Clima e Água: PROPRIEDADES FÍSICAS DOS SOLOS

Porosidade

A porosidade está diretamente relacionada à capacidade de drenagem interna e retenção de fluido de um perfil de solo ou rocha.

Em geologia, porosidade é a característica de uma rocha (ou solo) poder armazenar fluidos em seus espaços interiores, chamados poros.

Na mecânica dos solos a porosidade do solo é definida como o volume dos poros (V_v) dividido pelo volume total (V) de uma amostra de solo.

Quando expressa em percentagem (%), a equação é definida como:

P = V_v/ V_t x 100

Em função da estrutura, ou arranjo espacial entre as partículas, um dado volume de solo contém, além da fração ou volume de sólidos, uma fração ou volume de vazios ou volume de poros.

Composição volumétrica dos soslos

Quando todo o volume de poros ou de vazios do solo ou rocha está preenchido com água, diz-se que o solo está saturado. Essas condições ocorrem normalmente (a) logo após uma chuva intensa ou (b) quando o lençol freático está elevado. Na grande maioria dos casos, o espaço poroso está parcialmente ocupado com ar e água, quando então se diz que o solo ou rocha está não saturado ou insaturado.

O grau de saturação do solo é definido por S = V_a / V_v.

O conteúdo volumétrico da água é definido por Ꝋ= V_a / V_t

Portanto, quando o solo está saturado (S = 100%), o volume de água é igual ao volume de vazios, isto é V_a = V_v.

Porosidade eficaz: É a razão, expressa em porcentagem, entre o volume da água gravitacional (V_ac), e o volume total do solo (V_t). Ou seja, é a parte da porosidade que pode ser traduzida em fornecimento d´água.

Pe = (V_ac / V_t) x 100

V_ac = volume de água extraído (*)

V_t = volume de terreno

(*) O volume Vac referido representa a quantidade de água que circula por ação da gravidade.

Na natureza, é possível classificar cada material, segundo sua porosidade, em dois grandes grupos:

• os meios porosos propriamente ditos, que compreendem os materiais de porosidade granular ou de interstícios, representados por solos e sedimentos, e

• os meios fraturados, cuja porosidade é caracterizada por uma porosidade de fraturas, fissuras ou fendas, ocorrentes em rochas duras e compactas, tais como granitos, basaltos, gnaisses e outras rochas ígneas ou metamórficas.

Diferentes tipos de porosidade

(a) Porosidade granular, granulometria homogênea, porosidade elevada.

(b) Porosidade granular, granulometria homogênea, porosidade diminuída por cimentação.

(d) Porosidade granular, granulometria homogênea, formado por elementos porosos.

(e) Porosidade cárstica.

(f) Porosidade de fissura.

Porosidade de algumas rochas

Calcários: são rochas às vezes compactas (ou cristalinas), outras vezes são formadas por fragmentos cimentados, podendo assim apresentar diversos tipos de porosidade:

• Calcários granulares compactos podem, igualmente, apresentar uma fraca microporosidade.

• A porosidade de fissuramento não é muito elevada; as diáclases são geralmente apartadas entre si, sendo bastante raras em calcários de hábito maciço.

• A porosidade de canal (dissolução) pode variar de fraca a elevada, dependendo do intemperismo da rocha.

Filitos e Ardósias: A porosidade é muito fraca nestas rochas, usualmente na ordem de alguns por cento. Esta porosidade está ligada à circulação através de juntas e fissuras e a uma microporosidade intersticial.

Tipos fundamentais de porosidade

Variações de porosidades representativas para materiais sedimentares

Estrutura, agregação e porosidade

De modo análogo à imagem acima, o solo constitui-se de um padrão distintamente estruturado de partículas interligadas, associadas em agregados, apresentando tamanho e formatos regulares.

As partículas individuais constituintes das frações areia, silte e argila se encontram ligadas umas às outras (agregação) pela ação de agentes cimentantes e de forças de coesão e adesão que se estabelecem nas interfaces entre as partículas e entre as partículas e substâncias presentes no meio.

Fatores que afetam a densidade/porosidade do solo

Qualquer fator que influencie a porosidade afeta a densidade do solo. Os principais são a textura do solo e a profundidade do perfil.

Textura do solo: solos com textura fina (franco siltosos, argilosos e franco argilosos) apresentam menor densidade que os solos arenosos, porque os solos finos têm maior porosidade. Além dos macroporos, há microporos nos agregados do solo e textura fina.

A macroporosidade é muito semelhante nos dois solos, sendo que os solos arenosos têm menor quantidade de matéria orgânica.

Profundidade do perfil

A densidade do solo tente a aumentar com a profundidade do perfil

PERMEABILIDADE

Nas formações geológicas, os espaços vazios podem estar conectados ou podem estar semi-fechados condicionando a passagem de água. Esta característica designa-se por permeabilidade: propriedade dos materiais porosos de deixar passar fluidos através deles.

Coeficiente de permeabilidade

O coeficiente de permeabilidade relaciona o fluxo (de um fluido) a uma força (gradiente de pressão).

A “velocidade de fluxo de Darcy” ou vazão q é definida como o volume de fluido que cruza a seção A de um meio poroso, por unidade de tempo.

Lei de Darcy

A lei de Darcy que calcula a vazão Q em um meio poroso é dada pela relação entre a permeabilidade do meio k, a queda de pressão (p_b - p_a), a viscosidade do fluido μ, ao longo de uma distância L e área de seção transversal A:

O coeficiente de permeabilidade K, é um índice empregado para estabelecer parâmetros de permeabilidade dos solos. Resumidamente, é um valor que representa a velocidade com que a água atravessa uma amostra.

Em hidrogeologia a água é o fluido e a diferença de pressão resulta da diferença de nível ∆h ao longo de uma distância L (pressão = ρg∆h) :

Q = A.(kρg /η).(∆h/L),

onde kρg/η é a condutividade hidráulica kf.

Reescrevendo a equação de Darcy: Q = kf ∆h / L

Métodos de determinação da permeabilidade absoluta de rochas

O método mais comum de determinação da permeabilidade das rochas é com o uso de amostras cilíndricas com:

– 3/4 polegadas a 1 1/2 polegadas de diâmetro

– 1 polegada a 3 polegadas de altura

Esse método pode não ser indicado para formações heterogêneas, devido ao tamanho pequeno da amostra. Uma forte heterogeneidade exige uma amostragem cuidadosa dos diferentes tipos de rocha nas diferentes direções. Vejamos o exemplo abaixo.