Infiltração de Água no Solo

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HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ENGENHARIA CIVIL 8º PERÍODO
Prof.ª. ANA LÚCIA MAIA
INFILTRAÇÃO
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
 Passagem da água através da superfície do solo,
ocupando os poros (volume de vazios) existentes no
solo.
 Importante para:
 crescimento da vegetação
 abastecimento dos aquíferos
(mantém vazão dos rios durante as estiagens)
 reduzir escoamento superficial, cheias, erosão
INFILTRAÇÃO
 Processos difíceis de quantificar
 Estimativas por equações empíricas ajustadas para
reproduzir dados medidos no campo.
INFILTRAÇÃO
É um fenômeno que depende:
– Da água disponível para infiltrar
– Da natureza do solo
– Do estado da superfície
– Das quantidades de água e ar, inicialmente 
presentes no solo
 Enquanto há aporte de água, o perfil de umidade tende à
saturação em toda a profundidade, sendo a superfície,
naturalmente, o primeiro nível a saturar.
 Quando o aporte de água à superfície cessa (isto é, deixa de
haver infiltração), a umidade no interior do solo se redistribui,
evoluindo para um perfil de umidade inverso, com menores
teores de umidade próximo à superfície e maiores nas
camadas mais profundas.
PERFIL DE UMIDADE
PERFIL DE UMIDADE
A infiltração da água no solo pode ser considerada
como sendo a sequência das três seguintes fases:
FASE DE INTERCÂMBIO: Corresponde à entrada da água
pela superfície;
FASE DE DESCIDA: É o deslocamento vertical da água
através do perfil do solo até encontrar o extrato impemeável;
FASE DE CIRCULAÇÃO: A relação da capacidade de
armazenamento da água no solo, formação dos lençóis
subterrâneos.
INFILTRAÇÃO
CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
 Capacidade de infiltração é a quantidade máxima de água que
um solo em determinadas condições pode absorver. Ela varia
no decorrer da chuva.
 Se uma precipitação atinge o solo com a uma intensidade
menor que a capacidade de infiltração toda a água penetra no
solo, provocando uma progressiva diminuição da própria
capacidade de infiltração, já que o solo está se umedecendo.
FATORES QUE INTERFEREM NA INFILTRAÇÃO
1-Textura do solo: Porosidade, densidade e compactação.
 maior quantidade de poros grandes: maior infiltração
 maior compactação: menor a infiltração
2- Cobertura vegetal: Um solo coberto por vegetação é mais
permeável do que um solo desmatado.
3- Declividade do terreno: em declividades acentuadas a água corre
mais rapidamente, diminuindo o tempo de infiltração.
5- Umidade do Solo: Em um solo mais úmido a infiltração é menor
do que um solo mais seco.
6- Temperatura do solo: Escoamento no solo é laminar (tranquilo) em
função da viscosidade da água. Quanto maior a temperatura maior a
infiltração de água no solo.
FATORES QUE INTERFEREM NA INFILTRAÇÃO
4- Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao
passo que chuvas finas e demoradas têm mais tempo para se
infiltrarem.
 O método mais conhecido para o cálculo da infiltração é o método
de Horton apresentado em 1939.
 Intuitivamente pode-se dizer que a infiltração geralmente é maior
no início e decai ao longo do processo até atingir um patamar
constante.
 Horton formulou tal hipótese através de uma relação exponencial
válida quando o potencial de vazão de infiltração é maior ou igual
a precipitação.
 A relação proposta por Horton é a seguinte:
CÁLCULO DA INFILTRAÇÃO
 f = taxa de infiltração (mm/hora)
 fc = taxa de infiltração em condição de saturação (mm/hora)
 fo = taxa de infiltração inicial (mm/hora)
 t = tempo (minutos)
  = parâmetro que deve ser determinado a partir de medições no 
campo – constante de Horton (1/minuto)
  tefcfofcf 
EQUAÇÃO DE HORTON
A. Anéis concêntricos
MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO (em campo)
diâmetro entre 20 e 90 cm 
MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
 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.
 A finalidade do anel externo é evitar que a água do anel interno
infiltre lateralmente, mascarando o resultado do teste.
 A altura da lâmina d’água nos dois anéis deve ser de 15 cm,
permitindo-se uma variação máxima de 2 cm.
 No início do teste, essa altura pode influenciar nos resultados,
entretanto, com o decorrer do tempo, ela passa a não ter efeito.
 O teste termina quando a taxa de infiltração permanecer
constante.
 Na prática, considera- se que isto ocorre quando a taxa de
infiltração varia menos que 10% no período de 1 (uma) hora.
 Neste momento,
considera-se que o solo
atingiu a chamada taxa
de infiltração estável.
Aconselha-se que seja feito um 
teste para cada 0,7km2 ou seja 
1 teste para cada 70ha
Parâmetros de Horton para diferentes tipos de solos
ff = fc
B. Simuladores de Chuva
MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
 Os infiltrômetros chamados de simuladores de chuva, são
aparelhos nos quais a água é aplicada por aspersão, com
intensidade de chuva maior que a capacidade de infiltração.
 As áreas são circundadas por canaletas que recolhem a água 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 rotativo – simulador de chuva
simulador de chuva
C. Balanço Hídrico
MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
 Outra forma de se conhecer a capacidade de infiltração média na 
área de uma bacia hidrográfica, é utilizando -se a equação do 
balanço hídrico. 
 Se forem conhecidos a precipitação e o escoamento superficial e a
evapotranspiração, poder-se-á calcular, por diferença, a infiltração.
ETIESP
t
V



 V/t = variação de volume de água
armazenada no solo por tempo;
 P = precipitação;
 ES = escoamento superficial (ou vazão);
 I = infiltração;
 ET = evapotranspiração
CONCEITO GERAL
 Ocorre quando o estado da água é transformado de líquido
para gasoso devido à energia solar
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Evaporação (E) – Processo pelo qual se transfere água do solo
e das massas líquidas para a atmosfera.
Transpiração (T) – Processo biofísico pelo qual a água que passou
pela planta, fazendo parte de seu metabolismo, é transferida para a
atmosfera preferencialmente pelos estômatos e finalmente indo para
a atmosfera.
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Evapotranspiração (ET)  Processo simultâneo de
transferência de água para a atmosfera através da evaporação
(E) e da transpiração (T).
TEET 
Potencial 
(ETP)
Real (ETR)
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
ETP  Quantidade de água transferida para a atmosfera por
evaporação e transpiração, em uma unidade de tempo, de uma
superfície extensa, completamente coberta de vegetação de
porte baixo e bem suprida de água (Penman,1956)
ETR  Quantidade de água transferida para a atmosfera por
evaporação e transpiração, nas condições reais (existentes) de
fatores atmosféricos e umidade do solo.
A ETR é igual ou menor que a ETP
FATORES QUE INTERFEREM
• Temperatura do ar: Quanto maior a temperatura, maior a
pressão de saturação do vapor de água no ar, isto é, maior a
capacidade do ar de receber vapor.
 Para cada 10oC, P0 é duplicada
Umidade relativa  medida do conteúdo de vapor de água do
ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse
saturado
sw
w
100UR 
UR é a umidade relativa; 
w é a massa de vapor por massa de ar e 
ws é a massa de vapor por massa de ar no ponto de saturação.
% em
Ar com umidade relativa de 100% estásaturado de vapor, e ar
com umidade relativa de 0% está completamente isento de
vapor
UMIDADE DO AR
Classificação dos estados de criticidade:
Entre 21 e 30% - Estado de Atenção
Entre 12 e 20% - Estado de Alerta
Abaixo de 12% - Estado de Emergência
UMIDADE DO AR
Em um deserto a umidade relativa do ar pode chegar a 15%, sendo
que a média mundial ideal é de 60% (Organização Mundial de
Saúde - OMS)
VENTO
• O vento renova o ar em contato com a superfície que está
evaporando (superfície da água; superfície do solo; superfície
da folha da planta).
• Com vento forte a turbulência do ar é maior trazendo para
perto da superfície evaporante o ar das regiões mais altas da
atmosfera.
• O vento retira a umidade, aumentando a taxa de evaporação
Vento  remove ar úmido da superfície onde ocorre ET 
menos umidade mais ET
Umidade do solo  uma das variáveis mais importantes na
evapotranspiração
Solo úmido  plantas transpiram livremente  taxa de
transpiração controlada pelas variáveis atmosféricas
Solo começa a secar  fluxo de transpiração começa a diminuir
Condições ideais de umidade do solo  ETP
Condições reais de umidade do solo  ETR
SOLO E VEGETAÇÃO
MEDIDA DA EVAPORAÇÃO - TANQUE CLASSE A
• Equipamento mais usado  forma circular com um diâmetro de 121,9 cm 
e profundidade de 25,4 cm
• Construído em aço ou ferro galvanizado
• Pintado na cor alumínio
• Instalado numa plataforma de madeira a 15 cm da superfície do solo
• permanecer com água variando entre 5,0 e 7,5 cm da borda superior.
Tanque "Classe A" – US Weather 
Bureau
O fator que relaciona a evaporação de um reservatório e do
tanque classe A oscila entre 0,6 e 0,8, sendo 0,7 o valor mais
utilizado
• manutenção da água entre as profundidades recomendadas 
evita erros de até 15%
• a água deve ser renovada  turbidez  evita erros de até 5%
• A leitura do nível d’água no tanque é sempre feita pela manhã, 
em intervalos de 24 horas;
TANQUE CLASSE A
A lâmina d’água evaporada do tanque entre duas observações 
consecutivas pode ser obtida pela seguinte expressão: 
Ev = L1 − L2 + P − H 
Onde:
 Ev = evaporação no intervalo transcorrido entre as leituras L1 e L2, (24 
horas); 
 L1 = leitura inicial do nível d’água;
 L2 = leitura final do nível d’água; 
 P = precipitação ocorrida no intervalo de tempo entre as leituras L1 e L2 e 
 H = altura de lâmina d’água transbordada, quando da ocorrência de grandes 
chuvas (geralmente desconhecida e, portanto, a leitura é perdida) e a 
equação é:
Ev = L1 − L2 + P 
MEDIDA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Método de Thornthwaite
a
I
T10
16ET 




 

Estimar evapotranspiração potencial mensal
 T = temperatura média do mês (oC)
 a = parâmetro que depende de um índice de
temperatura regional
 I = índice de temperatura, correspondente à soma
de 12 índices mensais









12
1j
1,514
j
5
T
I
j = cada um dos 12 meses do ano
Tj = temperatura média de cada um dos 12 meses
0,49239I101,792I107,71I106,75a 22537  
APLICAÇÃO
1) As leituras de um TCA foram 45,42 mm no dia 21 de junho e 50,65 mm no
dia seguinte. Sabendo-se que a precipitação total no período foi 10,23 mm,
calcule a lâmina evaporada Ev, para o período.
2) Calcule a evapotranspiração potencial mensal para o mês de setembro de
2006, em Porto Alegre onde as temperaturas médias mensais são dadas na
tabela abaixo.
1º passo: Obter I
2º passo: Obter a
3º aplicar a fórmula de ET
REFERÊNCIAS
 Vilela, S. Marcondes e Mattos, A. – Hidrologia Aplicada - SP – McGraw-Hill do Brasil, 1975;
 Notas de aula hidrologia UFOP – Prof. Antenor Barbosa.
 Tucci. C.E.M, et all. Drenagem Urbana, ABRH, 1995