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5° semestre - Engenharia Civil

HIDROLOGIA – AULA 06 e 07

Profª. Priscila Pini

[email protected]

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

ÁGUA NO SOLO: Camadas

• 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 ().


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


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


Obs. A Finalidade do cilindro externo é impedir que, ao

penetrar no solo, a água dentro do cilindro interno se

espalhe para os lados.


Tempo (min) Total infiltrado (mm)

0 0

2 30

5 40

10 45

VÍDEO ENSAIO INFILTRÔMETRO DUPLO ANEL


Ensaio Infiltrometro.mp4

• 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


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


𝒇 = 𝒇𝒄 + (𝒇𝒐 − 𝒇𝒄) ∙ 𝒆−𝒌.𝒕


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)


2 90

5 120

10 150

30 180

60 -

𝒇 = 𝒇𝒄 + (𝒇𝒐 − 𝒇𝒄) ∙ 𝒆−𝒌.𝒕

Exercícios


Tempo (min)

Tempo (horas)


Tempo (min)

Tempo (horas)


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


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.

Exercícios

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30

Infi

ltra

ção

(m

m/h

ora

)

Tempo (min)

𝒇𝒄 ≈ 18 𝒎𝒎.𝒉𝒐𝒓𝒂−𝟏

𝒇𝒐 ≈ 37 a 40 𝒎𝒎.𝒉𝒐𝒓𝒂−𝟏

𝒇 ≈ 𝟏𝟖 + (𝟒𝟎 − 𝟏𝟖) ∙ 𝒆−𝒌.𝒕

fc: capacidade de infiltração em condição de saturaçãofo: capacidade de infiltração quando o solo está seco

3.

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