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Capítulo 14
Modelagem do fluxo de água e ar em solos
não saturados
1 Introdução
Gilson de Farias Neves Gitirana Jr.
Eufrosina Terezinha Leão Carvalho
Breno Breseghelo do Nascimento
Manoel Porfírio Cordão Neto
A análise de fluxo de água em solos não saturados é fundamental para o entendimento
de mecanismos de infiltração, para o desempenho de estruturas de infiltração e para o projeto
de tais sistemas. O processo de infiltração pode ser compreendido e modelado utilizando os
conceitos de mecânica do contínuo e as propriedades de solos não saturados que estabelecem
suas características de armazenamento e de percolação de água. Além do fluxo de água, outro
mecanismo de fluxo relevante é o fluxo de ar. O ar e a água do solo possuem características
tanto de imiscibilidade quanto de miscibilidade. A água pode ser encontrada no ar do poro do
solo na forma de vapor. Ao mesmo tempo, a grande parcela da água, que ocupa os vazios do
solo, compete por espaço com o ar livre. As pressões relativas de ambas as fases acabam por
interferir no fluxo e no volume armazenado.
Este capítulo apresenta a abordagem teórica para a análise dos mecanismos de fluxo citados.
Serão apresentadas as equações fundamentais no sistema de coordenadas cartesianas e
cilíndricas, uma vez que diferentes estruturas de infiltração podem se beneficiar de ambos os
sistemas. Os principais mecanismos de fluxo serão considerados. Em seguida, será apresentada
uma breve descrição das propriedades de fluxo e armazenamento do solo e das formas de
representação geralmente adotadas. Finalmente, será apresentada uma discussão a respeito da
interação entre o fluxo de ar e água no solo.
2 Formulação do fluxo de água e ar
A modelagem do fluxo em solos não saturados se baseia em hipóteses fundamentais
adotadas no desenvolvimento teórico, no estabelecimento de variáveis de estado adequadas e
na adoção de leis fundamentais de conservação de massa. As formulações aqui apresentadas
são baseadas na descrição das fases do solo utilizando a mecânica do contínuo. Várias outras
hipóteses simplificadoras serão adotadas e apresentadas no decorrer do capítulo.
Uma hipótese simplificadora frequentemente adotada corresponde à consideração da fase
ar como estando em permanente contato com a atmosfera, ou seja, os gradientes de pressão de
ar são considerados desprezíveis. Tal hipótese, entretanto, não é considerada aqui, uma vez que
a interação entre o fluxo de ar e água pode ter papel importante nos processos de infiltração.