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Universidade de Pernambuco Escola Politcnica de Pernambuco Departamento de Engenharia Civil

HIDROLOGIA APLICADA

Prof. Simone Rosa da Silva Semestre 2010.1

GUA NO SOLO As propriedades do solo, esto associadas ao funcionamento hidrolgico do solo. Fatores que causam a destruio da estrutura do solo: Excesso de umidade Destruio da microfauna do solo Impacto de pisoteio excessivo Compactao mecnica

GUA NO SOLO

GUA NO SOLO

GUA SUBTERRNEA Refere-se a gua contida na zona de saturao. Esta gua constitui a maior reserva de gua doce disponvel, muitas vezes maior do que todos os rios, lagos e reservatrios.

PARMETROS DA RELAO GUASOLO

Porosidade (); Massa especfica do solo (); Grau de saturao (S); Relao de Vazios ou ndice de Vazios (e); Umidade ();

Porosidade e umidade do solo Porosidade () a relao entre o volume de vazios (Vv) e o volume total (V) do solo.Areia: 0,37 a 0,50 Argila: 0,43 a 0,52

Vv = V

Umidade () a relao entre o volume de gua (Va) e o volume total (V).Contedo de umidade do solo:

Va = V

- Mximo contedo de umidade igual porosidade. - Neste caso o solo est SATURADO de gua.

PARMETROS DA RELAO GUASOLO Massa Especfica do solo () a relao entre a massa dos slidos (ms) e o volume total (V).

ms = V Relao de Vazios ou ndice de Vazios (e) a relao entre o volume de vazios (Vv) e o volume de slidos (Vs).

Vv e= Vs

PARMETROS DA RELAO GUASOLO Grau de Saturao (S) a relao entre o volume de gua (Va) e o volume de vazios (Vv) de uma amostra.

Va S = Vv Umidade de Saturao (s) Chama-se de Umidade de Saturao (s) a relao entre o volume de vazios (Vv) e o volume total (V).

Vv s= = V

Infiltrao Passagem da gua da superfcie para o interior do solo, ocupando os poros existentes no solo. Pode-se definir tambm como sendo o fenmeno de penetrao da gua nas camadas de solo prximas superfcie do terreno. Importante para: crescimento da vegetao abastecimento dos aquferos (mantm vazo dos rios durante as estiagens) reduzir escoamento superficial, cheias, eroso

Infiltrao O processo de infiltrao define a entrada de gua no solo. J o movimento da gua dentro do perfil comumente referido como percolao

InfiltraoA infiltrao depende: da gua disponvel para infiltrar da natureza do solo do estado da superfcie das quantidades de gua e ar, inicialmente presentes no solo

Infiltrao Enquanto h aporte de gua, o perfil de umidade tende saturao em toda a profundidade, sendo a superfcie, naturalmente, o primeiro nvel a saturar. Quando o aporte de gua superfcie cessa (precipitao para), isto , deixa de haver infiltrao, a umidade no interior do solo se redistribui, evoluindo para um perfil de umidade inverso, com menores teores de umidade prximo superfcie e maiores nas camadas mais profundas.

Infiltrao A infiltrao da gua no solo pode ser considerada como sendo a sequncia das trs seguintes fases: A entrada da gua pela superfcie; A percolao da gua atravs do perfil do solo; A relao da capacidade de armazenamento da gua no solo.

Perfil de umidade em um solo

Infiltrao Quando cessa a infiltrao, parte da gua no interior do solo propaga-se para camadas mais profundas no solo e parte transferida para a atmosfera por evaporao direta ou por transpirao dos vegetais. Esse processo faz com que o solo v recuperando sua capacidade de infiltrao, tendendo a um limite superior medida que as camadas superiores do solo vo se tornando mais secas.

Fatores influentes na Infiltrao1- Permeabilidade do solo: Por exemplo a presena de argila no solo diminui sua porosidade, no permitindo uma grande infiltrao.

Fatores influentes na Infiltrao2- Cobertura vegetal: Um solo coberto por vegetao mais permevel do que um solo desmatado

.

3- Inclinao do terreno: em declividades acentuadas a gua corre mais rapidamente, diminuindo o tempo de infiltrao.

Fatores influentes na Infiltrao4- Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas tm mais tempo para se infiltrarem.

Fatores influentes na Infiltrao5- Umidade do Solo: Por exemplo em um solo mais mido a infiltrao menor do que um solo mais seco. 6- Temperatura Escoamento no solo laminar (tranqilo) em funo da viscosidade da gua. Quanto maior a temperatura maior a infiltrao de gua no solo

CAPACIDADE DE INFILTRAO (ou TAXA DE INFILTRAO) Capacidade de infiltrao a quantidade mxima de gua que um solo em determinadas condies pode absorver. Ela varia no decorrer da chuva. Se uma precipitao atinge o solo com a uma intensidade menor que a capacidade de infiltrao toda a gua penetra no solo, provocando uma progressiva diminuio da prpria capacidade de infiltrao, j que o solo est se umedecendo.

Umidade do solo Saturao: condio em que todos os poros esto ocupados por gua Capacidade de campo: Contedo de umidade no solo sujeito fora da gravidade Ponto de murcha permanente: umidade do solo para a qual as plantas no conseguem mais retirar gua e morrem

Fluxo da gua em meios porosos saturados A Lei de Darcy rege o escoamento da gua nos solos saturados, e representada pela seguinte equao:

dh V =K dxOnde: V a velocidade de infiltrao; K a condutividade hidrulica (medida atravs de permemetros); h a Carga Piezomtrica ou Altura Piezomtrica (altura da gua de um aqfero confinado medida num piezmetro).

Fluxo da gua em meios porosos saturados Q = fluxo de gua (m3/s) A = rea (m2) H = carga (m) L = distncia (m) K = condutividade hidrulica (m/s)

H Q = KA L

Condutividade de gua em condio de saturao Solo arenoso: 23,5 cm/hora Solo siltoso: 1,32 cm/hora Solo argiloso: 0,06 cm/hora

Infiltrao de gua em solos Inicialmente no saturados Preenchimento dos poros garante alta taxa de infiltrao A medida que o solo vai sendo umedecido, a taxa de infiltrao diminui Equaes empricas

Equao de Hortonf(mm/h)

f = fc + ( f0 fc ) e

k t

K1 (arenoso) k K2(argiloso)

t(h)

f = taxa de infiltrao aps o tempo t (mm/hora); fc = taxa de infiltrao final (tinfinito), em condio de saturao (mm/hora); fo = taxa de infiltrao inicial (mm/hora); t = tempo de durao da chuva (minutos); k = constante emprica, determinado a partir de medies no campo (1/minuto)

MTODO DE HORTONA medida que a precipitao continua a capacidade de infiltrao do solo passa a decrescer a ponto da parcela que no mais infiltrada escoa superficialmente.

Escoamento

Infiltrao conforme o tipo de solo

VELOCIDADE DE INFILTRAO a velocidade mdia do escoamento da gua atravs de um solo saturado, determinada pela relao entre a quantidade de gua que atravessa a unidade de rea do material do solo e o tempo . Depende da Permeabilidade e do gradiente hidraulico e determinada pela Lei de Darcy.

Mtodos de Medio da Capacidade de Infiltrao MEDIO DIRETA INFILTRAO DA CAPACIDADE DE

MTODO DO INFILTRMETRO DE DUPLO-ANEL Mtodo do Infiltrmetro de sulco; Mtodo do balano de entrada e sada de gua no sulco; Mtodo de irrigao por asperso em uma pequena rea de teste;

INFILTRMETROAnis concntricos

INFILTRMETRO

Os anis devem ser instalados no solo com o auxilio de uma marreta. Coloca-se gua, ao mesmo tempo nos dois anis. E com uma rgua graduada acompanha-se a infiltrao vertical no cilindro interno para vrios intervalos de tempo.

INFILTRMETRO A capacidade de infiltrao calculada por:

V = h.a

60h V f = h= t a Transforma mm/h

Onde: V o volume infiltrado; a area do cilindro interno (cm); h altura de gua infiltrada (cm); f a capacidade de Infiltrao instantnea (mm/h).

Capacidade de Infiltrao O grfico da capacidade de infiltrao do tipo t x I (Capacidade de Infiltrao em funo do tempo).Capacidade de Infiltrao60,00 50,00 I (mm/h) 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0 1 2 3 4 5 6 t (h) 7 8 9 10 11 12 13

Onde: It a capacidade de Infiltrao (mm/h) ; t o tempo (h).

PRECIPITAO

GERAO DO ESCOAMENTOEscoa Superficialmente sobre as encostasEvaporao, Captada nas depresses

INFILTRAO Evaporao, Transpirao Armazenamento no solo Escoamento Sub-Superficial Escoamento Subterrneo ESCOA NOS RIOS, AT O EXUTRIOAtinge a Rede de Drenagem

Atinge a Rede de Drenagem

ExerccioConsidere uma camada de solo de 1 m de profundidade cujo contedo de umidade 35% na capacidade de campo e de 12% na condio de ponto de murcha permanente. Quantos dias a umidade do solo poderia sustentar a evapotranspirao constante de 7 mm por dia de uma determinada cultura?

ExerccioUma camada de solo argiloso, cuja capacidade de infiltrao na condio de saturao de 4 mm.hora-1, est saturado e recebendo chuva com intensidade de 27 mm.hora-1. Qual o escoamento (litros por segundo) que est sendo gerado em uma rea de 10m2 deste solo, considerando que est saturado?

ExerccioTempo (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 24 Total Infiltrado (mm) 0,0 41,5 60,4 70,4 76,0 82,6 90,8 97,1 104,0 111,7 115,1 138,1 163,3 180,8

Uma medio de infiltrao utilizando o mtodo dos anis concntricos apresentou o seguinte resultado. Utilize estes dados para estimar os parmetros fc, fo e k da equao de Horton.