Todd e Mays (2005) definem aquífero como sendo um solo composto por suficiente material permeável e saturado, contendo quantidades significativas de água. Sendo normalmente bastante extensos, os aquíferos podem estar sobrepostos ou suportados por estratos confinantes. Estes estratos podem ser barreiras de muito baixa permeabilidade, impermeáveis à passagem da água subterrânea, denominados aquiclusos, ou estratos com reduzida permeabilidade mas que ainda assim permitem um pequeno fluxo de água subterrânea, denominados aquitardos.
3.2.1 Tipos de aquífero
Existem três tipos de aquíferos, os aquíferos livres, os aquíferos confinados ou artesianos e os aquíferos semi-confinados. O aquífero livre é limitado superiormente por uma superfície livre, onde a água se encontra à pressão atmosférica, e inferiormente por um aquicluso, conforme está ilustrado na Figura 3.1. Os seus vazios estarão saturados com água até à superfície freática, a partir da qual a sua saturação será devida à água que irá subir por capilaridade, até uma altura que será dependente do tamanho dos poros.
3. MOVIMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA EM MEIOS POROSOS. PROJETO DE SISTEMAS DE REBAIXAMENTO
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Figura 3.1 - Aquífero livre em processo de bombagem
O aquífero confinado, representado na Figura 3.2, caracteriza-se por ser limitado superior e inferiormente por aquiclusos, estando saturado na sua totalidade, o que levará a que a pressão da água no seu interior seja superior à pressão atmosférica.
Figura 3.2 - Aquífero confinado em processo de bombagem
Na Figura 3.3 está esquematizado um aquífero semi-confinado, que é um aquífero limitado superiormente por um aquitardo e inferiormente por um aquicluso. Neste caso a água é bombeada não só através do escoamento horizontal de água no aquífero, mas também do fluxo vertical, a velocidade baixa e no sentido ascendente, do aquitardo para o aquífero. Desta forma a água existente no aquitardo irá também contribuir para a quantidade de água que o poço irá conseguir retirar.
Figura 3.3 - Aquífero semi-confinado em processo de bombagem
3.2.2 Propriedades e condições de fronteira de um aquífero
Em Engenharia Civil o conceito de utilização mais útil é o de condutividade hidráulica, que representa a facilidade com que a água passa através dos poros de uma massa de solo. A condutividade hidráulica
21 tem em conta não só as propriedades do solo, como também as propriedades do fluido que o atravessa, a água, estando o seu valor dependente de uma série de fatores, entre os quais a porosidade e o tamanho e distribuição das partículas. Assim, os solos compostos por materiais mais finos, como as argilas, possuem valores mais baixos de condutividade hidráulica, ao passo que os compostos por materiais mais grossos, como as areias, apresentam valores mais elevados de condutividade hidráulica (Todd e Mays 2005). Valores típicos de condutividade hidráulica são apresentados na Tabela 3.1, representados pelo coeficiente , são expressos em metros por segundo (m/s) e variando entre 10-12 e
10-1. Ao longo deste trabalho, sempre que for feita referência ao termo “permeabilidade”, deve entender-se que se trata da condutividade hidráulica.
Tabela 3.1 - Valores típicos de condutividade hidráulica (Adaptado de Matos Fernandes 2006)
Tipo de solo k (m/s)
Cascalhos limpos > 10-2 Areias 10-2 a 10-6
Silte 10-6 a 10-8 Argilas 10-8 a 10-10
Além da permeabilidade, as condições de fronteira que limitam um aquífero são muito relevantes para a sua resposta ao rebaixamento. Se existir uma zona ou algum elemento por onde a água possa escoar para um aquífero, essa zona é denominada uma fronteira de recarga do aquífero e pode ser prejudicial ao funcionamento do sistema de rebaixamento, devendo ser considerada no seu dimensionamento. Com o efeito oposto, surgem as fronteiras barreira, que impedirão o escoamento de águas subterrâneas, fazendo com que o caudal bombeado, que será necessário para atingir determinado rebaixamento, seja menor.
São também definidas, para os aquíferos, propriedades que permitem quantificar a sua resposta à variação das condições hidrológicas provocadas pelo rebaixamento. A transmissividade, , é uma dessas propriedades e é dependente da permeabilidade e espessura do aquífero.
(3.1)
A transmissividade é uma propriedade do aquífero que pode ser determinada com o auxílio de ensaios de bombagem. Reflete a quantidade de água que pode ser transmitida horizontalmente por unidade de largura de uma camada de um aquífero, sob um gradiente hidráulico unitário, como está esquematizado na Figura 3.4 (Xanthakos et al. 1994). Quanto maior for este valor, maior será a quantidade de água que é possível retirar para fora do aquífero.
3. MOVIMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA EM MEIOS POROSOS. PROJETO DE SISTEMAS DE REBAIXAMENTO
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Figura 3.4 - Definição gráfica de transmissividade (Adaptado de Xanthakos et al. 1994)
A outra propriedade, o coeficiente de armazenamento, , representa a quantidade de água que existe no aquífero e que pode ser retirada pela bombagem do poço, e é definida como o volume de água retirada por unidade de área do aquífero e por unidade de redução da altura piezométrica, sendo por isso uma grandeza adimensional. Consoante seja um aquífero confinado ou livre, o coeficiente de armazenamento será diferente, uma vez que a água será extraída de formas diferentes. Para aquíferos livres o coeficiente de armazenamento é denominado cedência específica, , e irá indicar que quantidade de água é possível retirar do aquífero, por ação da gravidade. Em aquíferos constituídos por solos grosseiros será mais fácil captar a água do que naqueles constituídos por solos mais finos. Para aquíferos confinados, uma vez que se mantêm saturados à medida que o rebaixamento se dá, o coeficiente de armazenamento, será apenas um indicador da sua resposta ao rebaixamento, apresentando maiores valores para aquíferos mais compressíveis. Caso o rebaixamento seja tal que a superfície freática desça abaixo do topo do aquífero, aplicam-se as condições referidas para o aquífero livre (Cashman e Preene 2001).