Explique a diferença entre ensaio de permeabilidade de carga constante e variável.
Passo 1
Beleza, o enunciado quer que a gente explique direitinho a diferença entre dois tipos de ensaios de permeabilidade de solos: o de carga constante e o de carga variável.
Conteúdo: mecânica dos solos (geotecnia), e mais especificamente fluxo de água em meios porosos.
O que vamos precisar:
Conteúdo: mecânica dos solos (geotecnia), e mais especificamente fluxo de água em meios porosos.
O que vamos precisar:
- Lei de Darcy (Q = k·i·A)
- Noção de ensaio em regime permanente (steady) e em regime transiente (transiente)
- Fórmulas básicas de cada ensaio
Passo 2
Ensaio de carga constante (constant head)
- Aqui a ideia é manter sempre a mesma diferença de nível de água (Δh) aplicada ao amostra de solo durante todo o ensaio.
- Em regime permanente (= depois que o fluxo se estabiliza), mede-se a vazão Q que atravessa a amostra.
- A partir daí, usamos a Lei de Darcy:
em que
- Q é a vazão (m³/s)
- k é o coeficiente de permeabilidade (m/s)
- i = \tfrac{\Delta h}{L} é o gradiente hidráulico (sem dimensão)
- A é a área da seção transversal (m²)
4. Isolando k:
- É um ensaio steady-state: usa-se para solos de permeabilidade média a alta (areia grossa, brita etc.), pois você precisa de um fluxo bem visível.
Passo 3
Ensaio de carga variável (falling head)
- Aqui, em vez de manter Δh fixa, deixamos o nível de água cair (ou subir) livremente num tubo de seção A_t conectado à amostra.
- A condição varia com o tempo (regime transiente). A cada instante t medimos a altura de água h(t).
- A derivação (usando Darcy e integração) leva à fórmula:
onde
- A_t é a área do tubo de ensaio (m²)
- A é a área da amostra (m²)
- L é o comprimento da amostra (m)
- h₀ é a altura inicial de água
- h_t é a altura em tempo t
4. Esse ensaio é ideal para solos de baixa permeabilidade (silte, argila fina), pois mesmo fluxos pequenos podem ser detectados pela queda de nível no tubo.
Passo 4
Principais diferenças e quando usar
- Regime:
- Carga constante → regime permanente (steady)
- Carga variável → regime transiente
- Equipamento e procedimento:
- Constante → reservatórios com nível fixo, fluxômetro para medir Q direto
- Variável → tubo de queda livre, cronômetro para registrar h(t)
- Faixa de aplicação:
- Constante → k médio a alto (>10⁻⁴ m/s)
- Variável → k baixo (<10⁻⁴ m/s)
- Cálculo:
- Constante → simples: k = Q·L/(A·Δh)
- Variável → envolve logaritmo: k = (A_t L)/(A t)·ln(h₀/h_t)
Resposta
Em resumo, o ensaio de carga constante mantém sempre a mesma diferença de nível de água e mede a vazão estável para calcular k; já o de carga variável deixa o nível de água oscilar no tempo, registra h(t) e usa uma fórmula logarítmica para obter k. O primeiro é indicado para solos mais permeáveis, o segundo para solos menos permeáveis.