6_Infiltração

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INFILTRAÇÃO 
 
 
 
1. OBJETIVOS 
 
 
 Definir o processo da infiltração e conhecer suas grandezas 
características; 
 
 Utilizar os métodos de medidas da infiltração; 
 
 Conhecer os fatores que intervêm na capacidade de infiltração, 
e 
 
 Definir os parâmetros que caracterizam a relação solo-água. 
 
 
2. INTRODUÇÃO 
 
Infiltração é o processo pelo qual á água penetra nas camadas 
superficiais do solo e se move para baixo, em direção ao lençol d'água. 
 
 
A água precipitada tem os seguintes destinos: 
 
 Parte é interceptada pelas vegetações; 
 Parte é retida nas depressões; 
 Parte é infiltrada; 
 O resto escoa superficialmente. 
 
Fases da infiltração: 
 
 Intercâmbio - ocorre na camada superficial de terreno, onde as 
partículas de água estão sujeitas a retornar à atmosfera por 
aspiração capilar, provocada pela ação da evaporação ou absorvida 
pelas raízes das plantas; 
 
 Descida – dá-se o deslocamento vertical da água quando o próprio 
peso supera a adesão e a capilaridade; 
 
 Circulação – devido ao acúmulo da água, o solo fica saturado 
formando-se os lençóis subterrâneos. A água escoa devido à 
declividade das camadas impermeáveis. 
 
3. GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS DA INFILTRAÇÃO 
 
Capacidade de infiltração – é a quantidade máxima de água que um 
solo, sob uma dada condição, é capaz de absorver na unidade de 
tempo por unidade de área. Geralmente é expressa em mm/h. 
 
Distribuição granulométrica – é a distribuição das partículas 
constituintes do solo em função das suas dimensões; 
 
Porosidade – é a relação entre o volume de vazios e volume total, 
expressa em porcentagem. 
 
Taxa de infiltração – é definida como a lâmina de água (volume de 
água por unidade de área) que atravessa a superfície do solo, por 
unidade de tempo. 
 
Coeficiente de permeabilidade - é a velocidade de filtração em um 
solo saturado com perda de carga unitária; mede a facilidade ao 
escoamento. 
 
 
4. MÉTODOS DE MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO 
 
INFILTRÔMETRO DE ANEL 
 
Os infiltrômetros consistem, basicamente, de dois cilindros 
concêntricos e um dispositivo de medir volume da água aduzida ao 
cilindro interno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 – Ilustrações do infiltrômetro de duplo anel 
 
 
 
 
SIMULADORES DE CHUVA OU INFILTRÔMETRO DE ASPERSÃO 
 
São equipamentos nos quais a água é aplicada por aspersão, com 
intensidade de precipitação superior à capacidade de infiltração do 
solo. 
 
 
 
Ilustração de simuladores de chuva 
5. FATORES QUE INTERVÊM NA CAPACIDADE DE 
INFILTRAÇÃO 
 
 
Os fatores intervenientes no fenômeno da infiltração são os 
seguintes: 
 
 Umidade do solo: quanto mais seco o solo, maior será a 
capacidade de infiltração. 
 
 Permeabilidade do solo (Tipo de solo): a capacidade de 
infiltração varia diretamente com a porosidade, tamanho das 
partículas e estado de fissuração das rochas. 
 
 Temperatura do solo: 
 
 Profundidade do extrato impermeável: 
 
 Efeito de precipitação: as águas das chuvas transportam os 
materiais finos que tendem a reduzir a porosidade da 
superfície. 
 
 Cobertura por vegetação: favorece a infiltração, já que 
dificulta o escoamento superficial da água. 
 
 
 
6. EQUAÇÃO DA CURVA DE CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO EM 
FUNÇÃO DO TEMPO 
 
 
Horton (1940) propôs a seguinte equação: 
 
  ktc0c e ffff  (1) 
 
Onde: 
fo é a capacidade de infiltração inicial (t = 0); 
fc é a capacidade de infiltração final (t = ∞); 
k é uma constante para cada curva; e 
f é a capacidade de infiltração depois do tempo t. 
 
A equação que representa a infiltração acumulada ou potencial de 
infiltração foi obtida pela integração da equação 1, e então, chega-se à: 
 
F = fc . t + ((f0 - fc)/k).(1 - ek*t) (2) 
 
onde F é a quantidade infiltrada (ou a quantidade que iria infiltrar se 
houvesse água disponível), em mm. 
 
 
Kostiakov (1932) propôs uma equação do tipo: 
 
vtaf  
 
Onde: 
a e v são constantes a serem ajustadas através da curva obtida 
no ensaio de infiltração. 
 
 
 
 
Método de Soil Conservation Service 
 
 
Fórmula proposta pelo SCS: 
 
)8.0(
)2.0( 2
SP
SPPe 

 (3) 
 
para P  0.2S 
onde: 
Pe - escoamento superficial direto em mm; 
P - precipitação em mm; 
S - retenção potencial do solo em mm; 
0,2S é uma estimativa das perdas iniciais (interceptação e 
retenção). 
 
Relação entre S e CN (“número de curva”): 
 







4.25
10
1000
S
CN
 (4) 
ou 
25425400 
CN
S (5) 
 
CN depende de 3 fatores: 
 
 umidade antecedente do solo; 
 tipo de solo; 
 ocupação de solo. 
 
Tipos de solo e condições e ocupação 
 
 
O SCS distingue em seu método 5 grupos hidrológicos de solos. 
 
Grupo A – Solos arenosos com baixo teor de argila, inferior a 8%. 
 
Grupo B – Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com 
teor de argila inferior a 15%. 
 
Grupo C – Solos barrentos com teor de argila de 20 a 30% mas sem 
camadas argilosas impermeáveis ou contendo pedras até 
profundidades de 1,2 m. 
 
Grupo D – Solos argilosos (30 – 40% de argila) e ainda com camada 
densificada a uns 50 cm de profundidade. 
 
Grupo E – Solos barrentos como C, mas com camada argilosa 
impermeável ou com pedras. 
 
Condições de umidade antecedente do solo 
 
O método do SCS distingue 3 condições de umidade antecedente do 
solo: 
 
CONDIÇÃO I – solos secos – as chuvas nos últimos 5 dias não 
ultrapassam 15 mm. 
 
CONDIÇÃO II – situação média na época das cheias – as chuvas nos 
últimos 5 dias totalizaram entre 15 e 40 mm. 
 
CONDIÇÃO III – solo úmido (próximo da saturação) – as chuvas nos 
últimos 5 dias foram superiores a 40 mm e as 
condições meteorológicas são desfavoráveis a altas 
taxas de evaporação. 
 
A Tabela 1 permite converter o valor de CN para condição I ou III e a 
Tabela 2 mostra os valores de CN para diferentes tipos de solo na 
condição II de umidade antecedente. 
 
Tabela 1 – Conversão das curvas CN para as diferentes condições de 
umidade do solo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 2 – Valores de CN (“curve number”) para diferentes tipos de 
solo (Condição II de umidade antecedente). 
 
 
 
 
7. ESCOAMENTO DA ÁGUA EM SOLOS SATURADOS 
 
 
O escoamento da água nos solos saturados é regido pela lei de 
Darcy. 
 
dx
dhKV  
 
V é chamada velocidade fictícia, isto é, a vazão dividida pela área total 
da secção reta do meio poroso; 
K é o coeficiente de permeabilidade; 
h é a carga hidráulica. 
 
A permeabilidade de uma amostra de solo, a partir de um 
permeâmetro de carga variável, pode ser obtida pela expressão que 
segue: 
2
1
h
h
log
TA
la3,2K


 
onde: 
k = permeabilidade a = área da seção do cano 
A = área da amostra L = comprimento da amostra 
h = leituras no cano t = tempo nas leituras h. 
Os principais fatores que influenciam o coeficiente de 
permeabilidade são: 
 
Granulometria - O tamanho das partículas que constituem os 
solos influencia no valor de “k”. 
 
Índice de Vazios - A permeabilidade dos solos esta relacionada 
com o índice de vazios, logo, com a sua porosidade. 
 
Composição Mineralógica - A predominância de alguns tipos de 
minerais na constituição dos solos tem grande influência na 
permeabilidade. 
 
Estrutura - É o arranjo das partículas. 
 
Fluído - O tipo de fluído que se encontra nos poros. Nos solos, 
em geral, o fluído é a água com ou sem gases (ar) dissolvidos.Macro-estrutura - Principalmente em solos que guardam as 
características do material de origem (rocha mãe); 
 
Temperatura - Quanto maior a temperatura, menor a 
viscosidade d’água, portanto, maior a permeabilidade, isto significa que 
a água mais facilmente escoará pelos poros do solo. 
 
 
 
 
 
 
8. ESCOAMENTO DA ÁGUA NOS SOLOS NÃO SATURADOS 
 
Onde quer que uma porção de solo seco seja colocada em contato 
com água, há imediatamente o início de um movimento da água na 
direção da região seca mesmo contra a gravidade. Esse movimento dá-
se em duas fases: uma de vapor e outra líquida. 
 
 
 
7.Definições de Parâmetros que Caracterizam a Relação Solo-Água 
 
 
 
Ilustração das fases de um solo. 
 
 
7.1. Porosidade (n): é a relação entre o volume de vazios (Vv) e 
volume de amostra (Vt) 
 
t
v
V
V
n  
 
7.2. 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
VS 
 
7.3. Relação de Vazios (e): é a relação entre o volume de vazios (Vv) 
e o volume dos sólidos (Vs). 
S
v
V
Ve  
 
7.4. Umidade (base peso)(): é a relação entre o peso da água (mw) e 
o peso do solo seco (ms) 
 
S
W
m
m
 
 
7.5. Peso Específico Aparente Seco ( S ): é a relação entre o peso 
do solo seco (Ps) e o volume da amostra (Vt) 
 
t
S
S V
P
 
 
7.6. Umidade (base volume)(): é a relação entre o peso da água (Vw) 
e o volume da amostra (Vt) 
 
t
W
V
V
 
 
A variação de  é desde 0 a . Quando o solo está saturado,  = s. 
 
7.7. Densidade de partículas (p): é a relação entre a massa (ms) e o 
volume (Vs) da parte sólida; 
 
 
7.8. Densidade do solo (s): é a relação entre a massa (ms) e o volume 
(Vt) da amostra; 
 
 
 
7.9. Porosidade livre de água (): porosidade de aeração, fração 
ocupada pelo ar ou porosidade drenável. 
 
t
AR
V
V
 
Ou na prática:  
 
 
Relações entre os Parâmetros 
 
Porosidade ( ou n) e densidades do solo (s) e de partículas (p); 
 
 
 
Umidades ( e ) e densidade do solo (s); 
 
 
 
 
 
 
EXEMPLOS 
 
1. Em uma bacia hidrográfica, com a predominância de solo tipo B, 
ocorreu a seguinte chuva: 
 
Intervalo de tempo (h) 0 – 1 1 – 2 2 – 3 3 – 4 4 – 5 
Precipitação (mm) 5,0 15,0 20,0 25,0 15,0 
 
Determinar a parcela infiltrada e a chuva excedente, utilizando o 
método de HORTON. 
 
Solução: 
 
Solo tipo B: f0 = 200 mm/h; fc = 12 mm/h; k = 2 h-1 
 
Potencialidade de infiltração: 
 
   
  
 t
t
kt
cc
etF
etF
eff
k
tfF
2
2
0
19412
112200
2
112
11






 
 
 
t = 1  F = 12 x 1 + 94 x (1 – e-2x1) = 93,3 mm 
t = 2  F = 12 x 2 + 94 x (1 – e-2x2) = 116,3 mm 
t = 3  F = 12 x 3 + 94 x (1 – e-2x3) = 129,8 mm 
t = 4  F = 12 x 4 + 94 x (1 – e-2x4) = 142,0 mm 
t = 5  F = 12 x 5 + 94 x (1 – e-2x5) = 154,0 mm 
 
 
Procedimento de cálculo: 
 
Coluna 3  Calcular com a equação de F, conforme mostrado acima; 
 
Coluna 4  Fazer a diferença entre a potencialidade de infiltração (F) 
do instante atual e a do instante anterior; 
 
Coluna 5  Comparar os valores da coluna 2 com os da coluna 4 e 
preencher com o menor deles; 
 
Coluna 6  Fazer a diferença entre os valores da chuva (coluna 2) e os 
da potencialidade de infiltração em cada intervalo de 
tempo (coluna 5). 
 
 
 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 
 
Intervalo 
de tempo 
(h) 
 
Tempo(h) 
Total 
precipitado 
(mm) 
Potencialidade 
de infiltração: 
F (mm) 
Potencialidade 
de infiltração 
em cada ∆t 
(mm) 
Quantidade 
Infiltrada 
(mm) 
Chuva 
Excedente 
(mm) 
0 – 1 1 5,0 93,3 93,3 5,0 0,0 
1 – 2 2 15,0 116,3 23,0 15,0 0,0 
2 – 3 3 20,0 129,8 13,5 13,5 6,5 
3 – 4 4 25,0 142,0 12,2 12,2 12,8 
4 – 5 5 15,0 154,0 12,0 12,0 3,0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5
Tempo (h)
A
ltu
ra
 p
lu
vi
om
ét
ric
a 
(m
m
) Chuva infiltradaChuva execdente
 
 
Para a mesma chuva do exercício anterior calcular a chuva excedente 
utilizando o método de Soil Conservation Service (SCS). Adotar o valor 
70 como número de curva (CN). 
 
Solução: 
 
Procedimento de cálculo: 
 
Coluna 3  Acumular a chuva de cada intervalo de tempo; 
 
Coluna 4  Calcular a partir da chuva acumulada, conforme mostrado 
abaixo: 
 
25425400 
CN
S 
 
SP
SPPe
ac
ac
ac 


8,0
)2,0( 2
 para Pac  0,2.S 
 
Peac = 0 para Pac  0,2.S 
 
mm9,108254
70
25400254
CN
25400S  
 
0,2.S = 0,2 x 108,9 = 21,8 mm 
 
(1) (2) (3) (4) (5) 
Intervalo de 
tempo 
(h) 
Chuva em cada t 
(mm) 
Chuva acumulada 
(mm) 
Chuva exceden-te 
acumulada 
(mm) 
Chuva excedente 
em cada t 
(mm) 
0 – 1 5 5 0 0 
1 – 2 15 20 0 0 
2 – 3 20 40 2,6 2,6 
3 – 4 25 65 12,3 9,7 
4 – 5 15 80 20,3 8,0 
 
 
Intervalo 0 – 1: Pac = 5,0 < 21,8  Peac = 0 
Intervalo 1 – 2: Pac = 20,0 < 21,8  Peac = 0 
 
Intervalo 2 – 3: Pac = 40,0 > 21,8  mm 6,29,1088,040
)9,1082,040( 2



acPe 
 
 
 
Intervalo 3 – 4: Pac = 65,0 > 21,8  mm 3,129,1088,00,65
)9,1082,00,65( 2



acPe 
 
Intervalo 4 – 5: Pac = 80,0 > 21,8  mm 3,209,1088,00,80
)9,1082,00,80( 2



acPe 
 
Coluna 5  Fazer a diferença entre a chuva excedente acumulada do 
instante atual e a do instante anterior. 
 
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5
Tempo (h)
A
ltu
ra
 p
lu
vi
om
ét
ric
a 
(m
m
)
Chuva infiltrada
Chuva execdente
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
 
1 Dada a chuva abaixo, determine a parcela infiltrada e excedente, 
utilizando os métodos de: 
 
a) Horton, considerando que predomina o solo tipo C na bacia; 
 
b) Soil Conservation Service, adotando CN = 75. 
 
 
Intervalo de tempo (min) 0 – 12 12 - 24 24 - 36 36 - 48 48 - 60 
Precipitação (mm) 6,4 9,6 8,8 8,0 4,0