3 UNIDADE 2 PARTE 1

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HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Infiltração
Docente: Prof. Dr. Ivan Taiatele Junior
Ano/bimestre: 2024/2
Uningá - 4º ano Eng. Civil
processo físico da passagem natural da água da superfície para o interior do solo
Definição
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Tem grande importância no ciclo hidrológico por ser um dos fatores que
determinam a recarga dos aquíferos e a disponibilização de água para as
culturas.
Lembrando: R = P - I
Logo, influencia diretamente na ocorrência e
na magnitude do escoamento superficial.
Parâmetros
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
No interior do solo, o espaço disponível para a água se movimentar e se acumular é
determinado pelos vazios existentes entre os grãos que compõem a estrutura do solo. Três
parâmetros importantes são a porosidade (n) e o teor de umidade do solo (θ) e o grau de
saturação do solo (S)
n = (volume de vazios numa amostra de solo) ÷ (volume total da amostra de solo).
θ = (volume de água na amostra de solo) ÷ (volume total da amostra de solo), que será sempre
menor ou igual à porosidade.
S = (volume de água na amostra de solo) ÷ (volume de vazios na amostra de solo), isto é, S = θ/n. 
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Perfil de
umidade
Fonte: BARBOSA-JÚNIOR, 2022.
Capacidade de infiltração
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
A capacidade de infiltração, f, é uma grandeza física que mede o potencial
que o solo tem de absorver água pela sua superfície.
Fisicamente, representa o volume de água que o solo é capaz de absorver,
por unidade de área, na unidade de tempo.
A grandeza capacidade de infiltração, f, tem, portanto, a dimensão de
comprimento por tempo e é medida, em geral, em mm/h, mm/min ou
cm/dia.
Capacidade de infiltração
vs. taxa real de infiltração
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Taxa real de infiltração: só acontece quando há disponibilidade de água para
penetrar no solo.
As curvas, em função do tempo, da taxa real de infiltração e da capacidade de
infiltração de um solo, somente coincidirão se a taxa de contribuição de água
superficial, proveniente da precipitação natural ou artificial, tiver intensidade
igual ou superior à capacidade de infiltração (i>f).
Neste caso, na prática, a quantificação da capacidade de infiltração pode ser
feita em termos da mensuração da altura da lâmina d’água infiltrada, por
unidade de tempo, sob determinadas condições. 
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Fonte: BARBOSA-JÚNIOR, 2022.
Caso I: a intensidade da chuva, i, é menor do que a
capacidade de infiltração, f, e inferior à condutividade
hidráulica saturada do solo, Ks (i < f e i < Ks). Nessa
situação, toda água precipitada infiltra no solo, com
uma taxa sempre igual à intensidade da chuva.
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Fonte: BARBOSA-JÚNIOR, 2022.
Caso II: a intensidade da chuva, i, é inicialmente menor do
que a capacidade de infiltração, f, mas superior à
condutividade hidráulica saturada (Ks < i < f). Nesse caso,
inicialmente, toda a água da precipitação infiltra no solo com
uma taxa igual à intensidade da chuva. Enquanto a água
infiltra, a capacidade de infiltração passa a decrescer com o
tempo devido, principalmente, ao aumento do teor de
umidade nas camadas mais próximas à superfície e à
consequente redução do gradiente hidráulico entre a
superfície e a frente úmida em propagação. Decorrido um
determinado tempo, genericamente identificado como t = te ,
ocorre o encharcamento da camada superficial do solo
(empoçamento da água à superfície) e a capacidade de
infiltração iguala-se momentaneamente à intensidade da
chuva. Após o instante te , a capacidade de infiltração
continua a decrescer de forma exponencial com o tempo. Se
a chuva persiste, a capacidade de infiltração aproxima-se de
um valor mínimo constante, identificado como f = fc, que é
aproximadamente igual à condutividade hidráulica saturada.
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Fonte: BARBOSA-JÚNIOR, 2022.
Caso III: a intensidade da chuva, i, é superior à capacidade de infiltração, f,
desde o início da precipitação (i > f): Para o caso de i > f, o encharcamento
ou empoçamento da água na superfície do terreno ocorre já no início da
chuva. Nesse caso, a taxa real de infiltração sempre coincide com a
capacidade de infiltração e é controlada somente por fatores relacionados
ao solo.
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Fonte: BARBOSA-JÚNIOR, 2022.
 0 < t < te
taxa real de infiltração = i < f
 t = te
taxa real de infiltração = i = f = f0
 te < t ≤ td
taxa real de infiltração = f < i
encharcamento da camada
superficial do solo
 t > td
taxa real de infiltração = i = 0
f começa a crescer
(percolação + evapotranspiração)
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
qs = i – f
i = intensidade da chuva (altura pluviométrica por unidade de tempo), [LT-1];
f = capacidade de infiltração (altura da lâmina líquida infiltrada por unidade de tempo), [LT-1];
qs = escoamento superficial direto ou runoff (altura de lâmina líquida escoada, por unidade de
tempo, ou volume de água escoada por unidade de área superficial, na unidade de tempo), [LT-1].
Fonte: BARBOSA-JÚNIOR, 2022.
R = P – I
R = altura da lâmina d’água total escoada, ou
volume escoado, por unidade de área, [L];
P = altura total precipitada, [L];
I = altura da lâmina d’água total infiltrada, ou
volume de água infiltrada, por unidade de área, [L].
Ramo MN da curva
Balanço hídrico
Para o estudo da infiltração em um solo, foi realizado um experimento com simulador
de chuva em uma área retangular de 4 m por 12,5 m. A duração da chuva foi tal que
gerou um escoamento superficial praticamente constante de 0,5 L/s. Sabendo-se que
a intensidade da chuva artificial era de 50 mm/h, calcule o escoamento superficial e a
capacidade de infiltração mínima encontrada no experimento.
Exemplo
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Respostas: qs = 36 mm/h, f = 14 mm/h
Fatores
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
 A capacidade de infiltração depende:
Tipo de solo: a capacidade de infiltração varia diretamente com a porosidade do solo, o
tamanho das partículas do solo (distribuição granulométrica) e o estado de fissuração das
rochas.
Grau de umidade do solo: o solo seco tem maior capacidade de infiltração pelo fato de, à ação
gravitacional, somarem-se as forças capilares que favorecem a infiltração. De outro modo,
quanto maior for a umidade do solo, menor será a capacidade de infiltração.
Compactação pela ação de homens e animais: a compactação da superfície do solo o torna
menos permeável, diminuindo a capacidade de infiltração.
Fatores
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
 A capacidade de infiltração depende:
Ação da precipitação sobre o solo: a ação da chuva sobre o solo tende a diminuir a
capacidade de infiltração, pelo efeito da compactação da superfície do terreno, do
transporte de material fino, que diminui a porosidade junto à superfície, e do aumento das
partículas coloidais, que também diminui os espaços intergranulares.
Alteração da macroestrutura do terreno: a capacidade de infiltração pode ser aumentada
pela alteração da macroestrutura do solo devido a fenômenos naturais, como escavações de
animais, decomposição de raízes de plantas e a ação do sol, e também devido à ação do
homem no cultivo da terra (aração).
Fatores
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
 A capacidade de infiltração depende:
Cobertura vegetal: a presença da cobertura vegetal resulta em um aumento da capacidade de
infiltração do solo, pois a parte aérea da vegetação atenua a ação compactadora da chuva, e suas
raízes facilitam a atividade de insetos e outros animais no processo de escavação. Ainda, a
vegetação dificulta o escoamento superficial e retira a umidade do solo pelo processo da
transpiração.
Temperatura do solo: a infiltração é um fenômeno de fluxo de água no solo. Assim, sua medida
(por meio da capacidade de infiltração) está subordinada à temperatura da água, da qual
depende a sua viscosidade. Menores temperaturas provocam o aumento da viscosidade, que
aumentam as forças de resistência ao fluxo e reduzem a capacidade de infiltração.
Presença de ar: o ar retido temporariamente nos espaços intergranulares retardaa infiltração
por fluir em direção contrária à da água.
Métodos de quantificação
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
 Uso de equipamentos denominados infiltrômetros que, em geral, são de dois tipos:
 infiltrômetros de anel metálico, propriamente ditos, que utilizam a aplicação de água por
inundação, isto é, mantêm um contínuo aporte de água à superfície do terreno durante o
processo de medição;
simuladores de chuva, que fazem a aplicação de água por aspersão.
direta da capacidade de infiltração
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Fonte: BARBOSA-JÚNIOR, 2022.
Métodos de quantificação
Infiltrômetro de duplo anel Infiltrômetro de anel simples 
direta da capacidade de infiltração
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Métodos de quantificação
Infiltrômetro de anel metálico
direta da capacidade de infiltração
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Métodos de quantificação
Infiltrômetro de anel metálico
Os principais fatores que causam erros de medida, são:
a ausência do efeito de compactação da chuva
a fuga lateral do ar retido nos vazios do solo para a área externa ao tubo
a deformação da estrutura do solo com a cravação do tubo.
direta da capacidade de infiltração
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Métodos de quantificação
Simuladores de chuva
A chuva é simulada com uma com taxa uniforme de intensidade superior a f, exceto
para um breve intervalo de tempo inicial necessário para produzir o encharcamento
superficial.
Normalmente, a aplicação da água por aspersão é feita em áreas retangulares, ou
quadradas, medindo de 0,10 m2 a 40 m2 de superfície. Essas áreas são circundadas
por canaletas que recolhem a água a do escoamento superficial.
Registra-se a quantidade de água adicionada e mede-se o escoamento superficial
resultante para, mediante a aplicação do balanço hídrico, deduzir-se o valor de f.
direta da capacidade de infiltração
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Para conhecer da capacidade de infiltração média no solo de uma bacia
hidrográfica, utiliza-se a equação do balanço hídrico por ocasião de uma chuva.
Conhecendo-se a precipitação e o escoamento superficial, calcula-se, por
diferença, a capacidade de infiltração média na bacia.
Nesse procedimento, despreza-se a evapotranspiração durante a chuva.
Assim, para uma bacia:
Análise da capacidade
de infiltração em uma bacia
Q = vazão correspondente ao escoamento superficial, medida na seção exutória da bacia;
A = área de drenagem da bacia hidrográfica. 
HIDROLOGIA E DRENAGEM URBANA
Para fins de cálculo, pode-se organizar uma planilha de anotações:
Análise da capacidade
de infiltração em uma bacia
(valores MEDIDOS) (valores CALCULADOS)