INFILTRAÇÃO
INFILTRAÇÃO
Eng. Walter Corrêa Carvalho Junior, Esp.
GPA – CIÊNCIAS AGRÁRIAS, BIOLÓGICAS E ENGENHARIASConteúdo da Aula
Fatores que interferem na infiltração;
Grandezas Características
Infiltração
Noção do Método de Horton
• Passagem da água através da superfície do
solo, ocupando os poros existentes no solo.
• Importante para:
– crescimento da vegetação
– abastecimento dos aquíferos
(mantém vazão dos rios durante as estiagens)
– reduzir escoamento superficial, cheias, erosão
• Todos temos noções qualitativas sobre a capacidade
de infiltração dos solos
• O solo arenoso é mais permeável que o solo argiloso • Um solo fofo é mais permeável que um solo compactado • O afofamento do solo melhora a sua permeabilidade
Infiltração
• O solo é uma mistura
de
materiais
sólidos,
líquidos
e
gasosos.
• Na mistura também
encontram-se muitos
organismos
vivos
(bactérias, fungos, ra
ízes, insetos, vermes)
• figura extraída de Para entender a Terra
• Normalmente analisada do ponto de vista do
diâmetro das partículas que compõe o solo:
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
Parte sólida do solo
A infiltração somente pode ocorrer naturalmente enquanto houver água disponível para infiltrar.
Ex: Precipitação ou armazenamento nas depressões do terreno
FATORES QUE INTERFEREM
FATORES QUE INTERFEREM
• Infiltração
– Os perfis dos solos são divididos em camadas superpostas, normalmente paralelas e acompanhando a topografia, denominadas horizontes – Estes horizontes apresentam diferentes características,
especialmente com relação ao processo de infiltração
INFILTRAÇÃO
Fonte: Dep. Ciências da Terra/Portugal (2008)
Florestas: maior interceptação; maior profundidade
de raízes.
Maior interceptação = escoamento demora
mais a ocorrer.
Maior profundidade de raízes = água consumida
pela evapotranspiração pode ser retirada de
maiores profundidades do solo.
Cobertura Vegetal
Substituição de florestas por lavoura/pastagens
Urbanização:
telhados, ruas, passeios, estacionamentos e até
pátios de casas
Modificação dos caminhos da água
• Aumento da velocidade do escoamento (leito natural
rugoso x leito artificial com revestimento liso)
• Encurtamento das distâncias até a rede de drenagem
(exemplo: telhado com calha)
Uso do solo
Fonte: Adaptado de Collischonn - UFRGS
Agricultura = compactação do solo
• Redução da quantidade de matéria orgânica no
solo
• Porosidade diminui
• Capacidade de infiltração diminui
• Raízes mais superficiais: Consumo de água das
plantas diminui
Uso do solo
Solos arenosos = menos escoamento superficial
Solos argilosos = mais escoamento superficial
Solos rasos = mais escoamento superficial
Solos profundos = menos escoamento superficial
Tipos de solos
Fonte: Adaptado de Collischonn - UFRGS
Características físicas da bacia
Tipo de solo:Rochoso Solo residual (maduro)
Rochas do sub-solo afetam o comportamento da bacia
hidrográfica.
Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes
quantidades de água (rochas sedimentares – arenito).
Rochas magmáticas tem pouca porosidade e armazenam
pouca água, exceto quando são muito fraturadas.
Bacias com depósitos calcáreos tem grandes cavidades no
sub-solo onde a água é armazenada.
Geologia
Fonte: Adaptado de Collischonn - UFRGS
Características da vazão de acordo
com a permeabilidade do solo
Estudo do Solo
Uso e ocupação baseado no Google Earth e
validação in loco
Estudo do Solo
Uso e ocupação baseado no Google Earth e
validação in loco
RUNOFF
Índice de Escoamento Superficial
RUNOFF
• Largamente utilizado para pequenas bacias (até 2 Km²),
sendo utilizado também até 5 Km² (estendido até 10 Km²
em locais deficitários de dados hidrológicos).
• Com base nas precipitações locais.
• Onde Q é a vazão em m³/s;
• C é o coeficiente de escoamento superficial, ou seja, qual parcela da precipitação escoa superficialmente, admissional;
• i é a intensidade da precipitação em mm/h • A é a área de drenagem em ha;
MÉTODO RACIONAL
360
A
i
C
Q
1. Coeficiente C
– Conforme Canholi (2005), trata-se do deflúvio
das áreas impermeáveis, mas também resulta
de áreas permeáveis quando a intensidade da
chuva excede a capacidade de infiltração.
– Os valores de C devem ser modificados conforme a recorrência da chuva adotada para projeto, em função de perdas relativas e abstrações iniciais em cada caso.
– Conceitualmente, segundo Tucci (2009) é a parcela da chuva que converte em escoamento superficial
Coeficiente de Escoamento Superficial, adaptado de Canholi (2005)
Uso do Solo Tr de 2 a 10 anos 10anos <Tr ≤ 25 anos 15anos <Tr ≤ 50 anos 50anos <Tr ≤ 100 anos
Sistema viário
Vias pavimentadas 0,75-0,85 0,83-0,94 0,90-0,95 0,94-0,95 Vias não pavimentadas 0,60-0,70 0,66-0,70 0,72-0,84 0,75-0,88 Áreas industriais Pesadas 0,70-0,80 0,77-0,88 0,84-0,95 0,88-0,95 Leves 0,60-0,70 0,66-0,77 0,72-0,84 0,75-0,88 Áreas comerciais Centrais 0,75-0,85 0,83-0,94 0,90-0,95 0,94-0,95 Periféricas 0,55-0,65 0,61-0,72 0,66-0,78 0,69-0,81 Áreas residenciais Gramados planos 0,10-0,25 0,11-0,28 0,12-0,30 0,13-0,31 Gramados íngremes 0,25-0,40 0,28-0,44 0,30-0,48 0,31-0,50 Condomínios c/ lotes > 300 m² 0,30-0,40 0,33-0,44 0,36-0,48 0,31-0,50 Residências unifamiliares 0,45-0,55 0,50-0,61 0,54-0,66 0,56-0,69 Uso misto – denso 0,50-0,60 0,55-0,66 0,60-0,72 0,63-0,75 Prédios / conjunto de apartamentos 0,60-0,70 0,66-0,77 0,72-0,84 0,75-0,88 Praças 0,40-0,50 0,44-0,55 0,48-0,60 0,50-0,63 Áreas rurais Áreas agrícolas 0,10-0,20 0,11-0,22 0,12-0,24 0,13-0,25 Solo exposto 0,20-0,30 0,22-0,33 0,26-0,36 0,25-0,38 Terrenos montanhosos 0,60-0,80 0,66-0,88 0,72-0,95 0,75-0,95
Tempo Concentração
• Média Harmônica
tc projeto = 57.(2,35²/9,87)0,385
tc projeto ≈ 45 min
INFILTRAÇÃO
Grandezas características
INFILTRAÇÃO
Grandezas características
• Infiltração – conceitos e grandezas características
– A capacidade de infiltração (IC) varia com a umidade do solo• A capacidade de infiltração está relacionada com a disponibilidade de espaço nos poros do solo
• Um solo úmido contém água preenchendo parte dos poros, diminuindo a capacidade de sucção da matriz porosa • Antes do início da chuva, o solo encontra-se seco ou com baixa
umidade e a quantidade de água necessária para que haja o preenchimento dos poros é alta
• Após o início da chuva, os poros vão sendo preenchidos, o que promove a diminuição da capacidade de infiltração
• Quando a chuva cessa, a água nos poros mais próximos à superfície do terreno vai sendo consumida por evaporação ou
evapotranspiração, aumentando a capacidade de infiltração do solo • Portanto, existe um limite para a capacidade de infiltração, que
ocorre quando o solo encontrar-se completamente seco
INFILTRAÇÃO
IR
Neste intervalo, P < IC IR= P
ICdiminui com o aumento
da umidade nas camadas superficiais do solo
P > IC IR= IC
ICdiminui com o encharcamento do
solo na superfície e o aumento da umidade nas camadas inferiores Escoam. Sup. = P – IR
P = 0 IR= 0 ICaumenta com o
ressecamento do solo na superfície
• 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)
fo
fc
e
kt
fc
f
Equação de Horton (1930)
Esse conceito assume quea parcela de infiltração é geralmente maior no início e decai ao longo da precipitação até atingir um
patamar constante.
Utilizado em bacias
e
kt
k
fc
fo
t
fc
f
.
1
• fo = 200 • fc = 12 • K = 2 • t = 0,5h f = 65,42 mm• Estabelece relações entre a precipitação, o deflúvio
superficial, o grau da vegetação, tipo e ocupação do
solo. Muito utilizado para zonas rurais e quando não se
dispõe de dados hidrológicos.
• Q é o escoamento superficial (mm)
• P é a precipitação (mm)
• S é a retenção potencial do solo (mm)
Equação de SCS
(Soil Conservacion Service)
P
S
S
P
S
P
Q
;
0
,
2
8
,
0
2
,
0
2
Se P ≤ 0,2S → Q = 0Curve Number (CN)
• É o número da curva de escoamento superficial e
depende do tipo e uso do solo. O CN varia de 0 a 100,
conforme tabelas.
• S é a retenção potencial do solo em mm
254
25400
4
,
25
10
1000
CN
S
S
CN
Grupo de Solo Característica
Solo A Solos com baixa capacidade de produção de escoamento superficial, com alta infiltração. Ex: Solos arenosos profundos com pouco silte ou argila (até 8%)
Solo B Solos com menor permeabilidade que a classe anterior, sendo solos arenosos menos profundos ainda com baixo teor de argila total (até 20%). Camada de solo mais densa e com maior presença de humus.
Solo C Solos que produzem escoamento superficial acima da média e com capacidade de infiltração abaixo da mesma. Solos barrentos do tipo franco-argiloso e pouco profundo.
Solo D Solos que contém argila expansivas, com baixa capacidade de infiltração e as maiores condições de escoamento. Mais de 40% de argila total em sua composição e profundidade até 50 cm. Camada de solo quase impermeável ou horizonte de seixos rolados.
• V al ores de CN pa ra con di çõe s de um ida de II S R – S ulcos Ret os; C – cu ltivo co m cu rva d e n íve l; T -te rr ace am en to
Valores Médios de CN
Fonte: Adaptado de Collischonn – UFRGS (2008)
Condição de saturação do solo
(umidade do solo)
• Condição I – Solos secos. As chuvas dos
últimos 5 dias não ultrapassam 15 mm.
• Condição II – Situação média em período
chuvoso. Chuvas dos últimos 5 dias
totalizam 15 a 40 mm.
• Condição III – Solo úmido próximo da
saturação. Chuvas dos últimos 5 dias
superiores a 40 mm.
Conversão das curvas CN para demais condições de umidade do solo
CN = 63
Exemplo
Qual é a lâmina escoada superficialmente durante
um evento de chuva de precipitação total P=70 mm
numa bacia do tipo B e com cobertura de floretas?
mm
2
,
149
S
Verifica-se a condição P > 0,2S:mm
5
,
8
Q
Portanto, a chuva de 70 mm provoca um escoamento de 8,5 mm.
254
25400
CN
S
S
P
S
P
Q
8
,
0
2
,
0
2
BLOCOS ALTERNADOS
Hietograma de Projeto
BLOCOS ALTERNADOS
Hietograma de Projeto
0 5 10 15 20 25 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Pr ec ip ita çã o (m m ) Horas Hietograma tc ≈ 45 min Discretizado em 7,5 minExercício
Min mm/h P=i x t[h] ≠ col Blocos Alt.
7,5 210,8 26,35 26,35 4,12 15 156,2 39,05 12,70 8,31 22,5 126,3 47,36 8,31 26,35 30 107,1 53,55 6,19 12,70 37,5 93,6 58,50 4,95 6,19 45 83,5 62,62 4,12 4,95
1º Discretizar a chuva em função da IDF
Obras: Bueiro av. principal TR=25anos
Min mm 5 4,12 10 8,31 15 26,35 20 12,70 25 6,19 30 4,95
A=1,31 km² CN 84: gramado tratado, boas cond. Solo D A=0,51 km² CN 95: área comercial. Solo D
A=1,67 km² CN 92: área residencial com lote até 500 m². Solo D A=0,23 km² CN 98: estacionamento. Solo D
