Ensaios de penetração

Os equipamentos utilizados nos ensaios de penetração em laboratório foram os mesmos utilizados por Mezzomo (2009), Stracke (2012), Jung (2012), Passini (2015) e Lourenço (2016), com algumas adaptações. A Figura 3.2 representa um esquema destes equipamentos.

Figura 3.2: Esquema dos equipamentos utilizados para os ensaios de hidrojateamento em laboratório.

Para garantir o contínuo abastecimento de água durante os ensaios foi utilizado um reservatório de água com capacidade para 100 litros. A tomada de água é feita pela lateral do reservatório através de uma tubulação de PVC com diâmetro externo de 25 mm. Além do reservatório, foram utilizadas tubulações de PVC, válvulas e conexões de 20 mm e uma mangueira flexível de 1/2”. A moto-bomba centrífuga utilizada é da marca Franklin Eletric Ind, modelo BC-92S 1B. Este modelo possui um rotor fechado de alumínio com 127 mm, com corpo e suporte em ferro fundido, com palhetas periféricas radiais. A entrada da tubulação de sucção é horizontal e a saída do recalque é vertical. Esta moto-bomba está associada a um inversor de frequência. Este inversor permitiu que pudessem ser utilizadas frequências de 0 a 60 Hz. O inversor de frequência utilizado é da marca LS Industrial Systems Starvert, modelo SV0151C5. Este modelo tem entrada de tensão monofásica de 220 V e saída para o motor trifásica 220/380 V. Este equipamento foi instalado entre a fonte de energia elétrica e a moto-bomba centrífuga. Neste sistema também foi incorporado um medidor de

de água. O sistema de aquisição de dados utilizado é o Novus Field Logger 512 K, com oito canais analógicos e oito canais digitais. O software que permitiu operar o sistema foi o Field Chart Novus.

Foram também utilizadas hastes de aço-carbono como modelo de estaca torpedo sem aletas (Figura 3.3). Essas hastes foram submetidas a tratamento superficial de galvanização para evitar a corrosão, têm 1050 mm de comprimento e 20 mm de espessura da parede. Em uma das extremidades dessas hastes foi colocado uma rosca macho, na qual era conectado um adaptador para a ligação de uma mangueira flexível para a entrada de água. O adaptador utilizado é composto por uma peça de bronze denominada niple, com rosca macho, e um joelho de ferro fundido, com rosca fêmea. Na outra extremidade foram coladas ponteiras com diferentes tamanhos de furo, de forma a permitir diferentes diâmetros do jato de água. Para ensaios com massa superior à massa da haste suspensa no ar foram anexadas hastes prolongadores, de forma a garantir o valor projetado. Para facilitar a identificação da penetração durante os ensaios, os modelos de estaca torpedo foram marcados de 0,01 em 0,01 m ao longo do comprimento. A rugosidade superficial destas hastes foi testada por Passini (2015) através de ensaios com laser, em 10 pontos escolhidos ao longo do fuste. O valor de rugosidade máxima (Rmáx) foi de 75,821 m e a rugosidade média de 8,799 m.

Escala 1:67

de= 16 mm

Escala 1:76

de= 14 mm

Figura 3.3: Hastes metálicas utilizadas para simular estacas torpedo sem aletas.

Para a realização dos ensaios de hidrojateamento o sistema de mangueira e contrapeso era conectado a haste e esta era posicionada sobre o solo. Nos tanques menores o sistema era instalado lateralmente ao tanque, enquanto no tanque grande o sistema era instalado sobre o mesmo. A Figura 3.4 ilustra o processo de calibração do contrapeso, ou seja, da determinação

das massas que precisavam ser inseridas no sistema para que a massa ao ar das hastes fosse a estipulada pelas regras de similaridade adotadas.

Modelo de estaca torpedo Balança para calibração dos contrapesos Roldanas Sobrepesos

Figura 3.4: Detalhe do sistema de calibração contrapeso.

Protegendo o solo para não haver hidrojateamento, dava-se início à circulação de água no sistema, ajustando a vazão para a condição de ensaio. Após a estabilização da vazão no valor adequado, descia-se a haste até quase encostar o solo, ainda protegendo para que não houvesse hidrojateamento. Nesta posição, com a haste ainda suspensa, o sistema era liberado para a penetração. O tempo entre o início e o fim do processo penetração foi monitorado em todos os ensaios. O tempo de espera entre ensaios foi de, no mínimo, cinco minutos. Alguns ensaios preliminares realizados com vazões elevadas foram perdidos em função do desacoplamento da mangueira à haste. Por isso, para vazões maiores que 2 L/min optou-se por prender a mangueira à haste com o auxílio de uma braçadeira.

Para a realização dos ensaios com sobrecarga foram utilizadas duas placas de aço inoxidável de 15 kg, com dimensões de 400 mm  400 mm  30 mm. Estas placas contém 6 furos de 40 mm de diâmetro, os quais permitem a realização dos ensaios de penetração. As placas estão representadas na Figura 3.5. Nos ensaios com solo submetido à sobrecarga, para impedir que o solo extravasasse dos furos, foi colocada um material geossintético entre o solo e a placa.

penetração no solo do modelo de estaca torpedo. Durante o período de adensamento foram inseridos tampões nos furos das placas, de forma a garantir que a tensão fosse aplicada de forma homogênea em toda a superfície do solo. Entretanto, para o corte do geossintético e realização do ensaio, foi necessário tirar o tampão correspondente ao furo que seria ensaiado. O tampão foi recolocado logo após a realização do ensaio. É sabido que este procedimento causa um alívio localizado de tensões no solo, no momento do ensaio. Entretanto, este alívio foi desconsiderado na interpretação dos resultados. Assume-se que o coeficiente de adensamento do solo ensaiado é tão baixo que neste período não há tempo suficiente para a dissipação de excesso de poropressão entre a retirada do tampão e realização do ensaio.

Figura 3.5: Placas de aço inoxidável utilizadas para aplicar sobrecarga ao solo.

Para a realização de alguns ensaios complementares foi acoplado ao tanque menor um prolongador de cerca de 0,5 m de altura, o qual permitiu a realização de ensaios com lâmina de água de 0,45 m. A realização destes ensaios objetivou aferir a influência do peso submerso na interpretação dos resultados.