A infiltração da água no solo depende muito dos parâmetros físicos e também de fatores associados às características do local no qual está sendo aplicada a água. Segundo DUNNE e LEOPOLD7 apud HARDEN e SCRUGGS (2003), a infiltração não é um processo único mas sim uma mistura de processos que envolvem a gravidade e a força de atração entre moléculas de água e solo, que integram três processos independentes: 1) entrada na superfície, 2) Estocagem da água no solo e 3) transmissão dentro do solo.
LOAGUE e GANDER (1990) após analisar uma série de medidas de infiltração na qual encontraram uma variabilidade grande de resultados, concluem que a velocidade de infiltração não pode ser explicada apenas pela textura do solo e sugere que a atividade animal, vegetação e clima em muito afetam a velocidade de infiltração. Além disso, WOODS et al. (1997) aborda que, considerando um mesmo tipo de perfil
7 DUNNE, T. LEOPOLD, L.(1978). Water in environmental planning. Freeman, San Francisco apud HARDEN,
C.P, SCRUGGS, P.D. (2003) Infiltration on mountain slopes: a comparison of three environments. Geomorphology, v.55, p. 5-24.
de solo, a posição na encosta também afeta significativamente a variabilidade de valores de velocidade de infiltração. No entanto, a variação não é constante e pode variar de região para região.
a) Textura do solo
A textura do solo irá influenciar no processo de infiltração da água não somente pelo tipo de partículas que o compõem, mas principalmente pela sua distribuição granulométrica e a estrutura das partículas que formam a matriz do solo. Estas características irão definir a porosidade do solo e o grau de interligação entre um poro e outro, o que por sua vez irá influenciar na maior ou menor capacidade de transmissão da água na matriz.
Teoricamente, solos com textura predominantemente argilosa tendem a apresentar velocidades de infiltração mais baixas do que solos com textura mais arenosa, no entanto, sabe-se que nem sempre isto ocorre na natureza, sendo que solos quimicamente evoluídos comumente encontrados em regiões tropicais, que contenham algum tipo de argila, podem apresentar velocidades de infiltração maiores do que solos mais arenosos. Este comportamento esta em geral, relacionado com as propriedades morfológicas e composicionais das partículas do solo como densidade, tipo de argilomineral e presença de matéria orgânica. Segundo ASCE (1996) quando a densidade da partícula aumenta, a porosidade e a infiltração diminuem. O contrário acontece com a presença de matéria orgânica, cujo aumento facilita a infiltração. Quanto ao tipo de argilomineral, a presença de minerais expansivos como a montmorilonita ajuda a diminuir a taxa de infiltração, enquanto que a presença de minerais não expansivos como a caulinita agem de forma contrária.
Na TABELA 2.14 são apresentados alguns valores comparativos de velocidade de infiltração para diferentes tipos de textura.
Tabela 2.14.: Relação entre textura do solo e velocidade final de infiltração aproximada (adaptado de Scott, 2001)
Velocidade final de infiltração Textura do solo m/s x 10-7 mm/h Arenosa > 5.5 > 2.0 Areno siltosa 2.8 – 5.5 1.0 – 2.0 Argilosa 0.3 – 1.4 0.1 – 0.5 b) Heterogeneidade do solo
Perfis de solo naturais são raramente homogêneos, podendo conter camadas distintas ou horizontes com características hidráulicas e físicas específicas. As
heterogeneidades encontradas nos perfis de solos residuais que influenciam o processo de infiltração da água podem ocorrer tanto lateralmente quanto verticalmente.
Heterogeneidades verticais ocorrem em geral pela sobreposição de camadas mais ou menos permeáveis, por exemplo, quando camadas mais permeáveis estão sobrepostas a camadas menos permeáveis estas últimas tendem a dificultar ou impedir o fluxo descendente da água podendo levar a redução rápida da taxa de infiltração. Por outro lado, quando camadas mais permeáveis estão a superfície e sobrepostas a camadas menos permeáveis a velocidade de infiltração tende a diminuir mais lentamente. Na FIGURA 2.21 é apresentado um exemplo do comportamento das curvas de infiltração em função destas características.
(b) (a) (c) V e l. d e in fi lt ra çã o Tempo
Figura 2.21.: Comportamento de infiltração da água no solo para: a) Solo uniforme, b) Camada porosa na superfície e c) Camada argilosa ou crosta na superfície. (Adaptado de ASCE, 1996)
As macroporosidades existentes no solo são também um tipo de heterogeneidade, e tem grande influencia no processo de infiltração da água no solo sendo que em geral causa um aumento a taxa de infiltração. JAAKKOLA (1995) afirma que essas estruturas porosas podem potencialmente formar redes anastomosadas e efetivamente drenar a água através do talude mais rapidamente do que o fluxo natural entre a matriz e o solo.
Devido a aleatoriedade de sua distribuição, as macroporosidades podem ser identificadas, porém dificilmente quantificadas, sendo que resultam principalmente da decomposição das raízes, bioturbação animal ou de mecanismos de erosão em subsuperfície (DUNNE et al., 1991), ocorrendo preferencialmente na porção superficial do perfil.
Outro tipo de macroporosidade esta relacionada com a presença das argilas expansivas na superfície do solo, que quando muito secas sofrem contração, gerando rachaduras as quais tendem a aumentar a velocidade de infiltração inicial do solo. No
entanto, devido ao umedecimento do solo estas argilas voltam a se expandir e diminuindo a velocidade de infiltração (SCOTT, 2001)
c) A cobertura vegetal
Solos com cobertura vegetal na superfície tendem a apresentar valores de taxa de infiltração mais elevada do que os solos desnudos. A presença da vegetação retarda o processo de escoamento superficial, aumentando o tempo de contato entre a água e a superfície do solo possibilitando que uma maior quantidade de água consiga infiltrar no solo. Além disso, a presença das raízes aumenta a porosidade da porção superficial também aumentando a capacidade de infiltração (JAAKKOLA, 1995).
A ausência da vegetação facilita o impacto das gotas da chuva, que decompõe os agregados do solo e compactam a sua superfície, diminuindo a capacidade de infiltração.
d) A umidade inicial do solo
A principal influencia da umidade inicial do solo no processo de infiltração está relacionado com o tempo necessário para que a taxa de infiltração atinja um valor constante e ocorra a saturação do solo. Sendo assim, quanto maior for a umidade inicial do solo, menor a velocidade de infiltração inicial e mais rápido é alcançada a velocidade constante (SCOTT, 2001).
Além disso, para um solo inicialmente mais seco maior será a quantidade de água necessária para preencher todos os poros e mais tempo será necessário para alcançar a velocidade constante. Isto irá influenciar também na profundidade alcançada pela frente de saturação, sendo que para um mesmo valor de volume de água acumulada e um mesmo espaço de tempo, um perfil de solo com umidade inicial mais alta, irá apresentar profundidade de saturação maior do que um perfil de solo com umidade inicial baixa. Um exemplo desta influencia pode ser visto na FIGURA 2.22 que apresenta a configuração de dois perfis de umidade obtidos por FREYBERG
Zs Zg Zs Zg 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 pr of un di da de (c m ) umidade volumétrica, θ θi = 0.439 Z/Zs = 0.20 θi = 0.235 Z/Zs = 0.29 Tempo=88,5 min H = 100 cm
Figura 2.22: Perfis de umidade obtidos para duas situações de umidade inicial diferentes. a) umidade inicial de 43,9% e b) umidade inicial de 23,5%. (adaptado de FREYBERG et al., 1980)
e) A declividade do terreno
A declividade do terreno irá influenciar sobretudo na quantidade de água disponível na superfície do terreno para ser infiltrada pelo solo e não a velocidade de infiltração propriamente dita.
Em terrenos com declividade alta a água precipitada tende a escoar mais rapidamente, diminuindo o tempo de contato entre a água e a superfície do terreno e conseqüentemente a sua disponibilidade para ser infiltrada. Por outro lado, nas declividades mais baixas o escoamento superficial é retardado, contribuindo para a infiltração da água no solo. Isto também ira influenciar na profundidade alcançada pela frente de saturação e no tempo necessário para ocorrer a saturação, como pode ser observado na FIGURA 2.2 3 que mostra a profundidade alcançada pela frente de saturação em diferentes situações de declividade.
0.1 0.2 0 20 40 60 80 0.3 0 de declividadeo 0 20 40 60 80 0.1 0.2 0.3 30 de declividadeo 0 20 40 60 80 0.1 0.2 0.3 60 de declividadeo umidade inicial 0.01 cm cm3 . - 3 intensidade 20 mm.m-1 Umidade volumétrica cm cm3 . - 3 p ro fu n d id ad e (c m )
Figura 2.23: Perfis de umidade para diferentes situações de declividade. (adaptado de Miyazaki, 1993)