11/12/2012. Coesivos. Não-coesivos

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1 X ENES 05 a 07/12/2012, Foz do Iguaçu, PR Minicurso 3: Amostragem de sedimentos em cursos d água e análises sedimentométricas ANDERSON BRAGA MENDES Eng. Civil, MSc. TÓPICOS: 1) Os tipos de sedimentos inorgânicos; 2) Formas de transporte de sedimentos; 3) Distribuição dos sedimentos em cursos d'água superficiais; 4) Medição do transporte de sedimentos por amostragem clássica (suspensão, fundo e total); 5) Medição da descarga sólida em suspensão por meio de ; 6) Visita técnica rio São Francisco Verdadeiro. 1) OS TIPOS DE SEDIMENTOS INORGÂNICOS (classificação AGU American Geophysical Union) PARTE 1 Coesivos Não-coesivos 1

2 2) FORMAS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS a) Suspensão P F R >0 F h >0 b) Arraste c) Saltitante P F R =0 F h >0 P F h >0 F R 0 3) DISTRIBUIÇÃO DOS SEDIMENTOS EM CURSOS D ÁGUA SUPERFICIAIS a) Na vertical b) Na seção transversal Fonte: CARVALHO (2008) Descarga sólida total = Qsuspensão + Qarraste + Q saltitante a) Esticar o cabo de aço/trena perpendicular ao fluxo na seção de medição b) Levantar o perfil transversal da seção (profundidades reais) 2

3 c) Identificar a vertical com maior produto velocidade x profundidade d) Escolha do amostrador de sedimentos em suspensão DH-48 (AMS-1) D-49 (AMS-2) Saca (AMS-8) Vertical de referência - Prof. máxima: 1,5 m - Bico ¼ - Peso aprox.: 3 kg - Garrafa de 0,5 l - Prof. máxima: 4,5 m - Bicos de 1/8, 3/16 e 1/4 - Peso aprox.: 28 kg (requer guincho) - Garrafa de 0,5 l - Prof. maior que 4,5 m - Bicos de 1/8, 3/16 e 1/4 - Peso aprox.: 15 kg (requer guincho) - Saca de 5 a 8 l e) Escolha do amostrador de sedimentos/descarga do leito Draga Petersen USBM-60 Rock Island f) Traçar perfil transversal a ser amostrado Descontar a distância do bico do amostrador ao fundo (zona não amostrada) - Peso aprox.: 15 kg - Peso aprox.: 20 kg (requer guincho) - Raspagem de 5 cm do leito Zona não amostrada BLM-84 Helley-Smith d=0,09 m Leito real Leito virtual 3

4 g) Determinar velocidade de trânsito máxima p/ vertical de maior velocidade média do escoamento Vt/Vm = 0,2 para bico de 1/8 Vt/Vm = 0,4 para bicos de 3/16 e ¼ Onde: Vt= velocidade de trânsito Vm= velocidade média na vertical Para nosso caso, v6 tem a maior velocidade média: 0,65 m/s (coincidiu com a vertical de referência) Para bico de 1/8 : Vt= 0,2*Vm = 0,2*0,65 = 0,13 m/s (máxima velocidade permitida) h) Determinar o tempo de amostragem na vertical de referência (v6) Vt= 0,13 m/s (máxima velocidade permitida) Vm= S/ t Vt= 2*prof. referência (virtual) / t Para vertical de referência: 0,13= 2*0,91/ t, logo: t = 1,82/0,13 = 14 s (tempo mínimo nessa vertical) Faz-se a amostragem na vertical de referência (subida e descida do amostrador) a fim de totalizar 14 s. Aumenta-se o tempo de amostragem até que se otimize a coleta (garrafa cheia até o limite permitido: 0,4 l). Esse novo tempo (superior a 14 s) será o tempo de referência a ser empregado. Limite máximo admissível E se a garrafa vier cheia além do limite permitido, considerando a máxima velocidade de trânsito admissível? Duas possibilidades: - Adota-se um bico mais fino; - Opta-se por um amostrador que atinja profundidades maiores A garrafa não pode estar mais cheia que o permitido, pois é preciso garantir que não haja renovação de água dentro ela durante a amostragem O amostrador de saca, devido à sua grande capacidade de armazenamento (5 a 8 l), apresenta maior facilidade operacional 4

5 Exemplo de possível erro na escolha da vertical de referência: i) Determinar o tempo de amostragem para todas as verticais Vy Vm=0,1 m/s p=2,0 m (Vm*p=0,2) Vx Vm=1,5 m/s p=0,2 m (Vm*p=0,3) Escolheu-se se Vx como referência e otimizou-se o tempo de enchimento da garrafa. Porém, em Vy a garrafa veio completamente cheia, invalidando toda a amostragem... Sabendo-se que o tempo mínimo na vertical de referência é 14 s, para otimizar a amostra, o novo tempo encontrado foi 26 s. Por regra de três, determinase os tempos de amostragem para as demais verticais: ATENÇÃO! Uma vez identificada uma nova vertical de referência, deve-se recomeçar toda a medição, eliminando as subamostras já coletadas. j) Estimar volume total a ser coletado (sedimento em suspensão) - Infere-se sobre a concentração de sedimentos em suspensão; - Com esse valor, determina-se o total de água a ser coletada na seção. A massa de sedimentos na amostra composta dever ser superior a 150 mg (para análise no tubo de remoção pela base) Se é estimada uma concentração de 10 mg/l: 10 mg/l * X litros = 150 mg, Logo: X = 150/10 = 15 l (deve-se coletar mais de 15 l) Toda a seção transversal deve ser amostrada! -Para medição de sedimento em suspensão, deve-se adotar, no mínimo, 10 verticais de amostragem; -A amostragem só termina após a coleta do volume necessário para a perfeita análise laboratorial; -Deve-se proceder com quantas passadas na seção forem necessárias até coletar todo o volume requerido; -Nunca se deve interromper a coleta na seção antes de concluir uma passada completa. Se o galão estiver cheio, usa-se se um sobressalente. 5

6 Deve-se na analisar toda a amostra, e não subamostras! Exemplo: considerando que a concentração de sedimentos em suspensão no rio seja 10 mg/l: k) Amostrar material do leito Coleta-se material do leito em, no mínimo, 5 verticais intercaladas com aquelas adotadas na medição de sedimento em suspensão Em uma garrafa contendo 200 ml, a massa de sedimentos é 2mg (0,002 g). Erro da balança: 0,001g Possíveis resultados da pesagem: 0,001g; 0,002g e; 0,003g (o o erro varia de 50% a 100%!!!) Em galão contendo 20 l, a massa de sedimentos é 200mg (0,2 g). Erro da balança: 0,001g Possíveis resultados da pesagem: 0,199g; 0,200g e; 0,201g (o o erro é de apenas 0,5%) l) Amostrar descarga do leito Vídeo: amostragem de sedimento em suspensão (rio São Francisco Verdadeiro) Coleta-se material do leito em, no mínimo, 5 verticais intercaladas com aquelas adotadas na medição de sedimento em suspensão O amostrador deve permanecer estático no fundo de cada vertical por igual intervalo de tempo. Extrapola-se o resultado para toda a seção transversal 6

7 Amostragem de sedimento em suspensão (rio Paraná em Guaíra) Vídeo: amostragem de sedimento em suspensão (Córrego Arroio Fundo) Vídeo: amostragem de sedimento do leito (Rio São Francisco Verdadeiro) PARTE 2 7

8 a) Equipamentos de campo Sensor de N.A. Turbidímetro b) Exemplos de postos de monitoramento Córrego Xaxim São Francisco Verdadeiro Piquiri Datalogger Painel solar Guaíra - PR c) Exemplos de registros armazenados posto Xaxim d) Coletas pontuais de sedimentos em suspensão Turbidímetro (mv) Vazão (m³/s) - Amostradores de campo contratados fazem a coleta de amostras nos períodos de cheia e estiagem mínimo 1 vez por semana; - A cada 2 meses, as amostras são recolhidas para análise em laboratório próprio; Registro turbidimetro Todos os postos possuem curva-chave chave calibrada pelo setor de Hidrologia. Assim, com os registros horários do sensor de N.A., é possível computar a vazão no posto. vazao Dependendo da turbidez da amostra (determinada por turbidímetro de bancada), opta- se pelo método da filtração ou evaporação para determinar a concentração de sedimentos em suspensão. 8

9 e) Rotina de escritório para processamento dos dados - Para o período entre campanhas (2 meses), preencher lacunas nas séries de N.A. (m) e turbidímetro (mv), correlacionando essas duas variáveis por meio de uma equação; e) Rotina de escritório para processamento dos dados - Com a série horária do turbidímetro preenchida, correlacionar os registros com as análises laboratoriais das amostras pontuais de campo (mesma data e hora) Leitura do turbidímetro (mv) y = 110.7x R 2 = Nível d'água (m) Com isso, transforma-se se a série de mv para mg/l. e) Rotina de escritório para processamento dos dados - Correlaciona-se os valores de concentração (mg/l) obtidos com o turbidímetro de campo com aqueles levantados pelo método clássico para correção de toda a série. 350 FIM DO MINICURSO Concentração método clássico (mg/l) y = x R 2 = Concentração turbidímetro (mg/l) Obrigado! Anderson Braga Mendes Assim, corrige-se toda a série como se toda ela tivesse sido obtida por meio de medições clássicas 9

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