Infiltração de água no solo

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HIDROLOGIA – INFILTRAÇÃO
Prof. Dr. Marcelo Gonçalves Resende
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Infiltração
	Definição:
	Define-se infiltração como o fenômeno de penetração da água nas camadas do solo próximas a superfície do terreno, movendo-se para baixo, através dos vazios, sob a ação da gravidade, até atingir uma camada suporte, que a retém, formando então a água do solo ou rocha.
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Infiltração
É a passagem de água superficial para o interior do solo.
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Infiltração
Processo difícil de ser avaliado.
Física não muito complexa, mas muito dependente da variabilidade das propriedades do solo.
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INFILTRAÇÃO
A taxa de infiltração de água no solo depende de muitos fatores:
Porosidade: A presença de argila no solo diminui sua porosidade, não permitindo uma grande infiltração.
Cobertura vegetal: Um solo coberto por vegetação é mais permeável do que um solo desmatado.
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INFILTRAÇÃO
Inclinação do terreno: em declividades acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo o tempo de infiltração.
Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas têm mais tempo para se infiltrarem.
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INFILTRAÇÃO
Teor de umidade - Das quantidades de água e ar, inicialmente presentes no interior do solo.
Permeabilidade do solo
Temperatura do solo
Profundidade do extrato impermeável
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FASES DA INFILTRAÇÃO
A) fase de intercâmbio
B) fase de descida
C) fase de circulação
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FASES DA INFILTRAÇÃO
A água que se infiltra está submetida a duas forças fundamentais: 
a gravidade (força gravitacional)
força de adesão de suas moléculas às superfícies das partículas do solo (força de capilaridade ou de atração capilar). 
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FASES DA INFILTRAÇÃO
Pequenas quantidades de água no solo tendem a se distribuir uniformemente pela superfície das partículas.
 A força de adesão é mais forte do que a força da gravidade que age sobre esta água. 
- Conseqüência: ficará retida, quase imóvel, não atingindo zonas mais profundas
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FASES DA INFILTRAÇÃO
A força gravitacional atua no sentido vertical, fazendo com que a água infiltre de cima para baixo no perfil do solo. Já a força capilar atua em todas as direções, principalmente quando o solo se encontra com baixa umidade.
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FASE DE INTERCÂMBIO
Nesta fase, a água está próxima à superfície do terreno, sujeita a retornar a atmosfera por uma aspiração capilar, provocada pela ação da evaporação ou absorvida pelas raízes das plantas e em seguida transpirada pelo vegetal.
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FASE DE DESCIDA
Nesta fase dá-se o deslocamento vertical da água quando a ação de seu peso próprio supera a adesão e a capilaridade. Esse movimento se efetua até atingir uma camada suporte de solo impermeável.
Na franja de capilaridade a adesão por capilaridade é importante, mas atua no sentido vertical.
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FASE DE CIRCULAÇÃO
Nesta fase, devido ao acúmulo da água são constituídos os lençóis subterrâneos, cujo movimento se deve também a ação da gravidade, obedecendo às leis de escoamento subterrâneo.
Dois tipos de lençóis podem ser definidos
Aquífero não confinado: quando a sua superfície é livre e a pressão da água é igual a pressão atmosférica.
Aquífero confinado: quando confinado entre duas camadas impermeáveis, sendo a pressão na superfície superior a pressão atmosférica.
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FASE DE CIRCULAÇÃO
Para seu cálculo utiliza-se a “Lei de Darcy”
V = KA.dh/dL
Onde:
V é a vazão de infiltração;
K é a condutividade hidráulica (medida através de permeâmetros);
A é a área da secção analisada
h é a Carga Piezométrica ou Altura Piezométrica (altura da água de um aqüífero confinado medida num piezômetro).
L = Distância entre os pontos medidos
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GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS
Capacidade de infiltração
Distribuição granulométrica
Porosidade
Velocidade de infiltração
Coeficiente de permeabilidade
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CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
É quantidade máxima de água que um solo pode absorver na unidade de tempo.
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CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
A capacidade ou taxa de infiltração consiste na velocidade ou intensidade de penetração da água no solo e é medida como mm/h, mm/d, etc.
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CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
Infiltração acumulada: é a quantidade de água total infiltrada após um determinado tempo (mm)
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DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA
É a distribuição das partículas constituintes do solo em função das suas dimensões, representada pela curva da distribuição granulométrica – curva das percentagens acumuladas, em peso, em função do tamanho dos grãos (abertura das malhas de peneiras)
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POROSIDADE
É a relação entre o volume de vazios de um solo e o seu volume total, expressa geralmente em porcentagem.
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VELOCIDADE DE INFILTRAÇÃO
É a velocidade média de escoamento da água através de um solo saturado, determinada pela relação entre a quantidade de água que atravessa a unidade de área do material do solo e o tempo. 
Pode ser expressa em m/s, m/h ou m/d.
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COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE
É a velocidade de filtração da água em um solo saturado com perda de carga unitária. 
O coeficiente de permeabilidade varia com a temperatura, pois esta influi na viscosidade da água. 
Pode ser expresso nas mesmas unidades e velocidade de infiltração.
Pode ser determinado por ensaios de laboratórios.
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FATORES INTERVENIENTES
Tipo de solo
Grau de umidade do solo
Ação da precipitação sobre o solo
Compactação devida ao homem e aos animais
Macroestrutura do terreno
Cobertura vegetal
Temperatura
Presença do ar
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GRAU DE UMIDADE DO SOLO
Parte da água que se precipita sobre o solo seco é absorvida por ação da gravidade que se soma a ação da capilaridade. 
Se o solo, no início da precipitação já apresenta uma certa umidade, tem capacidade de infiltração menor do que a que teria se estivesse seco.
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TIPO DE SOLO
A capacidade de infiltração no solo varia diretamente com:
 a porosidade, 
o tamanho das partículas do solo e 
o estado de fissuração (fraturas) das rochas.
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AÇÃO DA PECIPITAÇÃO SOBRE O SOLO
As águas da chuva chocando-se contra o solo promovem a compactação de sua superfície:
diminuindo a capacidade de infiltração,
destacam e transportam os materiais finos que, pela sua sedimentação posterior, tenderão a diminuir a porosidade da superfície;
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AÇÃO DA PECIPITAÇÃO SOBRE O SOLO
umedecem a superfície do solo, saturando as camadas próximas, aumentando a resistência à penetração da água; e 
atuam sobre as partículas de substâncias coloidais que, ao intumescerem, reduzem a dimensão dos espaços intergranulares.
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AÇÃO DA PECIPITAÇÃO SOBRE O SOLO
A intensidade dessa ação varia com a granulometria dos solos, sendo mais importante nos solos finos. A presença de vegetação atenua ou elimina esse efeito.
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COMPACTAÇÃO DEVIDA AO HOMEM E AOS ANIMAIS
Em locais onde há trafego constante de homens ou veículos ou em áreas e utilização intensa por animais (pastagens), a superfície é submetida a uma compactação que a torna relativamente impermeável. 
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MACROESTRUTURA DO TERRENO
A capacidade de infiltração pode ser elevada pela atuação de fenômenos naturais que provocam o aumento da permeabilidade como por exemplo,
Escavações feitas por animais e insetos;
Decomposição das raízes e dos vegetais;
Ação da geada e do sol;
Aragem e cultivo da terra.
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COBERTURA VEGETAL
A presença de vegetação atenua ou elimina a ação da compactação da água da chuva e permite o estabelecimento de uma camada de matéria orgânica em decomposição que favorece a atividade escavadora de insetos ou animais.
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TEMPERATURA
A temperatura influindo na viscosidade da água faz com que a capacidade de infiltração nos meses frios seja mais baixa do que nos meses quentes.
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PRESENÇA DO AR
O ar presente nos vazios do solo pode ficar retido temporariamente, comprimido pela água que penetra no solo, tendendo a retardar a infiltração.
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DETERMINAÇÃODA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
Infiltrômetros
Métodos
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Infiltrômetros
São aparelhos para determinação direta da capacidade de infiltração local dos solos. Existem dois tipos
Infiltrômetros com aplicação de água por inundação, ou simplesmente infiltrômetros;
Infiltrômetros com aplicação da água por aspersão ou simuladores de chuva.
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Infiltrômetro
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MÉTODOS
Método de Horner e Lloyd
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MÉTODO DE HORNER E LLOYD
Baseado na medida direta da precipitação e do escoamento superficial, o que possibilita a determinação da curva de capacidade de infiltração em função do tempo.
Método de campo baseado nos dados obtidos em infiltrômetros.
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Métodos de Cálculo
Equação de Darcy para meio saturado
v = K grad h
K = condutividade hidráulica (m/h); 
v = velocidade; 
grad h = gradiente piezométrico com a profundidade
h =  + z onde  é o potencial mátrico ou de capilaridade; z é a potencial gravitacional, profundidade
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EXEMPLOS
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Métodos de Cálculos
Método de Green e Ampt:
Ti = K0 (1+ (s - i)/I) 
Onde:
	 Ti = Taxa de infiltração da água no solo (mm/h)
	 K0 = Condutividade hidráulica do solo saturado (mm/h)
	  = Potencial mátrico médio na frente do umedecimento (mm-2)
	 s = Umidade do solo na saturação (mm3)
	 i = Umidade inicial do solo (mm3) 
	I – Infiltração acumulada (mm)
	
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Métodos de Cálculos
Infiltração acumulada:
I = L (s - i)
Onde L = Profundidade da frente de umedecimento (mm)
		 s = Umidade do solo na saturação (mm3)
	 	 i = Umidade inicial do solo (mm3) 
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Métodos de Cálculos
Método de Hachum e Alfaro:
Ti = K* (1+ /L)
Onde K* = Condutividade Hidráulica (mm/h)
 = Potencial mátrico médio na frente do umedecimento (mm)
L = Profundidade da frente de umedecimento (mm)
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Métodos de Cálculos
A variável K* é a média harmônica das J camadas de solo e rocha situadas acima da frente de umedecimento.
K* = L/i=1  J (Hi/Ki)
Onde: Hi = espessura da camada i (mm)
Ki = Condutividade Hidráulica da camada (mm/h) 
J = Número de camadas situadas acima da frente de umedecimento.