Determinação das propriedades elásticas - 1
Mestrado em Geotecnia para Engenharia Civil
Projecto Geotécnico I
Ensaios para determinação das
propriedades elásticas
Jaime A. Santos (IST)
Determinação das propriedades elásticas - 2
Ensaios de campo
Ensaio
Princípio da técnica de
do ensaio
Nível de
distorção
determinação da velocidade de
propagação das ondas de corte
~ 10 -6
Sísmico entre furos de sondagem
"Cross-hole seismic testing"
Sísmico ao longo de furos de sondagem,
com fonte à superfície
"Down-hole seismic testing"
Sísmico ao longo de furos de sondagem,
com fonte no interior do furo
"Uphole"
(e/ou ondas de compressão)
Piezocone sísmico
“Refracção e reflexão sísmica”
Vibração em regime permanente
Análise espectral de ondas superficiais
determinação da velocidade de
propagação das ondas superficiais
~ 10 -6
Determinação das propriedades elásticas - 3
Ensaios sísmicos entre furos de sondagem
(cross-hole)
Ondas de corte Shv
(polarizadas verticalmente)
Sismógrafo
~_ 3m
_ 3m
~
Martelo
sísmico
Oscilloscope
Geofones
Author: Paul W. Mayne
Determinação das propriedades elásticas - 4
Crosshole Testing
ASTM D 4428
Pump
∆t
Shear Wave Velocity:
Vs = ∆x/∆
∆t
Downhole
Hammer
(Source)
Test
Depth
∆x
packer
Note: Verticality of casing
must be established by
slope inclinometers to correct
distances ∆x with depth.
Slope
Inclinometer
PVC-cased
Borehole
Velocity
Transducer
(Geophone
Receiver)
Slope
Inclinometer
PVC-cased
Borehole
Determinação das propriedades elásticas - 5
Ensaio sísmico ao longo do furo de sondagem
(down-hole)
Ondas de corte Svh
(polarizadas horizontalmente)
Martelo
Geofone
Oscilloscope
Author: Paul W. Mayne
Pump
Determinação das propriedades elásticas - 6
Downhole Testing
Horizontal Plank
with normal load
x
∆t
z1
Hammer
z2
packer
Horizontal
Velocity
Transducers
(Geophone
Receivers)
Test
Depth
Interval
Shear Wave Velocity:
∆t
Vs = ∆R/∆
R12 = z12 + x2
R22 = z22 + x2
Cased
Borehole
Determinação das propriedades elásticas - 7
Seismic Cone Penetration Test
The Seismic Cone Penetration Test combines
the seismic downhole technique with the
standard Cone Penetration test. A seismic
receiver is added to the cone, then the
similar procedure as the one followed with
the seismic downhole test is used. The shear
wave velocity
calculation, therefore, is
similar to that of the downhole.
The advantages of SCPT are: its speed, the
fact that it provides static soil properties
(such as point bearing and sleeve frictional
resistance), as well as ground proofing and
stratigraphy of the site.
oscilloscope
Seismic Refraction
Determinação das propriedades elásticas - 8
ASTM D 5777
Note: Vp1 < Vp2
Determine depth
to rock layer, zR
Source
(Plate)
zR
x1
x2
x3
x4
t1
t2
Vertical Geophones
t3
t4
Soil: Vp1
Rock: Vp2
Seismic Refraction
Determinação das propriedades elásticas - 9
Horizontal Soil Layer over Rock
t values
Travel Time (seconds)
0.020
zc =
0.015
xc Vp2 − Vp1
2 Vp2 + Vp1
1
Vp2 = 4880 m/s
0.010
xc = 15.0 m
1
Depth to Rock:
0.005
Vp1 = 1350 m/s
zc = 5.65 m
0.000
0
x values
10
20
30
40
50
Distance From Source (meters)
Determinação das propriedades elásticas - 10
ONDAS DE RAYLEIGH
aquisição sísmica
fonte P
> 2/3 da energia
MEIO HETEROGÉNEO
Comportamento DISPERSIVO
≠ frequências têm ≠ velocidades de
propagação
A PROPAGAÇÃO É INFLUENCIADA
PELAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS
CAMADAS ATRAVESSADAS
ondas Rayleigh
Determinação das propriedades elásticas - 11
Dados - sismograma (t-x)
P
R
Determinação das propriedades elásticas - 12
SASW multi-canal
(Spectral Analysis of Surface Waves
Determinação das propriedades elásticas - 13
velocidade de fase [m/s]
Determinação das propriedades elásticas - 14
260
240
Curva de dispersão
220
200
180
160
140
120
100
80
10
15
20
25
frequência [Hz]
Fenómeno multi-modal
Frequência limite
30
35
40
Determinação das propriedades elásticas - 15
PROCESSAMENTO
Transformação de dados brutos t-x para o domínio f-k pela aplicação de 2D FFT
Determinação das propriedades elásticas - 16
Determinação das propriedades elásticas - 17
Perfil da velocidade da onda de corte
Vs (m/s)
100
200
300
400
500
600
700 800
ajuste da curva de dispersão
5
Velocidade de fase, m/s
profundidade (m)
700
10
15
20
25
30
35
experimental
600
500
400
300
200
100
0
10
20
CHT
30
40
50
60
70
frequência, Hz
Determinação das propriedades elásticas - 18
Ensaios de laboratório
1. Técnicas baseadas na teoria da
propagação das ondas (velocidades)
G0=ρVS2 ; M0=ρVP2
Ensaio de coluna ressonante
Bender/Extender elements
2. Técnicas baseadas na teoria da
elasticidade (tensões-deformações):
G0=τ/γ ; E0=σ/ε (γ, ε=∆L/L≈10-6)
Ensaio triaxial e Ensaio de torção com
medições locais