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5° semestre - Engenharia Civil
HIDROLOGIA – AULA 06 e 07
Profª. Priscila Pini
prof.priscila@feitep.edu.br
INFILTRAÇÃO
INTERCEPTAÇÃO DE ÁGUA DA CHUVA
Retenção de água da chuva antes que ela atinja o solo.
Ocorre em:• Folhas da cobertura vegetal
• Caules e ramos
• Material vegetal em decomposição sobre o solo
• Depressões impermeáveis
Água fica disponível para evaporação → reduz escoamento
É normalmente maior em florestas do que em áreas de
vegetação menos densas, como os campos e pastagens
• Crescimento da vegetação
Raízes retiram água para transpiração
ÁGUA NO SOLO: Importância
• Recarga dos aquíferos
Reservatórios de água subterrânea
• A água que infiltra deixa de escoar superficialmente
Diminui intensidade de cheias
• INFILTRAÇÃO
Penetração da água no solo a partir da superfície
ÁGUA NO SOLO: Processos
• PERCOLAÇÃO
Movimento descendente da água a partir da zona não saturada
para a zona saturada
• EVAPOTRANSPIRAÇÃO
• ASCENÇÃO CAPILARFluxo para cima, a partir de camadas mais úmidas devido à
capilaridade do solo
• REDISTRIBUIÇÃO INTERNAFluxos laterais e verticais, para cima e para baixo
Capilaridade: a ascensão da água entre os espaços de
pequenas dimensões deixados pelas partículas sólidas.
ÁGUA NO SOLO: Processos
PARÂMETROS DA RELAÇÃO ÁGUA E SOLO
Porosidade ();
Massa específica do solo (ρ);
Grau de saturação (S);
Índice de Vazios (e);
Umidade do solo ().
PARÂMETROS DA RELAÇÃO ÁGUA E SOLO
Porosidade ()
Relação entre o volume de vazios (Vv) e ovolume total (V).
Massa Específica do solo (ρ)
Relação entre a massa dos sólidos (ms) eo volume total (V).
Índice de Vazios (e)
Relação entre o volume de vazios (Vv) e o
volume de sólidos (Vs).
η =𝑉𝑣𝑉
ρ =𝑚𝑠
𝑉
e =𝑉𝑣𝑉𝑠
PARÂMETROS DA RELAÇÃO ÁGUA E SOLO
Grau de Saturação (S)
Relação entre o volume de água (Va) e ovolume de vazios (Vv) de uma amostra.
Umidade Volumétrica ou umidade do solo ()
Relação entre o volume de água (Va) e o
volume total (V).
S =𝑉𝑎𝑉𝑣
θ =𝑉𝑎𝑉
Mu: Massa úmida da amostra (kg)
Ms: Massa seca da amostra (kg)
ρ: massa específica da água (𝑘𝑔.𝑚−3)
V: Volume da amostra (m³)
θ =𝑀𝑢 −𝑀𝑠
ρ. 𝑉
Composição do solo• 50% Partículas sólidas de diversas formas e tamanhos
• 50% Poros preenchidos com água ou ar
→ Estão interconectados, água e ar podem se movimentar
COMPOSIÇÃO E TEXTURA DO SOLO
• Organismos vivos (bactérias, fungos, raízes, insetos,
vermes) e matéria orgânica
→ Especialmente nas camadas superiores
Textura do solo• São formados por mistura de materiais de diferentes
classes: areia, silte e argila
• O comportamento da água no solo depende do tipo de
partícula que compõe o solo
COMPOSIÇÃO E TEXTURA DO SOLO
→ Afeta armazenamento e movimento de água no solo
• Análise do diâmetro das partículas
Diâmetro (mm) Classe
0,0002 a 0,002 Argila
0,002 a 0,02 Silte
0,02 a 0,2 Areia fina
0,2 a 2,0 Areia grossa
No início da chuva o solo seco absorve toda a água
rapidamente → A maioria dos poros está cheio de ar
INFILTRAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
À medidas que os poros vão sendo preenchidos, a
infiltração tende a diminuir, limitada à capacidade do solo
de transferir a água para camadas mais profundas
Taxa de infiltração
Quantidade de água que penetra no solo ao longo do
tempo
Unidade: 𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1
Capacidade de infiltração
Quantidade máxima de água que um solo, sob uma
dada condição, pode absorver na unidade de tempo por
unidade de área horizontal.
Unidades: 𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1, 𝑚³.𝑚−2𝑑𝑖𝑎−1
Intensidade chuva < Capacidade de infiltração
→ toda a água infiltra
Intensidade chuva > Capacidade de infiltração
→ parte da água escoa superficialmente
INFILTRAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
Compactação da
superfície do solo
REDUÇÃO DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO
Destacam e transportam os
materiais finos, que
sedimentam posteriormente
Umedece e satura a superfície do solo,
aumentando a resistência à penetração da água
PRECIPITAÇÕES
Tráfego de homens,
veículos, presença de
animais (pastagens)HOMEM E ANIMAIS
Escavações feitas
por animais e insetos
AUMENTO DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO
Decomposição das
raízes dos vegetais:
mais matéria orgânica
e atividade escavadora
de insetos e animaisAradura e cultivo da terra
Atenua ou elimina a ação da
compactação da água da
chuva e permite o
estabelecimento de uma
camada de matéria orgânica
COBERTURA
VEGETAL
Dificulta o escoamento
superficial da água
MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DO SOLO
Método do INFILTRÔMETRO DE ANÉIS CONCÊNTRICOS
ou INFILTRÔMETRO DE DUPLO ANEL
Método do INFILTRÔMETRO DE ANÉIS CONCÊNTRICOS
ou INFILTRÔMETRO DE DUPLO ANEL
1. Dois anéis concêntricos de chapa metálica, cravados
verticalmente no solo (com ajuda de marreta);
2. Aplica-se água em ambos os cilindros, mantendo-se
uma lâmina de água de 5 a 10 cm;
3. Anota-se o volume de água aplicado e o nível de água
em intervalos de tempo (com régua graduada) no cilindro
interno;
4. O teste termina quando a taxa de infiltração (TI)
permanecer constante.
Ex. TI varia menos que 10% no período de 1 hora
MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DO SOLO
Obs. A Finalidade do cilindro externo é impedir que, ao
penetrar no solo, a água dentro do cilindro interno se
espalhe para os lados.
MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DO SOLO
Tempo (min) Total infiltrado (mm)
0 0
2 30
5 40
10 45
VÍDEO ENSAIO INFILTRÔMETRO DUPLO ANEL
MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DO SOLO
• Representa o processo de infiltração de água no solo
• Calcular para uma dada chuva, a quantidade de água
que infiltra e a quantidade que escoa superficialmente
Modelo da capacidade de infiltração de Horton
Equação empírica que descreve o comportamento da
capacidade de infiltração decrescente, que ocorre durante
as chuvas
Resultante de ensaios com anéis concêntricos
É uma função exponencial que representa que a
capacidade de infiltração é alta no início do processo,
quando o solo está relativamente seco, e diminui com o
tempo conforme os poros são preenchidos com água
Modelo da capacidade de infiltração de Horton
f: capacidade de infiltração num instante qualquer(𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)fc: capacidade de infiltração em condição de saturação(𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)fo: capacidade de infiltração quando o solo está seco(𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)t: tempo (horas)k: constante de decaimento daInfiltração (deve ser determinadoa partir de medições no campo )(ℎ𝑜𝑟𝑎−1)
𝒇 = 𝒇𝒄 + (𝒇𝒐 − 𝒇𝒄) ∙ 𝒆−𝒌.𝒕
Modelo da capacidade de infiltração de Horton
𝒇 = 𝒇𝒄 + (𝒇𝒐 − 𝒇𝒄) ∙ 𝒆−𝒌.𝒕
30 45 60 75 90 105 (min)15
Parcela de chuva que infiltra
Curva deinfiltraçãoHorton
Parcela de chuva queescoa
f
fo
30
20
10
Exercícios
1. Uma camada de solo argiloso, cuja capacidade deinfiltração na condição de saturação é de 10 mm.hora-1
está saturado e recebendo chuva com intensidade de 35mm.hora-1. Qual é o escoamento (em litros por segundo)que está sendo gerado em uma área de 80 m2 deste solo?
Qmed = 0,56 L.s-1
Exercícios
2. Usando a equação de Horton, encontre a taxa deinfiltração nos tempos a seguir para um solo do tipo areiaargilosa. Faça o gráfico “Infiltração x tempo” para osresultados obtidos.
Para areia argilosa:𝑓o = 89 𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1
𝑓𝑐 = 66 𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1
k = 1,2 ℎ𝑜𝑟𝑎−1
t: tempo [horas]
Tempo (min)
Infiltração (mm. hora−1)
Tempo (min)
Infiltração (mm. hora−1)
2 90
5 120
10 150
30 180
60 -
𝒇 = 𝒇𝒄 + (𝒇𝒐 − 𝒇𝒄) ∙ 𝒆−𝒌.𝒕
Exercícios
2. Usando a equação de Horton, encontre a taxa deinfiltração nos tempos a seguir para um solo do tipo areiaargilosa. Faça o gráfico “Infiltração x tempo” para osresultados obtidos.
Tempo (min)
Tempo (horas)
Infiltração (mm. hora−1)
Tempo (min)
Tempo (horas)
Infiltração (mm. hora−1)
2 0,033 88,1 90 1,5 69,85 0,083 86,8 120 2 68,1
10 0,167 84,8 150 2,5 67,130 0,5 78,6 180 3 66,660 1 72,9 - - -
𝒇 = 𝟔𝟔 + (𝟖𝟗 − 𝟔𝟔) ∙ 𝒆−𝟏,𝟐.𝒕
Exercícios
2. Usando a equação de Horton, encontre a taxa deinfiltração nos tempos a seguir para um solo do tipo areiaargilosa. Faça o gráfico “Infiltração x tempo” para osresultados obtidos.
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
0 50 100 150 200
Infi
ltra
ção
(m
m/h
ora
)
Tempo (min)
Infiltração x Tempo
Exercícios
3. Em um ensaio de infiltração com um infiltrômetro duplo deanel foram obtidos os dados da tabela abaixo. Calcule acapacidade de infiltração em cada instante em 𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1.
Tempo (min) Total infiltrado (mm)
0 0
3 1,85
6 3,25
9 4,45
12 5,55
15 6,55
18 7,50
21 8,40
24 9,30
Exercícios
Tempo (min)
Total infiltrado
(mm)
Intervalo de tempo
(min)
Intervalo de tempo
(horas)
Infiltrado no intervalo de tempo (mm)
Infiltração (𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)
0 0 0 0 0 0
3 1,85
6 3,25
9 4,45
12 5,55
15 6,55
18 7,50
21 8,40
24 9,30
3.
Exercícios
Tempo (min)
Total infiltrado
(mm)
Intervalo de tempo
(min)
Intervalo de tempo
(horas)
Infiltrado no intervalo de tempo (mm)
Infiltração (𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)
0 0 0 0 0 0
3 1,85 3 0,05 1,85 37
6 3,25 3 0,05 1,40 28
9 4,45 3 0,05 1,20 24
12 5,55 3 0,05 1,10 22
15 6,55 3 0,05 1,00 20
18 7,50 3 0,05 0,95 19
21 8,40 3 0,05 0,90 18
24 9,30 3 0,05 0,90 18
3.
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