PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
CURSOS DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
HIDROLOGIA APLICADA
Pluviometria
PROF: M. Sc. Felipe Corrêa V. dos Santos
INFILTRAÇÃO DE
ÁGUA NO SOLO
• Importante:
– Determina o balanço de água na região do sistema
radicular => crescimento da vegetação;
– Escolha e dimensionamento de sistemas de irrigação;
– abastecimento dos aquíferos; e
(mantém vazão dos rios durante as estiagens)
– Influencia o escoamento superficial.
• Passagem da água através da superfície do
solo, ocupando os poros existentes no solo.
FATORES QUE INTERVÊM NA INFILTRAÇÃO
- Tipo de solo
Textura e a estrutura => K0 => Taxa de infiltração
- Macroporos - Arenosos X Argilosos
- Argilosos – Estrutura - Dispersa
Estrutura granular estável
Estrutura instável
- Solos mais intemperizados – Al, Fe
Equação de Horton
f(mm/h)
f  fc  f0  fc  e
 k t
K1 (arenoso)
k
K2(argiloso)
t(h)
•
•
•
•
•
f = taxa de infiltração (mm/hora)
fc = taxa de infiltração em condição de saturação (mm/hora)
fo = taxa de infiltração inicial (mm/hora)
t = tempo (minutos)
k = parâmetro que deve ser determinado a partir de medições
no campo (1/minuto)
Tabela . Dados de um ensaio de infiltração em solo bem estruturado.
TI= Taxa de infiltração; Iacum = infiltração acumulada e Tacum. =
tempo acumulado.
Hora
Tempo
Tacum.
------------------ minutos -------------12:44
0
12:45
1
12:47
2
12:49
2
12:54
5
12:59
5
13:09
10
13:19
10
13:34
15
13:49
15
14:19
30
14:49
30
15:19
30
Leituras DLeituras
Iacum
---------------------- cm ---------------10,8
10,3
9,8
9,3
8,7
8,0
7.1/12.4
11,5
10,4
9,4
8.1/11.7
10,4
9,1
TI
cm h-1
Condutividade Hidráulica em meio
saturado
APLICAÇÃO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA
Dimensionamento drenos
Filtragem
Barragem
Terraçeamento e outras praticas conservacionistas
Estudos hidrológicos
Irrigação
Construção civil
 Pedologia
outros
40
Experimentalmente, Darcy, em 1850, na busca de
soluções para melhorar o tratamento de água
municipal, verificou como os diversos fatores
geométricos, influenciavam a vazão da água.
Sendo:
Q – vazão;
A - área do permeâmetro;
k - coeficiente de permeabilidade;
h – carga dissipada na percolação;
L – distancia na qual a carga e
dissipada.
Condutividade Hidráulica do solo
saturado
02
 É o movimento da água no
interior do solo em todos os
sentidos e direções, ou seja, no
espaço tridimensional, mas com
potencial que tende a orientar o
fluxo, geralmente em meio
saturado, ou na zona de
saturação do solo, em razão de
uma profundidade.
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MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO
Equações e modelos matemáticos
Permeâmetro de carga constante
LABORATÓRIO
Permeâmetro de carga variável
Método do poço ou furo do trado (Auger-Hole)
Método do piezômetro;
 Método dos dois poços;
Método do poço seco;
Permeâmetro de Guelph
Outros
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PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
O permeâmetro de carga
constante e utilizado para
medir a permeabilidade
dos solos granulares (solos
com razoável quantidade
de areia e/ou pedregulho),
os quais apresentam
valores de permeabilidade
elevados, normatizado
pela NBR 13292 (1995)
h
Z
L
SOLO
48
PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
K = condutividade hidráulicas
saturada( cm s-¹)
V= vazão medida proveta (cm3)
L = comprimento da amostra
(cm)
h = carga hidráulica (cm)
T = tempo entre inicio e fim do
ensaio (s)
A = Área seção transversal
amostra (cm2)
V .L
K
h. A.t
h
Z
L
SOLO
49
PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
O permeâmetro de
carga constante
geralmente usado
para solos de textura
argilosa a media, tipo
mais comum em
laboratório e de fácil
construção.
V .L
K
h. A.t
h
L
SOLO
50
PERMEÂMETRO DE CARGA CONSTANTE
O permeâmetro de
carga constante
usando Frasco de
Mariotte,
normalmente usado
para solos de baixa a
media condutividade
hidráulica saturada
V .L
K
h. A.t
Atm
VÁCUO
h=0
h
L
SOLO
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PERMEÂMETRO DE CARGA VARIAVEL
O permeâmetro de carga
variável e utilizado quando o
coeficiente
de
permeabilidade e muito
baixo,
porem
a
sua
determinação inconstante e
pouco precisa, sofrendo maior
influencia da temperatura local.
h1
h0
Z
L
SOLO
52
PERMEÂMETRO DE CARGA VARIAVEL
a - área interna da bureta (cm2)
A - seção transversal do corpo-deprova (cm2)
L - altura do corpo-de-prova (cm)
h0 carga hidráulica inicial (cm), no
tempo t0;
h1 - carga hidráulica final (cm), no
tempo t
t - intervalo de tempo (t1 - t0) para
o nível d água passar de h0 para
h1 (cm)
h1
h0
Z
L
SOLO
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MÉTODO DO POÇO
O metodo do poço ou furo
do trado (Auger-Hole) é
utilizado para a estimativa
da
condutividade
hidráulica no campo, na
presença do lençol freático.
É adequado para solos
homogêneos
(não
estratificados) e solos
altamente estratificados,
onde não se tem condições
de estimar a condutividade
hidráulica
em
cada
camada.
MÉTODO DO POÇO
1. Estabelecer
a
camada
de
impedimento
2. Abertura dos poços de observação
3. Drenar e aguardar 24h para
estabilização
4. Preparar os instrumentos de
medida, estaca, trena com flutuador
5. Medir altura inicial do LF
6. Drenar o poço
7. Iniciar as leituras de nível em
relação ao tempo
8. Converter as leituras em K por
gráficos e equações segundo o tipo
de camada de impedimento
encontrada
h
H
MÉTODO DO POÇO
REGRAS PRATICAS
1. A profundidade da água no interior do poço, ou seja, do espelho
d'água até o fundo, deve ser da ordem de 5 a 10 vezes o seu
diâmetro (de 40 a 80 cm).
2. Iniciar com pequena lamina no fundo entorno de 5cm
3. Usar tempos constante como 5, 10, 15....
4. Parar as leituras quando atingir 3/4. Y0 (leitura inicial)
MÉTODO DO POÇO
EQUAÇÕES EMPIRICAS
1. ERNST (1950)
Para solo homogêneo e a
camada impermeável muito
abaixo do fundo do poço (S
0,5 H); 3 < r < 7 cm;
20 < H < 200 cm; Y > 0,2 H
MÉTODO DO PIEZÔMETRO
Aplicado para terrenos que têm
perfis estratificados, ou seja,
heterogêneos, com 2 ou 3 camadas
distintas.
O procedimento é o mesmo usado
no ‘furo do trado’.
Embora interessante, o método do
piezômetro é pouco usado na prática
por ser muito mais trabalhoso...
Não mede a condutividade média
nos 2 ou 3 estratos, mas sim a
condutividade em cada estrato...
PIEZÔMETRO DE CASA GRANDE
MÉTODO DO PIEZÔMETRO
Aplicado para terrenos que têm perfis estratificados, ou
seja, heterogêneos, com 2 ou 3 camadas distintas.
O procedimento é o mesmo usado no ‘furo do trado’.
Embora interessante, o método do piezômetro é pouco
usado na prática por ser muito mais trabalhoso...
Não mede a condutividade média nos 2 ou 3 estratos, mas
sim a condutividade em cada estrato...
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MÉTODO DO POÇO SECO
O método do poço Seco
consiste em acrescentar água
ao poço e observar a variação
do nível.
PERMEÂMETRO DE GUELPH
O
permeâmetro
de
Guelph, e semelhante ao
poço seco porem trabalha
com nível constante.
PERMEÂMETRO DE GUELPH
K = [( 0,0041 ) ( X ) ( R2 ) – (0,0054) ( X ) ( R1 )] (1)
K = [( 0,0041 ) ( Y ) ( R2 ) – (0,0054) ( Y ) ( R1 )] (2)
Onde:
K – Condutividade hidráulica, em cm/s;
R1 e R2 – Taxas de infiltração estabilizadas correspondentes a H1 (5
cm) e H2 (10 cm)
respectivamente, em cm/s;
X e Y – Constantes correspondentes a área do tubo (reservatório
d’água) utilizado, em cm2. X
(reservatório externo) equivale a 35,36 cm2; Y (reservatório interno)
equivale a 2,17 cm2. A utilização do reservatório externo é
recomendada para solos mais permeáveis, oposto a isso se
recomenda a utilização do reservatório interno, o que não impede o
uso invertido dos mesmos, desde que na hora do cálculo seja utilizada
a fórmula correta.
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO
 Curva Granulometrica
Utiliza-se a equacao de Hazen para o caso de areias e
pedregulho, com pouca ou nenhuma quantidade de finos.
k = C.d10
onde:
k e a permeabilidade, em cm/s
d10 e o diametro efetivo, em cm
90 < C < 120, sendo C = 100, muito usado.
Para uso da equacao recomenda-se que Cu seja menor que
5.
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MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO
 Relações Entre Tamanho das Partículas e Condutividade
Hidráulica
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MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO INDIRETO
C0 = fator que reflete o formato do poro e o empacotamento na equação de
Kozeny-Carmen [-]
CT = fator que reflete o formato do poro e o empacotamento na equação de
Kozeny, mod. por Collins [-]
C = fator na equação de Hazen [T/L]
d10 = diâmetro da partícula em que 10% das partículas são menores [L]
dg = media geométrica do diâmetro da partícula [L] d = diâmetro
representativo da partícula [L]
g = aceleração gravitacional [L/T2]
K = condutividade hidráulica [L/T]
φ = porosidade total, responsável pela compactação [-]
μ = viscosidade dinâmica [M/LT]
ρ = densidade [M/L3]
σg = media geométrica do desvio padrão [L]
Ssa = área superficial exposta a fluidos por volume unitário de meio solido[1/L]
T = tortuosidade [-]
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GRATO PELA ATENÇÃO
Felipe Corrêa
[email protected]