Infiltração de solos (1)

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Escola de Ciência e Tecnologia 
Curso: Engenharias Civil e Ambiental 
Disciplina: Hidrologia básica 
Hidrologia Básica 
Infiltração em Solos 
Luiz Carlos Moura 
1 
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Infiltração 
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Infiltração 
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Mas, o que é solo? 
• O conceito de solo depende do profissional que o utiliza 
ou estuda. 
 
• Segundo o dicionário Aurélio: 
 
 “solo é a porção da superfície da terra, terreno, chão, 
parte inconsolidada do manto de intemperismo e que 
contém matéria orgânica e vida bacteriana, que 
possibilitam o desenvolvimento das plantas” 
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Mas, o que é solo? 
• É de senso comum de que o solo desempenha funções diversificadas e 
fundamentais como: 
– substrato essencial para vida terrestre; 
– elemento de fixação e nutrição da vida vegetal; 
– substrato essencial para produção de alimentos e matérias-primas; 
– fundação e suporte para edificações, estradas e outras obras de engenharia; 
– recurso mineral, utilizado no setor da construção civil e na manufatura de diversos 
produtos; 
– elemento de armazenamento de combustíveis fósseis; 
– receptor de resíduos; 
– maior reservatório natural de água doce e elemento de armazenamento de água 
para fins diversos (abastecimento público, geração de energia, controle de 
inundações) ; 
– fator de controle natural dos ciclos de elementos e energia dos ecossistemas; 
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Constituição do solo 
• Um solo é sempre constituído por matéria mineral (areia, calcário, 
argila), matéria orgânica (húmus, restos de plantas e animais), ar e 
água. 
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Infiltração 
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Tipos de solo aplicados à Hidrologia 
 
 
Grupo A – Solos arenosos com baixo teor de argila 
total, inferior a uns 8%, não há rocha nem camadas 
argilosas e nem mesmo densificadas até a profundidade 
de 1,5 m. O teor de húmus é muito baixo, não atingindo 
1%. 
 
Capacidade mínima de infiltração – 7,62 a 11, 43 
mm/h; média - 9,53 mm/h. 
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Infiltração 
• Grupo B – Solos arenosos menos profundos que os do 
Grupo A e com menor teor de argila total, porém ainda 
inferior a 15%. No caso de terras roxas, esse limite pode 
subir a 20% graças à maior porosidade. Os dois teores 
de húmus podem subir, respectivamente, a 1,2 a 1,5%. 
Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até 
1,5 m. 
 
• Capacidade mínima de infiltração – 3,81 a 7,62 mm/h; 
média – 5,72 mm/h. 
 
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Infiltração 
• Grupo C – Solos barrentos com teor de argila de 20% 
a 30%, mas sem camadas argilosas impermeáveis ou 
contendo pedras até profundidade de 1,2 m. No caso 
de terras roxas, esses dois limites máximos podem 
ser de 40% e 1,5 m. 
 
• Capacidade mínima de infiltração – 1,27 a 3,81 mm/h; 
média – 2,54 mm/h (MCCUEN, 1998). 
 
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Grupo D – Solos argilosos (30% a 40% de argila total) e 
ainda com camada densificada a uns 50 cm de 
profundidade. Os solos arenosos como do grupo B, mas 
com camada argilosa quase impermeável ou horizonte de 
seixos rolados. 
 
 
Capacidade mínima de infiltração – 0 a 1,27 mm/h; 
média – 0,64 mm/h. 
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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 de cheias – as 
chuvas nos últimos 5 dias totalizam 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 foram desfavoráveis a altas 
taxas de evaporação. 
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ESCOAMENTO SUPERFICIAL 
 
Define-se por escoamento superficial todo 
deslocamento de água que ocorra sobre a superfície 
terrestre. Para uma mesma precipitação, diversos fatores 
condicionam a intensidade e duração do escoamento 
superficial: área drenada, topografia, tipo de cobertura 
vegetal, tipo de solo e geologia da área drenada. Há ainda 
fatores decorrentes da atividade humana, tais como 
irrigação, canalização, captação e construção de 
barragens. 
Escoamento Superficial (ES) = Precipitação (P) – 
Infiltração (Inf.) – Evaporação (Evap.) – Transpiração 
(Transp.) 
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- Escoamento superficial: ocorre durante e 
imediatamente após a chuva. 
- Escoamento subterrâneo: é o que mantém a vazão dos 
rios durante as estiagens. 
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Hidrograma 
Figura – Exemplo do Hidrograma de uma bacia em resposta a uma chuva 
Fonte: COLLISCHONN, 2009. 
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Escoamento 
• Tipos de escoamento na bacia. 
• Geração de escoamento superficial. 
• Hidrograma. 
• Hidrograma unitário. 
• Escoamento subterrâneo. 
 
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• Escoamento superficial 
• Escoamento sub-superficial 
• Escoamento subterrâneo 
Tipos de Escoamento na bacia 
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P
e
rc
o
la
ç
ã
o
 
Processos da 
parte terrestre 
do ciclo 
hidrológico 
Interceptação 
Depressões 
chuva 
Escoamento 
superficial 
In
filtra
ç
ã
o
 
Armazenamento 
no solo 
Armazenamento 
no subsolo 
Escoamento 
Sub-superficial 
V
a
z
ã
o
 n
o
 rio
 
evap 
Escoamento 
Subterrâneo 
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• Sub-superficial ?? 
• Superficial 
• Subterrâneo 
Tipos de escoamento bacia 
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• Chuva, infiltração, 
escoamento superficial 
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• Chuva, infiltração, 
escoamento superficial, 
escoamento subterrâneo 
Camada saturada 
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• Escoamentosub-superficial 
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Camada saturada 
• Depois da chuva: Escoamento sub-superficial e 
escoamento subterrâneo 
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• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo 
Camada saturada 
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• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo 
Camada saturada 
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• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo 
Camada saturada 
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• Estiagem muito longa = rio seco 
 Rios intermitentes 
Camada saturada 
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Geração de escoamento superficial 
• Escoamento até a rede de drenagem 
• Escoamento em rios e canais 
• Escoamento em reservatórios 
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• Precipitação que atinge áreas impermeáveis 
• Precipitação intensa que atinge áreas de 
capacidade de infiltração limitada 
• Precipitação que atinge áreas saturadas 
 
Formação do Escoamento 
 Superficial 
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Fonte: Rampelloto et al. 2001 
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 Telhados 
 Ruas 
 Passeios 
• Geração de escoamento superficial é quase imediata 
• Infiltração é quase nula 
 
Áreas Impermeáveis 
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• Capacidade de infiltração é baixa 
 Gramados 
 Solos Compactados 
 Solos muito argilosos 
Áreas de capacidade de 
infiltração limitadas 
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Infiltração 
Escoamento 
Precipitação 
tempo 
Infiltração 
Intensidade da chuva x 
capacidade de infiltração 
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• Considere chuva com 
intensidade constante 
• Infiltra completamente no 
início 
• Gera escoamento no fim 
tempo 
In
fi
lt
ra
ç
ã
o
 
P
re
c
ip
it
a
ç
ã
o
 
início do escoamento 
intensidade da chuva 
capacidade de infiltração 
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• Considere chuva com 
intensidade constante 
• Infiltra completamente no 
início 
• Gera escoamento no fim 
tempo 
In
fi
lt
ra
ç
ã
o
 
P
re
c
ip
it
a
ç
ã
o
 
início do escoamento 
intensidade da chuva 
capacidade de infiltração 
volume infiltrado 
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• Considere chuva com 
intensidade constante 
• Infiltra completamente no 
início 
• Gera escoamento no fim 
tempo 
In
fi
lt
ra
ç
ã
o
 
P
re
c
ip
it
a
ç
ã
o
 
início do escoamento 
intensidade da chuva 
capacidade de infiltração 
volume infiltrado 
volume escoado 
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Precipitação 
Infiltração 
Escoamento em áreas 
de solo saturado 
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Precipitação 
Solo saturado 
Escoamento em áreas 
de solo saturado 
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Precipitação 
Solo saturado 
Escoamento 
Escoamento em áreas 
de solo saturado 
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I (mm/h) 
F (mm/h) 
Q (mm/h) 
Q = I – F 
Geração de Escoamento 
• Intensidade da precipitação é 
maior do que a capacidade de 
infiltração do solo 
 
• Processo hortoniano 
 (Horton, 1934) 
 
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Q (mm/h) 
Geração de Escoamento 
• Precipitação atinge áreas saturadas 
• Processo duniano (Dunne) 
 
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Representação gráfica da vazão 
ao longo do tempo 
Hidrograma 
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• O hidrograma é o gráfico que relaciona a vazão ao 
tempo e é o resultado da interação de todos os 
componentes do ciclo hidrológico. 
Heterogeneidade da bacia 
Caminhos que a água percorre 
Hidrograma 
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Superficial 
e 
Escoamento subterrâneo 
Sub-superficial 
Formação do Hidrograma 
1 – Início do escoamento superficial 
2 – Ascensão do hidrograma 
3 – Pico do hidrograma 
4 – Recessão do hidrograma 
5 – Fim do escoamento superficial 
6 – Recessão do escoamento subterrâneo 
1 
2 
5 
3 
4 
6 
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Hidrograma - exemplo 
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Superficial 
e recessão 
pico 
Escoamento subterrâneo 
Sub-superficial 
Formação do Hidrograma 
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Como estimar? 
• Um dos métodos mais simples e mais 
utilizados para estimar o volume de 
escoamento superficial resultante de um 
evento de chuva é o método desenvolvido 
pelo National Resources Conservatoin 
Center dos EUA (antigo Soil Conservation 
Service – SCS). 
• SCS - Consiste em duas etapas: (a) 
separação do escoamento; (b) cálculo do 
hidrograma. 
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• Simples 
• Valores de CN tabelados para diversos tipos de solos 
e usos do solo 
• Utilizado principalmente para projeto em locais sem 
dados de vazão 
• Usar com chuvas de projeto (eventos relativamente 
simples e de curta duração) 
Método do Soil 
Conservation Service 
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• Método SCS (Separação do escoamento) 
 
 SIaP
IaP
Q
2



254
CN
25400
S 
IaP 
0Q  IaP 
5
S
Ia 
quando 
quando 
Q = escoamento em mm (Pef) 
P = chuva acumulada em mm 
Ia = Perdas iniciais 
S = parâmetro de armazenamento 
Valores de CN: 
Método SCS 
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Perdas iniciais = 0,2 . S 
254
CN
25400
S 
0 < CN < 100 
Método do SCS 
CN tabelado de acordo com tipo de solo e 
características da superfície 
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 A bacia tem solos do tipo B e está coberta por florestas. Conforme atabela anterior o valor do parâmetro CN é 63 para esta combinação. A 
partir deste valor de CN obtém-se o valor de S: 
Exemplo 
 Qual é a lâmina escoada superficialmente durante 
um evento de chuva de precipitação total P=70 mm 
numa bacia do tipo B e com cobertura de floretas? 
mm 2,149254
CN
25400
S 
 A partir do valor de S obtém-se o valor de Ia= 29,8. Como P > Ia, o 
escoamento superficial é dado por: 
mm 5,8
)SIaP(
)IaP(
Q
2




 Portanto, a chuva de 70 mm provoca um escoamento de 8,5 mm. 
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254
CN
25400
S 
Perdas iniciais = 0,2 . S 
Superfície Solo A Solo B Solo C Solo D 
Florestas 25 55 70 77 
Zonas 
industriais 
81 88 91 93 
Zonas 
comerciais 
89 92 94 95 
Estacionam
entos 
98 98 98 98 
Telhados 98 98 98 98 
Plantações 67 77 83 87 
Exemplo de tabela: 
Tipos de solos do SCS: 
A – arenosos e profundos 
B – menos arenosos ou profundos 
C – argilosos 
D – muito argilosos e rasos 
Método do SCS