Pontifícia Universidade Católica de Goiás
Engenharia Civil
Infiltração e Água no Solo
Professora: Mayara Moraes
• Definição: Passagem da água através da
superfície do solo, passando pelos poros e
atingindo o interior, ou perfil, do solo.
• Importâncias:
– Crescimento da vegetação;
– Abastecimento dos aquíferos (reservatórios de
água subterrânea);
– Armazenamento da água que mantém o fluxo nos
rios durante as estiagens;
– Redução do escoamento superficial;
– Redução das cheias;
– Diminuição das erosões.
• Processo difícil de quantificar.
– Física não muito complicada, mas fortemente
dependente da variabilidade espacial das
propriedades do solo.
– Estimativas por equações empíricas ajustadas
para reproduzir dados medidos no campo.
• O solo é uma mistura de materiais sólidos,
líquidos e gasosos.
• Na mistura também encontram-se muitos
organismos vivos (bactérias, fungos, raízes,
insetos, vermes) e matéria orgânica,
especialmente nas camadas superiores,
mais próximas da superfície.
Conteúdos
de ar e água
variáveis!
O restante é composto
por poros, que podem
ser preenchidos por ar
ou água.
Aproximadamente
50% do solo é
composto de
material sólido.
• Parte sólida mineral do solo:
– Normalmente, analisada do ponto de vista do
diâmetro das partículas.
•
•
•
•
•
Argila,
silte,
areia fina,
areia grossa
cascalhos.
• Geralmente, os solos são formados por
misturas de materiais das diferentes classes.
• Tipo de partículas na composição:
– Características do solo
– Forma com que a água se movimenta e é
armazenada no solo.
• Cinco tipos de textura de solo são definidas
com base na proporção de materiais de
diferentes diâmetros.
• Definição: Fração volumétrica de vazios
– Volume de vazios dividido pelo volume total do solo.
• Solos arenosos: Entre 37 a 50 %.
• Solos argilosos: Entre, aproximadamente, 43 a 52%.
• Valores bastante variáveis, dependendo de muitos
fatores:
– Tipo de vegetação;
– Grau de compactação;
– Quantidade de material orgânico e vivo.
• Umidade do Solo:
– Solo Saturado: Poros completamente ocupados por
água.
– Solo seco: Poros completamente ocupados por ar.
• Método gravimétrico:
– Coleta e pesagem da amostra;
– Secagem da amostra e nova pesagem.
• Estufa: 105C, 24 horas.
• TDR
– “Time domain reflectometry”
– Existe uma relação entre o conteúdo de umidade e a
constante dielétrica do solo.
– Mede o tempo de transmissão de um pulso
eletromagnético através do solo, entre um par de
placas metálicas colocadas no solo.
– Permite medições contínuas e não destrutivas.
• Outros (nuclear, sensoriamento remoto…).
• Umidade do solo varia ao longo do tempo.
• Retirar a umidade do solo:
– Por gravidade
– Por sucção
• Curva de retenção de umidade no solo.
– Relaciona o conteúdo de umidade do solo e o
esforço (em termos de pressão) necessário
para retirar a água.
Capacidade de
campo: Conteúdo de
umidade sujeito à
força da gravidade.
Ponto de murcha:
Umidade do solo para a
qual as plantas não
conseguem mais retirar
água e morrem.
Ainda há água, mas
ela está tão
fortemente ligada às
partículas de solo
que as plantas não
conseguem retirá-la.
• Umidade do solo variável ao longo do tempo:
– Variações sazonais de temperatura, precipitação e
evapotranspiração.
• Equação de balanço hídrico de uma camada de solo:
–
–
–
–
–
V = Variação de volume de água armazenada no solo;
P = Precipitação;
Q = Escoamento superficial;
G = Percolação
ET = Evapotranspiração.
• Fortemente dependente do tipo
de material poroso.
– Solos arenosos: ± 20 cm/hora.
– Solos siltosos: 1,3 cm/hora.
– Solos argilosos: 0,06 cm/hora.
• A infiltração e a percolação da
água no solo são mais intensas
e rápidas nos solos arenosos do
que nos solos argilosos.
• Solo inicialmente seco;
• Absorção da chuva quase total:
– Muitos poros vazios – preenchidos com ar.
• À medida que os poros vão sendo
preenchidos, a infiltração tende a diminuir.
– Limite: Condutividade hidráulica (capacidade do
solo de transferir a água para as camadas mais
profundas – percolação).
– Próximo da saturação, a capacidade de infiltração
permanece constante e aproximadamente igual à
condutividade hidráulica.
• Equação empírica:
𝑓 = 𝑓𝑐 + (𝑓𝑜 − 𝑓𝑐 ) ∙ 𝑒 −𝛽𝑡
– f = Capacidade de infiltração num instante
qualquer (mm/hora);
– fc = Capacidade de infiltração em condição de
saturação (mm/hora);
– fo = Capacidade de infiltração quando o solo está
seco (mm/hora);
– t = Tempo (horas);
– 𝛽 = Parâmetro que deve ser determinado a partir
de medições no campo (hora-1).
• Parâmetros estimados a partir de experimentos em
campo.
– Exemplo: Medição de capacidade de infiltração com o
método do infiltômetro de anéis concêntricos.
Dois anéis metálicos cravados
verticalmente no solo de
modo a restar uma pequena
altura livre. Aplica-se água em
ambos os cilindros, mantendo
uma lâmina líquida de 1 a 5
cm e, no cilindro interno,
mede-se o volume aplicado e
o nível da água em intervalos
fixos de tempo.
A finalidade do cilindro externo é manter
verticalmente o fluxo de água do cilindro
interno, onde é feita a medição da
capacidade de campo.