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Análise numérica de processos de infiltração em mesoescala 289
para o fluxo, reduzindo a velocidade e aumentando o tempo de infiltração. Cabe destacar, no
entanto, que o arranjo estrutural trabalha acoplado ao índice de vazios na definição da capacidade
de infiltração.
Nas análises numéricas de infiltração em mesoescala, é necessário definir inicialmente o
arranjo de partículas que caracteriza a “geometria” do domínio, ou seja, o meio poroso. Essa
geometria pode ser obtida com o processamento digital de microfotografias do solo (Menzel
et al., 1998) ou com o uso de procedimentos numéricos que geram artificialmente geometrias
que representam o meio poroso sem que entre em detalhes sobre a microporosidade interna a
agregados de solos tropicais profundamente intemperizados. A forma mais fácil de geração artificial,
embora simplificada, é dada pela disposição de figuras geométricas, por exemplo, pelo
posicionamento de círculos de maneira sistemática com tamanhos e espaçamentos predefinidos
visando obter uma determinada porosidade e nível de tortuosidade (SUKOP e Or, 2003;
PICO et al., 2005). A geração artificial pode também ser realizada utilizando meios mais sofisticados,
como a teoria dos fractais (Perrier et al., 1999; RAPPOLDT e CRAWFORD, 1999;
Wu et al., 2004), em que um dos objetivos principais é atingir um valor de porosidade ou índice
de vazios preestabelecido. A Figura 1 mostra três tipos de geometria obtidos artificialmente,
sendo os dois primeiros obtidos pela utilização de fractais e o último por meio da disposição
regular de círculos. Observa-se nas três figuras que o nível de detalhe é macroestrutural.
Figura 1. Geometrias de meios porosos gerados artificialmente: a) Rappoldt e Crawford (1999); b) Wu
et al. (2004); c) Sukop e Or (2003).
A quantidade de água infiltrada depende da água disponível para infiltrar, da natureza
do solo, do estado da superfície, da umidade do solo, da forma, do tamanho e da distribuição
dos poros, etc. De acordo com Brandão et al. (2006), enquanto existe aporte de água, o perfil
de umidade do solo tende à saturação, sendo a camada superficial a primeira a saturar. Quando
o aporte de água na superfície cessa e deixa de haver infiltração, a umidade no interior
do solo se redistribui, evoluindo para um perfil de umidade inverso, com menores teores de
umidade nas camadas superficiais e maiores nas camadas mais profundas. Ocorre, nessa redistribuição
de umidade, um balanço entre a energia gravitacional atuante na água e a energia
de sucção ou capilaridade atuante no solo.
À medida que diminui o teor de umidade (ou o grau de saturação), o ar tende a ocupar
os poros previamente ocupados pela água. De acordo com Philip (1969, apud Jucá, 1993),
isso conduz a uma rápida diminuição da secção disponível para o fluxo de água, pois o ar
tende a ocupar os poros de maior tamanho. Esse fato faz com que a água flua pelos poros de
menor tamanho, incrementando a tortuosidade do fluxo. Isso explicaria, parcialmente, a rápida
diminuição da permeabilidade com o aumento da sucção; mas, em análise mais refinada,