Hidrologia - Aula 8 - Infiltração

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HIDROLOGIA APLICADA
INFILTRAÇÃO
Prof. MSc. Ana Carolina Assmar
BELÉM-PA
2021
FACULDADE ESTÁCIO DE BELÉM
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL/SANITÁRIA E AMBIENTAL
DISCIPLINA: HIDROLOGIA
Considerações iniciais
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• Passagem de água da superfície para o interior do solo. Portanto, é um
processo que depende fundamentalmente da água disponível para infiltrar,
da natureza do solo, do estado da sua superfície e das quantidades de água
e ar, inicialmente presentes no seu interior.
• A infiltração é o processo pelo qual a
água penetra nas camadas superficiais do
solo, se move para baixo através dos
vazios (capilaridade) pela ação da
gravidade, até atingir uma camada
impermeável, formando um lençol d’água.
Considerações iniciais
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Este fenômeno é função das características geológicas do solo, do relevo e 
dos obstáculos oferecidos ao escoamento superficial, notoriamente do 
tipo e porte da vegetação da área.
Considerações iniciais
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• À medida que a água infiltra pela superfície, as camadas superiores do solo
vão se umedecendo de cima para baixo, alterando gradativamente o perfil
de umidade.
• Com aporte de água, o perfil de umidade tende à saturação em toda a
profundidade, sendo a superfície, naturalmente, o primeiro nível a saturar;
• Normalmente, a infiltração decorrente de precipitações naturais não é capaz de
saturar todo o solo, restringindo-se a saturar, quando consegue, apenas as
camadas próximas à superfície, conformando um perfil típico onde o teor de
umidade decresce com a profundidade.
Considerações iniciais
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• Quando o aporte de água à superfície cessa, isto é, deixa de haver infiltração, a
umidade no interior do solo se redistribui, evoluindo para um perfil de umidade
inverso, com menores teores de umidade próximo à superfície e maiores nas
camadas mais profundas.
• Nem toda umidade é drenada para as
camadas mais profundas do solo, já que
parte é transferida para a atmosfera por
evapotranspiração.
Fatores de influência 
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• Umidade do Solo: quanto mais saturado estiver o solo, menor será a
infiltração.
• Geologia: a granulometria do solo condiciona a sua permeabilidade.
• Quanto mais fino for o solo menor será a infiltração.
• Ocupação do solo: os processos de urbanização e devastação da vegetação
diminuem drasticamente a quantidade de água infiltrada, ocorrendo o
contrário com a aplicação de técnicas adequadas de terraceamento (técnica
agrícola e geográfica de conservação do solo, destinada ao controle de
erosão hídrica) e manejo do solo.
Fatores de influência 
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• Topografia: declives acentuados favorecem o escoamento superficial direto,
diminuindo a oportunidade de infiltração.
• Depressões: a existência de depressões provoca a retenção da água
diminuindo a quantidade de escoamento superficial direto. Esta água retida
é infiltrada no solo e parte evaporada.
A Água no solo controla a geração de escoamento superficial, 
sendo importante para estudo de cheias e inundações.
Importância 
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• Regula a recarga de água subterrâneas;
• Controla a produtividade da vegetação, sendo importante para a
agricultura;
• Regula processos de degradação ambiental, como erosão e transporte de
poluentes;
• Importante papel em secas, etc.
Fases da infiltração 
(Garcez, 1988)
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• Fase de Intercâmbio: ocorre na camada superficial do terreno, onde as
partículas de água estão sujeitas a retornar à atmosfera, seja devido à
aspiração capilar provocada pela evaporação à superfície, seja devido ao
fenômeno de transpiração das plantas;
• Fase de descida: a ação da gravidade superando a capilaridade, obriga o
escoamento descendente da água até atingir a camada impermeável;
• Fase de Circulação: saturado o solo, formam-se os lençóis subterrâneos.
A água escoa devido à declividade das camadas impermeáveis.
Grandezas características
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CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
• Quantidade de água máxima que um solo, em condições preestabelecidas,
pode absorver por unidade de superfície horizontal, durante a unidade de
tempo. Pode ser medida pela altura de água que se infiltrou, expressa em
mm/h.
VELOCIDADE DE INFILTRAÇÃO
• É a velocidade média fictícia de escoamento da água através de um solo
saturado, considerando-se como seção de escoamento não apenas a soma
das seções dos interstícios, mas toda a superfície atuante.
• Numericamente, é igual à quantidade de água que passa através da unidade
de superfície de material filtrante durante a unidade de tempo. Expressa em
m/s; m/dia; mm/s ou em m³/m² dia.
Grandezas características
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DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA
• É a distribuição das partículas constitutivas de solos granulares em função
das dimensões das mesmas.
• Costuma ser representada graficamente pela curva de distribuição
granulométrica; em abscissas figuram (em mm), em escala logarítimica, os
tamanhos D das partículas granulares (aberturas de peneiras) e, em
ordenadas, as porcentagens acumuladas P, das quantidades (em peso) de
grãos de tamanhos menores que aqueles indicados nas correspondentes
abscissas D.
• Diâmetro efetivo é o tamanho D10 igual à dimensão de uma malha que deixa
passar 10% em peso do material em exame. Coeficiente de uniformidade é
a relação entre o tamanho D60 (correspondente ao P = 60%) e o diâmetro
efetivo: D10 / D60.
Grandezas características
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Grandezas características
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POROSIDADE DO SOLO
• É a relação entre o volume de vazios e o volume total do solo; geralmente é
expressa em porcentagem. A porosidade está em relação íntima com a
granulometria e com a forma dos grãos.
COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE
• É a velocidade de filtração da água em um solo saturado, quando se tem um
escoamento com perda de carga unitária a uma certa temperatura.
• Esse coeficiente mede a maior ou menor facilidade que cada solo, quando
saturado, oferece ao escoamento da água através de seus interstícios. Ele é
expresso em m/dia, cm/s, m³/m² dia.
• A permeabilidade depende principalmente da porosidade, granulometria e
das formas dos grãos.
Grandezas características
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Grandezas características
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Grandezas características
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Tipos de solo
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Quanto maior a porosidade, o tamanho das partículas ou o estado de
fissuração, maior a capacidade de infiltração.
• Argilas – diâmetro das partículas = D < 0,002 mm
• Siltes – diâmetro das partículas = 0,002 < D < 0,06 mm
• Areias – diâmetro das partículas = 0,06 D < 2,00 mm
• Pedregulhos – diâmetro das partículas = D > 2,00 mm
Parâmetros da relação água-solo
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POROSIDADE
• Chama-se porosidade () a relação entre o volume de vazios (Vv) e o
volume total (V).
V
ms=
Parâmetros da relação água-solo
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MASSA ESPECÍFICA DO SOLO (ρ)
• É a relação entre a massa dos sólidos (ms) e o volume total (V).
V
ms=
Parâmetros da relação água-solo
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RELAÇÃO DE VAZIOS OU ÍNDICE DE VAZIOS (e)
• É a relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume de sólidos (Vs).
s
v
V
V
e =
Parâmetros da relação água-solo
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GRAU DE SATURAÇÃO (S)
• É a relação entre o volume de água (Va) e o volume de vazios (Vv) de
uma amostra.
v
a
V
V
S =
Parâmetros da relação água-solo
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UMIDADE VOLUMÉTRICA ()
• Chama-se de Umidade () a relação entre o volume de água (Va) e o
volume total (V).
V
Va=
Parâmetros da relação água-solo
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UMIDADE DE SATURAÇÃO (s)
• Relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume total (V).
 ==
V
Vv
s
Métodos de medição 
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CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
Os principais métodos são:
• Método do infiltrômetro de anel
• Método do infiltrômetro de sulco
• Método do balanço de entrada e saída de água no sulco
• Método de irrigação por aspersão em uma pequena área de teste
Métodos de medição
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INFILTRÔMETRO DE ANEL
▪ Consiste de dois anéis concêntricos, um de menor diâmetro, com 25 cm de
e outro maior com diâmetro de 50 cm. Ambos com 30cm de altura.
▪ Os anéis devem ser instalados no solo com o auxilio de um macaco
hidráulico, pois com o auxílio de uma marreta poderá se comprometer na
agitação das partículas do solo.
▪ Coloca-se água, ao mesmo temponos dois anéis.
▪ Geralmente a lâmina de água no cilindro interno é maior que no externo,
devido a função do cilindro externo ser apenas de orientação das linhas de
corrente.
Métodos de medição
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INFILTRÔMETRO DE ANEL
Métodos de medição
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INFILTRÔMETRO DE ANEL
Métodos de medição
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▪ E com uma régua graduada acompanha-se a infiltração vertical no cilindro
interno para vários intervalos de tempo.
▪ A capacidade de infiltração instantânea é calculada por:
t
h
It


=
Onde:
It é a capacidade de Infiltração instantânea (mm/h) ;
∆h é a variação da lâmina d’água (mm);
∆t é o intervalo de tempo (h);
Métodos de medição
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• O gráfico da capacidade de infiltração é do tipo t x I (Capacidade de
Infiltração em função do tempo).
Capacidade de Infiltração
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
t (h)
I 
(m
m
/h
)
Onde:
It é a capacidade de Infiltração (mm/h) ;
t é o tempo (h);
Métodos de medição
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EXERCÍCIO
• Calcular a capacidade de infiltração em cada instante e a acumulada para
um ensaio a partir dos dados coletados.
Métodos de medição
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• O cálculo dos valores da condutividade hidráulica vertical (Kv) com esse
método, considerando a carga variável, sendo determinado pela seguinte
equação:
Onde: 
Kv = condutividade hidráulica vertical (m/s); 
U = fator de conversão de mm/min para m/s = 1/60000; 
I = profundidade de penetração do anel no solo (mm); 
Δt = o intervalo de tempo do ensaio (s); 
h0/ht = razão entre os níveis d'água inicial e final no anel interno
Métodos de medição
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EXERCÍCIO
• Calcular a condutividade hidráulica vertical (Kv) de um solo, sabendo-se que
os anéis tiveram uma profundidade de penetração de 10 cm no solo. No
experimento, em um intervalo de 15 minutos, o nível d’água variou de 15
cm para 3,3 cm.