Apostila - Infiltração

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Infiltração
Novembro/2013
Definição:
Define-se infiltração ao 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.
Infiltração
Definição:
A infiltração de água no solo é importante para o crescimento da 
vegetação, para o abastecimento dos aquíferos (reservatórios de 
água subterrânea), para armazenar a água que mantém o fluxo 
nos rios durante as estiagens, para reduzir o escoamento 
superficial, reduzir as cheias e diminuir a erosão.
Infiltração
É um processo de grande importância prática, pois afeta diretamente o 
escoamento superficial, que é o componente do ciclo hidrológico 
responsável pelos processos de erosão e inundações. 
Após cessada a infiltração, a camada superior atinge um “alto” teor de 
umidade, enquanto que as camadas inferiores apresentam-se ainda com 
“baixos” teores de umidade.
Há então, uma tendência de um movimento descendente da água 
provocando um molhamento das camadas inferiores, dando origem ao 
fenômeno que recebe o nome de redistribuição.
Infiltração
● Processos difíceis de quantificar;
● Física não muito complicada, mas fortemente dependente da 
variabilidade espacial das propriedades do solo;
● Estimativas por equações empíricas ajustadas para reproduzir dados 
medidos em campo.
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Fases:
A) fase de intercambio
Nesta fase a água esta próxima a 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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Fases:
B) 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.
Infiltração
Fases:
C) fase de circulação: Nesta fase, devido ao acúmulo da água são 
constituídos os aquíferos, reservatórios de água subterrânea, cujo 
movimento se deve também a ação da gravidade, obedecendo às leis 
de escoamento subterrâneo.
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Fases:
C) fase de circulação: 
Dois tipos de aquíferos (lençóis) podem ser definidos:
Aquífero Livre: quando a sua superfície é livre e esta sujeita a pressão 
atmosférica;
Aquífero Confinado: quando confinado entre duas camadas 
impermeáveis, sendo a pressão na superfície superior diferente da 
atmosférica.
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Fase de circulação: 
Nos lençóis freáticos (aquíferos livres) 
podem ser distinguidas duas zonas:
Primeira zona - Constituída parte 
superior, ocupada pela água de 
capilaridade, formando uma franja, 
cuja altura depende do material de 
solo, atingindo valores de 30 a 60 cm 
para areias finas e até 3,0m para 
argilas;
Infiltração
Fase de circulação: 
Segunda zona – ocupada pela 
água do lençol compreendida 
entre a franja e a superfície da 
camada-suporte impermeável.
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Zonas:
Zona de saturação: 
Zona de transição: 
Zona de transmissão:
Zona de umedecimento: 
Frente de umedecimento: 
Infiltração
Zonas:
Zona de saturação: corresponde a uma camada de 
cerca de 1,5 cm e, como sugere o nome, é uma zona 
em que o solo está saturado, isto é, com um teor de 
umidade igual ao teor de umidade de saturação.
Zona de transição: é uma zona com espessura em 
torno de 5 cm, cujo teor de umidade decresce 
rapidamente com a profundidade.
Zona de transmissão: é a região do perfil através da 
qual a água é transmitida. Esta zona é caracterizada 
por uma pequena variação da umidade em relação 
ao espaço e ao tempo.
Infiltração
Zonas:
Zona de umedecimento: é uma região caracterizada 
por uma grande redução no teor de umidade com o 
aumento da profundidade.
Frente de umedecimento: compreende uma pequena 
região na qual existe um grande gradiente 
hidráulico, havendo uma variação bastante abrupta 
da umidade. A frente de umedecimento representa o 
limite visível da movimentação de água no solo.
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Composição do solo
A água infiltrada no solo preenche os 
poros originalmente ocupados pelo ar. 
Assim, o solo é uma mistura de materiais 
sólidos, líquidos e gasosos. 
Na mistura também encontram-se muitos 
organismos vivos (bactérias, fungos, 
raízes, insetos, vermes) e matéria 
orgânica, especialmente nas camadas 
superiores, mais próximas da superfície.
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Composição do solo
O solo presenta a proporção das partes mineral, 
água, ar 
e matéria orgânica tipicamente encontradas na 
camada superficial do solo (horizonte A). 
Aproximadamente 50% do solo é composto de 
material sólido, enquanto o restante são poros 
que podem ser ocupados por água ou pelo ar. 
O conteúdo de ar e de água é variável.
Infiltração
Composição do solo
Infiltração
Composição do solo
A parte sólida mineral do solo 
normalmente é analisada do ponto de 
vista do diâmetro das partículas. De 
acordo com o diâmetro as partículas 
são classificadas como argila, silte, 
areia fina, areia grossa, e cascalhos ou 
seixos. 
Infiltração
Infiltração
Composição do solo
Formados por misturas de 
materiais das diferentes 
classes. 
As características do solo e 
a forma com que a água se 
movimenta e é armazenada 
no solo dependem do tipo 
de partículas encontradas 
na sua composição. 
Cinco tipos de textura de 
solo são definidas com base 
na proporção de materiais 
de diferentes diâmetros.
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Porosidade do solo
A porosidade do solo é definida 
como a fração volumétrica de vazios, 
ou seja, o volume de vazios dividido 
pelo volume total do solo. 
 Ø = Vv / Vt
Infiltração
Porosidade do solo
A porosidade de solos 
arenosos varia entre 37 a 
50 %, enquanto a 
porosidade de solos 
argilosos varia entre, 
aproximadamente, 43 a 
52%. 
Infiltração
Porosidade do solo
Infiltração
***Porosidade do solo
As areias retêm pouca água, porque seu grande espaço poroso permite a 
drenagem livre da água dos solos. 
As argilas absorvem relativamente grandes quantidades de água e seus 
menores espaços porosos a retêm contra as forças de gravidade. 
Apesar dos solos argilosos possuírem maior capacidade de retenção de água 
que os solos arenosos, esta umidade não está totalmente disponível para as 
plantas em crescimento. Os solos argilosos (e aqueles com alto teor de 
matéria orgânica) retêm mais fortemente a água que os solos arenosos. Isto 
significa mais água não disponível.
Infiltração
Porosidade do solo
É claro que estes valores de porosidade podem variar bastante, dependendo 
do tipo de vegetação, do grau de compactação, da estrutura do solo 
(resultante da combinação das partículas finas em agregados maiores) e da 
quantidade de material orgânico e vivo.
Infiltração
Infiltração
Infiltração
Água no solo
Quando um solo tem seus poros completamente ocupados por água, diz se 
que está saturado. 
Ao contrário, quando está completamente seco, seus poros estão 
completamente ocupados por ar. É desta forma que normalmente é medido 
o grau de umidade do solo.
Infiltração
Água no solo
Infiltração
Água no solo - técnicas
Uma amostra de solo é coletada e pesada na condição de umidade encontrada no campo. 
A seguir esta amostra é seca em um forno a 105ºC por 24 horas para que toda a umidade 
seja retirada e a amostra é pesada novamente. 
A umidade do solo é calculada a partir da diferença de peso encontrada.Além deste 
método, denominado gravimétrico, existem outras formas de medir a umidade do solo. 
Um método bastante utilizado é o chamado TDR (Time Domain Reflectometry). Este 
método está baseado na relação entre a umidade do solo e a sua constante dielétrica. 
Duas placas metálicas são inseridas no solo e é medido o tempo de transmissão de um 
pulso eletromagnético através do solo, entre o par de placas. A vantagem deste método é 
que não é necessário destruir a amostra de solo para medir a sua umidade, e o 
monitoramento pode ser contínuo.
Infiltração
Água no solo
Uma importante forma de analisar 
o comportamento da água no solo é 
a curva de retenção de umidade, ou 
curva de retenção de água no solo.
Esta curva relaciona o conteúdo de 
umidade do solo e o esforço (em 
termos de pressão) necessário para 
retirar a água do solo.
Infiltração
Água no solo 
Saturação: condição em que todos os 
poros estão ocupados por água
Capacidade de campo: Conteúdo de 
umidade no solo sujeito à força da 
gravidade
Ponto de murcha permanente: umidade 
do solo para a qual as plantas não 
conseguem mais retirar água e morrem.
Infiltração
Água no solo 
A curva de retenção de água no solo é diferente para diferentes texturas de 
solo. Solos argilosos tendem a ter maior conteúdo de umidade na condição de 
saturação e de capacidade de campo, o que é positivo para as plantas. Mas, da 
mesma forma, apresentam maior umidade no ponto de murcha.
Infiltração
Água no solo
A curva relativa à argila que a 
umidade do solo argiloso no 
ponto de murcha permanente é de 
quase 20%, o que significa que 
nesta condição ainda há muita 
água no solo, entretanto esta água 
está tão fortemente ligada às 
partículas de argila que as plantas 
não conseguem retirá-la do solo, 
e morrem.
Infiltração
Balanço de água no solo
Em condições naturais a umidade do solo varia ao longo do tempo, sob o efeito das 
chuvas e das variações sazonais de temperatura, precipitação e evapotranspiração. Uma 
equação de balanço hídrico de uma camada de solo pode ser expressa pela equação:
ΔV = P −Q −G − ET
Onde:
ΔV é a variação de volume de água armazenada no solo; 
P é a precipitação; 
Q é o escoamento superficial; 
G é a percolação e
 ET é a evapotranspiração.
Infiltração
Balanço de água no solo
A percolação (G) é a passagem da água da camada superficial do solo para 
camadas mais profundas. 
A evapotranspiração (ET) é a retirada de água por evaporação direta do solo 
e por transpiração das plantas. 
A infiltração é a diferença entre a precipitação (P) e o escoamento 
superficial (Q).
ΔV = P −Q −G − ET
Infiltração
Infiltração
Infiltração
Grandezas Características
• Capacidade de infiltração
• Distribuição granulométrica
• Porosidade
• Velocidade de infiltração
• Coeficiente de permeabilidade
Infiltração
Capacidade de Infiltração
• É quantidade máxima de água que um solo pode absorver na unidade de 
tempo por unidade de área horizontal.
• A penetração da água no solo, na razão da sua capacidade de infiltração, 
verifica-se somente quando a intensidade da precipitação excede a 
capacidade do solo em absorver a água, isto é, quando a precipitação é 
excedente.
• A capacidade de infiltração pode ser expressa em milímetros por hora, 
milímetros por dia ou em metros cúbicos por metro quadrado e por dia.
Infiltração
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
Infiltração
Ação da precipitação 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; umedecem a 
superfície do solo, saturando as camadas próximas, aumentando a 
resistência à penetração da água; e atuam sobre as partículas de 
substancias coloidais que, ao intumescerem, reduzem a dimensão dos 
espaços intergranulares.
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.
Infiltração
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. 
Infiltração
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;
– Aradura 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.
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.
Infiltração
Movimento de água no solo e infiltração
O solo é um meio poroso, e o movimento da água em meio poroso é descrito 
pela equação de Darcy. Em 1856, Henry Darcy desenvolveu esta relação 
básica realizando experimentos com areia, concluindo que o fluxo de água 
através de um meio poroso é proporcional ao gradiente hidráulico.
Infiltração
Infiltração
Infiltração
Onde:
Q = é o fluxo de água (m3/s);
A = é a área (m2) 
Q = é o fluxo de água por unidade de área (m/s);
K = é a condutividade hidráulica (m/s); 
H = é a carga hidráulica (m), e 
X = é a distância (m).
Infiltração
Balanço de água no solo
A condutividade hidráulica K é fortemente dependente do tipo de material 
poroso:
● Solos arenosos K = ~20 cm/h;
● Solos siltosos K = 1,3 cm/h;
● Solos argilosos k para 0,06 cm/h. 
Portanto os solos arenosos conduzem mais facilmente a água do que os solos 
argilosos, e a infiltração e a percolação da água no solo são mais intensas e 
rápidas nos solos arenosos do que nos solos argilosos.
Infiltração
Infiltração
Balanço de água no solo
Uma chuva que atinge um solo inicialmente seco será inicialmente absorvida quase 
totalmente pelo solo, enquanto o solo apresenta muitos poros vazios (com ar). 
À medida que os poros vão sendo preenchidos, a infiltração tende a diminuir, estando 
limitada pela capacidade do solo de transferir a água para as camadas mais profundas 
(percolação).
Esta capacidade é dada pela condutividade hidráulica. A partir deste limite, quando o 
solo está próximo da saturação, a capacidade de infiltração permanece constante e 
aproximadamente igual à condutividade hidráulica.
Infiltração
Balanço de água no solo
Uma equação empírica que descreve este comportamento é a equação de Horton, dada 
abaixo:
f = fc + ( fo − fc) ⋅ e−βt
Onde
f é a capacidade de infiltração num instante qualquer (mm/h);
fc é a capacidade de infiltração em condição de saturação (mm/h);
fo é a capacidade de infiltração quando o solo está seco (mm/h);
t é o tempo (horas); e
β é um parâmetro que deve ser determinado a partirde medições no campo (hora -1).
Infiltração
Balanço de água no solo
Infiltração
Curvas de 
infiltração de 
acordo com a 
equação de Horton, 
para solos argilosos 
e arenosos.
Balanço de água no solo
O infiltrômetro de anéis concêntricos é constituído de dois anéis concêntricos de 
chapa metálica, com diâmetros variando entre 16 e 40 cm, que são cravados 
verticalmente no solo de modo a restar uma pequena altura livre sobre este.
Aplica-se água em ambos os cilindros, mantendo uma lâmina líquida de 1 a 5 cm, 
sendo que no cilindro interno mede-se o volume aplicado a intervalos fixos de tempo 
bem como o nível da água ao longo do tempo. 
A finalidade do cilindro externo é manter verticalmente o fluxo de água do cilindro 
interno, onde é feita a medição da capacidade de campo.
Infiltração
Balanço de água no solo
Infiltração
Medição de infiltração utilizando o infiltrômetro de anéis concêntricos, e esquema do fluxo de água no 
solo.
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 (Infiltrômetro de Anel);
• Infiltrômetros com aplicação da água por aspersão ou simuladores 
de chuva.
Infiltrômetros
Consiste basicamente de dois 
cilindros concêntricos e um 
dispositivo de medir volumes 
da água aduzida ao cilindro 
interno. Os cilindros 
apresentam 25 e 50 cm de 
diâmetro, ambos com 30 cm de 
altura. Devem ser instalados 
concentricamente e enterrados 
15 cm no solo. Para isso, as 
bordas inferiores devem ser em 
bisel a fim de facilitar a 
penetração no solo.
Infiltrômetro de Anel
• A água é colocada, ao mesmo tempo nos dois anéis e, com uma régua 
graduada, faz-se a leitura da lâmina d’água no cilindro interno ou 
anota-se o volume de água colocado no anel, com intervalos de tempo 
pré-determinados. A diferença de leitura entre dois intervalos de 
tempo, representa a infiltração vertical neste período.
• O teste termina quando a TI permanecer constante. Na prática, 
considerase que isto ocorra quando TI variar menos que 10% no 
período de 1 (uma) hora. Neste momento, considera-se que o solo 
atingiu a chamada taxa de infiltração estável.
Infiltrômetro de Anel
Simuladores de Chuva
São equipamentos nos quais a água é aplicada por aspersão, com intensidade de 
precipitação superior à capacidade de infiltração do solo. O objetivo deste teste, 
portanto, é coletar a lâmina de escoamento superficial originada pela aplicação 
de uma chuva com intensidade superior à CI do solo.
Para isso, a aplicação de água é realizada sobre uma área delimitada com 
chapas metálicas tendo, em um dos seus lados, uma abertura a fim de ser 
possível a coleta do escoamento superficial. 
A taxa de infiltração é obtida pela diferença entre a intensidade de precipitação 
e a taxa de escoamento resultante.
Infiltrômetro de aspersão pendular (a) e rotativo (b).
Considerações 
Por não existir o impacto das gotas de chuva contra a superfície do 
solo, provocando o selamento superficial, o infiltrômetro de anel 
superestima a taxa de infiltração em relação ao simulador de chuvas. 
Outro fator que contribui para que os valores de TI sejam diferentes nos 
dois métodos é a presença da lâmina d´água no infiltrômetro de anel. 
Essa lâmina provoca um aumento no gradiente de potencial 
favorecendo o processo de infiltração.
Métodos de determinação
• MÉTODO DE HORNER E LLOYD
• Estudado para bacias de pequena área. É 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 HORTON
Estudado para grandes bacias. Nas grandes bacias, a intensidade da 
precipitação não é constante em toda a área. Horton propôs um método para 
avaliação da capacidade média de infiltração. È necessário que a precipitação 
seja medida por diversos aparelhos dispostos na bacia hidrográfica. Um deles , 
pelo menos, deve ser o pluviógrafo. 
• Na equação de Darcy para solos saturados, evidencia-se que as condições 
imprescindíveis para que se estabeleça o movimento da água no solo são a 
existência de uma diferença no potencial entre os pontos considerados e 
um meio poroso condutivo, isto é, a condutividade hidráulica do solo não 
pode ser nula. Se ambas as condições não forem satisfeitas, o escoamento da 
água no solo não ocorrerá.
• A relação linear entre a densidade de fluxo e o gradiente hidráulico só é 
verificada em condições de escoamento laminar, tornando a equação de 
Darcy válida somente sob esta condição. Outra limitação para o emprego 
desta equação refere-se à velocidade de escoamento muito baixa, ou seja, um 
gradiente hidráulico muito pequeno.
Considerações 
• A aplicação da equação de Darcy, para condições de solos não-
saturados, exige que seja considerada também a variação da 
condutividade hidráulica com o teor de umidade do solo, tendo esta 
como limite superior o próprio valor da condutividade hidráulica do 
solo saturado. Nesse caso, o potencial da água no solo tem dois 
componentes, o gravitacional e o matricial.
Considerações 
1) Qual é o efeito esperado do pisoteamento do solo pelo gado sobre a capacidade de 
infiltração?
2) Considere uma camada de solo de 1 m de profundidade cujo conteúdo de umidade é 
35% na capacidade de campo e de 12% na condição de ponto de murcha permanente. 
Quantos dias a umidade do solo poderia sustentar a evapotranspiração constante de 7 
mm por dia de uma determinada cultura?
3) Uma camada de solo argiloso, cuja capacidade de infiltração na condição de 
saturação é de 4 mm.hora-1 , está saturado e recebendo chuva com intensidade de 27 
mm.hora-1. Qual é o escoamento (litros por segundo) que está sendo gerado em uma 
área de 10m2 deste solo?
Exercícios 
1) Qual é o efeito esperado do pisoteamento do solo pelo gado sobre a capacidade de 
infiltração?
2) Considere uma camada de solo de 1 m de profundidade cujo conteúdo de umidade é 
35% na capacidade de campo e de 12% na condição de ponto de murcha permanente. 
Quantos dias a umidade do solo poderia sustentar a evapotranspiração constante de 7 
mm por dia de uma determinada cultura?
3) Uma camada de solo argiloso, cuja capacidade de infiltração na condição de 
saturação é de 4 mm.hora-1 , está saturado e recebendo chuva com intensidade de 27 
mm.hora-1. Qual é o escoamento (litros por segundo) que está sendo gerado em uma 
área de 10m2 deste solo?
Exercícios 
Bibliografia:
CARVALHO, D. F. & SILVA. L. D. Apostila: Hidrologia. Cap. 5. Infiltração. 
 2006. 21 p.
COLLISCHONN. W. & TASSI R. Apostila: Introduzindo hidrologia. IPH 
UFRGS. Porto Alegre. 2008. 151 p.
TEIXEIRA, W.; TOLEDO, M. C. M. de; FAIRCHILD, T. R.; TAIOLI, F. 
(Org.). Decifrando a terra. 2008. São Paulo: Companhia editora Nacional. 
557p.
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	INFILTRAÇÃO
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	Observações:
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	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
	Slide 42
	Ação da precipitação sobre o solo
	COMPACTAÇÃO DEVIDA AO HOMEM E AOS ANIMAIS
	MACROESTRUTURA DO TERRENO
	COBERTURA VEGETAL
	TEMPERATURA E PRESENÇA DO AR
	Slide 48
	Slide 49
	Slide 50
	Slide 51
	Slide 52
	Slide 53
	Slide 54
	Slide 55
	Slide 56
	Slide 57
	Slide 58
	InfiltrômetrosInfiltrômetro
	Infiltrômetro de Anel
	Slide 62
	Slide 63
	Simuladores de Chuva
	Slide 65
	Considerações
	Métodos de determinação
	Considerações
	Considerações – para solos não saturados
	Slide 70
	Slide 71
	Slide 72