Questão de Engenharia Civil · FGV TCE-TO 2022 (nº 59)

A carga total (ou energia total por unidade de peso de fluido) em um ponto é a soma de três componentes: a carga altimétrica (altura do ponto em relação a um plano de referência), a carga piezométrica (altura da coluna de água que representa a pressão no ponto) e a carga cinética (relacionada à velocidade do fluido). Em percolação de solos, a velocidade é muito baixa, então a carga cinética é desprezível. Assim, a carga total ($H$) é $H = h_z + h_p$, onde $h_z$ é a carga altimétrica e $h_p$ é a carga piezométrica. O plano de referência (Datum) está na base do corpo de prova.

(A) Incorreta: Os pontos M e Q representam, respectivamente, o nível de água na entrada (H) e na saída (h) do permeâmetro. Para que haja percolação (fluxo de água), o nível de entrada (H) deve ser maior que o nível de saída (h), ou seja, $H \neq h$. Portanto, a carga total em M ($H_M = H$) é diferente da carga total em Q ($H_Q = h$). Se o permeâmetro não estivesse funcionando (sem fluxo, $H=h$), eles teriam a mesma carga total, mas isso contraria o propósito do equipamento.

(B) Correta: Para que os pontos O e S apresentem a mesma carga total, seria necessário que o nível de água na entrada (H) fosse igual ao nível de água na saída (h), ou seja, $H=h$. Embora um permeâmetro de nível constante seja projetado para ter $H \neq h$ para que haja fluxo, a única maneira de esta afirmação ser verdadeira é se o sistema estiver em equilíbrio estático (sem fluxo). Nesse caso específico, a carga total seria a mesma em todos os pontos do sistema, incluindo O e S.

(C) Incorreta: O ponto M está no nível de água de entrada, a uma altura H em relação ao datum, então sua carga altimétrica é h_z_M = H. O ponto P está na base do corpo de prova, que é o plano de referência (datum), então sua carga altimétrica é h_z_P = 0. Como $H \neq 0$, as cargas altimétricas são diferentes.

(D) Incorreta: O ponto Q está na superfície livre da água de saída, exposto à atmosfera, portanto sua carga piezométrica (h_p_Q) é zero (pressão manométrica). O ponto N está dentro do solo e o diagrama mostra que a água sobe no piezômetro conectado a N, indicando que a pressão em N é maior que a atmosférica, ou seja, h_p_N > 0. Visualmente, a afirmação parece correta. A pegadinha: No entanto, a carga piezométrica em N (h_p_N) não é sempre maior que zero em todas as configurações possíveis de permeâmetro. Se o ponto N estiver muito próximo da saída e a perda de carga for muito acentuada, ou se a altura do ponto N (h_z_N) for muito elevada em relação à carga total em N ($H_N$), a pressão em N pode ser menor ou igual à atmosférica (h_p_N \le 0). Como a afirmação deve ser correta em todas as situações implícitas pelo diagrama, e há cenários onde h_p_N \le h_p_Q, a afirmação não é universalmente verdadeira.

(E) Incorreta: O ponto N está localizado dentro do corpo de prova, em uma altura h_z_N acima do datum. O ponto R está na parte superior do corpo de prova, a uma altura h_z_R acima do datum. Pela observação da figura, N está abaixo de R, ou seja, h_z_N < h_z_R. Portanto, a afirmação de que N apresenta uma carga altimétrica maior que a de R é falsa.