Para solos permeáveis como areias, qual ensaio de laboratório é indicado para determinar k ?
a) Permeâmetro de Nível Variável
b) Permeâmetro de Nível Constante
c) Ensaio de Bombeamento
d) Ensaio de Tubo Aberto

Passo 1

O enunciado pergunta qual ensaio de laboratório é indicado para determinar o coeficiente de permeabilidade k em solos permeáveis como areias. As alternativas dadas são:
a) Permeâmetro de Nível Variável
b) Permeâmetro de Nível Constante
c) Ensaio de Bombeamento
d) Ensaio de Tubo Aberto

Passo 2

Primeiro, o que é o coeficiente de permeabilidade k e como ele aparece nas leis básicas?
  • O coeficiente de permeabilidade k mede a facilidade com que a água atravessa um solo. Unidades típicas: \text{m/s}.
  • A lei básica que usamos é a Lei de Darcy, que para fluxo unidimensional em regime permanente se escreve como
Q = k\,A\,i,
onde:
  • Q é a vazão volumétrica (m³/s),
  • k é o coeficiente de permeabilidade (m/s),
  • A é a área de seção transversal do permeâmetro (m²),
  • i é o gradiente hidráulico (adimensional), normalmente i=\dfrac{h}{L} com h diferença de carga hidráulica e L comprimento do espécime (m).
Explicando: Darcy diz que a vazão é proporcional ao produto da área, da permeabilidade e do gradiente. Para encontrar k a partir de uma medição de Q rearranjamos a expressão.

Passo 3

Descrição do Permeâmetro de Nível Constante (teste recomendado para areias) e fórmula usada.
  • No ensaio de nível constante (constant head) mantém-se uma diferença de carga hidráulica h constante entre entrada e saída do espécime e mede-se a vazão Q em regime permanente. Isso é fácil de obter para solos com fluxo relativamente grande (areias).
  • A fórmula prática usada no ensaio em coluna é
k = \frac{Q\,L}{A\,h},
onde:
  • L é o comprimento do espécime (m),
  • os demais símbolos já foram definidos no passo anterior.
Por que é indicado para areias? Porque areias têm k relativamente alto, produzindo vazões mensuráveis com uma pequena diferença de carga; manter o nível constante é simples e o ensaio é rápido.

Passo 4

Descrição do Permeâmetro de Nível Variável (falling head) e quando usar.
  • No ensaio de nível variável não se mantém h constante: usa-se um tubo de captação (standpipe) ligado ao espécime; o nível no tubo cai com o tempo e registra-se a variação de carga com o tempo. A equação típica é
k = \frac{a\,L}{A\,t}\ln\!\left(\frac{h_1}{h_2}\right),
onde:
  • a é a área interna do tubo de ensaio (m²),
  • A é a área do espécime (m²),
  • t é o intervalo de tempo entre as leituras (s),
  • h_1 e h_2 são as alturas iniciais e finais no tubo (m),
  • L é o comprimento do espécime (m).
Explicando por que se usa para solos menos permeáveis: quando k é muito baixo (ex.: siltes finos, argilas), a vazão em nível constante seria muito pequena e demorada de medir. No nível variável, a queda no tubo concentra a leitura e permite estimar k com maior sensibilidade.

Passo 5

Por que descartar as outras alternativas para areias:
  • c) Ensaio de Bombeamento: é um ensaio de campo (escala de aquífero) usado para caracterizar condutividade hidráulica em escala grande; não é o ensaio laboratorial usual para um espécime de areia no laboratório da geotecnia.
  • d) Ensaio de Tubo Aberto: não é um procedimento padrão de laboratório para determinar k de um espécime de solo; pode referir-se a ensaios específicos de superfície ou canais, mas não é a escolha convencional para areias em laboratório.

Passo 6

Resumo prático para a prova (mnemônico rápido): “Constante = coarser (areias/gravéis), Variável = finer (siltes/argilas)”. Ou seja, se o solo é permeável (areia), pense primeiro em Permeâmetro de Nível Constante porque produz vazões facilmente mensuráveis e cálculo direto de k.

Resposta

b) Permeâmetro de Nível Constante

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