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Infiltração de Água no Solo

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30 
INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO 
 
1. Introdução 
 
 Denomina-se infiltração ao processo pelo qual a água atravessa a superfície do solo. Este 
processo é de grande importância prática, pois a velocidade de infiltração da água no solo é um dos 
fatores que mais influência o escoamento superficial, responsável por processos indesejáveis como 
a erosão e as inundações que ocorrem quando da incidência de chuvas intensas. Assim, durante uma 
chuva, parte da água infiltra e parte escoa sobre a superfície do solo. Portanto, da velocidade de 
infiltração da água no solo dependerão a quantidade de água que será incorporada ao solo e 
alimentará o lençol freático e o escoamento superficial. O conhecimento do processo de infiltração 
fornece, manejo eficiente do solo e da água, e também subsídios fundamentais para 
dimensionamento de reservatórios, estruturas de controle da erosão e de inundação, canais e 
sistemas de irrigação e drenagem. 
 
2. Perfil de umidade típico durante a infiltração 
 
 A distribuição da água em um perfil de solo uniforme, submetido a um apequena carga 
hidráulica na superfície (H0) pode ser representada esquematicamente pela Figura abaixo. No perfil 
de umedecimento do solo, distingui-se quatro zonas: 
- zona de saturação – corresponde a uma 
camada de aproximadamente 1,5 cm, em 
que o solo encontra-se saturado. 
- zona de transição – constitui um acamada 
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 
camada é caracterizada por uma pequena 
variação da umidade, em relação ao espaço 
e ao tempo. 
- zona de umedecimento – é uma região 
caracterizada por grande redução no teor de 
umidade, com o aumento da profundidade. 
- Frente de umedecimento – compreende um 
pequena camada na qual existe elevado 
gradiente hidráulico, havendo uma variação 
brusca da umidade do solo. A frente de 
umedecimento representa o limite visível da 
movimentação de água no solo. 
 Figura 1. Perfil tipo de Umidade 
 
 
 
 2 
 
3.Grandezas características da infiltração 
 
3.1 . Capacidade de infiltração 
 A capacidade de infiltração é a quantidade máxima de água que pode infiltrar no solo, em 
um dado intervalo de tempo, sendo expressa comumente em mm h
-1
 (ou cm/min ou mm/min). A 
capacidade de infiltração (CI) apresenta uma magnitude alta no início de uma chuva, e diminui, 
progressivamente, com transcorres desta até atingir um valor aproximadamente constante após um 
período longo de tempo (VIB). 
 A capacidade de infiltração só é atingida durante uma chuva se houver excesso de 
precipitação. Caso contrário, a razão de absorção da água no solo não é máxima, e por conseguinte 
a razão de absorção não é a capacidade ou taxa de infiltração. 
Alguns valores de infiltração básica (VIB ou i), classificação em função do tipo do solo 
 
Taxa final de infiltração (VIB) – Velocidade de infiltração básica 
Classe VIB VIB (mm/h) 
Baixa VIB < 5 
Media 5 < VIB < 15 mm/h 
Alta 15 < VIB < 30 mm/h 
Muito alta VIB > 30 mm/h 
 
O valor da VIB de um solo é um fator de grande importância em irrigação possíveis de 
serem usados naquele solo, bem como determinará a intensidade máxima de precipitação, que 
poderá ser permitida na irrigação por aspersão. 
 
3.2.– Velocidade de infiltração 
 A velocidade 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. Representa, portanto, a taxa de 
variação da infiltração acumulada ao longo do tempo, sendo representada pela equação 
dT
dI
VI 
 
 
em que VI = velocidade de infiltração no solo, LT
1
; I = infiltração acumulada, L; e 
t = tempo, T. 
 Quando uma precipitação atinge o solo com intensidade menor do que a capacidade de 
infiltração, toda a água penetra no solo, provocando progressiva diminuição na própria CI. 
Persistindo a precipitação, a partir de um tempo t = tp representado na Figura 2, a velocidade de 
infiltração iguala-se à capacidade de infiltração, passando a decrescer com o tempo e tendendo a um 
 3 
valor constante, após grandes períodos de tempo, caracterizado como a condutividade hidráulica do 
solo saturado (K0). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 3. 
 
 A partir do início da precipitação, representado pelo tempo t =A, o solo começa a aumentar 
seu teor de umidade, e consequentemente a capacidade de infiltração diminui. Como a intensidade 
de precipitação (ip) é menor do que a capacidade de infiltração, o processo de infiltração é 
determinado pela intensidade de precipitação e, consequentemente, a velocidade de infiltração é 
igual à própria intensidade de precipitação. 
 No tempo t = B, a velocidade de infiltração iguala-se á capacidade de infiltração, que 
continua decrescendo e, portanto, a partir deste instante, inicia-se o escoamento superficial. 
No tempo t = C, a chuva diminui termina e o solo começa a perder umidade por evaporação 
enquanto a capacidade de infiltração começa a aumentar até que outra precipitação ocorra, e o 
processo descrito se repita. 
 Portanto 
 ip  CI  VI = ip  não há escoamento superficial. 
 ip  CI  CI = VI há escoamento. 
 
 
4. Fatores que intervém na infiltração 
 
 A infiltração é um processo que depende em maior ou menor grau de diversos fatores, dentre 
os quais destacam-se: 
- condição de superfície – a natureza da superfície considerada fator determinante no processo de 
infiltração. Áreas urbanizadas apresentam menores velocidades de infiltração em áreas agrícolas 
(principalmente quando têm cobertura vegetal), por apresentarem altas porcentagens de 
impermeabilização da superfície do solo, o que limita a infiltração d’ água nele. Além disso, o 
sistema radicular das plantas cria caminhos preferenciais para o movimento da água no solo o que, 
0
20
40
60
80
100
120
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
t (horas)
f (
 m
m
/h
)
 4 
consequentemente aumenta a velocidade de infiltração. A presença de cobertura vegetal reduz, 
ainda o impacto das gotas de chuva e promove o estabelecimento de uma camada de matéria 
orgânica em decomposição, que favorece a atividade microbiana de insetos e animais, contribuindo 
para o aumento da infiltração da água no solo. A cobertura vegetal também reduz a velocidade do 
escoamento superficial e, portanto contribui para aumentar o volume de água infiltrado. 
- tipo de solo – a velocidade de infiltração da água no solo depende do tamanho e tipo de ligação 
existente entre os poros. Desta forma, a textura e a estrutura são propriedades que influenciam 
expressivamente a movimentação da água no solo e, consequentemente, a infiltração. 
Qualquer fator que exerça influência sobre o tamanho e a configuração dos poros do solo, 
exercerá influência, também, na velocidade de infiltração. Considerando que um fluxo de água no 
solo é proporcional à Quarta potência do diâmetro do poro, o escoamento em um poro com 1 mm 
de raio é equivalente ao de 10.000 poros com raio de 0,1 mm. 
A textura e a estrutura são propriedades às quais a condutividade hidráulica e, 
consequentemente, a velocidade de infiltração estão mais diretamente ligadas. Solos arenosos que 
geralmente apresentam maior quantidade de macroporos do que os solos argilosos, possuem , via de 
regra, maiores velocidades de infiltração. Do mesmo modo, solos com estrutura granular estávelpossuem maiores velocidades de infiltração do que os solos com estrutura estável, que dispersam 
quando são umedecidos ou submetidos a algum agente compactador. O fluxo de água no solo é 
influenciado, também pela quantidade de matéria orgânica existente nesse solo e pela natureza dos 
colóides, que influenciam diretamente a própria estrutura do solo. 
A presença de camadas que diferem a textura ou estrutura, no perfil do solo, pode retardar o 
movimento da água durante a infiltração. Surpreendentemente, camadas de argilas e camadas de 
areia podem Ter comportamentos similares, embora por razões opostas, que são: a presença de 
camada de argila dificulta o movimento da água no perfil do solo devido à sua baixa condutividade 
hidráulica saturada, enquanto a presença de camada de areia pode retardar o deslocamento da frente 
de umedecimento, devido à sua baixa condutividade hidráulica sob condições não saturadas. 
 Diversos trabalhos realizados em solos formados sob condições de clima tropical, como é 
caso de estudos realizados no cerrado brasileiro, demostram que mesmo solos com altos conteúdos 
de argila têm apresentados elevadas velocidades de infiltração, o que é justificado pelo alto grau de 
desenvolvimento da estrutura evidenciada nestes solos, acarretando, inclusive maior 
macroporosidade do que a observada em solos de textura média. 
- condições do solo – refere-se ao solo estar ou não preparado. Em geral, o preparo do solo tende a 
aumentar a capacidade de infiltração. No entanto, se as condições de preparo e manejo do solo 
forem inadequadas, sua capacidade de infiltração poderá tornar-se inferior à de um solo sem 
preparo, principalmente se a cobertura vegetal presente sobre o solo for removida. A capacidade de 
 5 
infiltração da água em um solo recém-preparado é alta, em razão da quebra da estrutura da camada 
superficial. Uma vez que o selamento superficial é formado e, em muitos casos este se estabelece 
muito rapidamente após as primeiras precipitações, ocorre grande redução na velocidade de 
infiltração da água no solo. Fendas, rachaduras e canais biológicos, originados por raízes 
decompostas ou pela fauna do solo, atuam como caminhos preferências por onde a água 
movimenta-se com pouca resistência e, portanto, aumentam a capacidade de infiltração. 
O tráfego intensivo de máquinas sobre a superfície do solo, principalmente quando se utiliza o 
sistema convencional de preparo, produz uma camada compactada que reduz a capacidade de 
infiltração da água no solo. Solos situados em áreas de pastoreio também sofrem intensa 
compactação pelos casos de animais. 
- umidade inicial do solo – para um mesmo solo, a capacidade de infiltração será tanto maior 
quanto mais seco estiver o solo, inicialmente. 
- carga hidráulica – quanto maior for a diferença de carga hidráulica entre os dois pontos 
considerados, maior deverá ser a velocidade de infiltração, pois, como mostra a equação Darcy, o 
movimento das águas no solo ocorre em função da diferença de potencial entre os dois pontos 
considerados. 
- condições da superfície - quando a estrutura do solo é muito poros, a velocidade de infiltração 
inicial á alta. Por outro lado, quando a superfície do solo é compactada e o perfil coberto por uma 
crosta superficial de baixa condutividade, a velocidade de infiltração passa a ser menor do que 
aquela de um solo uniforme. Ao se chocarem contra o solo, as gotas da precipitação promovem, a 
compactação da sua superfície, reduzindo a capacidade de infiltração. A intensidade desta ação 
varia com a quantidade e tipo de cobertura vegetal, com a energia cinética da precipitação e com a 
estabilidade dos agregados do solo. O selamento superficial, causado pelo impacto das gotas de 
água, é de ocorrência comum, particularmente em solos que tenham sido intensamente cultivados. 
A superfície do solo apresenta-se compactada e, embora possa ser de pequena espessura, seu efeito 
sobre as propriedades físicas do solo influência, acentuadamente, as características de infiltração. A 
crosta superficial apresenta alta resistência hidráulica, dificultando a infiltração. Este efeito torna-se 
mais pronunciado com o aumento da espessura e da densidade da crosta. Solos pouco estáveis têm 
maior propensão para formação da crosta superficial, especialmente como resultado da ação das 
gotas de chuva. Em tais solos, a cobertura vegetal pode atenuar o impacto das gotas d’ água e ajudar 
a prevenir o selamento superficial. 
- temperatura – a velocidade de infiltração aumenta com a temperatura, devido à diminuição da 
viscosidade da água. 
 
 
 6 
5. Métodos para determinação da infiltração 
 A determinação da infiltração de água no solo deve ser feita por métodos simples e capazes 
de representar, adequadamente as condições em que se encontra o solo. Para tanto torna-se 
necessário adotar métodos, cuja determinação baseia-se em condições semelhantes àquelas 
observadas durante o processo ao qual o solo é submetido, sendo que, uma vez que a velocidade de 
infiltração é muito influenciada pelas condições de superfície e conteúdo de umidade do solo, o 
conhecimento dessas condições é fundamentalmente importante para a interpretação dos 
resultados. 
 Os infiltrômetros são equipamentos utilizados para a determinação da velocidade de 
infiltração da água no solo, sendo o infiltrômetro de anel e o simulador de chuvas os principais tipos 
utilizados em estudos hidrológicos. 
 
 
5.1 – Infiltrômetro de anel 
 O infiltrômetro de anel consiste de dois tubos cilíndricos curtos, os quais são posicionados 
de forma concêntrica no solo. O anel interno deve apresentar diâmetro interno da ordem de 250 a 
300 mm e o externo diâmetro da ordem de 500 a 600 mm. A altura destes anéis deve ser da ordem 
de 300 mm. Os anéis cujas bordas devem ser bizeladas, são cravados verticalmente no solo, 
deixando-se uma borda livre ligeiramente superior a 50 mm. O tubo externo tem como facilidade 
reduzir o efeito da dispersão lateral da água infiltrada do tubo interno. Assim, a água do cilindro 
interno infiltra no perfil do solo em uma direção predominantemente vertical , o que evita uma 
superestimativa da velocidade de infiltração 
 
 
 
 
 7 
5.2 . Simuladores de chuva 
Os simuladores de chuva são equipamentos nos quais a água é aplicada por aspersão com 
intensidade conhecida e controlável. A área de aplicação de água é limitada por placas metálicas, e 
o escoamento superficial resultante é medido. A velocidade de infiltração é obtida pela diferença 
entre a intensidade de precipitação e a taxa de escoamento resultante. 
O infiltrômetro de anel superestima a velocidade de infiltração em relação ao simulador de 
chuvas, devido ao selamento da superfície do solo, que no infiltrômetro de anel não ocorre na 
mesma proporção, pela ausência do impacto das gotas de precipitação. Por outro lado no 
infiltrômetro de anel a lâmina de água sobre o solo proporciona maior potencial para promover a 
infiltração, apresentando, em geral, maiores valores de infiltração que os simuladores de chuva. 
 
 
 
 
 
6. Equações de infiltração 
 
 
6.1 Equação de Kostiakov (1932) 
 A equação de Kostiakov é muito utilizada no dimensionamento de sistemas de irrigação por 
superfície, embora empírica, apresenta bons resultados quando as condições do meio são bem 
controladas, sendo representadas pela equação: 
 L = a t
m
 
em que, a e m são parâmetros determinados a partir de valores de t e L. A velocidade de infiltração 
é obtida derivando-se a equação 1: 
 Vi = am t
m-1
 
fazendo am = K e m - 1 = n obtém-se 
 Vi = Kt
n
 
 8 
 A equação de Kostiakov tem como principal limitação o fato de que a velocidadede 
infiltração tende para zero, quando t assume valores elevados, o que não acontece na prática. 
 
Ajuste dos parâmetros 
 O ajuste dos parâmetros pode ser feito pelo método do papel log-log ou pelo método da 
regressão linear. No método do papel log-log são plotados os valores de infiltração acumulada (L) 
na ordenada e o tempo acumulado nas abcissas. Com os pontos plotados deve-se traçar a linha que 
melhor une os pontos. 
 
Teste de infiltração 
Tempo t 
(min) 
Leitura 
(cm) 
t 
(min) 
tac 
(min) 
L (cm) Lac (cm) Vi (cm/h) 
Lac/tac*60 
Via (cm/h) 
L/t *60 
0 10,8 - - - - - - 
1 10,3 1 1 0,5 0,5 30 30 
3 9,8 2 3 0,5 1,0 20 15 
5 9,3 2 5 0,5 1,5 18 15 
10 8,7 5 10 0,6 2,1 12,6 7,2 
15 80 5 15 0,7 2,8 11,2 8,4 
25 7,1/12,4 10 25 0,9 3,7 8,9 5,4 
35 11,5 10 35 0,9 4,6 7,9 5,4 
50 10,45 15 50 1,1 5,7 6,8 4,4 
65 9,4 15 65 1,0 6,7 6,2 4,0 
95 8,1/11,7 30 95 1,3 8,0 5,1 2,6 
125 10,4 30 125 1,3 9,3 4,5 2,6 
155 9,1 30 155 1,3 10,6 4,1 2,6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L = 0,50 t
0,33
 (cm/min) 
 
0,1
1
10
100
1 10 100 1000
 9 
 
 No método da regressão linear deve-se primeiro proceder a transformação logarítmica das 
variáveis, da seguinte forma: 
 L = at
m
 
 
log L = log a + m log t 
Y = A + B X 
Para a regressão linear tem-se: 
 
 



 



N
X
X
N
YX
XY
B
2
2
 
 
XBYA 
 
 
t L X (Log t) Y (Log L) X Y X
2
 
1 0,5 0,0000 -0,3010 0,0000 0,0000 
3 1 0,4771 0,0000 0,0000 0,2276 
5 1,5 0,6990 0,1761 0,1231 0,4886 
10 2,1 1,0000 0,3222 0,3222 1,0000 
15 2,8 1,1761 0,4472 0,5259 1,3832 
25 3,7 1,3979 0,5682 0,7943 1,9542 
35 4,6 1,5441 0,6628 1,0233 2,3841 
50 5,7 1,6990 0,7559 1,2842 2,8865 
65 6,7 1,8129 0,8261 1,4976 3,2867 
95 8 1,9777 0,9031 1,7861 3,9114 
125 9,3 2,0969 0,9685 2,0308 4,3970 
155 10,6 2,1903 1,0253 2,2458 4,7976 
 16,0710 6,3542 11,6333 26,7169 
 
 
 



 



N
X
X
N
YX
XY
B
2
2
 
12
)0710,16(
7169,26
12
3542,6*0710,16
633,11
2


B 
 
B = 0,6013 
 
XBYA 
 
12
071,16
6013,0
12
5342,6
A
 =-0,2756 
 a = 10
A
 
 a = 0,5299 
 
L = at
m
 
 
L = 0,5298 t
0,6013
 (cm/min) 
 
Vi = 0,3186 t
-0,3986
 (cm/min) 
 10 
6.2. Equação de Kostiakov Modificada 
 Como o nome sugere, esta equação é uma modificação da equação de Kostiakov no sentido 
de eliminar a limitação descrita no item anterior. 
L = K T
n
 + fo T e Vi = KnT
n-1
 + fo 
 Na equação 6 quanto t tende para o infinito, a velocidade de infiltração VI tende para o valor 
fo , denominado velocidade de infiltração básica (Vib). 
 Para o ajuste pelo método da regressão tem-se: 
L = K T
n
 + fo T 
 
(L - fo T) = KT
n
 
 
Log(L - fo T) = log K+ n log T 
 
 Y = A + B X 
 
sendo fo = 2,6/60 = 0,043 cm/min 
 
T L L-foT X= log T Y =log (L-fot) XY X
2
 
1 0,5 0,4567 0,0000 -0,3404 0,0000 0,0000 
3 1 0,8700 0,4771 -0,0605 -0,0289 0,2276 
5 1,5 1,2833 0,6990 0,1083 0,0757 0,4886 
10 2,1 1,6667 1,0000 0,2218 0,2218 1,0000 
15 2,8 2,1500 1,1761 0,3324 0,3910 1,3832 
25 3,7 2,6167 1,3979 0,4177 0,5840 1,9542 
35 4,6 3,0833 1,5441 0,4890 0,7551 2,3841 
50 5,7 3,5333 1,6990 0,5482 0,9313 2,8865 
65 6,7 3,8833 1,8129 0,5892 1,0682 3,2867 
95 8 3,8833 1,9777 0,5892 1,1653 3,9114 
125 9,3 3,8833 2,0969 0,5892 1,2355 4,3970 
155 10,6 3,8833 2,1903 0,5892 1,2906 4,7976 
 31,1933 16,0710 4,0735 7,6896 26,7169 
 
 



 



N
X
X
N
YX
XY
B
2
2
 
12
)0710,16(
7169,26
12
0735,4*0710,16
6896,7
2


B 
 
B = 0,4302 
XBYA 
 
 
A = 0,33944 - 0,4302*1,3392 A = -0,2367 
K = 10
A
 = 0,5798 
 
L = 0,5798 T
0,4302
 + 0,0433 T (L = cm; T = min) 
 
Vi = 0,2494 T
 - 0,5698 
 + 0,0433 (Vi = cm/min; T = min) 
 
 
 11 
6.3. Equação de Horton (1940) 
 
 A taxa de infiltração pode ser calculada por: 
 
  ktoio effff

 
onde: f = capacidade de infiltração no tempo t; 
 fi = taxa de infiltração inicia (t = 0); 
 fo = taxa mínima de infiltração; 
 k = parâmetro do solo (deve ser ajustado); 
 t = tempo decorrido desde o início da saturação do solo 
 A infiltração acumulada é calculada pela equação: 
 
 ktoio e
k
ff
tfL 




 
 1
 
 A equação de Horton é valida para o caso da intensidade de precipitação (i) ser maior que a 
capacidade de infiltração (f), isto é ( i  f). A maior dificuldade de aplicação da fórmula de Horton 
reside na determinação de seus parâmetros (fo, fi, k), que embora possam ser determinados 
experimentalmente por meio de infiltrômetros, estão sujeitos a erros sistemáticos. 
 O parâmetro fo é facilmente identificado nos experimentos por que representa a 
condutividade hidráulica saturada aparente do solo (aparente porque inclui a resistência 
proporcionada pelo ar aprisionado nos poros do solo). O parâmetro fi também é obtido dos testes de 
campo por que representa a taxa de infiltração no momento em que é atingido a saturação da 
superfície e começa a haver o excesso superficial, o que equivale a dizer que fi é igual a intensidade 
de precipitação saturada do solo. 
 O parâmetro k deve estar na unidade do tempo 
 
Exercício: Para um solo com velocidade de infiltração inicial de 55mm/h, velocidade de infiltração 
básica de 22 mm/h, e parâmetro k =2,5/h, pede-se: 
a) Calcule a velocidade de infiltração e a infiltração acumulada nos tempos de 5, 20, 30 
minutos e 1 e 2 horas . 
t (minutos) t (horas) f (mm/h) L (mm) 
5 
20 
30 
60 
120 
 
 12 
b) Comente os processos de infiltração e escoamento se ocorrem uma precipitação com intensidade 
de 75 mm/hora durante 20 minutos? 
c) E se a chuva continua na mesma intensidade durante 1 hora? 
d) Quanto tempo deve se esperar para infiltrar 100 mm (no caso de irrigação). 
 
 
2) Com os dados do teste de infiltração abaixo pede-se: 
Ajustar a equação de Kostiakov conforme modelos abaixo 
 
Infiltraçao acumulada: L = a t
m 
 
Velocidade de infiltração: f = Kt
n
 
 
 
Teste de Infiltração 
Hora L ac (cm) tac (min) 
∆t 
(min) 
 
VI (mm/h) Via (mm/h) 
∆L (mm) Lac/tac 60 ∆L/∆t* 60 
08:40 0,0 
 08:42 1,0 
 08:45 2,0 
 08:50 3,3 
 08:55 4,3 
 09:00 5,1 
 09:10 6,4 
 09:20 7,4 
 09:30 8,2 
 09:45 9,1 
 10:00 9,8 
 10:20 10,5 
 10:40 11,2 
 11:00 11,9

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