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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 daPrecipitação (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 tL 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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