ufrrj_IT_113_Hidrologia_Aula_Infiltracao

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Infiltração 
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO 
INSTITUTO DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA 
DISCIPLINA: IT 113 - HIDROLOGIA 
Prof. Dr. Alexandre Lioi Nascentes 
 
Prof.ª Camila Ferreira de Pinho 
 
Prof. Dr. Conan Ayade Salvador 
 
Prof. Dr. Leonardo Duarte Batista da Silva 
 Introdução; 
 Ciclo Hidrológico; 
 Bacia Hidrográfica; 
 Precipitação; 
 Infiltração; 
 Evaporação e Transpiração; 
 Escoamento Superficial; 
 Vazões de Projeto; e, 
 Fluviometria. 
Programa da Disciplina 
 Conceito de infiltração; 
 Conceitos básicos sobre a relação solo-água; 
 Análise físico-matemática de processo de infiltração; 
 Grandezas características da infiltração; 
 Fatores que intervêm na infiltração; 
 Métodos de determinação da infiltração 
- Infiltrômetro de anel; 
- Simuladores de chuva; e, 
- Infiltrômetro de Guelph. 
 Equações de Infiltração 
- Equação de Kostiakov; e, 
- Equação de Kostiakov-Lewis. 
 
 
 
Tópicos da Aula 
 Infiltração é o processo pelo qual a água atravessa a superfície do solo 
(BRANDÃO et al., 2006). 
Infiltração – Conceito 
Estima-se que, no Brasil, a erosão cause um prejuízo anual de cerca de 
US$ 4,2 bilhões (HERNANI et al., 2002); 
Curiosidades: 
O conhecimento do processo de infiltração fornece subsídios para o 
dimensionamento de estruturas de controle de erosão e inundação, 
como também, definição de práticas para o manejo e conservação do 
solo e da água. 
 Redistribuição de água no perfil do solo é o processo dinâmico e em 
desaceleração provocado pela diferença de potencial da água entre diferentes 
camadas do solo, o qual inicia-se quando se cessa a infiltração (MELLO & 
SILVA, 2013). 
 Conceitos básicos sobre a relação solo-água 
BRANDÃO et al.(2006 ). 
Figura 1. Perfil típico de umedecimento do solo durante a infiltração (Ɵi é a 
umidade inicial do solo e Ɵs, a umidade do solo correspondente a saturação). 
Potencial de água no solo: 
 Potencial total de água no solo: 
 Conceitos básicos sobre a relação solo-água 
Define o estado de energia que a água se encontra no solo, em relação a um 
potencial padrão (água pura submetida às condições normais de pressão, 
sobre a superfície do solo). 
osmpgt   t - potencial total; 
g - componente gravitacional, devido à presença 
do campo gravitacional; 
p - componente de pressão, aparece em condição 
de solo saturado; e 
os - componente osmótica, surge quando a água 
no solo apresenta sais minerais e outros solutos; e, 
m - componente matricial, está associado à 
interação entre a matriz sólida do solo. 
 Potencial hidráulico: 
mgH  
Análise físico-matemática do processo de infiltração 
Movimento de água no solo: 
 Experiência de Darcy (1856) com colunas de areia: 
areia
x
h

A
em que: 
q - densidade de fluxo, mm.h-1; 
Ko - condutividade hidráulica do solo saturado, mm.h-1; 
K(Ɵ) - condutividade hidráulica do solo saturado, mm.h-1; 
t e H - diferença de potencial hidráulico, mm.c.a; e, 
∆x - distância, mm. 
Solo saturado 
Solo não-saturado 
DUARTE et al., (2012). 
Análise físico-matemática do processo de infiltração 
Processo de infiltração: 
 Taxa (velocidade) de infiltração (TI) 
 Infiltração acumulada (I) 
CARVALHO & SILVA (2006). 
VIB ou Tie 
Análise físico-matemática do processo de infiltração 
VIB muito alta: > 30 mm.h-1 
VIB alta: 15 a 30 mm.h-1 
VIB média: 5 a 15 mm.h-1 
VIB baixa: 1 a 5 mm.h-1 
VIB muito baixa: < 1 mm.h-1 
Ordem de grandeza para a Velocidade de Infiltração Básica (VIB): 
Grandezas Características 
 Capacidade de infiltração (CI, mm h-1): É a quantidade máxima de água 
que pode infiltrar no solo, em um dado intervalo de tempo. Apresenta 
magnitude alta no início do processo e com o transcorrer do mesmo, esta 
atinge um valor aproximadamente constante (VIB). 
 Taxa de infiltração (TI, mm h-1): É definida como a lâmina de água 
(volume de água por unidade de área) que atravessa a superfície do solo, 
por unidade de tempo. 
em que: 
TI - taxa de infiltração da água no solo, mm.h-1; 
I - infiltração acumulada, mm; e 
T - tempo, h. 
Grandezas Características 
Figura 4. Variação da taxa de infiltração com o tempo sob condições de 
intensidade de precipitação constante (ip). 
Figura 5. Curva de capacidade e taxa de infiltração. BRANDÃO et al.(2006 ). 
Fatores que intervêm na infiltração 
Condição da 
superfície 
Tipo de Solo 
Preparo e manejo 
do solo 
Compactação do 
solo 
Selamento 
superficial 
Outros Fatores 
- Fauna do solo; 
- Umidade inicial; 
- Carga hidráulica; 
- Entre outros. 
Fatores que intervêm na infiltração 
BRANDÃO et al.(2006 ). 
Métodos de Determinação da Infiltração 
 Infiltrômetro de anel; 
 Simulador de chuva ou infiltrômetro de aspersão; e, 
 Infiltrômetro de Guelph 
Considerações: 
A infiltração de água no solo deve ser determinada por métodos 
simples e capazes de representar, adequadamente, as condições em 
que se encontra o solo (BRANDÃO et al, 2006). 
É importante se conhecer as condições da superfície do solo 
(cobertura vegetal) e do conteúdo de água do solo, para a devida 
interpretação dos resultados (PRUSKI et al., 1997). 
Os infiltrômetros são os equipamentos utilizados na determinação da taxa 
de infiltração, sendo os principais: 
Métodos de Determinação da Infiltração 
 Infiltrômetro de anel 
Consiste em dois anéis que são posicionados de forma concêntrica no 
solo. Os diâmetros dos anéis interno e externo, são respectivamente, 
30 e 60 cm, cuja a altura é de 30 cm. 
 
O anel externo tem como finalidade reduzir o efeito da dispersão 
lateral da água infiltrada pelo anel interno, o que levaria a uma 
superestimativa da taxa de infiltração. 
BRANDÃO et al.(2006 ). 
Métodos de Determinação da Infiltração 
 Infiltrômetro de anel 
Figura 6. Infiltrômetro de anel concêntrico de carga constante (intalação e funcionamento), e de carga 
variável. 
A 
B 
Métodos de Determinação da Infiltração 
 Infiltrômetro de anel 
Métodos de Determinação da Infiltração 
 Simulador de chuva ou Infiltrômetro de aspersão 
São equipamentos em que a água é aplicada por aspersão com uma 
intensidade de aplicação superior à taxa de infiltração da água no solo, 
exceto no curto período inicial da precipitação. 
 
A área de aplicação de água é delimitada por placas metálicas, sendo a 
taxa de infiltração obtida pela diferença entre a intensidade de 
precipitação e a taxa de escoamento superficial resultante. 
Principais características a ser atendidas pelos simuladores: 
Distribuição do tamanho de gotas: diâmetro médio de 1 a 3 mm (0-7 mm); 
Velocidade de impacto de gotas: valores médios entre 6 e 7 m s-1 (0-9 m s-1); 
Intensidade de precipitação: geralmente valores entre 12 e 120 mm h-1; 
Área de aplicação: até 100 m2; áreas inferiores a 0,50 m2 estão sujeitos a 
resultados tendenciosos (SMITH, 1976); 
BRANDÃO et al.(2006 ). 
Métodos de Determinação da Infiltração 
 Simulador de chuva ou Infiltrômetro de aspersão 
A B 
Figura 7. Simulador de chuva de braço rotativo tipo Swanson (1965) (A), e tipo pendular (B). 
Métodos de Determinação da Infiltração 
 Simulador de chuva ou Infiltrômetro de aspersão 
Latossolo-Roxo distrófico; 
Área de aplicação = 90 x 90 cm; 
Área de coleta = 70 x 100 x 30 cm; 
Intensidade de aplicação = 67,5 mm h-1. 
Métodos de Determinação da Infiltração 
 Infiltrômetro de Guelph 
O infiltrômetro de Guelph é composto 
de um tubo de suporte apoiado por 
uma base e ligado a dois 
reservatórios de acrílico (interno e 
externo) responsáveis pela obtenção 
de valores de infiltração acumulada da 
água infiltrada no solo com a 
variação do tempo. Na parte superior 
é acoplado um tubo graduado, que 
está conectado a um tubo de ar. 
FERNANDES (2011 ). 
Comparação entre os métodos de determinação 
O infiltrômetro deanel 
superestima a taxa de infiltração 
em relação ao simulador de 
chuva devido a dois fatores: o 
encrostamento superficial, e a 
carga hidráulica sobre a 
superfície do solo. 
Modelos de infiltração 
 Modelo de Kostiakov; 
 Modelo de Kostiakov-Lewis; 
 Modelo de Horton; e, 
 Modelo de Holtan. 
Modelos empíricos: 
Os modelos que descrevem a infiltração da água no solo podem ser teóricos 
ou empíricos. 
 
Os modelos empíricos permitem englobar na determinação de suas 
constantes alguns fatores de difícil descrição física, como, por exemplo, a 
heterogeneidade do solo. 
 
Os modelos teóricos são baseados na teoria física do escoamento em meios 
porosos, que é descrito pela equação de Darcy e pela equação de Richards. 
 Modelo de Philip; 
 Modelo de Green-Ampt; 
 Modelo de Green-Ampt modificado. 
Modelos teóricos: 
Modelos de Kostiakov (Equação potencial) 
em que: 
I - infiltração acumulada, cm; 
K - constate que depende do solo; 
T - tempo de infiltração, min; e, 
a - constante que depende do solo, variando de 0 a 1. 
MELLO & SILVA (2013 ). 
Modelos de Kostiakov (Equação potencial) 
Métodos para determinação dos coeficientes a e K: 
 Método gráfico  Método Analítico 
 (Regressão linear) 
CARVALHO & SILVA (2006 ). 
Modelos de Kostiakov-Lewis (EP modificada) 
em que: 
I - infiltração acumulada, cm; 
K - constate que depende do solo; 
T - tempo de infiltração, min; 
VIB - 
a - constante que depende do solo, variando de 0 a 1. 
MELLO & SILVA (2013 ). 
“Cultivando o nosso caráter, estamos cultivando o solo sobre o qual 
cresce a Verdadeira Civilização.” 
Saitschick 
“Um homem sem caráter, é uma ama sem leite, um soldado sem 
armas, um viajante sem dinheiro.” 
L. A. Petiet