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Em ensaios de cone, normalmente são empregados sistemas automáticos de aquisição de dados, os quais, por meio de programas computacionais simples, permitem o gerenciamento do processo de aquisição e armazenamento das medidas in situ, pela interação entre um conversor

analógico/digital (datalogger) e um computador. Esses conversores podem ser especiais (comercializados pelas empresas que fornecem as ponteiras) ou industriais (sistemas convencionais de aquisição de dados comercializados por empresas de hardware). De uso industrial, o sistema analógico/digital normalmente se localiza na superfície, e a transmissão dos dados é efetuada através de cabos e de forma analógica. Modernamente, as ponteiras possuem um conversor analógico/digital instalado imediatamente acima da ponteira, que permite a transmissão dos dados no formato digital.

Em razão da diversidade de sistemas existentes, é conveniente agrupá-los pela forma de transmissão de dados, a saber: (a) sistemas que utilizam cabo elétrico como meio de transmissão dos dados; (b) sistemas que não utilizam cabo elétrico, denominados wireless; (c) sistemas nos quais os dados são armazenados na própria ponteira, em um cartão de memória, e posteriormente transferidos a um computador (memocon); e (e) sistemas híbridos, sem cabo, que permitem a transmissão de dados em tempo real por um sistema wireless, com armazenamento concomitante dos dados em um cartão de memória. Esse último sistema tem vantagens, pois, no caso de perda parcial do sinal ou de interferência de ruídos na transmissão, os dados completos são obtidos posteriormente à cravação.

Os sistemas que utilizam cabo na transmissão de dados podem ser tanto analógicos como digitais, e os demais necessitam obrigatoriamente da digitalização dos dados junto à ponteira. As ponteiras wireless utilizam comumente o sistema ótico e sonoro como elemento de transmissão. Existem críticas quanto à eficiência do sistema de transmissão sonoro em furos profundos (superiores a 30 m) e em solos nos quais o atrito das partículas junto à ponteira e às hastes gera níveis de ruído que interferem no ensaio. Por sua vez, o sistema que utiliza fibra ótica instalada no interior dos tubos e amplificadores possibilita a execução de furos profundos e não sofre interferência de ruído. A tendência atual é a conjugação do sistema wireless com armazenagem simultânea dos dados em cartão de memória, o que facilita e acelera a execução dos serviços de campo, sem perda de precisão nas medidas. A alimentação elétrica da ponteira pode ser efetuada por fonte localizada na superfície, através de cabo ou internamente à ponteira, com o uso de baterias e pilhas alojadas dentro da cavidade onde se localiza a parte eletrônica.

FIG. 3.6 Tipos de ponteira com distintas conformações de montagem das células de carga

As leituras do conjunto de informações obtidas pelo cone (qc, fs e u) devem ser efetuadas, no mínimo, a cada 200 mm (IRTP/ISSMFE, 1988a). Contudo, na prática, é consagrado o intervalo de leituras entre 20 mm e 50 mm, para melhor resolução das medidas.

3.1.3 Cones sísmicos

O ensaio de cone sísmico consiste basicamente na geração de uma onda de cisalhamento na superfície do solo, e sua captura e registro por meio de um sensor sísmico posicionado a uma determinada profundidade (Fig. 3.7). Para se ter um perfil contínuo, o ensaio geralmente é realizado a cada metro, coincidindo com a parada da cravação da ponteira do cone, necessária

para o acoplamento de um novo segmento de haste. A Fig. 3.7A mostra um esquema típico do funcionamento do cone sísmico e a Fig. 3.7B, a foto de um cone sísmico. Observa-se na foto o módulo sísmico, que deve ser acoplado imediatamente na parte traseira do cone, com um diâmetro sobre diâmetro. Esse sobrediâmetro tem por objetivo garantir o contato do solo com o módulo sísmico e, consequentemente, com o sensor sísmico, que pode ser um geofone ou um acelerômetro.

FIG. 3.7 Cone sísmico

A determinação do módulo cisalhante é feita por meio da teoria da elasticidade,​ medindo-se os tempos de chegada da onda de cisalhamento em cada sensor e calculando-se a velocidade do percurso da onda entre os dois sensores, conforme detalhado adiante.

O ensaio possibilita estimar a resistência ao cisalhamento de materiais geotécnicos por meio da resistência à penetração, e as médias sísmicas permitem calcular o módulo cisalhante em pequenas deformações. A combinação de valores de resistência e deformabilidade expressa pela razão G0/qc representa uma alternativa à caracterização de geomateriais (p. ex., Schnaid, 2005; Schnaid, 2009).

O primeiro protótipo do cone sísmico foi desenvolvido por Campanella, Robertson e Gillespie (1986), tendo sido introduzido no Brasil por Ortigão e Collet (1986) e Francisco (1997). Trabalhos de pesquisa e desenvolvimento são relatados por Giacheti et al. (2006a) e Scheffer (2005). O equipamento consta de sensores, ou seja, geofones ou acelerômetros incorporados ao fuste de cone para medição da velocidade de propagação das ondas de compressão (vp) e das ondas de cisalhamento (vs). Essa técnica é análoga à utilizada nos ensaios sísmicos tipo

downhole; a diferença está na substituição da perfuração do solo para posicionar o receptor à

profundidade pelo procedimento de cravação das hastes. O perfeito contato das hastes com o solo permite uma transmissão precisa do sinal da onda para o sensor, por meio de procedimento rápido e de baixo custo. A versatilidade do equipamento justifica sua gradativa incorporação à prática de engenharia.

(b) a que utiliza dois sensores posicionados a uma distância fixa, geralmente de 1 m. Em termos de procedimento, a diferença básica é que a primeira configuração requer um sistema de trigger para o registro do intervalo de tempo entre a fonte sísmica e o sensor; na segunda, por sua vez, o intervalo de tempo é obtido pela diferença entre os registros do segundo sensor em relação ao primeiro. A configuração com dois sensores apresenta vantagens significativas de confiabilidade dos registros (Scheffer, 2005; Campanella, 2005).

Com relação às ondas de compressão (ondas P) e às ondas cisalhantes (ondas S) capturadas nos registros, existem algumas singularidades a serem destacadas. As ondas S propagam-se somente no esqueleto do solo, ao contrário das ondas P, que se propagam também na água, sendo sua excitação facilmente reversível, facilitando a identificação do sinal. A depender do projeto da fonte sísmica, é possível a geração de ondas S com amplitudes superiores às das ondas P. Com os registros das ondas S, a determinação do módulo cisalhante G0 por meio da teoria da elasticidade é muito simples, requerendo apenas uma grandeza adicional:

onde Vs é a velocidade de propagação da onda de cisalhante; ρ, a massa específica; γ, o peso específico; e g, a aceleração da gravidade. Valores típicos de γ estão na faixa de 14 a 18 kN/m3. A Fig. 3.8 apresenta um perfil típico de uma sondagem executada com um cone provido de um módulo sísmico.

FIG. 3.8 Resultado típico de um cone sísmico

O conjunto para a execução do ensaio sísmico é composto de: (a) sensores; (b) fonte sísmica; (c) sistema de aquisição e armazenamento de dados; e (d) trigger.

Sensores

Os sensores devem ter dimensões apropriadas para permitir sua instalação dentro da cavidade das hastes, e devem ser fixados à parede da cavidade. Podem-se utilizar dois sensores: geofones (velocidade proporcional à voltagem de saída) ou acelerômetros (aceleração

proporcional à voltagem de saída). Existem no marcado sensores uni, bi e triaxiais, geralmente instalados com o eixo Z alinhado à haste e os eixos X e Y perpendiculares a ela. Segundo Campanella (2005), sinais registrados na direção Z normalmente apresentam elevado grau de ruído decorrente das ondas que percorrem a própria composição. Sensores biaxiais são os mais recomendados, pois permitem uma melhor captura dos sinais, independentemente do seu alinhamento em relação à fonte sísmica. Já os sensores uniaxiais requerem cuidados especiais para garantir perpendicularidade com a placa geradora do sinal ao longo de todo o perfil. Recomenda-se, após a instalação da haste, verificar o alinhamento do sensor por meio de um sinal aplicado lateralmente à composição, de modo que o operador não perca o sentido do alinhamento.