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Capítulo 15
Análise numérica de processos de infiltração
em mesoescala
Raul Durand
Márcio Muniz de Farias
José Camapum de Carvalho
1 Introdução
O estudo e a previsão da infiltração no solo são importantes na destinação de águas
pluviais em centros urbanos, bem como na redução de vazões de pico e no estudo de plumas
de contaminação. No estudo, é importante considerar a capacidade de infiltração do material.
Frequentemente, os volumes de infiltração são avaliados utilizando métodos semianalíticos
e/ou empíricos (JONASSON, 1984; Leeflang et al., 1998; Urbonas e STAhre, 1993)
e em alguns casos por meio de métodos numéricos, como o Método dos Elementos Finitos
- MEF (Zimmer et al., 1999; Duchene et al., 1994). Também podem ser considerados
modelos analíticos, como os de Corradini et al. (2004) e Browne et al. (2008), baseados na
equação de Richards (1931).
Todas as abordagens anteriormente citadas analisam o fluxo considerando o solo como
um meio contínuo, utilizando parâmetros como a permeabilidade e o coeficiente de escoamento
do material. Esses métodos são baseados em observações macroscópicas. As variáveis
utilizadas em nível macroscópico usualmente são a pressão e a velocidade de fluxo, as quais
são relacionadas por meio de propriedades do solo como a permeabilidade. A mecânica dos
solos não saturados adiciona a variável de sucção para levar em conta o fluxo multifásico no
meio poroso. Entretanto, esses modelos macroscópicos não levam em consideração a física
microscópica envolvida no fluxo no interior dos vazios do solo, como a existência de capilaridade
e de tensão superficial, fenômenos que podem estabelecer caminhos preferenciais
para o fluxo em um meio essencialmente heterogêneo. Eles também não levam em conta a
distribuição de poros, a qual assume grande importância nos solos profundamente intemperizados.
Atualmente, existem métodos numéricos que permitem a simulação de fluxo em escala
de grãos (mesoescala) como o Método Lattice Gas Automata (LGA, em inglês) e o Método
Lattice-Boltzmann (MLB), os quais vêm evoluindo recentemente com aplicações para o estudo
de fluxo em meios porosos (Wolf e Philipi, 2003; Santos et al., 2005; PICO et al.,
2005; Wolf et al., 2008; NABOVATI e Sousa, 2007). O objetivo da simulação da infiltração
por meio de modelos em mesoescala não é analisar o fluxo microscópico em domínios de
escala real, mas estudar o efeito dos fenômenos existentes em pequena escala no comportamento
macroscópico de forma que possam ser associadas características intrínsecas do meio