4. RESULTADOS E ANÁLISES
4.5. NORMALIZAÇÃO DAS PROFUNDIDADES ATINGIDAS
A comparação de diferentes execuções da técnica é possível através da normalização dos resultados. Os trabalhos de Ménard (1975) já indicavam que a energia de queda é um dos parâmetros que controla a profundidade de influência de tratamento, logo a normalização em função da energia constitui uma análise interessante para os dados obtidos na avaliação da profundidade da cratera produzida. De maneira empírica é possível inferir que quanto maior a energia, maior será a profundidade de melhoria e maior deve ser a penetração do peso de queda no solo. Mayne et al. (1984) realizaram um estudo com diversos casos de aplicação da técnica, observando limites superior e inferior para o afundamento da cratera normalizados em relação à energia de queda.
A Figura 4.16 apresenta os resultados de afundamento da cratera normalizados em relação à raiz quadrada da energia. De fato, ao se normalizarem os dados, observa-se uma tendência de aproximação das curvas, indicando que existe uma relação entre a profundidade da cratera e a energia de queda. Houve praticamente uma coincidência entre as curvas correspondentes às quedas de 3,0 m e de 6,0 m preparada para o ensaio de placa. A curva que apresentou o comportamento mais distinto corresponde à queda de 12,0, mas ainda sim os dados se encaixam numa pequena faixa de variação. Os dados obtidos permitem determinar o número ótimo de golpes para uma determinada altura de queda, considerando a massa de 5,5 toneladas.
Com os dados da profundidade da cratera normalizada é possível obter a equação de regressão que relaciona com o número de golpes, conforme a Figura 4.17. O coeficiente de correlação de R² de 0,92 indica a energia e número de golpes são grandezas que estão bem relacionadas à profundidade da cratera.
Figura 4.16: Profundidade da cratera normalizada em relação à raiz quadrada da energia
A normalização dos resultados também permite comparar o sistema de queda livre com a queda com cabo. A Figura 4.18 apresenta os mesmos da Figura 4.16, adicionando as informações correspondentes às quedas com o sistema de cabo (Rizzon, 2016), considerando uma perda de 20% da energia potencial gravitacional durante a queda pelo atrito com os cabos, que representa a eficiência do sistema de queda para os guindastes tradicionais é da ordem de 80% (LUKAS, 1995). A comparação das curvas identifica que os resultados obtidos pelo sistema de queda livre e com cabo são bastante distintos, a convergência que se observa no sistema com queda livre não ocorre para o cabo. Os resultados indicam de maneira geral que o sistema de queda livre necessita uma quantidade menor de golpes para atingir a mesma profundidade da cratera. Além disso, a perda de energia no sistema com cabos é superior à indicação da literatura de 20%, possivelmente por se tratar de alturas de queda mais baixas quando comparadas à pratica internacional.
Figura 4.18: Profundidade da cratera normalizada em relação à raiz quadrada da energia
Além de analisar a profundidade da cratera, outros pesquisadores, como Hamidi (2014), apontam que a medição da profundidade da cratera em si não é indicativa direta de que o processo foi eficiente, sendo o volume da cratera a grandeza que melhor representaria esse processo. É importante observar, entretanto, que esse tipo de comportamento é
esperado, sobretudo para areias, pois durante a execução do processo de compactação parte do solo das camadas mais superiores, ao perder o confinamento fruto do deslocamento da massa de solo causada pela compactação, cai para dento da cratera. No caso do solo coesivo friccional de Passo Fundo, como o formato da cratera é de um cilindro praticamente perfeito, o volume da cratera é uma representação indireta da profundidade.
A Figura 4.19 apresenta o volume total da cratera em função da energia total acumulada, considerando as perdas no sistema de queda com cabos. Os dados referentes à queda livre indicam uma boa aproximação de dados, há praticamente uma coincidência das diferentes curvas, indicando que a energia dispendida para produzir um determinado volume de cratera é próxima, ainda que se considerem diferentes alturas de queda.
Figura 4.19: Volume da cratera em função da energia de queda acumulada
Para a queda com o sistema de cabo, os dados referentes ao mesmo peso de queda, identificados pelas curvas P4 e P5, correspondem a uma concordância praticamente perfeita, sendo possível estimar o volume da cratera em função da energia que se pretende aplicar. Entretanto, a massa de 5,5 toneladas não se aproximou das duas outras curvas, o que permite inferir que não só a energia controla o resultado, mas também a massa
adotada na queda. Nas quedas do sistema sem atrito foi adotada apenas a massa de 5,5 toneladas, restringindo a análise sob essa perspectiva.
A Figura 4.19 também permite comparar o comportamento das quedas livre e com cabo. É possível observar que a quantidade de energia necessária para produzir um determinado volume de cratera e, consequentemente, uma determinada profundidade, no sistema com cabo de queda é substancialmente superior. A comparação direta entre as curvas correspondentes à queda de 3,0 m de altura com a massa de 5,5 toneladas, considerando a quantidade de energia necessária para produzir uma cratera de 1,50 m³, leva a valores da ordem de 120 tonf m (1,17 MJ) e de 500 tonf m (4,91 MJ) para o sistema de queda livre e de queda com cabo, respectivamente. Dessa relação é possível inferir que a utilização do peso combinado de 10,0 toneladas com o sistema de queda livre poderia causar afundamentos substancialmente superiores para alturas de queda elevadas.
A análise da profundidade da cratera também pode ser explorada considerando o momento linear da massa durante a queda. Oshima e Takada (1994) destacam que a desaceleração máxima a qual o corpo é submetido durante o momento de impacto com o solo é proporcional à velocidade no momento do contato, ou seja, é proporcional à quantidade de movimento. A partir dessas informações verificaram que a penetração do peso é proporcional à raiz quadrada do número de golpes aplicados, para uma determinada altura de queda.
A mesma observação já havia sido descrita por Mikasa et al. (1988) e também foi adotada por Mostafa e Liang (2011) em simulações numéricas da compactação dinâmica em solos coesivos, nas quais foram obtidos resultados coerentes.
A Figura 4.20 apresenta a profundidade da cratera em função da raiz quadrada do número de golpes. A regressão linear aponta coerência na tendência de comportamento, foram consideradas apenas as quedas de 3,0 m e 6,0 devido ao maior número de golpes, mas a aproximação linear também ocorre para as demais configurações de queda. A partir dos resultados é possível prever a profundidade a ser obtida.
Figura 4.20: Avaliação da profundidade da cratera em função da raiz quadrada do número de golpes
Ao se analisar a quantidade de movimento acumulada em função do volume da cratera, Figura 4.21, é possível observar um comportamento semelhante ao da Figura 4.19 tendo em vista que a energia, assim como a quantidade de movimento, está diretamente relacionada à altura de queda, já que os demais fatores permanecem inalterados. Uma avaliação mais precisa do comportamento seria possível caso fossem utilizadas outras configurações de queda – massas e áreas de contato diferentes.