Aula 10 Infiltracao 2015

7/24/2019 Aula 10 Infiltracao 2015

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Universidade de So Paulo

Escola Politcnica daUniversidade de So Paulo

Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental

Aula 10

Infiltrao

PHA 2307

Hidrologia Aplicada

Prof. Dr. Arisvaldo Vieira Mllo Jr.


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Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental - PHA

Objetivos da Aula

1.Conhecer o processo de infiltrao nosolo.

2. Conhecer os mtodos de medio de

infiltrao no solo. 3. Conhecer frmulas de clculo de

infiltrao no solo.

4.Aplicar o mtodo do NRCS.


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Infiltrao

Definio: parcela da gua precipitada que infiltra no

solo Parte da gua que infiltra permanecer na camada

superficial do solo, onde se movimentar de formagradual na vertical e na horizontal, atravs do solo

Eventualmente, poder voltar a um rio, atravs da suamargem. Parte da gua poder infiltrar maisprofundamente, recarregando o aqufero subterrneo

A gua pode percorrer longas distncias oupermanecer no armazenamento subterrneo porlongos perodos antes de retornar superfcie, aosrios ou oceanos


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Rio que desaparece em uma caverna no sul da Georgia (EUA), mostra que

um rio pode agir como um funil direto para o escoamento subterrneo.


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VIOLA, M. R. Simulao hidrolgica na cabeceira da bacia hidrogrfica do Rio Grande de cenrios de usos dosolo e mudanas climticas A1B 2011. 287 p. Tese (Doutorado em Recursos Hdricos em Sistemas Agrcolas) Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2011

Representao dos principais componentesdo ciclo hidrolgico

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Importncia

Crescimento da vegetao Recarga dos aquferos subterrneos Manuteno da vazo nos rios durante as

estiagens Reduo do escoamento superficial direto

(cheias, eroso, etc.)


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Projeto Jaba e outros CODEVASF...

Irrigao


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Drenagem


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Conceitos

Taxa de Infiltrao: a velocidade ouintensidade da penetrao da gua no solo(mm/hora, mm/dia, etc)

Se a intensidade da chuva maior do que ataxa de infiltrao, a gua ser acumulada nasuperfcie e comear o escoamentosuperficial direto

Infiltrao acumulada: a quantidade degua total infiltrada aps um determinadotempo (mm)


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Conceitos

A taxa de infiltrao, normalmente, decai rapidamente

durante a parte inicial de uma chuva intensa e atingeum valor constante depois de algumas horas de chuva

Os fatores responsveis por este fenmeno incluem O enchimento dos poros finos do solo com gua

reduz as foras capilares. medida que o solo umedece, as partculas de

argila colmatam e reduzem o tamanho dos poros. O impacto das gotas de chuva no solo faz com que

o material da superfcie do solo seja dissolvido epreencha os poros do solo.


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Fatores que influem na infiltrao

Umidade do solo Precipitao: quantidade, intensidade e durao Geologia, tipo do solo (a argila absorve menos gua

e a uma taxa mais lenta do que os solos arenosos) Granulometria e arranjo das partculas Cobertura do Solo (ocupao) Topografia (declividades, depresses) Evapotranspirao


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0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

01/05/83

08/05/83

15/05/83

22/05/83

29/05/83

05/06/83

12/06/83

19/06/83

26/06/83

03/07/83

10/07/83

17/07/83

24/07/83

tempo (dias)

vazo(m/s)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

chuv

a(mm)

Q

Qb

P

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

01/05/83

08/05/83

15/05/83

22/05/83

29/05/83

05/06/83

12/06/83

19/06/83

26/06/83

03/07/83

10/07/83

17/07/83

24/07/83

tempo (dias)

vazo

(m/s)

0

50

100

150

200

250300

350

400

450

500

chuva

(mm)

Q

Qb

P

mesma chuva,

mesma bacia

quando sealterar a

capacidade de

infiltrao ...


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gua Subsuperficial

A gua infiltrada na parte subsuperficial do solo forma

uma zona no saturada (onde os espaos vazios entreas partculas de solo contm gua e ar) e uma zona

saturada (onde todos os vazios s contm gua)

Embora exista umaquantidade grande

de gua na zona no

saturada, a gua no

pode ser bombeada,porque fica muito

presa pelas foras

capilares


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gua Subsuperficial

A parte superior da zona no saturada a zona

de gua do solo. Esta zona cortada por razes,aberturas deixadas por razes mortas eesqueletos de animais, que permitem ainfiltrao nesta zona

A gua nesta zona

utilizada pelas plantas,

mas pode evaporar

diretamente para aatmosfera

Zona do solo

Lenol freticoZ

ona

no

saturada

Franja capilar

Zona saturada abaixodo lenol fretico

gua subterrnea

Recarga para o

Lenol fretico


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Medio: Infiltrmetro de Duplo Anel

Mede a taxa de decaimento da

coluna dguano anel interno

Infiltrao

fonte:http://www.alwi.com/wastewater.php


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Processo de Infiltrao

24

Para entender o

processo deinfiltrao

necessrio sabercomo a gua se

movimenta nazona nosaturada do solo

Isto pode ser

feito por meiode uma

representaoda taxa de

umidade do soloao longo da

profundidade Z

Neste grficomin a taxamnima de

umidade do solo

em condiesnaturais e

sat a taxa

de saturao dosolo em

condiesnaturais


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25


18/44



26


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27

V i d T d i filt


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Variao da Taxa de infiltrao com aUmidade do Solo


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Variao da Taxa de Infiltrao com o Tempo

Frmula de Horton

A l d l d H


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Chuva

Chuva excedente

Chuva infiltrada

ktefcfofcf

Aplicao da Frmula de Horton


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Frmula de Horton

f - taxa de infiltrao (mm/hora)fc - taxa de infiltrao em condio de saturao

(mm/hora)

fo - taxa de infiltrao inicial (mm/hora)t - tempo (horas)k - constante, depende do tipo de solo (hora-1)

t = 0 f = fot = infinito f = fc

kt

efcfofcf

F l d H t


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Frmula de Horton

Estimativas dos parmetros para a frmula de Horton


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Mtodo emprico desenvolvido pelo SCS, com base na hiptese:

=

A chuva excedente real (Pexc, em mm) a parcela da chuva que

se transforma em escoamento superficial direto.

A chuva excedente potencial seria igual chuva total do evento (P,

em mm), retirada a parcela de perdas por interceptao e deteno

em depresses do solo.

As perdas iniciais (Ai, em mm) so resultados da interceptao e

da deteno em depresses do terreno. So estimadas como

sendo 20% da capacidade de absoro do solo.

Mtodo do NRCS (Natural Resources Conservation Service)

ex SCS (Soil Conservation Service)

Mt d d NRCS


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Mtodo emprico desenvolvido pelo SCS, com base na hiptese:

=



A infiltrao real a diferena entre a Chuva total (menos asperdas iniciais) e a Chuva Excedente.

Infiltrao potencial seria a altura infiltrada mxima igual

capacidade de absoro de gua pelo solo (S, em mm).

Mt d d NRCS


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=



SPparaSP

SPPexc

2,0

)8,0(

)2,0( 2

P (mm)Chuva total de um evento

S (mm)Capacidade potencial de absoro de gua no solo

Pexc (mm)Chuva excedente total do evento

Ai (mm)Abstraes iniciais da chuva (interceptao, deteno nas depresses do terreno) =

0,2.S

0,2=

0,2

Mt d d NRCS


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4,2510

1000

SCN

Para facilitar o mtodo de aplicao, criou uma varivel auxiliar,

denominada CN (curve number), que est relacionada com o CN

pela expresso:

O SCS relacionou o valor de S em funo do tipo de solo, do

uso do solo e da condio de umidade inicial do solo.

CN

CNS

4,25*)101000( ou

Os valores de CN so obtidos de tabelas que relacionam aspropriedades do solo com o valor de CN


Mt d d NRCS


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SPpara

SP

SPHEXC

2,0

)8,0(

)2,0( 2

4,25

10

1000

SCN


Mt d d NRCS


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Tipo de uso do solo/ Tratamento/Condies hidrolgicas

Grupo Hidrolgico

A B C D

Uso ResidencialTamanho mdio do lote % Impermevel at 500 m22 65 1000 m22 38

1500 m

22

30

7761

57

8575

72

9083

81

9287

86Estacionamentos pavimentados, telhados 98 98 98 98

Ruas e estradas: pavimentadas, com guias e drenagem com cascalho de terra

987672

988582

988987

989189

reas comerciais (85% de impermeabilizao) 89 92 94 95

Distritos industriais (72% impermevel) 81 88 91 93

Espaos abertos, parques, jardins:boas condies, cobertura de grama > 75%condies mdias, cobertura de grama > 50%

3949

6169

7479

8084

Terreno preparado para plantio, descoberto Plantio em linha reta

77 86 91 94

Exemplo de uma tabela parcial de CNreas urbanas


Mt d d NRCS


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Grupo A

Grupo B

Grupo C

Grupo D

Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor teor de

argila total, porm ainda inferior a 15%. No caso de terras roxas, este limite

pode subir a 20%, graas maior porosidade. Os dois teores de hmus podem

subir, respectivamente a 1,2% e 1,5%. No pode haver pedras e nem camadasargilosas at 1,5 m, mas quase sempre presente camada mais densificada

que a camada superficial.

Solos argilosos (30% a 40% de argila total) com camada densificada a 50 cm

de profundidade; ou solos arenosos com camada argilosa quase impermevel

ou horizonte de seixos rolados.

Solos barrentos, com teor de argila total de 20% a 30%, mas sem camadas

argilosas ou pedras at a profundidade de 1,2 m. Nocaso de terras roxas esses

limites podem ser 40% e 1,5m. Nota-se a 60 cm de profundidade, camadamais densificada que no Grupo B, mas ainda longe das condies de

impermeabilidade.

Solos arenosos, com baixo teor de argila, inferior a uns 8%, no h rochas nem

camadas argilosas e nem mesmodensificadas at a profundidade de 1,5 m. Oteor de hmus muito baixo, no atingindo 1%.

Grupos Hidrolgicos de Solos


Mt d d NRCS


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Condio I- solos secos, as chuvas nos

ltimos 5 dias no ultrapassam 15 mm.

Condio II- situao mdia na poca das cheias, as chuvas nos

ltimos 5 dias totalizam entre 15 e 40 mm.

Condio III- solos midos (prximos da

saturao), as chuvas nos ltimos 5 dias

foram superiores a 40 mm e as condies

meteorolgicas foram desfavorveis aaltas taxas de evaporao.

II

III

CN.

CN,CN

058010

24

II

IIIII

CN,

CNCN

13010

23

Condies Tpicas de Umidade do Solo


Mt d d NRCS (N l R C i S i )


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Classificar o tipo de solo existente na bacia

Determinar a ocupao predominante

Com a tabela do SCS para a Condio de Umidade II

determinar o valor de CN

Corrigir o CN para a condio de umidade desejada

No caso de existirem na bacia diversos tipos de solo e

ocupaes, determinar o CN pela mdia ponderada.

Aplicao


Mtodo do NRCS (N t l R C ti S i )


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Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental - PHA 44

Tipo de uso do solo/ Tratamento/Condies hidrolgicas

Grupo Hidrolgico

A B C D

Uso ResidencialTamanho mdio do lote % Impermevel at 500 m22 65 1000 m22 38

1500 m22

30

7761

57

8575

72

9083

81

9287

86Estacionamentos pavimentados, telhados 98 98 98 98

Ruas e estradas: pavimentadas, com guias e drenagem com cascalho de terra

987672

988582

988987

989189

reas comerciais (85% de impermeabilizao) 89 92 94 95Distritos industriais (72% impermevel) 81 88 91 93

Espaos abertos, parques, jardins:boas condies, cobertura de grama > 75%condies mdias, cobertura de grama > 50%

3949

6169

7479

8084

Terreno preparado para plantio, descoberto Plantio em linha reta 77 86 91 94


Exemplo de uma tabela parcial de CNreas urbanas

Exemplo: Bacia do Rio Cabuu SP


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Exemplo: Variao do

CN ao longo da bacia do

Cabuu de Baixo

(resultado da

sobreposio das

informaes da geologia

e do uso e cobertura do

solo)

Exemplo: Bacia do Rio Cabuu - SP

Aplicao do Mtodo do NRCS


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Conhecido o hietograma de projeto

5

10

15

20

mm

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Horas

0.5

1.01.5

2.0

2.5

3.0

5

1020

15

10

5

mmHoras




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Conhecido o valor de CN (p.ex., CN= 80), deve-se aplicar a

frmula do NRCS da seguinte maneira:

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

5

10

20

15

10

5

ChuvaHoras

1. Acumular as precipitaes do hietograma

2. Aplicar a frmula s precipitaes acumuladas

3. Diferenciar para obter o hietograma excedente

5

15

35

50

60

65

Ch. Acum. Ch. Exc. Acum.

0.0

0.08

5.80

13.81

20.20

23.63

Hietogr. Exc.

0.0

0.08

5.72

8.01

6.39

3.43




38/44




0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

5

10

20

15

10

5

ChuvaHoras




5

15

35

50

60

65


0.0

0.08

5.80

13.81

20.20

23.63

Hietogr. Exc.

0.0

0.08

5.72

8.01

6.39

3.43

2

25400

254 63,580

0,2 0,2 63,5 12,7 mm

12,70,08 mm

50,8exc

S

S

PH

P


15

150,08



39/44




0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

5

10

20

15

10

5

ChuvaHoras




5

15

35

50

60

65


0.0

0.08

5.80

13.81

20.20

23.63

Hietogr. Exc.

0.0

0.08

5.72

8.01

6.39

3.43


-



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Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental - PHA 50

Hietograma excedente

5

10

15

20mm

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Horas

0.51.01.52.02.53.0

5102015105

mmHoras

00.085.728.016.393.43

mmPtot PexcChuva excedente

Chuva infiltrada


Crticas ao mtodo do NRCS


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A chuva excedente total no depende da distribuio

temporal da chuva

O valor chuva excedente total muito sensvel

variao de CN

Justificativa frgil para o valor 0,2 S

A frmula do NRCS inconsistente se vista como uma

frmula de capacidade de infiltrao

Crticas ao mtodo do NRCS


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Exerccio


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Exerccio


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Documents

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