidada & 
Cascalho
Cascalho bem 
selecionado 
Areia bem 
selecionada e 
cascalho arenoso 
Areia fina e silte 
Cascalho 
Argila 
nnconsolidada & 
Organica 
 Argila orgânica 
Argila 
estratificada 
Argila rija 
(muito coesa) 
g
Rocha coesa Rocha muito Fraturada Rochas ricas em óleo Arenito Calcário Granito 
 
(modificado de Bear, 1972)
Hoje a permeabilidade é chamada condutividade hidráulica (K), sendo um
parâmetro que depende das características do meio poroso e do fluido que o atravessa.
A permeabilidade intrínseca (k) é uma propriedade inerente ao meio poroso (solo
ou rochas sedimentar) e depende do arranjo dos grãos, diâmetro, estratificação , etc.
Logo há diferenças importantes na conceituação dos termos permeabilidade,porosidade e permeabilidade intrínseca em Hidrologia.
Porosidade (n) – é a relação entre o volume de vazios e o volume total do
material.
V / Vn = Vvazios / Vtotal , em geral expresso em ( % ).
Permeabilidade ou Condutividade Hidráulica (K) - é a capacidade de um
f ( / )material permitir a percolação por um fluido, em geral expresso em (cm/s).
Permeabilidade intrínseca (k) – é uma propriedade do solo que depende da
l t i Dgranulometria, expressa-se em Darcy.
k = C d2
onde : d – diâmetro médio dos poros.
C - é uma Cte adimensional referente ao arranjo dos grãos e estratificação.
Obs.: 1 darcy = 0,987 x 10-8 cm2
Além das características do solo é necessário considerar também as característicasAlém das características do solo é necessário considerar também as características
do fluido percolante (a água), destacando-se: viscosidade (), peso específico (),
temperatura (T) e condição de escoamento laminar (fluxo sem turbulência).
Desta forma tem-se que:Desta forma tem se que:
(a) Quanto maior a viscosidade do fluido, menor K
(b) Quanto menor a temperatura do fluido, menor K
(c) Quanto maior o peso específico do fluido , maior K.(c) Quanto maior o peso específico do fluido , maior K.
Para solos não-saturados NÃO é possível utilizar a Lei de Darcy conforme visto 
anteriormente.
Nesta condição, a condutividade hidráulica depende do valor de sucção do solo, que 
depende essencialmente da capilaridade e, portanto, da umidade volumétrica. 
Assim, a condutividade hidráulica não-saturada (Kunsat) é equacionada como:
V () = K () H = C ().  
L tL t
onde 
K () condutividade hidráulica em função da sucção.
C () =  capacidade de retenção específica definida pela variação de umidadeC () =  capacidade de retenção específica, definida pela variação de umidade 
 volumétrica com a sucção (através da Curva característica do solo).
Curva característica do solo
Areia da Praia de São Francisco (Niterói-RJ)
0,3800
0,4000
e=0,61 e=0,70
0,2600
0,2800
0,3000
0,3200
0,3400
0,3600
t
r
i
c
a
 
(
%
)
0,1400
0,1600
0,1800
0,2000
0,2200
0,2400
.
 
V
o
l
u
m
é
t
0 0000
0,0200
0,0400
0,0600
0,0800
0,1000
0,1200
U
m
i
d
0,0000
0,1 1 10 100
Sucção (kPa)
Condutividade hidráulica não saturada por Van Genuchten (1980)
1,00E-04
1,00E-07
1,00E-06
1,00E-05
c
a
 
(
m
/
s
)
1,00E-09
1,00E-08
a
d
e
 
h
i
d
r
á
u
l
i
c
1,00E-12
1,00E-11
1,00E-10
C
o
n
d
u
t
i
v
i
d
a
1,00E-14
1,00E-13
0 0 1 10 100
C
Sucção (kPa)
REDE DE FLUXOREDE DE FLUXO
IXa Erosão e Assoreamento
Tipos de processos erosivos:
IXa. Erosão e Assoreamento
•Erosão por ação do gelo
•Erosão por ação dos ventos
•Erosão pela ação da água•Erosão pela ação da água
Erosão marinha
Erosão fluvial
Erosão por impacto das gotas de chuva
Erosão por fluxo superficial
Erosão por fluxo subsuperficialErosão por fluxo subsuperficial
•Erosão pela ação gravitacional (predominantemente 
gravitacional)
Erosão por movimentos de massa em encostas
IMPORTANTE:
Freqüentemente tem se a associação de dois ou mais tiposFreqüentemente tem-se a associação de dois ou mais tipos
Erosão glacialErosão glacial
Erosão eólicaErosão eólica
Erosão marinhaErosão marinha
Erosão marinha + Erosão gravitacionalErosão marinha + Erosão gravitacional
Erosão marinha + Erosão gravitacional
Erosão fluvial
Erosão fluvial+Erosão gravitacionalErosão fluvial+Erosão gravitacional
Erosão por impacto de gotas
Erosão por fluxo superficial
Erosão por fluxo superficialErosão por fluxo superficial
Erosão por fluxo superficial
Erosão por fluxo subsuperficialErosão por fluxo subsuperficial
Classificação geral das erosões por escoamento
superficial e subsuperficial/superficialsuperficial e subsuperficial/superficial
(Selby, 1985)
(1) Erosão por salpico (‘splash erosion’)(1) Erosão por salpico (‘splash erosion’)
(2) Erosão em lençol (‘sheet erosion’)(2) Erosão em lençol ( sheet erosion )
(3) Erosão em sulcos (‘rill erosion’)
(4) Erosão por ravinamento (‘ravine erosion’)
(5) Erosão por voçorocamento (‘gully erosion’)
Erosão por impacto da chuvaErosão por impacto da chuva
velocidade terminal
Erosão por 
escoamento
superficial
em lençol
Vale do rio Paraíba do Sul
Erosão por ação do escoamento 
superficial concentrado
Sulcos e ravinas
Erosão por ação do 
escoamento subsuperficial
Voçorocas da bacia do
escoamento subsuperficial
Voçorocas da bacia do
Rio Maracujá. MG
Voçorocas da bacia do 
rio Bananal, SP/RJ

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