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
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
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
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
e como ele aparece nas leis básicas?
- O coeficiente de permeabilidade
mede a facilidade com que a água atravessa um solo. Unidades típicas: . - A lei básica que usamos é a Lei de Darcy, que para fluxo unidimensional em regime permanente se escreve como
onde:
-
é a vazão volumétrica (m³/s), -
é o coeficiente de permeabilidade (m/s), -
é a área de seção transversal do permeâmetro (m²), -
é o gradiente hidráulico (adimensional), normalmente com diferença de carga hidráulica e comprimento do espécime (m).
Explicando: Darcy diz que a vazão é proporcional ao produto da área, da permeabilidade e do gradiente. Para encontrar
a partir de uma medição de
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
constante entre entrada e saída do espécime e mede-se a vazão em regime permanente. Isso é fácil de obter para solos com fluxo relativamente grande (areias). - A fórmula prática usada no ensaio em coluna é
onde:
-
é o comprimento do espécime (m), - os demais símbolos já foram definidos no passo anterior.
Por que é indicado para areias? Porque areias têm
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
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
onde:
-
é a área interna do tubo de ensaio (m²), -
é a área do espécime (m²), -
é o intervalo de tempo entre as leituras (s), -
e são as alturas iniciais e finais no tubo (m), -
é o comprimento do espécime (m).
Explicando por que se usa para solos menos permeáveis: quando
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
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
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
.
Resposta
b) Permeâmetro de Nível Constante