sedimentologia 2007 - 02032010

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Engenharia Ambiental Marinha e Costeira
Professor Alex Mauricio Araujo
Alunos: José Manoel de Sousa
 Eduardo José Rocha
 Bonifácio M. Marinheiro
Bacia Hidrográfica
Ciclo Hidrológico
Fatores de Formação do Solo
O Intemperismo
Sedimentos
Cálculo de Transporte
Granulometria
Origem do Material e Balanço Sedimentar
Classificação de Estuários 
Transporte de Sedimentos
Sedimentos ao Longo do Curso D’água
Amostradores de Sedimentos de Suspensão
Medidores de Sedimento do Leito
Equipamentos de Descarga de Fundo
Amostrador de Cesta ou Caixa
Amostrador de Bandeja ou Tanque
Características dos Bicos dos Amostradores 
Amostragem de Suspensão em Vertical
Formulação para Descarga de Arrasto
Cálculos de Descarga Sólida do leito no Processo por Integração
Bibliografia
	É a porção da superfície terrestre que capta e concentra toda água de precipitação pra um único ponto de saída, seu exutório.
	A captação das chuvas ocorre através de um conjunto de superfícies vertentes, e a concentração pela convergência da rede de drenagem (cursos de água ) que confluem em um leito único (exutório). 
	O escoamento superficial ocorre quando a intensidade de chuva excede a capacidade de abstração da bacia.
Divisores de água (geológico, freático e topográfico)
Exutório
Precipitação
Precipitação
Infiltração
Detenção 
Superficial
oceano
Evaporação
Evaporação
ÁGUA SUBTERRÂNEA
(Armazenamento e Interfluxo)
Escoamento Superficial
Escoamento Superficial
Evaporação e Interceptação
Fluxo 
subsuperficial
 IMPORTÂNCIA
	Planejamento de estruturas e canais
	Modelagem no transporte de solutos e sedimentos
é função
Abstrações Hidrológicas:
	Evaporação ;
	 Interceptação vegetal; 
	Infiltração
	Retenção Superficial 
	Detenção de canais
	Fluxo de Caule
	Picos de escoamento superficial
	Volumes de escoamento superficial
	Distribuição temporal das taxas e volumes de escoamento superficial
	São os processos que atuam reduzindo a precipitação total em precipitação efetiva, que por sua vez, gera o escoamento superficial
 
	Interceptação
	Infiltração
	Evaporação e evapotranspiração
	Retenção superficial
	Os escoamentos superficial em uma bacia ocorre em progressão nas seguintes formas:
	Fluxo laminar (overland flow)
	Fluxo concentrado em sulcos (rill flow)
	Fluxo em canais (streamflow)
	Fluxo fluvial (river flow)
	Modelo linear básico Chuva – Vazão : Q = b (P – Pa ) , onde Q= lâmina de escoamento , P= lâmina de chuva, Pa = chuva abaixo da qual o escoamento é zero, e b= declive da reta.
 
Fatores de Formação do Solo
Solo
Erodibilidade
Relevo
Tempo
Organismo
Material de Origem
Clima
O intemperismo ocorre porque rochas e minerais não
estão em equilíbrio com o ambiente circundante.
O intemperismó é o processo através do qual o
equilíbrio é alcançado
Pode ser classificado em químico e mecânico:
4.0×1015 g/ano 5.6×1015 g/ano
Aproximadamente iguais, mas com grande variação geográfica.
Intemperismo Físico
Expansão e contração térmicas, alívio de carga, congelamento e abrasão.
Intemperismo Biológico
Intemperismo Químico
	Dissolução – remoção de íons
	Oxidação e redução – perda ou ganho de elétrons
	Hidrólise – especialmente em feldspatos, através da reação com íons livres de hidrogênio na água
Textura (composição mineralógica) 
Horizontes			 Solo diferentes 
Taxas de infiltração 		 “Ks” 
Profundidade
	Clima
Temperatura		Velocidade de reações 
 Precipitação		 Intemperismo		 Solo
 Radiação			 Tipo de vegetação		
				 Profundidade
Fatores de Formação do Solo
Ks  Erodibilidade do solo
Fatores de Formação do Solo
	Erodibilidade
	Propriedades Físicas :
Agregados		 Teor e mineralogia da argila natureza dos cátions
 do		 Material de Origem
 solo	 Formação Ação de raízes e microorganismo
Consenso 		 Granulometria textura determina a 			 resistência desagregação 
			f 	área de superfície específica (superfície reativa)
				
Maior teor de argila	 + Contato + Coesão + Adesão (Tensão entre Partículas)
				
Tempo
	Solo jovem 		Alta erodibilidade
	Neossolos 	 	A / C ou A/C/ R ou A/R Raso
	Solos Maduro 	 	menor erodibilidade Bc ; Ts.
	 Solos + evoluído 	Latossolos : baixo K profundo alta infiltração
			
	Conceito: É a partícula derivada da rocha, ou de materiais biológicos que podem ser transportadas por fluídos.
	O sedimento, no meio líquido ou no fundo do rio pode provocar diversos problemas tais como: navegabilidade, diminuição da calha dos rios, enchentes, desmoronamentos etc.
Clastos
Terrígenos
Derivados de
rochas preexistentes
através do
intemperismo
químico (físico
e biológico
bem menos
importantes).
Biogênicos
Fragmentos ou
carapaças inteiras
de carbonato de
cálcio ou sílica
produzido pela
atividade
metabólica
(biomineralização)
de animais e
vegetais marinhos.
Precipitados
Químicos
Precipitação
química em
ambientes
supersaturados
– evaporitos e
Fosforitos.
Vulcanogênicos:
Principalmente
cinzas
derivadas de
erupções
Vulcânicas.
BAGNOLD (1966)
[(ρs – ρ)/ps] g j = K ω
J = massa de sedimentos
transportada
Cálculo de K sugerido por
Sternberg (1972) baseado
no excesso de tensão de
cizalhamento.
ω = ρ u*³
u* = (τo / ρ)⁰∙⁵
Estima-se a tensão de
cizalhamento no
fundo
τo = ρ( Uz1 – Uz2)/ 5.75 (log z1 – log z2)
τo = 0,003 ρ U100²
Estima-se a tensão de cizalhamento crítica com base no gráfico e então o coeficiente k.
O volume de sedimentos transportados pode ser estimado pelo gráfico da página anterior ou pela equação.
[(ρs – ρ)/ps ]g j = K ρ u*³
video1
video2
Grânulos
Areia muito grossa
Areia Grossa
Areia Média
Lama (silte e argila)
Areia muito Fina
Areia Fina
Ganhos >> Perdas  Praia progradará
Ganhos << Perdas  Praia recuará
Transport from
rivers and estuaries,
especially during storms
Longshore transport 
Into system
Longshore transport 
out of area
Artificial nourishment
Artificial mining
Deposition into bays & estuaries
Offshore losses 
during storms
Onshore transport 
after storms
NSW Government, Public Works Dept, 1986. ”Beach Dunes”
Wind erosion or overwash due 
to storm surge, and waves
As diferentes classificações de estuário existentes na literatura são baseadas nas variações de salinidade ou de densidade da água, nas amplitudes de maré da área oceânica adjacente e nas características geomorfológicas. 
Não existe consenso sobre qual das classificações é a mais completa ou suscita, e sem dúvida as variadas proposições refletem os diferentes interesses profissionais daqueles que trabalham com a ciência marinha. 
A classificação baseada nos padrões de variação de salinidade foi introduzida por Pritchard (1952), baseado na definição oceanográfica de estuário, sendo:
a) De Cunha Salina – predomina a corrente de água doce/fluvial - como a água do mar é mais densa, existe a tendência para que a água doce fique a sobrenadar a água salgada. Há sempre alguma mistura, mas a intensidade dessa mistura depende das velocidades relativas e volumes das duas correntes. A carga sólida que é trazida até ao vértice da cunha acumula-se aí e pode formar barras de material relativamente grosseiro. A maior parte da carga em suspensão vai ser arrastada até o mar.
b) Parcialmente Misturados - predomina a corrente de maré, o caudal do rio é relativamente fraco e a mistura entre água doce e salgada é muito mais intensa. As correntes de maré fortes provocam uma entrada de sedimentos marinhos dentro do estuário. Os mais grosseiros serão depositados rapidamente, mas os mais finos poderão subir até ao limite da penetração da maré salina
c) Verticalmente Homogêneos - com uma mistura total de águas, são estuários muito largos (aberturas maiores do que 500m) em que as marés predominam. Podem não ter variações de salinidade na vertical, mas apresentam variações intensas na horizontal. A influênciada força de Coriolis tende a empurrar a água doce para a margem direita e a água salgada para a margem esquerda. 
Classificação por altura da maré - se baseia em formas deposicionais distintas observadas na embocadura de canais estuarinos e lagunares ao longo de costas de restinga apresentando variações longitudinais na altura das marés: 
- Micromaré : marés com altura menor que 2 m
- Mesomarés : marés com altura variando de 2 a 4 m
- Macromarés : marés com altura maior que 4 m. 
Estuários de micro- e mesomarés estão associados a restingas e ocasionais canais de conexão entre o estuário ou laguna, à retaguarda, e o mar. 
Estuários largos, com ampla desembocadura e forma longitudinal em funil são característicos de regiões de macromarés. 
	A partícula derivada da rocha passa pelos processos de erosão, deslocamento, transporte de sedimentos, deposição e compactação.
	A natureza procura um equilíbrio próprio, considerado estável para o rio. Se há mudanças na quantidade de descarga sólida o rio responde:
 Carga Sólida ↑ ↔ Formação de Depósitos 
 Carga Sólida ↓ ↔ Degradação
	A forma dessa resposta do curso de água ao
 equilíbrio e prevista pela relação esboçada
 por Lane (1954), considerada como uma regra da natureza que estabelece um equilíbrio
 conforme a seguinte equação (Bruk, 1985) :
	Qsml X D= Q X i
	Qsml - descarga de material do leito / i – declividade do leito
	Q – descarga liquida / D –diâmetro médio das partículas 
1 – GRAVIDADE (g)
2 – TAMANHO DO GRÃO (d)
3 – PESO SUBMERSO (σ − ρ)
4 – VISCOSIDADE CINEMÁTICA DO FLUIDO (υ)
5 – TENSÃO DE CIZALHAMENTO ( τo)
A dificuldade de se analisar numericamente as condições de iniciação do movimento dos sedimentos fez com que seus valores fossem estimados através de correlações empíricas baseadas em experimentos de laboratório
O Transporte de Sedimentos é dependente:
	Carga Sólida de Arrasto: são as partículas de sedimento que rolam ou escorregam longitudinalmente no curso d’água. 
	Carga Sólida Saltante: são as partículas que pulam ao longo do curso d’água por efeito da correnteza ou devido ao impacto de outras partículas.
	Carga Sólida em Suspensão: são as partículas que estão suportadas pelas componentes verticais das velocidades do fluxo turbulento, enquanto estão sendo transportadas pelas componentes horizontais dessas velocidades, sendo pequenas suficientemente para permanecerem em suspensão, subindo e descendo na correnteza acima do leito.
	É possível observar que as cabeceiras dos rios são compostas por sedimentos de tamanho maiores, como pedras e seixos.
 A medida que são transportados, esses 
 materiais vão se fracionando, passando
 de areia grossa, media e fina gradativamente para jusante.
 A concentração de sedimentos apresenta um
mínimo na superfície e um máximo perto do leito,
considerando que as velocidades são menores 
próximo as margens, as concentrações, também
são, aumentando para o centro do rio e depois
diminuindo na direção da outra margem.
Os sedimentos mais finos tem uma distribuição
Praticamente uniforme ao longo da vertical.
	Amostradores instantâneos.
	Amostradores por integração.
	Amostradores por bombeamento.
DH-48
DH-49
Garrafa Delft
DH-59
	RTmax = KbVm
	Tmin = 2P/RTmax
	Polegadas	mm	Área 
(cm²)	Coeficiente Kb
	1/8	3,1750	0,079173	0,2
	3/16	4,7625	0,178139	0,4
	1/4	6,3500	0,316692	0,4
	O objetivo da coleta na vertical é a obtenção de amostra que represente a concentração média de sedimento em suspensão ao longo dessa vertical amostrada no tempo considerado. O método a ser usado depende das condições de fluxo e da granulometria do sedimento que está sendo transportado. Estas condições podem ser generalizadas em quatro casos:
	1º Caso: Velocidades baixas (v< 0,60 m/s) com pouca ou nenhuma partícula com granulmetria de areia.
	2° Caso: Velocidades altas (0,60< v < 3,70 m/s) e profundidades menores do que 4,60 m.
	3° Caso: Velocidades altas (0,60< v <3,70 m/s) e profundidades maiores do que 4,60 m.
	4° Caso: Velocidades muito altas (v > 3,70 m/s).
	Por medição direta com equipamento portátil.
	Por medição direta usando poços ou fendas.
	Por medição indireta e uso de ábacos ou formulas.
	Por subtração da descarga em suspensão da descarga total medida.
	 De Cesta Ou Caixa
	De Bandeja Ou Tanque
	De Diferença De Pressão
	De Estrutura De Fenda Ou Poço
	Os amostradores de caixa são abertos na frente e no topo, enquanto os de cesta são abertos,mas telados em todos os lados.
	O tipo de cesta é preferido ao de caixa.
	A eficiência desse tipo de equipamento é muito variável.
	Opera pela retenção do sedimento na abertura depois de ter rolado, deslizado ou saltado numa rampa de entrada.
	A eficiência é também bastante variável.
	É projetado de tal forma que a velocidade de
 entrada e a velocidade da corrente são aproximadamente as mesmas.
	A igualdade de velocidade e realizada através da criação de queda de pressão na saída do
 amostrador pela construção de suas paredes,
 de tal forma que se divergem próximo do fundo(Hubbel, 1964).
	Retém o sedimento que se move ao longo do leito, sendo geralmente usado para determinação das características do transporte de fundo.
	Consiste em poços construídos transversalmente ao curso d água,retendo a carga solida do leito.
	E o mais preciso na determinação de descarga
 de fundo, porém o mais dispendioso.
Há três categorias distintas:
Fórmulas baseadas nas condições críticas de arrasto – fórmulas de Meyer e de DuBoys.
Fórmulas baseadas na energia do escoamento – fórmulas de Bagnold.
Fórmulas baseadas na natureza probabilística do transporte por arrasto – fórmulas de Einstein.
	A análise da amostra total fornece o peso seco p e as porcentagens da grunulometria. A descarga sólida é calculada pela seguinte equação:
 Qsa = L x qsa = L x 1/Eam x p/n x l x t = p x L /Eam x n x l x t (kg.min ⁻¹) 
 
 Sendo: Qsa = descarga sólida total do leito na seção transversal.
 qsa = descarga sólida unitária do leito.
 L = largura na seção transversal.
 Eam = eficiência de amostragem do equipamento.
 p = peso seco da amostragem.
 n = número de pontos amostrados
 t = tempo de amostragem.
 l = largura da boca do amostrador.
	Carvalho, Newton de Oliveira – Hidrossedimentologia Prática, 2ª Edição, 2008.
	Azevedo Neto, J.M; Alvarez, G.A. Manual de Hidráulica, São Paulo: Edgard Blücher, 1998.
	Helley, E.J. Development & Calidration of the Pressure Difference Bedload Sampler, 1971.
	Yuqian, Long: Operational methods for Measurement of River Sediments, Geneva, 1983.
	pt.wikipedia.org/wiki/Sedimento – Acessado em 29/01/2010