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Capítulo 13
Modelos teóricos de infiltração em meios
porosos: equação de Richards e suas
aplicações
1 Introdução
André Luís Brasil Cavalcante
Luan Carlos de Sena Monteiro Ozelim
Pushpa Narayan Rathie
Prabhata Kumar Swamee
O pleno entendimento do fluxo de fluidos em meios porosos é um dos maiores desafios
da atual ciência do solo. Em um primeiro momento, o fluido de maior interesse era a água.
Há cerca de um século, Lorenzo A. Richards consolidou os esforços de gerações anteriores
de estudiosos do solo – notavelmente Franklin H. King, Charles S. Slichter, Lyman J. Briggs,
Edgar Buckingham, Willard Gardner e W.B. Haines – ao propor uma teoria macroscópica que
descrevia o movimento de água em solos não saturados (RAATS, 2001). A teoria de Richards
encontra respaldo em vários ramos da mecânica do contínuo ao combinar o mais simples balanço
de massa, expresso por meio da equação da continuidade, com o balanço de momento,
expresso pela lei de Darcy (RAATS, 2001).
Pode-se dizer que, para a engenharia contemporânea, ainda que a aplicabilidade e robustez
de modelos numéricos tenham se expandido e consolidado, a busca por soluções analíticas
da equação de Richards continua em voga, haja vista que a validação é uma etapa imprescindível
na avaliação de rotinas numéricas. Por outro lado, fenômenos complexos, como fluxo
multifásico, têm intrigado cientistas, levando-os a buscar novas soluções da referida equação.
Particularmente, o processo de infiltração recebeu grande atenção nos últimos anos,
principalmente devido à necessidade de se avaliar a conservação do solo, prever enchentes
e projetar sistemas de irrigação e drenagem. Além disso, sabe-se que, ao se potencializar o
processo de infiltração, uma melhora significativa em relação à ocorrência de erosão e recarga
dos aquíferos é alcançada (Cecílio et al., 2007).
Com o mesmo efeito sobre outros processos que ocorrem no solo, tanto a anisotropia
quanto a heterogeneidade da matriz porosa tornam o processo de infiltração real sobremaneira
complexo. Observa-se, por outro lado, que pesquisadores têm proposto uma grande
variedade de modelos cujos resultados mostram grande correspondência com a realidade.
A necessidade de desenvolvimento de métodos experimentais mais precisos acompanhou
a criação dos referidos modelos. Há cerca de trinta e cinco anos, já estavam disponíveis
métodos variados para aferição de parâmetros de entrada como teor volumétrico de água e
potencial hidráulico (RAATS, 2001).
O teor volumétrico era medido não apenas gravimetricamente, mas também por meio
de métodos fundamentados no espalhamento de nêutrons e absorção de raios gama. De ma-