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A hidrogeotecnia caracteriza-se pelo estudo do efeito mecânico da água, direta ou indiretamente, nos maciços naturais. Em condições dinâmicas, a água exerce uma força durante o escoamento que pode gerar instabilidade, modificando as características de resistência e deformabilidade dos maciços rochosos.

O solo, onde se inicia a penetração da água através da infiltração, compartimenta-se em duas zonas de acordo com seu teor de umidade (Figura 1.8).

ZONA ÁGUA FASE PRESSÃO PROCESSO

Higroscópica (saturação

capilar descontínua) Gasosa P = atmosférica

Aeração ou Vadosa Pelicular (saturação capilar semicontínua) Líquida P < atmosférica Capilar (saturação capilar contínua) Líquida P < atmosférica Saturação Nível d’água Água subterrânea (confinada ou não- confinada) Líquida P < atmosférica P > atmosférica

Figura 1.8 – Zonas de solo quanto à água sub-superficial – Fonte: ICE (1976).

O compartimento inicial, imediatamente inferior à superfície do terreno, corresponde à zona de aeração, denominada desta forma devido a uma parte dos espaços intergranulares estarem preenchidos com água e a outra parte com ar. Esta zona não-saturada também se denomina zona vadosa (Figura 1.8).

Infiltração Fluxo desce n dente Percolação Fluxo Lateral

O segundo compartimento ocorre abaixo do limite inferior da zona de aeração, onde todos os espaços intergranulares encontram-se preenchidos por água, permitindo-se, assim, denominá-lo zona de saturação.

A água que penetra no solo forma, abaixo do limite superior da zona de saturação, a água subterrânea. Denomina-se nível freático ou nível d’água subterrânea o limite de separação entre as duas zonas de umidade.

Assim, a zona de aeração corresponde à faixa de transporte da parcela da água correspondente ao ciclo hidrológico, que infiltra e se direciona para as porções mais inferiores do maciço. Segundo OLIVEIRA & BRITO (1998), a espessura desta zona varia desde menos de 1,0 metro em áreas alagadiças, até mais de 100 metros em regiões desérticas.

O movimento da água nesta zona caracteriza-se essencialmente pela força de gravidade, sendo, contudo, sujeito à diversas forças (forças moleculares e tensões superficiais) que resultam, segundo OLIVEIRA & BRITO (1998), em:

• água higroscópica: aquela que envolve o grão do solo,

particularmente em solos argilosos, perfazendo uma camada muito fina, com grandeza da ordem de algumas moléculas, devido à atração molecular. Esta água encontra-se fortemente presa ao solo (forças gravitacionais ou de capilaridade não a movem) e sujeita a pressão elevadíssima, as quais impedem o seu movimento, exceto se submetida à temperatura superior a 100oC;

• água pelicular: aquela que forma uma película de espessura

variável (da ordem de 0,5 x 10-3cm), envolvendo o grão de solo, apresentando-se submetida à atrações moleculares e à tensões

superficiais. As forças gravitacionais não a movimentam, mas ela pode migrar entre os grãos (da película mais espessa para a menos espessa). A espessura dos filmes de água caracterizam- se como determinantes de algumas propriedades do solo como a coesão e a capilaridade;

• água capilar: encontra-se retida em espaços intergranulares

muito pequenos devido às tensões superficiais, formando películas contínuas em torno das partículas do solo. Observa-se na zona de aeração, a ocorrência de movimentos de água capilar no sentido contrário da força gravitacional resultando no fenômeno de ascensão capilar ou sucção caracterizado por um fluxo ascendente, a partir da zona de saturação, devido às tensões superficiais atuantes na água (interface ar-água) no interior dos capilares. Esta se apresenta dependente do raio do capilar, da tensão superficial, do ângulo de contato do menisco no capilar e da presença de impurezas na água. Analisando-se a zona de saturação e na parte superior da zona capilar, o movimento da água se dá através da percolação, o qual se caracteriza por pressões hidrostáticas e gravitacionais, podendo, assim, ocorrer em qualquer direção, sendo a componente lateral a mais importante.

Cabe ressaltar que apesar de ambas as zonas (de saturação e capilar) apresentarem-se saturadas, torna-se de fundamental importância a sua diferenciação em relação ao seu comportamento geotécnico: as pressões intersticiais, negativas na

zona capilares e positivas na zona saturadas, levam à diferentes efeitos nos solos e rochas (Figura 1.8, página 30).

A água originária da infiltração da chuva no solo corresponde à maior parcela da água subterrânea, apresentando-se, assim de grande importância para a compreensão do fenômeno das inundações.

A água que percola os meios naturais corresponde a uma parcela da água intersticial, a qual se denomina de água gravitacional ou água livre, pois percola sob ação da gravidade ou de pressões externas (por exemplo, em poços de captação).

A água movimenta-se apenas na ocorrência de variações no potencial hidráulico (h), sendo que o fluxo sempre será dos pontos de maior potencial hidráulico para o de menor e não no sentido das menores pressões hidrostáticas. Observa-se que a água pode escoar de zonas de baixa pressão para zonas de alta pressão se a diferença do potencial hidráulico for favorável (Figura 1.9).

Figura 1.9 – Movimento da água subterrânea, conforme diferença de potencial hidráulico – Fonte: OLIVEIRA & BRITO (1998)

Assim, se em cada ponto observado do fluido, o potencial hidráulico possui um valor determinado, pode-se, conhecendo-se o nível piezométrico em vários pontos de um determinado meio, construir-se mapas de isopotencial hidráulico ou

mapas piezométricos ou potenciométricos, que mostram a forma e a elevação de uma superfície piezométrica (Figura 1.10).

Figura 1.10 – Mapa de potencial de um aqüífero confinado – Fonte: IPT (1995c)

A partir dos mapas piezométricos, torna-se possível estabelecer o padrão do fluxo subterrâneo, determinar os limites e divisores da bacia hidrogeológica, definir os gradientes hidráulicos, as perdas de carga, as áreas de recarga e descarga da bacia, volumes de escoamento, entre outros. Assim, o padrão do fluxo subterrâneo expressa o comportamento geral do fluxo subterrâneo, evidenciado pelas redes de fluxo, que possibilitam a determinação do sentido e da direção do fluxo. Segundo OLIVEIRA & BRITO (1998), as extremidades laterais de uma determinada área, a partir das quais os fluxos subterrâneos não mais se direcionam para o interior, definem os limites da bacia hidrogeológica. Estes são os eixos ao longo dos quais as cargas hidráulicas são máximas, relativamente às áreas adjacentes.

Logo, se ao longo destes eixos os fluxos são divergentes, estes correspondem ao divisor de águas subterrâneas (Figura 1.11).

Figura 1.11 – Mapa potenciométrico de um aqüífero livre Fonte: BOTTURA & ALBUQUERQUE FILHO (1990)

Segundo OLIVEIRA & BRITO (1998), usualmente, as áreas ou regiões de máximo potencial hidráulico se relacionam às áreas de recarga (onde há alimentação do aqüífero pela infiltração de água superficial) e as áreas ou regiões de menor carga hidráulica correspondem às áreas de descarga (onde há a convergência das linhas de fluxo). Estas áreas podem apresentar-se associadas aos elementos de drenagem natural superficial (rios, lagos e fontes) ou a elementos de drenagem artificial ou profunda de maciços (drenos de obras civis, escavações subterrâneas, cavernas em calcário, etc.).