INFILTRAÇÃO

Define-se infiltração como o fenômeno de penetração da água nas camadas do solo próximas a superfície do terreno, movendo-se para baixo, através dos vazios, sob a ação da gravidade, até atingir uma camada suporte, que a retém, formando então a água do solo ou rocha. É geralmente expressa em litros ou centímetros.

Fatores que interferem na infiltração da água no solo

A infiltração da água no solo está sujeita a diversos fatores. Podem ser citados:

       O tipo de solo: solos mais porosos e permeáveis facilitam a infiltração; ao contrário, solos composto de grãos muito finos terão poros reduzidos e baixa permeabilidade, dificultando a infiltração.

Por exemplo, solos argilosos tendem a ter maior conteúdo de umidade na condição de saturação, porque são muito porosos; entretanto esta água é fortemente ligada às partículas de argila, o que dificulta a permeabilidade.

2.    O tipo de uso do solo é fator de grande importância. Quando têm boa cobertura vegetal, o sistema radicular das plantas aumenta a taxa de infiltração, além de proteger o solo do impacto direto da chuva, prevenindo a compactação. O manejo inadequado do solo em áreas de cultivo, o pisoteio de animais, o tráfego sobre solo nu e os processos de urbanização acabam diminuindo drasticamente ou anulando a infiltração da água.

•      O que é CN?

CN é o número de escoamento (frequentemente referido por número de escorrência, número de curva ou simplesmente CN ou SCS-CN). Trata-se de um parâmetro empírico utilizado em hidrologia para obter previsões do caudal de escoamento superficial direto ou de infiltração, em função do volume de excesso de precipitação.

É um índice que representa a combinação empírica de três fatores: grupo do solo, cobertura do solo e condições de umidade antecedente do solo.

Tabelas - Tipos de uso do solo – Valores de CN

Verifique, nas tabelas abaixo, que os valores mais elevados de CN correspondem às áreas onde o escoamento superficial é maior e, em consequência, a infiltração é menor.

Tabela - Valores de CN para zonas urbanas

3.    O tipo de relevo faz variar a taxa de infiltração. O relevo acidentado diminui a infiltração da água no solo porque aumenta o escoamento superficial. Por outro lado, as depressões provocam a retenção da água, aumentando a infiltração no solo.

4.    A umidade do solo, esteja ele seco ou saturado de água, irá influir na infiltração. Quando a água atinge um solo seco ela não inicia um movimento descendente até que as partículas do solo estejam envolvidas por uma fina película d’água. Por outro lado, quando a umidade atinge o ponto de saturação, a infiltração diminui.

5.    A temperatura do solo, se elevada, favorece a evaporação e diminui a infiltração.

6.    O tipo de chuva também interfere, sendo que chuvas intensas saturam a parte superficial do solo, diminuindo a infiltração; ao contrário, chuvas finas e persistentes facilitam a infiltração.

7.    Outro fator é a profundidade do estrato impermeável: quanto mais profundo estiver, maior será a infiltração de água no solo.

Distribuição vertical da água subterrânea

Zonas verticais da subsuperfície

•         Zona do Solo – Vai da superfície até a o final da zona de raízes, variando com o tipo de solo e vegetação. (+/- 1 metro).

•         Zona Intermediária – Compreende a zona da raiz e da zona capilar.

•         Zona Capilar – Varia do nível freático até o limite da faixa capilar, que varia inversamente ao tamanho dos poros do solo e diretamente com a tensão superficial.

Capilaridade é a capacidade de ascenso/descenso de um líquido em contato com um sólido, em pequenos espaços, causado pela força resultante da ação entre a atração das moléculas de líquido entre si (coesão) e entre líquido e sólido (adesão) e o peso desta coluna de líquido; assim, o líquido molha (água) ou não (mercúrio) o sólido.

•         Nível da Água – Compreende ao nível que a água sobe na zona saturada.

•         Zona Saturada – Ocorre abaixo do nível da água onde a porosidade é importante para sua definição.

Fases da Infiltração

A água que se infiltra está submetida a duas forças fundamentais:

•      gravidade (força gravitacional)

•      força de adesão de suas moléculas às superfícies das partículas do solo (força de capilaridade ou de atração capilar).

A infiltração da água no solo se processa em 3 fases, de cima para baixo: intercâmbio ou difusão, descida e circulação (ou escoamento subterrâneo).

1. Na fase de intercâmbio, o movimento da água é aleatório, sendo que o potencial mátrico, o qual determina o movimento capilar da água, é maior que o potencial gravitacional. Pequenas quantidades de água no solo tendem a se distribuir uniformemente pela superfície das partículas.

Na fase de intercâmbio, a água está próxima à superfície do terreno, sujeita a retornar a atmosfera por uma aspiração capilar, provocada pela ação da evaporação ou absorvida pelas raízes das plantas e em seguida transpirada pelo vegetal.

A força de adesão é mais forte do que a força da gravidade que age sobre esta água. Em conseqüência, a água ficará retida, quase imóvel, não atingindo zonas mais profundas.

2. Na fase de descida cresce o potencial gravitacional e dá-se o deslocamento vertical da água, quando a ação de seu peso próprio supera a adesão e a capilaridade. Ao atingir a faixa de capilaridade, a água prossegue descendo por movimento capilar vertical. Nesta fase de descida, o potencial gravitacional é muito maior que o potencial mátrico. Esse movimento se efetua até atingir uma camada suporte de solo impermeável.

Observações importantes

•         A força gravitacional atua no sentido vertical, fazendo que a água se infiltre de cima para baixo no perfil do solo.

•         A força capilar atua em todas as direções, principalmente quando o solo se encontra com baixa umidade.

3. Na fase de circulação, que ocorre na faixa de água subterrânea, devido ao acúmulo da água, são constituídos os lençóis subterrâneos.

O movimento da água deve-se também à ação da gravidade, obedecendo às leis de escoamento subterrâneo. O movimento da água na zona de saturação do solo ocorre conforme o mergulho da camada impermeável subjacente, em direção a uma nascente. 

Fluxos subterrâneos. Observe que o tempo de duração do fluxo depende do tipo de formação geológica a ser atravessada. Quando se trata de atravessar uma ou mais camadas de baixa permeabilidade, o tempo do fluxo aumenta consideravelmente.

Esse movimento é dado pela Lei de Darcy (V = kA . dh/dl), que é expressa em m³/s.

Lei de Darcy

A Lei de Darcy rege o escoamento da água nos solos saturados, e é representada pela seguinte equação:

V = KA.dh/dL

Onde:

V é a vazão de infiltração;

K é a condutividade hidráulica (medida através de permeâmetros);

A é a área da secção analisada;

h é a Carga Piezométrica ou Altura Piezométrica (altura da água de um aquífero confinado medida num piezômetro).

L é a distância entre os pontos medidos.

Observação: em situações específicas, o fluxo da água subterrânea pode mudar ou até mesmo se inverter, como mostrado na imagem abaixo. 

Porosidade total

A Porosidade total (P) varia de 25 a 35% na maioria dos aquíferos. É expressa como a relação entre o Volume de vazios (Vv) e o Volume total (Vt) menos a densidade volumétrica (ρ_b)/ densidade dos grãos (ρ_m)

P = Vv/Vt = 1 - ρb/ ρm

É expressa em %, portanto a equação é definida como:

P = Vv/Vt x 100

Porosidade eficaz

É a parte da porosidade que pode ser traduzida em fornecimento d´água.

P_e = (V_ac / V_t) x 100  

•      V_ac = volume de água extraído (*)

•      V_t = volume de terreno 

(*) O volume V_ac referido representa a quantidade de água que circula por ação da gravidade.

Capacidade mínima de infiltração, conforme o grupo de solo.

Capacidade de infiltração a quantidade máxima de água que pode infiltrar no solo, em um dado intervalo de tempo, sendo expresso geralmente em mm/h. A capacidade de infiltração só é atingida durante uma chuva se houver excesso de precipitação. Caso contrário, a taxa de infiltração da água do solo não é máxima, não se igualando à capacidade de infiltração. A CI apresenta magnitude alta no início do processo e com o transcorrer do mesmo, esta atinge um valor aproximadamente constante após um longo período de tempo. Este valor é denominado taxa de infiltração estável, comumente conhecido com VIB (Figura abaixo).

Velocidade de infiltração e infiltração acumulada em função do tempo em solo inicialmente seco.

Infiltrômetros - São aparelhos para determinação direta da capacidade de infiltração local dos solos. Existem dois tipos:

•     Infiltrômetros com aplicação de água por inundação, ou simplesmente infiltrômetros;

•      Infiltrômetros com aplicação da água por aspersão ou simuladores de chuva.

Infiltrômetro

ESTE MATERIAL FOI EXTRAÍDO E MODIFICADO A PARTIR DE:

CARVALHO, Daniel Fonseca de SILVA, Leonardo Duarte Batista da. Hidrologia. Obtido em: http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/leonardo/downloads/APOSTILA/HIDRO-Cap5-INF.pdf. Acesso em: 1/3/2018.

CLEARY, R. W. Águas subterrâneas. Obtido em: http://www.clean.com.br/cleary.pdf.

FEITOSA & FILHO. Hidrogeologia Conceitos e Aplicações, 2.a ed.. Fortaleza : CPRM, 2000.

SANTOS, Sheila. Propriedades físicas do solo. Obtido em: http://site.ufvjm.edu.br/icet/files/2016/08/Propriedades-f%C3%ADsicas-do-solo.pdf, Acesso em: 15/2/2018.

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