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:
  • 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)
  1. Aqui a ideia é manter sempre a mesma diferença de nível de água (Δh) aplicada ao amostra de solo durante todo o ensaio.
  2. Em regime permanente (= depois que o fluxo se estabiliza), mede-se a vazão Q que atravessa a amostra.
  3. A partir daí, usamos a Lei de Darcy: Q = k , i , A
    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:
    k = Qi,A = Q,LA,De
  4. 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)
  1. 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.
  2. A condição varia com o tempo (regime transiente). A cada instante t medimos a altura de água h(t).
  3. A derivação (usando Darcy e integração) leva à fórmula: k = At,LA,t,ln!gl(h0htgr)
    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
  1. Regime:
    • Carga constante → regime permanente (steady)
    • Carga variável → regime transiente
  2. Equipamento e procedimento:
    • Constante → reservatórios com nível fixo, fluxômetro para medir Q direto
    • Variável → tubo de queda livre, cronômetro para registrar h(t)
  3. Faixa de aplicação:
    • Constante → k médio a alto (>10⁻⁴ m/s)
    • Variável → k baixo (<10⁻⁴ m/s)
  4. 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.

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