GC2010

Universidade do Porto - FEUP

Geologia e Captagens

Apontamentos da Disciplina de Geologia e Captagens do Curso de Climatologia e Hidrologia da Universidade do Porto

Ablio A.T. Cavalheiro - Prof. Catedrtico 19991999-2010

Geologia e Captagens Curso de Climatologia e Hidrologia Captulo I

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1. INTRODUO OBJECTIVO DA DISCIPLINA.

incluindo as constries legais em que se movem. Em suma, estabelecer pontes conceptuais que facilitem o dilogo entre protagonistas com formao diferenciada e cujas aces, em ltima instncia, vo condicionar o sucesso da utilizao das guas minero-medicinais junto do paciente.

A circulao da gua subterrnea d-se atravs de formaes geolgicas dos mais diversos tipos. A gua subterrnea que aps um longo percurso no interior da crusta acaba por ressurgir nas fontes ou captada em profundidade, apresenta caractersticas fsico-qumicas condicionadas pelo seu percurso nas formaes geolgicas que atravessou e, consequentemente, das espcies minerais com que interagiu durante esse percurso, num ambiente fsico-qumico determinado. A presente disciplina de Geologia e Captagens do Curso de Climatologia e Hidrologia, destina-se ps-graduao de licenciados em medicina, pretende leccionar os conhecimentos de hidrogeologia necessrios sua futura actividade em estncias termais.

O curso divide-se nos seguintes grandes captulos: Captulo I e II Reviso de alguns conceitos fundamentais em mineralogia e em geologia; Captulo III Noes bsicas de hidrogeologia; Captulo IV guas termo-minerais. No primeiro e segundo captulos procurarse- relembrar alguns conceitos bsicos da mineralogia e da geologia, a fim de estabelecer uma base mnima de conhecimentos necessria ao entendimento dos captulos seguintes. No terceiro captulo ser abordada a hidrogeologia, numa perspectiva naturalista e qualitativa, embora se faa uma breve referncia a alguns modelos matemticos muito compactos que sintetizam conhecimentos existentes naquela rea.

OBJECTIVO DA DISCIPLINA: Dotar o licenciado em medicina com um conjunto de conhecimentos que permitam uma viso de conjunto das realidades naturais que esto subjacentes ao aparecimento das guas mineromedicinais. Dotar o licenciado em medicina com um conjunto de conhecimentos genricos dos mtodos e das tcnicas que enquadram os procedimentos dos profissionais responsveis pela prospeco, pesquisa e explorao das guas minero-medicinais,

Finalmente, no ltimo captulo ser abordado o tema das guas termominerais, com uma descrio geral dos fenmenos que esto na sua origem e com uma breve descrio das ocorrncias no nosso pas. Dado o pouco tempo disponvel, optou-se por nestes apontamentos apresentar os temas de uma forma ilustrada, com texto relativamente reduzido, a fim de poder ser complementado com notas tiradas pelos participantes ao longo do curso. Os participantes ficam assim com um texto bsico e com imagens usadas no curso.

Ablio Augusto Tinoco Cavalheiro - FEUP 1999-2010


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2. CONCEITOS BSICOS DE MINERALOGIA. Entende-se por mineral uma substncia inorgnica formada naturalmente, com estrutura cristalina, propriedades nicas e uma distinta composio qumica.

Diversas variedades de quartzo (SiO2, hexagonal)

Os minerais so os principais constituintes da parte inerte da crusta terrestre (no viva). Formam-se, na generalidade, por processos inorgnicos.

A maior parte das rochas so constitudas por partculas minerais ligadas umas s outras. Na figura seguinte pode ver-se um granito constitudo fundamentalmente por quatro minerais: quartzo, dois feldspatos e mica.



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gata SiO2 coloidal

Mica preta (biotite)

Plagioclases (feldspato)

Feldspato potssico


Plagioclases (feldspato) Areia com quartzo e granada


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granulometria mais fina, em particular por argilas, apresentam uma maior capacidade de reteno. Com efeito a reteno especfica depende da rea por unidade de superfcie que tanto maior quanto menor for a dimenso mdia dos gros dos minerais integrantes do solo. Os minerais tm uma determinada composio qumica e estrutura cristalina, isto , um determinado arranjo molecular tridimensional. O microscpio electrnico permite observar essas estruturas; na figura seguinte pode ver-se a estrutura da galena observada com microscpio electrnico.

Solo constitudo por argila, quartzo, granada e mica

Os minerais de argila aparecem em cristais microscpicos que abundam nos solos; a estrutura em lamelas justapostas (ver figura seguinte) facilita o aprisionamento de gua; quando o solo seca, a gua anteriormente aprisionada evapora-se, fazendo encolher, como um harmnio, os aglomerados de cristais de argila. O aparecimento de fendas no solo por contraco dos minerais de argila facilita o arejamento do solo e facilita a penetrao das razes; nos perodos em que no est seco, as razes abastecem-se na gua retida pelas argilas. A agricultura seria muito mais difcil sem a presena das argilas!

Galena. Bossas brancas = enxofre, cavidades negras = chumbo.

A figura seguinte mostra, lado a lado, a imagem de microscpio electrnico e um modelo tridimensional da galena.

Fotografia de microscpio electrnico da cauliniteelectrnico da caulinite Os solos constitudos por materiais arenosos deixam-se atravessar facilmente pela gua isto , apresentam baixa capacidade de reteno, enquanto que os solos constitudos por materiais de Modelo tridimensional do arranjo cristalino da galena



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Os mineralogistas usam o termo mineral indiferentemente para significar: Uma determinada espcie mineral, por exemplo, ortclase, espodumena; uma determinada variedade de mineral de uma mesma espcie, por exemplo quartzo hialino e quartzo fumado; uma determinada srie de minerais, por exemplo plagioclases. um determinado grupo de diferentes espcies minerais por exemplo, anfbolas piroxenas ou micas. Segundo Dana [1], em geral podem ser considerados minerais os materiais que constituem as rochas da crusta terrestre e, como tal, constituem o testemunho mais importante da histria da Terra. O objectivo fundamental do mineralogista o de desvendar os aspectos histricos, qumicos e fsicos da crusta terrestre, pelo que a denominao mineral e o estudo da Mineralogia limita-se a materiais de origem natural. Desta forma, o ao, o cimento, o gesso e o vidro, ainda que todos eles derivados de minerais naturais como matria prima, no se consideram como tal, j que sofreram uma transformao operada pelo homem. O rubi sinttico, ainda que seja idntico, fsica, qumica e estruturalmente ao rubi no seu estado natural, no considerado como sendo um mineral. Outra limitao imposta aos minerais serem de origem inorgnica. Assim ficam eliminados o carvo, os leos, o mbar, ainda que se apresentem naturalmente na crusta terrestre. A prola e a concha da madreprola, ainda que qumica e estruturalmente sejam idnticas aos minerais aragonite e calcite, no so classificadas como minerais. Talvez que a maior limitao na definio de mineral resida no facto de ele dever ser um elemento ou um composto qumico. Ainda que seja possvel haver variaes dentro da frmula qumica, deve ser possvel expressar a composio de um mineral por uma frmula qumica. De esta forma ficam eliminadas as misturas mecnicas, ainda que homogneas e uniformes.

Agora que referimos o que inclui e o que exclui o termo mineral, podemos dar uma definio do mesmo como devendo ser um elemento ou um composto qumico formado mediante um processo inorgnico natural. Alguns exemplos que ilustram os conceitos anteriores:

A espcie mineral espodumena distingue-se das outras espcies minerais pelas suas propriedades nicas fsicas e qumicas

A variedade do berilo designada gua marinha um mineral que se distingue dentro da espcie berilo pela sua cor verde caracterstica, que lembra o verde da gua do mar.



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O grupo escapolite apresenta apenas duas espcies.

A escapolite um grupo com apenas duas espcies minerais: marialite e meionite.

H toda uma srie de minerais cuja composio qumica varia entre a albite (NaAlSi3O8) e a anortite (CaAl2Si2O8); esta srie designa-se por plagioclases.

Marialite

Um grupo de minerais como por exemplo anfbola, piroxena ou mica, designa um conjunto de espcies minerais, cuja estrutura cristalina a mesma, havendo diferentes composies qumicas. Esta designao costuma dar-se a uma amostra de mo ainda no identificada completamente. H grupos com numerosas espcies, como o caso das plagioclases, que so feldspatos triclnicos, calco-sdicos, que formam uma srie isomorfa, cuja composio varia desde a albite pura, Si3AlO8Na, at anortite pura Si2Al2O8Ca. Neste caso a srie subdivide-se em seis termos arbitrrios, de acordo com as quantidades relativas de albite e anortite: %Albite 100-90 90-70 70-50 50-30 30-10 10-0 %Anortite 0-10 10-30 30-50 50-70 70-90 90-100

Meionite

Albite Si3AlO8Na Oligoclase Andesina Labradorite Bitounite Anortite Si2Al2O8Ca

costume, para efeitos de sistematizao, apresentar o estudo da mineralogia nas seguintes divises: Cristalografia, Mineralogia Fsica, Mineralogia Qumica, Mineralogia Descritiva e Mineralogia Determinativa.



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1. CONCEITOS DA CRISTALOGRAFIA. Os minerais, com poucas excepes, apresentam uma estrutura interna ordenada em padres repetitivos; quando as condies so favorveis, durante a cristalizao, as estruturas regulares desenvolvem-se por extensas regies do espao, resultando desse facto o aparecimento, a olho nu, de faces cristalinas planas bem expostas. Neste caso o slido cristalino, com faces bem desenvolvidas, designa-se por eudrico, se as faces aparecerem imperfeitamente desenvolvidas denomina-se subdrico; no caso de no surgirem designa-se por andrico. O que caracteriza a regularidade do estado cristalino a repetio na vizinhana dos tomos que se situam nessa rede; se um observador imaginrio se deslocasse ao longo de uma rede cristalino, deveria notar padres de vizinhana repetitivos, sendolhe impossvel, se deslocado de um ponto para outro homlogo da rede cristalina, distinguir um do outro. Bravais em 1848 provou que existem apenas catorze tipos de redes espaciais, conhecidas actualmente por redes de Bravais. As catorze redes critalinas de Bravais



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Exemplo: dureza Um hbito cristalino da pirite Dureza resistncia que a superfcie de um mineral oferece a ser riscada; uma escala comummente usada a escala de durezas de Mohs: 1. Talco 2. Gesso 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite 6. Ortclase 7. Quartzo 8. Topzio 9. Corindo hialino 10. Diamante Outro hbito cristalino da pirite

Como consequncia da regularidade da estrutura espacial Passam-se a referir muito brevemente algumas das propriedades que permitem caracterizar os minerais: Como consequncia da geometria e das ligaes existentes entre os tomos da rede cristalina surgem as diferentes propriedades fsicas e qumicas que permitem, conjuntamente, caracterizar e, consequentemente, identificar as diferentes espcies minerais, como por exemplo: dureza, cor, densidade, brilho, risca, fractura, hbito, reaco com cido, clivagem , magnetismo, etcAblio Augusto Tinoco Cavalheiro - FEUP 1999-2010

Geologia e Captagens Curso de Climatologia e Hidrologia Captulo II

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2. CONCEITOS DE GEOLOGIA

Na figura anterior pode ver-se uma rocha gnea extrusiva, em plena fase da extruso da lava vulcnica que, mais tarde, aps arrefecer, ir constituir a rocha extrusiva.

Costuma-se dividir as rochas em trs tipos fundamentais: gneas, sedimentares e metamrficas. O quadro anterior evidencia um ciclo de transformao muito frequente.

Na figura anterior aparece representada uma formao basltica e na figura seguinte uma intruso grantica que, ao contrrio da anterior, cristalizou em profundidade.

As rochas gneas resultam da consolidao do magma. Vejamos agora uma situao tpica de meteorao de uma rocha gnea, por ciclos de gelo - degelo.



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pelo vento

pelos glaciares

A eroso pode dar-se por aco da gua, do vento, dos glaciares, etc Os materiais erodidos podem, em seguida, ser transportados, pela gua,.

pelas correntes marinhas.



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Quando o meio perde energia, os materiais transportados sedimentam.

Os sedimentos podem, em seguida, ser litificados.

por compactao,

por cementao

dando origem a rochas sedimentares.



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Se as condies forem favorveis pode, em seguida, iniciar-se um processo de metamorfismo da rocha sedimentar.

Aco da presso e do calor: metamorfismo.

Outras relaes genticas possveis:

Ao longo dos tempos tm sido adoptadas diferentes classificaes das rochas eruptivas, metamrficas e sedimentares. Em seguida apresentamos uma classificao possvel.



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UMA POSSVEL CLASSIFICAO DAS ROCHAS ERUPTIVAS cidas (com quartzo abundante + rtoclase)

Biognicas

siliciosas - calcreo-siliciosas, tripoli. clcicas - calcreos. Fosfatadas - calcreofosfatadas, fosforite. Carbonosas - turfas, carves, betuminosas, petrleos

Neutras

Granitos, riolitos, prfiros quartzticos, retinitos

Bsicas

sienitos, traquitos, ortfiros, dioritos e andesitos (sem quartzo e c/ortclase) dioritos e dacitos (s/quartzo, c/ plagioclase cida)

gabros, doleritos, basaltos (s/quartzo e c/plagioclase bsica)

CLASSIFICAO DAS ROCHAS SEDIMENTARES Detrticas

siliciosas (calhaus e conglomerados grosseiros) areias, grs ou arenitos

Qumicas

alcalinas - sal gema, silvite. Clcicas - calcrio, gesso e anidrite. Calco-magnesianas dolomias e calcreos dolomticos. Siliciosas - silex



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UMA POSSVEL CLASSIFICAO DAS ROCHAS METAMRFICAS Paraectinitos (origem sedimentar)

srie argilosa- argiltos, sericitos e cloritoxistos, micaxistos, gnaisses. Srie siliciosa - quartztos, quartzitos micceos, leptinitos Srie carbonatada mrmores, calcoxistos, serpentinitos Srie carbonosa - antracite, grafite

Ortoectinitos (origem eruptiva)

Srie grantica - ortognaisses e ortoleptinitos Srie gabrodiorticaanfibolitos e piroxenitos



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A DERIVA DOS CONTINENTES. O reconhecimento por sonar em meados do SEC XX permitiu obter levantamento batimtrico dos fundos ocenicos, que, aliado aos estudos de paleomagnetismo e de paleontologia vieram tornar muito forte e dificilmente contestvel a hiptese de deriva dos continentes. Nas figuras seguintes surge a evoluo da configurao dos continentes actualmente aceite.



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Actualmente, como no passado, a movimentao das placas continentais faz-se sentir pela actividade ssmica, cujos picos so os terramotos.

Essa actividade origina fracturas, que, no seu incio podem nem apresentar movimento:



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Mas que, mais tarde, permitem a movimentao relativa dos blocos por elas definido, constituindo as assim designadas falhas:

As falhas podem permitir a movimentao vertical dos blocos, podendo ento ser falhas normais:

ou inversas:



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consoante os blocos apresentam movimentos de escorregamento gravtico ou de cavalgamento contra a gravidade.

A direco e a inclinao das falhas aparecem representadas nas cartas geolgicas por simbologia intuitiva,

bem como outras informaes estruturais



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A legenda tambm contm informao relevante.



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Geologia e Captagens Curso de Climatologia e Hidrologia Captulo III

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CONCEITOS DE HIDROGEOLOGIA 1. INTRODUO A Hidrogeologia um dos ramos especializados da Geologia. Exemplos de disciplinas cientficas que se inter-relacionam ou fazem parte da Geologia : Astronomia a Terra no Universo Geofsica do globo - Constituio interna da Terra. Geoqumica - A distribuio dos elementos qumicos na Terra. Mineralogia - Estuda os minerais constituintes das rochas. Petrologia - Estuda a composio, origem e histria das rochas. Geodinmica interna - Estuda a tectnica, a ssmica e o vulcanismo. Geodinmica externa - Ciclos erosivos, eroso e sedimentao, fenmenos meteorolgicos e ocenicos. Meteorologia Fotogeologia A Hidrogeologia ocupa-se da gua subterrnea e das sua relao com as unidades geolgicas em que circula. So subsidirias da Hidrogeologia, para alm das cincias bsicas, entre outras, as seguintes disciplinas ou ramos de conhecimento:

Climatologia - enquadra o estudo do ciclo hidrolgico. Petrologia - enquadra o estudo das propriedades das rochas enquanto unidades portadoras de gua. Geologia estrutural - enquadra o estudo da circulao da gua em meios fissurados. Geoqumica - enquadra as relaes entre a composio da gua e das rocha por onde esta circula. Mecnica dos meios contnuos enquadra o estudo da circulao da gua em meios porosos, quando o meio contnuo considerado a gua. Permite estudar o comportamento do macio rochoso submetido a tenses, sendo o meio contnuo neste caso uma simplificao do prprio macio rochoso. A Estatstica, nomeadamente nas anlises de sries temporais relacionadas com a climatologia A Geoestatstica, que estuda as variveis regionalizadas. A Anlise Numrica, enquanto ferramenta matemtica para resoluo das equaes s derivadas parciais dos modelos hidrogeolgicos. As cincias da computao nas suas ligaes com: - Anlises de dados - Representaes grficas - Simulao numrica Microbiologia Qumica Analtica. Etc.



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2. Modelao hidrogeolgica Com o concurso dos gelogos, dos petrologistas, dos mineralogistas, etc.., possvel construir modelos hidrogeolgicos que constituem snteses interpretativas muito teis no estudo das guas subterrneas. Na figura seguinte aparece um modelo hidrogeolgico interpretativo da regio Aveiro-Vagos, realizado pelo IGM (Instituto Geolgico e Mineiro), da autoria do Doutor Bernardo Barbosa.

zona no saturada e uma zona saturada de gua.

O ciclo da gua aparece representado de uma forma naturalista na figura seguinte.

O corte assinalado ESE-WNW aparece na figura seguinte.

A gua de circulao subterrnea resulta, na maioria das situaes, da infiltrao da gua precipitada pela atmosfera. A superfcie do solo, que est em contacto com o ar, est separada da zona saturada por uma zona intermdia, sendo corrente distinguir as zonas representadas na figura seguinte. possvel, pelo menos durante os perodos de estiagem, considerar uma

O conceito de bacia hidrogrfica tem um correspondente para a gua subterrnea, que o de bacia hidrogeolgica, que no coincide obrigatoriamente com a hidrogrfica. Se pretendermos estimar os caudais de gua que se infiltram ao longo do tempo numa dada bacia hidrogeolgica, no podemos basear essa estimativa em leituras directas. Apenas podemos deduzir a quantidade de gua que se infiltra por uma equao de balano, de acordo com o esquema seguinte.



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Parmetros relevantes

hidrogeolgicos

mais

Existem diversos quantificadores que permitem caracterizar as formaes geolgicas quanto sua aptido como unidades portadoras de gua. A primeira noo a de porosidade.

Assim, o escoamento subterrneo pode obter-se indirectamente subtraindo gua precipitada a gua que sofreu evapotranspirao e a gua que abandonou a bacia hidrogeolgica pelos cursos de superfcie. A gua precipitada mede-se nos udmetros. A sada superficial consegue medir-se atravs da medio dos caudais dos cursos de gua. A evapo-transpirao consegue estimar-se atravs de frmulas previsoras, que entram com a temperatura do ar, com a insolao, com o estado higromtrico do ar, etc. Percebe-se assim que o grau de preciso da estimativa que se faz da infiltrao da gua subterrnea bastante falvel. Um procedimento comum para realizar o referido clculo fazer um balano para cada um dos meses, apurando, no fim de cada ms qual a gua que se infiltrou. Para esse efeito considera-se que existe uma reserva de gua disponvel no solo, correspondente zona de solo que fica entre a superfcie e a zona fretica. Enquanto que essa zona no for saturada, no se d infiltrao para a gua subterrnea. Ainda para cada ms calculase a evapo-transpirao potencial, isto , a evapo-transpirao que poder dar-se, caso exista gua disponvel no solo. No fim de cada ms realiza-se o balano gua infiltrada = gua precipitada evapotranspirao real. Este processo repete-se ao longo dos meses do ano, obtendo-se assim uma estimativa da gua infiltrada.

Na figura anterior podemos ver um solo que se apresenta impermevel gua, um que se deixa atravessar com alguma dificuldade e outro que apresenta grandes fissuras e que, consequentemente, se deixa atravessar facilmente pela gua. No significa que no primeiro caso o solo no seja poroso. Com efeito define-se porosidade total como sendo o seguinte cociente:

=

volume de vazios volume total de meio poroso

Enquanto que porosidade efectiva ou porosidade cintica se define como sendo:=volume de vazios por onde pode circular a agua volume total de meio poroso



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A razo da distino entre aquelas duas porosidades decorre de, para meios porosos constitudos por poros muito pequenos, a gua ficar prisioneira por adeso superficial aos minerais constituintes da matriz porosa, incapaz de circular. Para efeitos prticos tudo se passa como se a porosidade que interessa circulao da gua ficasse reduzida de forma drstica. A figura seguinte mostra como as foras de adeso superficial variam com o afastamento da gua em relao superfcie do gro mineral.

granitos, xistos, gnaisses0,02 - 0,56% diabase, gabros.. 0,37 - 1,85% quartzitos .. 0,84 - 1,13%

Rochas compactas com fendas largas calcrios e dolomites .. 0,53 13,36% calcrios oolticos .. 3,28 - 12,44% gesso . 1 - 4%

Rochas porosas e permeveis

Percebe-se assim que para calibres muito pequenos a uma mesma porosidade total corresponde uma menor porosidade efectiva. Esse facto est patente no grfico seguinte.

grs .22 - 37% areias uniformes .. 26 - 47% areias misturadas .. 35 - 40% areias finas . 55% aluvies . 48%

Rochas porosas e impermeveis

argilas .44 - 47% lodo lacustre .. 36% solos de cultura . 45 - 65%

Porosidade efectiva

Alguns valores tpicos de porosidade total: Rochas compactas com fendas estreitasAblio Augusto Tinoco Cavalheiro - FEUP 1999-2010


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6 Geologia e Captagens Curso de Climatologia e Hidrologia Captulo III

V-se, pelos exemplos anteriores, que a porosidade no chega, por si s, para caracterizar a maior ou menor facilidade com que um meio porosos se deixa atravessar pela gua. Mesmo estabelecendo a distino entre porosidade efectiva e porosidade total, fcil constatar que, para uma mesma porosidade efectiva, pode haver diferenas substanciais na facilidade com que a gua se escoa atravs do meio poroso. Um aparelho experimental que se pode usar para o efeito o permemetro representado na figura seguinte.

condutividade hidrulica K , o parmetro que caracteriza essa propriedade.Q= AK h L lei de Darcy

Esta ltima expresso costuma-se designar-se por lei de Darcy, que chegou s concluses anteriores quando estudava as fontes da cidade de Dijon em 1856. Se naquela expresso passarmos a rea para o primeiro membro, ficamos comU= h Q =K A L

designando-se U por velocidade de filtrao. Com efeito U representa a velocidade com que a gua atravessaria o meio se ele fosse 100% poroso. Se estivermos interessados em saber qual a velocidade mdia real com que a gua atravessa o meio poroso, deveremos recordar-nos que a porosidade efectiva, ou cintica, permite obter esse valor:v= U

c

h designaL se por gradiente hidrulico, porque nos indica por unidade de comprimento qual a perda ou ganho de coluna hidrulica que est a ocorrer. A gua desloca-se dos pontos de maior coluna hidrulica para os de menor, pelo que a lei de Darcy aparece por vezes escrita na forma

O cociente adimensional

possvel verificar experimentalmente que o caudal de gua directamente proporcional rea da seco do meio poroso A e altura da coluna de gua do permemetro h , inversamente proporcional distncia que tem que atravessar no meio poroso L . Se variarmos o tipo de meio poroso, o caudal variar tambm, tendo sido designado por

U = K . ih e L o sinal menos indicando que o sentido do escoamento se d dos pontos de maios para os de menor coluna hidrulica.

sendo i o gradiente hidrulico i =

O conceito de condutividade hidrulica, que tem o seu homlogo na condutividade elctrica e na condutividade calorfica,



contribui para o esclarecimento das propriedades dos aquferos. Vejamos algumas relaes entre porosidade total e condutividade hidrulica: A porosidade adimensional A condutividade hidrulica exprime-se em [LT-1] (m3/m2/s), isto , tem as dimenses de uma velocidade. Uma grande porosidade total pode no corresponder a uma boa condutividade hidrulica. Exemplo argilas. A uma maior porosidade efectiva corresponde, para o mesmo tipo de formao hidrogeolgica, uma maior condutividade hidrulica. Exemplo: aqufero coincidente com uma camada sedimentar de areia.

de fracturas preexistentes. O conceito de porosidade pode continuar a aplicar-se, se considerarmos blocos de grandes dimenses, da ordem das dezenas ou centenas de metros. Nesta situao diz-se que a formao geolgica apresenta porosidade em grande. Aquferos, aquitardos, aquicludos. As rochas, enquanto entidades portadoras de gua, podem apresentar diferentes condutividades hidrulicas e diferentes porosidades cinticas. Desde que estejam localizadas na zona saturada, a gua acaba por impregnar a matriz rochosa, que pode apresentar porosidade efectiva muito baixa. Assim, sob o ponto de vista da sua explorao, as rochas podem dividir-se em aquferas, aquitardas e aquicludas: Aqufero - fero : levar -> formaes geolgicas em que as rochas circulam facilmente. Tm interesse enquanto formaes adequadas instalao de captaes. Aquitardo - tardare : tardar -> a gua armazenada pode ser cedida lentamente. Apesar de no servirem para nelas serem instaladas captaes, podem desempenhar um papel essencial na recarga dos aquferos com que contactam, a nvel local. Aquicludo - cludere : fechar -> absorvem a gua mas no permitem a sua circulao. Ainda mais impermeveis que os aquicludos podem, ainda assim, a nvel regional ter uma aco de recarga no negligencivel. Valores indicativos da velocidade da gua subterrnea

Na figura seguinte aparece um permemetro especialmente construdo para pr em evidncia a linearidade da queda da coluna hidrulica dentro do meio poroso.

Porosidade em pequeno e porosidade em grande meios fissurados. A lei de Darcy foi estabelecida experimentalmente para meios porosos em pequeno, isto , para meios em que os poros apresentam pequenas dimenses (alguns milmetros). No caso dos macios rochosos constitudos por rochas compactas, a circulao da gua frequentemente faz-se sobretudo atravs

Argilas 0 - 0,0003 m/dia Areia fina 0,013 m/dia Areia ou grs de gro mdio . 0,30 m/dia Areia grossa ou gravilha siliciosa 2 m/dia Gravilha mdia . 7,5 m/dia Gravilha grossa 35 m/dia Ablio Augusto Tinoco Cavalheiro - FEUP 1999-2010


Exemplos de aquferos H, basicamente, dois tipos de aqufero, consoante a gua se encontra contida entre um tecto e um muro relativamente impermeveis, caso em que o aqufero se designa por confinado, ou a gua apenas est retida na base, caso em que a superfcie do aqufero est livre, designando-se ento por aqufero livre. Alm destes, considera-se tambm o caso mais raro de aquferos cativos, que so depsitos de gua fsseis, no sentido em que no h percolao e consequente renovao da gua ao longo do tempo e os aquferos suspensos, que so assim designados por a sua superfcie livre ficar acima do nvel fretico vizinho. As figuras seguintes ilustram diferentes tipos de aquferos. Livre

Confinados

SuspensoAqufero livre

Livre e confinado

Alm destes consideram-se tambm os aquferos, aquferos em meio fissurado, etc...



Fontes As fontes esto de um modo geral associadas a solues de continuidade geolgicas. Nas figuras seguintes podem ver-se diversas situaes que enquadram o surgimento de fontes.

Rebaixamento topogrfico

Fontes no contacto permevel/impermevelAblio Augusto Tinoco Cavalheiro - FEUP 1999-2010


Fontes no afloramento de uma falha

Rebaixamento do solo em terreno crsico



Fontes alinhadas (1 - diaclases)

Alinhadas no afloramento de uma fractura ou falha



Fonte num vale de eroso

Fonte numa falha e num dobramento



Fonte com origem num rio subterrneo

Piezometria na zona de recarga e de descarga de um aqufero livre



As fontes apresentam um caudal desfasado em relao aos valores da precipitao. O regime de precipitao cclico, com um perodo correspondente a um ano.

Caracterizao da gua - perspectiva geolgica e hidrogeolgica. As guas superficiais e subterrneas apresentam as seguintes caractersticas distintivas: guas superficiais- (cursos de gua e lagos) propriedades dependentes do solo e da atmosfera Temperatura dependente da temperatura mdia do ar. Matrias em suspenso, orgnicas e inorgnicas Materiais em dissoluo dependentes das formaes geolgicas que percorrem superfcie e da composio das guas subterrneas que as alimentam guas subterrneas Propriedades dependentes das rochas por onde circulam Temperatura dependente da temperatura das formaes que atravessam Matrias em suspenso, orgnicas e inorgnicas: efeito de filtragem Materiais em dissoluo dependentes das formaes geolgicas que atravessam

As fontes localizadas em formaes crsicas, caracterizadas pela existncia de cursos de gua subterrnea onde a circulao rpida e muito frequentemente em regime turbulento, so muito vulnerveis sob o ponto de vista da contaminao. Com efeito a hidrogeologia dos terrenos calcrios caracteriza-se por: permeabilidade em grande; alargamento progressivo das fissuras por dissoluo; permeabilidade crescente (aumenta em profundidade) drenados pelo nvel do vale principal da regio; reduzido escorrimento superficial dificulta abertura de vales secundrios; vales secos; regatos e rios subterrneos, que por vezes circulam superfcie

As fontes localizadas em formaes intrusivas, como por exemplo em granitos, so menos vulnerveis contaminao. A gua circula atravs de diaclases, que abastecem a fonte, sendo as diaclases por sua vez alimentadas pela circulao microscpica da gua na matriz da rocha. Se a gua que acorre para a diaclase provier da matriz da rocha, a fonte correspondente apresentar grande pureza bacteriolgica, dado o efeito filtrante resultante da passagem da gua atravs da matriz da rocha.

A temperatura da gua subterrnea reflecte a temperatura das zonas que atravessa. costume distinguirem-se as seguintes zonas do solo: Zona influenciada pelo calor atmosfrico: zona de heterotermia heterotermia diria : 1 a 2 metros heterotermia anual: 15 a 40 metros de profundidade Linha neutra



Zona influenciada pelo fluxo de calor do interior da terra, dependendo do gradiente geotrmico (20 a 40m/C), 33C/m: Zona de homotermia: da linha neutra para baixo, temperatura crescente em profundidade

A presena de fendas e de passagens francas no subsolo impede a aco de filtragem. Se a passagem da gua se fizer pela matriz de uma rocha, pode ser perfeitamente filtrada de qualquer microorganismo em suspenso. A qualidade do filtro natural pode verificarse indirectamente: constncia de caudal da fonte; constncia de temperatura; constncia da composio qumica; constncia da limpidez.

Percebe-se assim que a medio da temperatura de uma fonte constitua uma informao importante que permite, indirectamente, estabelecer hiptese sobre o percurso das guas subterrneas que a alimentam. Uma nascente cuja temperatura sofra variaes dirias atravessa zonas muito superficiais, logo est muito sujeita a contaminao. Uma nascente cuja temperatura sofra variaes anuais indica uma influncia da zona heterotrmica do solo: 15 a 40 m de profundidade. Uma nascente cuja gua apresente uma temperatura praticamente constante revela uma predominncia de guas provenientes de profundidade.

Composio qumica Caracterizao qumica da gua subterrnea Gases mais frequentes: N, O, H, He, Ar, CO2, NH3, CH4, C2H6, C3H8; Sais: CaCO3, (Ca,Mg)CO3, CaSO4, NaCl, KCl, SiO2, nitratos, silicatos, compostos de ferro, . Factores que intervm na composio qumica da gua: terrenos que atravessa tempo de contacto temperatura - aumenta a dissoluo de sais com a temperatura; presso - aumenta a dissoluo de gases com o aumento de presso; clima: aco de dissoluo pela chuva, aco de concentrao pela evaporao;

A filtragem natural O solo, se percolado pela gua de infiltrao, funciona como um filtro que retm as partculas em suspenso.

Qualidades exigidas s guas gua potvel: fresca, clara, lmpida, incolor, inodora, sabor agradvel, arejada; controlo por anlise qumica e bacteriolgica;



Quanto pureza bacteriolgica (microorganismos / cm3): 0 -10 - excessivamente pura 10-100 : muito pura 100-1 000: pura 1 000-10 000 - medocre 10 000 -100 000: impura >100 000 - muito impura guas para consumo humano guas de rios e lagos - necessitam de tratamento prvio para precipitao de partculas em suspenso e para desinfeco. guas subterrneas - em certos casos podem ser usadas directamente, em abastecimentos particulares; sempre que so lanadas em redes pblicas devem ser tratadas a fim de prevenir possveis contaminaes nos depsitos e canalizaes da rede pblica.

do nvel do mar. Se bombearmos a gua atravs de uma captao, o nvel assinalado por t rebaixado e consequentemente h diminui, sendo muito sensvel diminuio de t. A gua para abastecimento humano muito frequentemente captada em vales de rios, directamente do aluvio. As relaes entre as encostas do vale e o aluvio aparecem ilustradas na figura seguinte.

No caso da figura anterior verifica-se que a encosta permevel, pelo que o aqufero livre representado por N descarrega as suas guas no aluvio, podendo assim existir um caudal subterrneo nos perodos de estiagem em que o rio se apresenta seco.

No caso das ilhas ou das zonas costeiras, necessrio ter em conta a presena de uma cunha salina que pode contaminar o aqufero onde se est a bombear gua para abastecimento das populaes.

No caso da figura anterior a encosta impermevel, pelo que a gua presente no aluvio provm do abastecimento feito pelo leito do rio. Tanto num caso como noutro, a localizao da captao no aluvio beneficia de um efeito de diluio de eventuais contaminantes esporadicamente transportados e difundidos no rio.

H = h + t = d h, h = t / ( d 1) H espessura total de agua doce h profundidade de agua doce abaixo do nivel do mar t altura da toalha de agua doce acima do nivel do mar d densidade da agua do mar

Pesquisa de guas subterrneas Nas situaes de abastecimento de populaes, que envolvam caudais apreciveis, so realizados os seguintes estudos, total ou parcialmente: Estudo hidrogeolgico da regio

Na expresso anterior verifica-se que a altura de gua doce abaixo do nvel do mar h depende da altura de gua doce acima



Identificao de indcios : sinais meteorolgicos e biolgicos; turfeiras ou charcos na base de encostas; crostas calcrias ou ferrferas; terrenos aluvionares; aparecimento de determinada vegetao contrastante; files ou falhas; contactos; Pesquisa por fotografia area; Pesquisa geofsica; Pesquisa mecnica

correces qumicas: floculao e precipitao, permuta inica, eventual dessalinizao; correces biolgicas e bacteriolgicas: desinfeco por agentes fsicos (luz solar, raios ultravioleta), desinfeco por agentes qumicos (tratamento pelo cloro, ozonizao).

O consumo por habitante costuma estimarse em cerca de 200 l/dia. Principais parmetros que afectam a capacidade de um aqufero Tipo de aqufero - livre ou confinado Possana do aqufero Condutividade hidrulica do meio poroso Coeficiente de armazenamento Fronteiras - infinito, circular, linear, barreira impermevel, aquitardos, aquicludos, Grau de explorao Clima - precipitao, evapotranspirao -> infiltrao

A pesquisa mecnica deve ser finalizada com a realizao de ensaios de bombagem. Finalmente eliminam-se as captaes que se localizem em zonas que apresentem risco eminente de contaminao Para a captao eleita: Determinar a origem da gua - bacia hidrogeolgica; nas regies calcrias estudos experimentais Determinao de itinerrios: exame da temperatura, exame de caudal, exame da composio qumica, anlise bacteriolgica, uso de corantes (fluorescena), uso de NaCl; Estabelecer permetros de proteco permetro imediato de 10 a 250 m em volta da nascente, da ordem de 25 m em volta do poo, 10 a 100m transversal de uma vala ou galeria de drenagem; permetro geral .

Exemplo de algumas obras de captao. No caso das fontes localizadas em aquferos livres emergentes, a captao limita-se a proporcionar um isolamento da gua, tornando-a menos vulnervel a contaminaes. As figuras seguintes ilustram as solues construtivas mais vulgares.

Abastecimento de gua potvel A gua antes de ser consumida pelas populaes humanas deve receber um conjunto de tratamentos, dependendo do seu estado inicial, que pode incluir alguns ou a totalidade das seguintes correces: correces fsicas: decantao, filtrao;Ablio Augusto Tinoco Cavalheiro - FEUP 1999-2010

Captao simples


Captao por travessa

Barragem interna

Captao por poo

Barragem externa

Barragem internaCaptao por galeria

As fontes por vezes apresentam caudais bastante baixos na estiagem e demasiado altos no perodo das chuvas. Quando a drenagem do aqufero se faz predominantemente atravs da prpria fonte, haver vantagem em regularizar o caudal, atravs da implantao de barragens, internas ou externas, conforme aparece nas figuras seguintes.

Regularizao por sifonagem



Captaes por poos e furos Em muitas situaes capta-se a gua antes de ela emergir espontaneamente. As obras de captao realizam-se por algumas das seguintes razes: porque no h fontes que possam ser usadas; porque necessrio aumentar o caudal de abastecimento; porque a gua superficial apresenta episdios de contaminao; porque necessrio assegurar uma maior constncia da composio fsico-qumica da gua.

Muitas vezes as captaes so colocadas onde anteriormente existiam fontes naturais. Algumas das captaes apresentadas anteriormente podem localizar-se em antigas fontes. Existe uma grande variedade de execuo de poos, dependendo a sua forma e dos conhecimentos construtivos da respectiva regio. Os poos tradicionais, que atingem profundidades da ordem das dezenas de metros, apresentam, em determinadas regies, grandes dimetros, da ordem da dezena de metros, porque funcionam simultaneamente como reservatrios de gua. Nas ltima dcadas surgiram e implantaram-se firmemente captaes caracterizadas por terem um pequeno dimetro, da ordem de dois decmetros, mas atingindo grandes profundidades em relao aos poos tradicionais, da ordem das centenas de metros. Estas ltimas captaes designam-se por furos. Na figura seguinte aparece representado uma captao deste tipo com o respectivo cone de depresso.

Cone de depresso piezomtrica em torno da captao

O furo, uma vez realizado por um equipamento pneumtico ou hidrulico, desenvolvido, isto , limpo, a fim de desobstruir o caminho da gua numa aurola em torno da captao. O desenvolvimento levado a cabo recorrendo a diverso processos: sobre-bombagem; ciclos de bombagem e de recuperao; ciclos de bombagem interrompidos, com descarga da coluna de gua ascendente; por pistonagem processo que consiste em fazer subir e descer um pisto que movimenta a gua em sentidos opostos, movimentando as areias dos interstcios do meio poroso vizinho da captao, que acabam por cair na albraca da captao de onde so removidas mais tarde; por lavagem com jacto de gua da zona de tubo ralo; por injeco de cido desenvolvimento qumico (raramente usado); por ar comprimido - processo mais corrente.



Finalmente revestido com um tubo impermevel que permite isolar as zonas do furo que devem ficar isoladas. Nas zonas onde se pretende captar gua, colocam-se tramos de tubo com aberturas, normalmente designadas por tubo ralo, facultando-se assim a entrada da gua para dentro do tubo. Dentro do tubo instala-se uma bomba submersvel, designada por bomba de fundo de furo, que eleva a gua do interior da captao para o exterior. Simultaneamente instalado no interior do furo um sistema de sensores de nvel, que permitem controlar os perodos em que a bomba est desligada ou ligada. No caso de uma captao que est a ser permanentemente bombeada, o ciclo o seguinte: a) gua a ser bombeada e o nvel no interior do furo a ser rebaixado; b) atingido o elctrodo de mnimo a bomba desligada; c) gua a recuperar dentro do furo, elevando-se o nvel ao longo do tempo; d) atingido o nvel mximo, a bomba de novo accionada, passando situao a). O grau de rebaixamento imposto pelos elctrodos de mnimo e de mximo, condiciona a velocidade com que a gua aflui captao. essa velocidade no deve ser excessiva explorao gananciosa sob pena de se dar o arrastamento de pequenas partculas minerais que acabam por colmatar as grelhas atravs das quais a gua entra no tubo, comprometendo a eficcia da captao. Esporadicamente, durante o perodo de menor escassez de gua, que coincide com o perodo das chuvas, so realizados trabalhos de desenvolvimento das captaes que se encontram parcialmente obstrudas, o que facilmente se constata pela diminuio do caudal que apresentam.

Na figura seguinte est representado um corte de uma captao. As zonas onde est representada a entrada de gua correspondem a zonas de tubo ralo.

Equaes dos poos A ttulo de mera curiosidade passamos a referir algumas equaes que descrevem matematicamente a circulao da gua subterrnea. No caso do aqufero confinado existe um cone piezomtrico, cuja representao grfica foi atrs apresentada. A seguinte frmula, devida a Dupuit, permite prever o rebaixamento em torno de uma captao que est a bombear um caudal Q numa captao localizada no meio de uma ilha problema do poo no meio da ilha cujo raio R, dada a transmissividade do aqufero T, para um ponto que diste do centro da ilha r.



h( r ) H =

Q r ln 2T R

A transmissividade T de uma aqufero de condutividade hidrulica em toda a espessura igual ao produto dela pela possana do aqufero. Na figura anterior supe-se que o aqufero confinado coincide com a zona sombreada. A expresso anterior significa que o rebaixamento do nvel piezomtrico varia linearmente com o caudal bombeado da captao.

conceito de raio de influncia, como sendo a distncia a partir da qual se deixa de sentir a influncia do rebaixamento induzido por uma captao, em relao ao nvel piezomtrico da zona onde a captao est instalada. Assim, para situaes de uma captao localizada num terreno do interior, as frmulas de Dupuit continuam a ser vlidas, desde que se substitua o raio da ilha pelo raio de influncia.

A figura seguinte representa um poo no meio de uma ilha porosa, representada a cinzento, onde a gua percola atravs livremente, ou seja, problema do poo em aqufero livre no meio de uma ilha.

A partir da expresso de Dupuit para aqufero confinado possvel obter-se o cone de de depresso representado na figura seguinte.

Neste caso, do aqufero livre, a variao do rebaixamento no se d de forma linear com o caudal:h2 = H 2 + Q r ln K R

As expresses anteriores no aparentam ter qualquer interesse prtico. Com efeito, a situao de um poo centrado no meio de uma ilha perfeitamente circular algo que nunca se encontra na prtica. Contudo, frequente recorrer-se ao

As expresses at agora apresentadas foram obtidas para regime permanente, isto , sups-se que o tempo que decorreu desde o incio da bombagem foi infinito e que o cone piezomtrico est com uma forma inaltervel. evidente que este tipo de situao resulta das necessidade inerentes s hipteses simplificadoras que permitem obter solues analticas para um determinado problema. Na situao real no existe uma ilha mas sim um aqufero que, para efeitos prticos se pode



considerar infinito; nesta situao o cone de depresso vai evoluindo ao longo do tempo, atingindo zonas sucessivamente mais distantes da captao. Neste caso j no se est na presena de regime permanente, mas sim de um regime transitrio., para o qual tambm possvel obter soluo analtica e, a partir dela, o rebaixamento piezomtrico em torno da captao ao longo do tempo, que aparece nas figuras seguintes. Ateno escala vertical!



Classificao da gua segundo a legislao portuguesa (guas no minerais) Legislao portuguesa - Dec.Lei 236/98 ARTIGO 2 Categorias de gua 1. So definidas, em funo dos seus usos principais, as seguintes categorias de gua a) gua para consumo humano: a1) guas doces superficiais destinadas produo de gua para consumo humano; a2) guas subterrneas destinadas produo de gua para consumo humano; a3) guas de abastecimento para consumo humano; b) guas para suporte da vida aqucola: guas doces superficiais para fins aqucolas - guas pisccolas; b1) guas do litoral e salobras para fins aqucolas - guas conqucolas; b2) guas do litoral e salobras utilizadas para criao b3) guas do litoral e salobras utilizadas para fins aqucolas - guas pisccolas; c) guas balneares; d) guas para rega; Excludas: guas minerais naturais e guas de nascente ; guas para recarga de lenis freticos; .; guas para fins teraputicos; que tm legislao especfica: Prospeco, pesquisa e explorao de guas minerais, que se integram no domnio pblico do Estado, DL86/90; Prospeco, pesquisa e explorao de guas de nascente, que se integram no domnio privado, DL84/90; Prospeco, pesquisa e explorao de recursos geolgicos, DL 90/90.

A explorao das guas minerais, termominerais, etc.., esto enquadradas na

Legislao sobre Prospeco, Pesquisa e Explorao de Recursos GeolgicosLEI-BASE: Decreto-Lei n. 90/90, de 16 de Maro Depsitos Minerais: Decreto-Lei n 88/90, de 16 de Maro guas Minerais Naturais: DecretoLei n 86/90, de 16 de Maro guas Minero-Industriais: Decreto-Lei n 85/90, de 16 de Maro Recursos Geotrmicos: DecretoLei n 87/90, de 16 de Maro guas de Nascente: Decreto-Lei n 84/90, de 16 de Maro Massas Minerais (Pedreiras): Decreto-Lei n 270/2001, de 6 de Outubro Petrleo: Decreto-Lei n 109/94 de 26 de Abril

isto , so consideradas como um recurso geolgico. Em http:/www.ineti.igm.pt pode ser consultada a legislao aplicvel (2005)


1 Geologia e Captagens Curso de Climatologia e Hidrologia Captulo IV

guas termais As guas termais ou termo-minerais gozaram durante muitos sculos de uma grande reputao curativa. Dada a sua utilizao ancestral, baseada muitas vezes em crenas cientificamente difceis de aceitar ou rejeitar, recebem aquela designao as guas que tradicionalmente so usadas com fins teraputicos, cujas virtudes lhes so atribudas como provenientes da sua temperatura e da sua mineralizao. A sua termalidade uma das caractersticas que normalmente as distingue e que despertou o interesse das populaes desde remotas eras. Numa perspectiva meramente fsica, em relao temperatura na nascente, pode usar-se a seguinte classificao para as guas : GUAS FRIAS T

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