O valor de armazenamento de água no solo, expresso em termos de altura de água, representa a quantidade de água existente em qualquer camada do solo. Numericamente, esse valor é dado pelo produto entre a umidade e a profundidade do solo. Porém, em condições reais, onde o conteúdo de água do solo não é o mesmo para as várias camadas constituintes do solo, ele é dado pelo somatório entre o produto dos incrementos do perfil de solo e seus respectivos conteúdos de água. No que se refere aos dispositivos de infiltração, um cálculo que pode ser obtido através da armazenagem de água no solo que é a infiltração acumulada.
2.2.3- INFILTRAÇÃO
de infiltração é um dos fatores que mais influencia o escoamento superficial. Assim, o conhecimento do processo de infiltração fornece importantes subsídios para o dimensionamento de reservatórios, estruturas de controle de erosão e de inundação, canais e sistemas de irrigação e drenagem.
A infiltração é representada por duas variáveis: a taxa de infiltração e a infiltração acumulada. A taxa de infiltração é igual à densidade de fluxo, correspondendo ao volume de água que infiltra na unidade de área e de tempo. A infiltração acumulada corresponde ao volume (por unidade de área) de água infiltrada ao longo do tempo. De forma generalizada, o comportamento de ambas segue o esquema da Figura 2.6.
Figura 2.6 –Taxa e infiltração acumulada ao longo do tempo para um mesmo solo.
Objetivando a caracterização hidrogeotécnica dos terrenos naturais, são correntemente realizados em Geologia de Engenharia os ensaios de permeabilidade em campo, os quais têm a finalidade de determinar os coeficientes de permeabilidade dos solos. Podem ser aplicados em poços de inspeção, em cavas abertas e em furos de sondagem a trado e a percussão. No último caso, faz-se o ensaio conhecido de forma genérica como “ensaios de infiltração”.
Os ensaios de permeabilidade em campo podem ser realizados a carga hidráulica externa constante ou a carga hidráulica externa variável, observando-se o diferencial de pressão positivo (carga) e negativo (descarga) aplicados ao aquífero. Utiliza-se, a expressão “carga hidráulica externa”; pois, em mantos de solo não saturados, como é o caso, ocorre paralelamente à infiltração, variação da carga hidráulica interna devido a variações de sucção.
Tempo (s) Inf ilt ra çã o a cumul a da ( m) T axa d e I n fi lt raç ão ( m /s )
Em furos de sondagens, os ensaios podem ser realizados em dois níveis. À nível constante, desde que seja mantido o nível d’água numa posição constante ao longo de toda duração do ensaio, caracterizado como: ensaio de infiltração (se for por introdução de água medindo-se a vazão injetada) e por ensaio de bombeamento (se for por retirada de água medindo-se a vazão bombeada). À nível variável, desde que o nível d’água altere para uma posição que se possa denominar nível inicial do ensaio e que a tendência do nível d’água volte à posição original seja acompanhada ao longo do tempo de ensaio, caracterizado como: ensaio de rebaixamento (se for por introdução de água medindo-se a velocidade de rebaixamento) e por ensaio de recuperação (se for por retirada de água medindo-se a velocidade de recuperação).
O regime de escoamento é um dos condicionadores da validade dos ensaios, visto que a vazão retirada ou infiltrada, no caso de solos saturados, ou absorvida e infiltrada, no caso de solos não saturados é utilizada no campo como uma forma de controlar esse regime. Quando essas vazões permanecem constantes ao longo do tempo, pode-se dizer que se atingiu um regime permanente de escoamento. Dessa forma, a vazão torna-se a variável utilizada na maioria das formulações que determinam os coeficientes de permeabilidade. Cabe destacar que, embora no caso de solos não saturados ela tenda a uma constante devido ao aumento da distância entre o ponto de infiltração onde a sucção é aproximadamente nula e a frente de saturação onde a sucção é a do solo natural. Com isso, tem-se uma tendência ao gradiente de energia hidráulica interna tender para zero à medida em que ocorre a infiltração da água no solo.
A Equação 2.2 determina o coeficiente de permeabilidade pelo método de rebaixamento sem revestimento lateral do furo de sondagem.
k =
∆h∆t. �
Rr�
2 (2.2) Onde:R = Raio de Influência, (determinado pela equação R2 + R – h = 0); r = Raio do furo de sondagem;
Δh = Variação da coluna d’água; h = Altura da coluna d’água Δt = Variação do tempo;
Observa-se que esta equação geral não contempla a variação de energia interna, o que, pelo motivo exposto no parágrafo anterior, espera-se que não chegue, quando as leituras se estabilizarem, a constituir erro significativo no valor de permeabilidade determinado. Outros erros podem ser induzidos em sistemas bimodais de distribuição de poros, como é o caso dos solos tropicais profundamente intemperizados quando da infiltração o solo encontra-se em umidade inferior à de saturação dos microporos. Nesse estágio, o contato com a água de infiltração pode colocar esta água em tensão negativa importante passando a intervir no fluxo.
A relação entre R e h foi obtida supondo-se que o escoamento se faz segundo uma parábola cujo vértice está no centro do furo, na altura do nível d’água inicial (t = 0). A Figura 2.7(Boletim Nº 4 ABGE 1996) exemplifica o ensaio por rebaixamento em furo de sondagem, onde o lençol freático e a camada impermeável localizam-se em profundidades inferiores a do ensaio e os esses não interferem no processo de infiltração. Esses coeficientes são utilizados em ensaios que não possuam camisa impermeabilizadora, e nos quais a infiltração da água atua nas duas direções (H-horizontal e V-vertical).
Figura 2.7 – Modelo do ensaio de permeabilidade pelo método de rebaixamento (Boletim Nº 4 ABGE 1996).