INFILTRAO

MODIFICADO DE CARNEIRO - UFCG ENSSLIN, MATEUS, FARO (2011)

Ciclo Hidrolgico

BALANO HDRICO

p Superficial: P + Rg R - E T I = Variao de volume/tempo;

p Subterraneo:

I + G1 G2 Eg Tg Rg = Variao do volume do aquifero/tempo

BALANO HDRICO

p Superficial: P + Rg R - E T I = Variao de volume/tempo;

p Subterraneo:

I + G1 G2 Eg Tg Rg = Variao do volume do aquifero/tempo

INFILTRAO p Conceito 1: Infiltrao a passagem de gua da

superfcie para o interior do solo. Pode-se definir tambm como sendo o fenmeno de penetrao da gua nas camadas de solo prximas superfcie do terreno, movendo-se para baixo, atravs de vazios, sob a ao da gravidade, at atingir uma camada suporte que a retm, formando ento a gua do solo.

p Conceito II: O processo de infiltrao define a entrada

de gua no solo. J o movimento da gua dentro do perfil comumente referido como percolao.

um fenmeno que depende: n Da gua disponvel para

infiltrar n Da natureza do solo n Do estado e cobertura da

superfcie n Das quantidades de gua e ar,

inicialmente presentes no solo

p Enquanto h aporte de gua, o perfil de umidade tende saturao em toda a profundidade, sendo a superfcie, naturalmente, o primeiro nvel a saturar.

p Quando o aporte de gua superfcie cessa

(precipitao para), isto , deixa de haver infiltrao, a umidade no interior do solo se redistribui, evoluindo para um perfil de umidade inverso, com menores teores de umidade prximo superfcie e maiores nas camadas mais profundas.

Figura - Perfil de umidade em um solo

Solo saturado Lenol

fretico

Solo no saturado

Precipitao

fase final depois da chuva ter terminado

Fase inicial quando a chuva alimenta o solo

Capacidade de Infiltrao

p Capacidade de infiltrao a capacidade que tem o solo para penetrao de gua no solo. A infiltrao que pode ocorrer se houver precipitao maior ou igual a esta taxa;

p Quando P (precipitao) > Ic (capacidade de

infiltrao, a Ir (infiltrao real) = Ic p Quando P < Ic, Ir = P

Perodos em que P > Ic

p A infiltrao da gua no solo pode ser considerada como sendo a sequncia das trs seguintes fases: vA entrada da gua pela superfcie; vA percolao da gua atravs do perfil do solo; vA relao da capacidade de armazenamento da

gua no solo.

FATORES QUE INTERVM NA INFILTRAO

1-Permeabilidade do solo: Por exemplo a presena de argila no solo diminui sua porosidade, no permitindo uma grande infiltrao.

2-Cobertura vegetal: Um solo coberto por vegetao mais permevel do que um solo desmatado.

3-Inclinao do terreno: em declividades acentuadas a gua corre mais rapidamente, diminuindo o tempo de infiltrao.

4- Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas tm mais tempo para se infiltrarem.

5- Umidade do Solo:

Por exemplo em um solo mais mido a infiltrao menor do que um solo mais seco.

6- Temperatura

Escoamento no solo laminar (tranqilo) em funo da viscosidade da gua. Quanto maior a temperatura maior a infiltrao de gua no solo

CAPACIDADE DE INFILTRAO (ou TAXA DE INFILTRAO)

p Capacidade de infiltrao a quantidade mxima de gua que um solo em determinadas condies pode absorver. Ela varia no decorrer da chuva.

p Se uma precipitao atinge o solo com a uma intensidade menor que a capacidade de infiltrao toda a gua penetra no solo, provocando uma progressiva diminuio da prpria capacidade de infiltrao, j que o solo est se umedecendo.

onde fo = a capacidade de infiltrao inicial (t = 0) fc = a capacidade de infiltrao final (para um tempo

tendendo ao infinito) k = uma constante emprica para cada curva f = a capacidade de infiltrao depois do tempo t. t - tempo transcorrido desde o incio da chuva. e - base dos log. neperianos

MTODO DE HORTON

f=f c+ ( f 0 f c )e k tf(mm/h)

t(h)

K1 (arenoso) K2(argiloso)

k

A medida que a precipitao continua a capacidade de infiltrao do solo passa a decrescer a ponto da parcela que no mais infiltrada escoa superficialmente.

Escoamento

a velocidade mdia do escoamento da gua atravs de um solo saturado, determinada pela relao entre a quantidade de gua que atravessa a unidade de rea do material do solo e o tempo .

Depende da Permeabilidade e

do gradiente hidraulico e determinada pela Lei de Darcy.

VELOCIDADE DE FILTRAO

p A Lei de Darcy rege o escoamento da gua nos solos saturados, e representada pela seguinte equao:

Onde: V a velocidade de infiltrao; K a condutividade hidrulica (medida atravs de permemetros); h a Carga Piezomtrica ou Altura Piezomtrica (altura da gua de um

aqfero confinado medida num piezmetro).

V=K dhdx

CLASSIFICAAO DOS SOLOS DE PORTO VELHO - SALAMON (2011)

Resultados l Pontos de coleta para avaliao da

permeabilidade dos solos em Porto Velho.

Resultados

Caractersticas REA VERDE BURITIS FARO GUADALUPE TIRADENTES% Finos (Argila+Silte) 5mm) 61,86% 0,00% 29,31% 24,40% 13,87%Peso especfico Seco (gs) - kN/m3 2,77 2,73 2,62 2,57 2,70LL (%) - 29,42% 46,35% 46,35% 46,35%IP (%) - 19,60% 33,66% 14,94% 40,43%CNU 10 - - - -Classe Unificada GW CL SMFo (mm/h) ANEL CONCNTRICO 301 - 145 0 40Fc (mm/h) ANEL CONCNTRICO 140 - 56 0 6,2Fo (mm/h) VALA DE INFILTRAO 5,5 1,2 3,5 7 3Fc (mm/h) VALA DE INFILTRAO 4,57 0,36 1,65 2,85 1,37

Tabela resumo das caractersticas do solo - Porto Velho 2011/2012

Resultados l Variao da capacidade de infiltrao no

perodo da seca e chuvas

Resultados l Clculo da capacidade total dos solos originais de Porto Velho

Caractersticas dos solos superficiais de Porto Velho

Tipo solo rea (Km2) % cobertura fc (mm/h)

Carapaa Latertica 11,26 9,05% 1,65

Areia 25,16 20,21% 4,57

Argila Rija a Dura 68,44 54,97% 1,37

Argila Mole a Media 19,63 15,77% 0,36

Total * 124,49 100,00% 1,88 * Total atravs de mdia ponderada em relao a todos os tipos de solo

PRECIPITAO

GERAO DO ESCOAMENTO

INFILTRAO

Escoa Superficialmente sobre as encostas

Atinge a Rede de Drenagem

Evaporao, Captada nas depresses

Armazenamento no solo

Escoamento Sub-Superficial

Escoamento Subterneo

Evaporao, Transpirao

ESCOA NOS RIOS, AT O EXUTRIO

Atinge a Rede de Drenagem

CAPACIDADES DE INFILTRAAO DOS SOLOS DE PORTO VELHO

Foto: mongabay.com

Chuva de 5 mm/h (permanncia 30%)

Carapaa latertica Areia / Areia argilosa Argila rija Argila mole / orgnica

0,36

mm/h

1,37 1,65

4,57

108 L/300m2

Mtodos de Medio da Capacidade de Infiltrao

p MTODO DO INFILTRMETRO DE

DUPLO-ANEL

p MTODO DA VALA NBR 7229

p MTODO DA CURVA NMERO (CN)

p Consiste de dois anis concntricos

MTODO DO INFILTRMETRO DE DUPLO-ANEL

pOs anis devem ser instalados no solo com o auxilio de uma marreta.

qColoca-se gua, ao mesmo tempo nos dois anis. pE com uma rgua graduada acompanha-se a infiltrao vertical

no cilindro interno para vrios intervalos de tempo.

pA capacidade de infiltrao calculada por:

Onde: V o volume infiltrado; a area do cilindro interno (cm); h altura de gua infiltrada (cm); f a capacidade de Infiltrao instantnea (mm/h);

V=h .a h= Va

f=60 htTransforma mm/h

Permeabilidade dos Solos da rea Urbana de Porto Velho

Ensaios de campo Mtodo dos anis concntricos Regulamentado - ASTM D3385-03 VILLELA (1975) Hidrologia Aplicada

p O grfico da capacidade de infiltrao do tipo t x I (Capacidade de Infiltrao em funo do tempo).

Onde: It a capacidade de Infiltrao (mm/h) ; t o tempo (h);

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

Capacidade de Infiltraosub-title

t (h)

I (m

m/h

)

MTODO DA VALA NBR 7229

Originalmente normatizado para dimensionamento de sumidouros, o mtodo permite o clculo da Capacidade de infiltraao Ci, pela frmula:

Ci=490t+2,5

Onde: Ci a Capacidade de infiltraao do solo em L/m2.dia; t o tempo dispendido para infiltraao de uma lamina de 1

cm de agua na vala.

Mtodo da Vala NBR 7229

Permeabilidade dos Solos da rea Urbana de Porto Velho

Ensaios de campo Vala de Infiltrao Regulamentado NBR/ABNT - 7229

MTODO DA CURVA NMERO (CN)

Este mtodo foi proposto pelo Soil Conservation Service (SCS) e permite determinar a capacidade de armazenamento do solo (S) em funo do grupo de solo (A, B, C ou D), da umidade antecedente e do uso do solo pela equao:

S=25400CN

254

Onde: S a reteno potencial do solo (mm) e depende do tipo de

solo; CN o valor da curva nmero e funo do grupo de solo,

umidade antecedente e uso do solo.

O CN depende de 3 fatores:

n Tipo de solo (A, B, C ou D); n Uso do solo (agrcola, urbano, etc); n Umidade antecedente do solo

p Condio I (seca: P5dias < 13 mm) p Condio II (normal: 13 < P5dias < 53 mm) p Condio III (mida: P5dias > 53 mm)

MTODO DA CURVA NMERO (CN)

GRUPOS HIDROLGICOS DE SOLOS

Grupo A Solos arenosos profundos; tem alta capacidade de infiltrao e geram pequenos escoamentos;

Grupo B Solos franco arenosos pouco profundos; tem menor capacidade de infiltrao e geram maiores escoamentos do que o solo A;

Grupo C Solos franco argilosos; tem menor capacidade de infiltrao e geram maiores escoamento do que A e B.

Grupo D Solos argilosos expansivos; tem baixa capacidade de infiltrao e geram grandes escoamentos.

Valores CN (condio II 13

Uso do solo Superfcie A B C D

Pastagens Pobres, em curva de nvel 47 67 81 88

Normais, em curva de nvel 25 59 75 83

Boas, em curva de nvel 6 35 70 79

Esparsas, de baixa transpirao 45 66 77 83

Normais 36 60 73 79

Densas, de alta transpirao 25 55 70 77

Chcaras Estradas de Terra

Normais 56 75 86 91

Ms 72 82 87 89

De superfcie dura 74 84 90 92

Florestas Muito esparsas, baixa transpirao 56 75 86 91

Esparsas 46 68 78 84

Densas, alta transpirao 26 52 62 69

Normais 36 60 70 76

Valores CN (condio II 13

Valores CN para as condies I e III de umidade antecedente = f(CN da condio II):

CONDIO I solos secos as chuvas nos ltimos 5 dias no ultrapassam 13 mm.

CONDIO II situao mdia na poca das cheias as

chuvas nos ltimos 5 dias totalizaram entre 13 e 53 mm.

CONDIO III solo mido (prximo da saturao)

as chuvas nos ltimos 5 dias foram superiores a 53 mm e as condies meteorolgicas forma desfavorveis a altas taxas de evaporao.

MTODO DA CURVA NMERO (CN)

CN da Condio I: CN da Condio III:

CN ( I )= 4,2CN ( II )10 0,058CN ( II )

CN ( III )= 23CN ( II )10+ 0,13 CN ( II )

MTODO DA CURVA NMERO (CN)

CONCLUSES

p Infiltrao um processo que ocorre na camada superior do solo;

p A anlise realizada dentro de uma viso pontual; p Em bacias hidrogrficas ou uma rea maior a avaliao da

infiltrao apresenta importante variabilidade espacial; p O uso de uma equao de infiltrao numa superfcie como

uma bacia apresenta grandes incertezas; p Outra fonte importante de incertezas est relacionada com

a determinao dos parmetros que variam no tempo e no espao.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

PINTO, N.L. de SOUZA et al Hidrologia Bsica So Paulo. Editora Blucher, Edio 2013; CARNEIRO - UFCG ENSSLIN, MATEUS, FARO (2011) TCC ENGENHARIA CIVIL