HIDROLOGIA AULA 06 e semestre - Engenharia Civil INFILTRAÇÃO. Profª. Priscila Pini - PDF
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Sara Regueira Camelo
1 HIDROLOGIA AULA 06 e 07 5 semestre - Engenharia Civil INFILTRAÇÃO Profª. Priscila Pini
2 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
3 ÁGUA NO SOLO: Importância Crescimento da vegetação Raízes retiram água para transpiração Recarga dos aquíferos Reservatórios de água subterrânea A água que infiltra deixa de escoar superficialmente Diminui intensidade de cheias
4 ÁGUA NO SOLO: Camadas
5 ÁGUA NO SOLO: Processos INFILTRAÇÃO Penetração da água no solo a partir da superfície PERCOLAÇÃO Movimento descendente da água a partir da zona não saturada para a zona saturada
6 ÁGUA NO SOLO: Processos ASCENÇÃO CAPILAR Fluxo para cima, a partir de camadas mais úmidas devido à capilaridade do solo Capilaridade: a ascensão da água entre os espaços de pequenas dimensões deixados pelas partículas sólidas. REDISTRIBUIÇÃO INTERNA Fluxos laterais e verticais, para cima e para baixo EVAPOTRANSPIRAÇÃO
7 PARÂMETROS DA RELAÇÃO ÁGUA E SOLO Porosidade ( ); Massa específica do solo (ρ); Grau de saturação (S); Índice de Vazios (e); Umidade do solo ( ).
8 PARÂMETROS DA RELAÇÃO ÁGUA E SOLO Porosidade ( ) Relação entre o volume de vazios (V v ) e o volume total (V). η = V v V Massa Específica do solo (ρ) Relação entre a massa dos sólidos (m s ) e o volume total (V). ρ = m s V Índice de Vazios (e) Relação entre o volume de vazios (V v ) e o volume de sólidos (V s ). e = V v V s
9 PARÂMETROS DA RELAÇÃO ÁGUA E SOLO Grau de Saturação (S) Relação entre o volume de água (V a ) e o volume de vazios (V v ) de uma amostra. S = V a V v Umidade Volumétrica ou umidade do solo ( ) Relação entre o volume de água (V a ) e o volume total (V). θ = V a V 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 = M u M s ρ. V
10 COMPOSIÇÃO E TEXTURA DO SOLO 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 Organismos vivos (bactérias, fungos, raízes, insetos, vermes) e matéria orgânica Especialmente nas camadas superiores
11 COMPOSIÇÃO E TEXTURA DO SOLO 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 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
12 INFILTRAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO No início da chuva o solo seco absorve toda a água rapidamente A maioria dos poros está cheio de ar 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
13 INFILTRAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO 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 2 dia 1 Intensidade chuva < Capacidade de infiltração toda a água infiltra Intensidade chuva > Capacidade de infiltração parte da água escoa superficialmente
14 REDUÇÃO DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO Compactação da superfície do solo Destacam e transportam os materiais finos, que sedimentam posteriormente PRECIPITAÇÕES Umedece e satura a superfície do solo, aumentando a resistência à penetração da água HOMEM E ANIMAIS Tráfego de homens, veículos, presença de animais (pastagens)
15 AUMENTO DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO Escavações feitas por animais e insetos Aradura e cultivo da terra COBERTURA VEGETAL Dificulta o escoamento superficial da água Decomposição das raízes dos vegetais: mais matéria orgânica e atividade escavadora de insetos e animais Atenua ou elimina a ação da compactação da água da chuva e permite o estabelecimento de uma camada de matéria orgânica
16 MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DO SOLO Método do INFILTRÔMETRO DE ANÉIS CONCÊNTRICOS ou INFILTRÔMETRO DE DUPLO ANEL
17 MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DO SOLO 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
18 MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DO SOLO Obs. A Finalidade do cilindro externo é impedir que, ao penetrar no solo, a água dentro do cilindro interno se espalhe para os lados.
19 MEDIÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DO SOLO Tempo (min) Total infiltrado (mm) VÍDEO ENSAIO INFILTRÔMETRO DUPLO ANEL
20 Modelo da capacidade de infiltração de Horton 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 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
21 Modelo da capacidade de infiltração de Horton f = fc + (fo fc) e k.t 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 da Infiltração (deve ser determinado a partir de medições no campo ) (hora 1 )
22 Modelo da capacidade de infiltração de Horton f = fc + (fo fc) e k.t
23 Modelo da capacidade de infiltração de Horton f = fc + (fo fc) e k.t 30 fo f Parcela de chuva que escoa Parcela de chuva que infiltra Curva de infiltração Horton (min)
24 Exercícios 1. Uma camada de solo argiloso, cuja capacidade de infiltração na condição de saturação é de 10 mm.hora -1 está saturado e recebendo chuva com intensidade de 35 mm.hora -1. Qual é o escoamento (em litros por segundo) que está sendo gerado em uma área de 80 m 2 deste solo? Qmed = 0,56 L.s -1
25 Exercícios 2. Usando a equação de Horton, encontre a taxa de infiltração nos tempos a seguir para um solo do tipo areia argilosa. Faça o gráfico Infiltração x tempo para os resultados obtidos. Para areia argilosa: fo = 89 mm. hora 1 fc = 66 mm. hora 1 k = 1,2 hora 1 t: tempo [horas] f = fc + (fo fc) e k.t Tempo (min) Infiltração (mm. hora 1 ) Tempo (min) Infiltração (mm. hora 1 )
26 Exercícios 2. Usando a equação de Horton, encontre a taxa de infiltração nos tempos a seguir para um solo do tipo areia argilosa. Faça o gráfico Infiltração x tempo para os resultados obtidos. Tempo (min) f = 66 + (89 66) e 1,2.t Tempo (horas) Infiltração (mm. hora 1 ) Tempo (min) Tempo (horas) 2 0,033 88,1 90 1,5 69,8 5 0,083 86, ,1 10 0,167 84, ,5 67,1 30 0,5 78, , , Infiltração (mm. hora 1 )
27 Infiltração (mm/hora) Exercícios 2. Usando a equação de Horton, encontre a taxa de infiltração nos tempos a seguir para um solo do tipo areia argilosa. Faça o gráfico Infiltração x tempo para os resultados obtidos. 100,0 Infiltração x Tempo 90,0 80,0 70,0 60, Tempo (min)
28 Exercícios 3. Em um ensaio de infiltração com um infiltrômetro duplo de anel foram obtidos os dados da tabela abaixo. Calcule a capacidade de infiltração em cada instante em mm. hora 1. Tempo (min) Total infiltrado (mm) ,85 6 3,25 9 4, , , , , ,30
29 Exercícios 3. Tempo (min) Total infiltrado (mm) Intervalo de tempo (min) Intervalo de tempo (horas) Infiltrado no intervalo de tempo (mm) Infiltração (mm. hora 1 ) ,85 6 3,25 9 4, , , , , ,30
30 Exercícios 3. Tempo (min) Total infiltrado (mm) Intervalo de tempo (min) Intervalo de tempo (horas) Infiltrado no intervalo de tempo (mm) Infiltração (mm. hora 1 ) ,85 3 0,05 1, ,25 3 0,05 1, ,45 3 0,05 1, ,55 3 0,05 1, ,55 3 0,05 1, ,50 3 0,05 0, ,40 3 0,05 0, ,30 3 0,05 0,90 18
31 Infiltração (mm/hora) Exercícios fo 37 a 40 mm. hora 1 fc 18 mm. hora 1 f 18 + (40 18) e k.t Tempo (min) fc: capacidade de infiltração emcondição de saturação fo: capacidade de infiltração quando o solo está seco