RESUMO Simuladores de chuva (SC) são desenvolvidos para estudar processos de infiltração, geração de escoamento superficial e erosão. Vários projetos de SC estão disponíveis, mas atenção limitada é dada aos efeitos de escala do equipamento, condições iniciais e de fronteira no escoamento medido. Este artigo apresenta uma avaliação baseada em um modelo de SC usando uma solução de elementos finitos para a equação de Richard e uma nova condição de fronteira para a superfície do solo, desenvolvida para acomodar o comportamento não saturado do solo. Foram consideradas as propriedades hidráulicas de dois solos tropicais, com múltiplas combinações de conteúdo inicial de água, dimensões da amostra e ângulos de inclinação. Os exercícios numéricos indicam que solos com menores valores de entrada de ar exigem um estágio de equilíbrio para o estabelecimento de condições iniciais. Protocolos de ensaio com tempos de equilíbrio de 48 horas são recomendados. Foi demonstrado que o fluxo de umidade produzido pela gravidade, ao inclinar a amostra, tem o potencial de afetar as condições de superfície e, consequentemente, o escoamento superficial. Especificações de ensaio para minimizar esses efeitos são apresentados. O mecanismo de escoamento superficial no SC apresentou três estágios, todos com claro significado físico. No terceiro estágio pode ocorrer uma indesejável consequência do efeito do fundo impermeável do SC. Foi demonstrado que o estabelecimento da espessura mínima da amostra que evita efeitos de contorno tem grande importância para os resultados dos testes.
ABSTRACT Runoff apparatuses (RA) are developed to study infiltration, runoff generation, and erosion processes. Several RA designs are available, but limited attention has been given to the effects of the equipment scale, initial, and boundary conditions on measured runoff. This paper presents a model-based evaluation of RAs using a finite element solution for Richard’s equation and a novel ground surface boundary condition designed to accommodate unsaturated soil behavior. The hydraulic properties of two tropical soils were considered, with multiple combinations of initial water contents, specimen dimensions, and sloping angle. The numerical exercises indicate that soils with lower air-entry values require an equilibrium stage for the establishment of initial conditions. Testing protocols with equilibrium times of 48 hours are recommended. Moisture flow produced by gravity when sloping the specimen was shown to potentially affect surface conditions and, consequently, runoff. Testing specifications to minimize the effects of specimen sloping are presented. The runoff mechanism in an RA was shown to have up to three stages, all with clear physical meaning. The third stage is an undesirable consequence of the influence of the RA’s impervious bottom. The establishment of the minimum specimen thickness that prevents boundary effects was shown to have major importance to testing results.
