MEDIDAS DE ENERGIA NO ENSAIO SPT
Edgar Odebrecht1, M.Sc.; Marcelo M. Rocha2 Ph.D.; George de Paula Bernardes3, D.Sc.; Fernando Schnaid2,
Ph.D.
RESUMO
O presente trabalho descreve o equipamento desenvolvido para a aquisição de sinais de força e aceleração em
hastes de sondagem SPT decorrentes da aplicação de um golpe do martelo e a sub-seqüente determinação da energia
transmitida à composição. Apresenta-se também um programa computacional desenvolvido em diferenças finitas que
simula numericamente a propagação de ondas nas hastes de cravação. O trabalho é ilustrado com resultados de campo e
de simulação numérica em ensaios realizados em hastes de comprimentos distintos. Baseados nas medidas de energia
efetua-se uma análise crítica da interpretação dos resultados do ensaio SPT e conclui-se que para hastes longas a
penetração é função da primeira onda de compressão, enquanto que para hastes curtas os golpes sub-seqüentes à
primeira onda tem influência na cravação do amostrador. Valores de energia transferida às hastes obtidos em
equipamentos de uma empresa que segue rigorosamente a norma brasileira são ligeiramente superiores aos consagradas
atualmente na literatura nacional.
ABSTRACT
This paper presents an equipment developed to measure load and acceleration that results from each hammer
impact on SPT rods and subsequent evaluating the energy transfer mechanism in SPT tests. In addition a numerical
programme designed to the interpretation of the wave equation is introduced and adopted to analyze field measurements
of transferred energy for two different rod length. Preliminary results indicate that transferred energy in a long rod
depends solely on the first compression wave whereas for short length subsequent impacts have to be considered.
Finally an observation is made that the average energy transferred in SPT tests is marginally higher that values reported
in the Brazilian literature.
PALAVRAS-CHAVES
Investigação Geotécnica - Sondagem SPT – Fundações INTRODUÇÃO
A prática da engenharia demonstra que o SPT é uma ferramenta amplamente utilizada no Brasil e em outros
países da Europa, Ásia e América do Norte. Sabe-se que a grande maioria dos projetos de fundações está fundamentada
nesse tipo de investigação geotécnica. Entretanto, a própria literatura aponta para inúmeras falhas e deficiências do
ensaio (e.g. Schmertmann & Palacios, 1979; Belincanta, 1998).
Abordagens modernas de ensaio SPT sugerem que a medida de energia no SPT é fator fundamental à
transposição de experiências entre a prática desenvolvida em diferentes locais, (Seed et al., 1985; Skempton,
1986).Vários são os trabalhos publicados na literatura sobre o assunto, destacando-se os trabalhos de Schmertmann &
Palacios (1979), Kovacs (1979), Kovacs et al. (1982). O Brasil também apresentou contribuições relevantes sobre o
tema com os trabalhos de Belincanta (1985, 1998), porém esta técnica não foi ainda difundida na prática nacional, e há
alguns questionamentos quanto à cravação do amostrador no solo e a influência do comprimento da haste no valor do
Nspt.
Para permitir um estudo mais aprofundado sobre o ensaio e compreender o processo de cravação do amostrador
no solo, foi desenvolvido um equipamento composto de uma célula de carga e de dois acelerômetros, bem como todo o
sistema de aquisição de sinais. Paralelamente foi desenvolvido um programa computacional, baseado na técnica de
diferenças finitas, no qual foi implementada a equação que descreve o comportamento dinâmico das partículas de uma
barra. O trabalho apresenta o equipamento desenvolvido, descreve o programa computacional, mostra resultados de
ensaios de campo com a respectiva simulação numérica e efetua uma análise crítica dos resultados obtidos à luz do
conhecimento atual do ensaio SPT.
ABORDAGEM TEÓRICA
Quando uma força é aplicada dinamicamente em uma barra elástica, há a formação de uma onda longitudinal de
compressão que se propaga ao longo da barra, transmitindo a força. A equação que descreve esse fenômeno é
encontrada na literatura (Timoshenko & Goodier,1970). A aplicação do problema de propagação de ondas de tensão em
estacas e hastes de sondagem é abordada por diversos autores (e.g. Smith, 1960; Skov, 1982; Bernardes, 1989;
Belincanta, 1985).
____________________________________________________________
1
2
3
Prof. Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC – Aluno de doutorado da UFRGS
Prof. Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS
Prof. Universidade Estadual de São Paulo – UNES - FEG
Não é objetivo deste trabalho a apresentação detalhada das equações que descrevem matematicamente o
fnômeno da propagação de uma onda, em uma haste, gerada pela ação de um golpe do martelo. As deduções completas
das equações que regem o fenômeno podem ser obtidas na literatura (e.g. Caderno de Engenharia da UFRGS “Medidas
de energia no ensaio do SPT”). Encontra-se também nesse caderno exemplos numéricos calculados passo a passo o que
facilita a compreensão do problema.
As equações essenciais à descrição da propagação de uma onda em uma barra são descritas a seguir. A Equação
1 descreve a força teórica transferida para a haste devido à ação do golpe do martelo, onde: Vo= velocidade do martelo
no instante do impacto; r = Zh/Zp (Zh = impedância da haste e Zp = impedância no martelo); Z = EA/c ⇒ E=módulo de
Elasticidade do aço; A = área da seção da haste “h” ou do martelo “p” e c=velocidade de propagação da onda no aço.
“n” = número inteiro, dado em função do tempo decorrido após o impacto, que representa o número de vezes que a
onda de tensão gerada no instante do impacto percorreu a distância de duas vezes a altura do martelo (L).
2n(L/c)<t<2(n+1)(L/c)
Zh  1 − r 
Fhn = Vo


1+ r 1+ r 
n
1
A onda de compressão gerada pela ação do golpe produz uma deformação na haste que se propaga com uma
determinada velocidade. A soma da energia de deformação e cinética resulta na energia total (Eri) contida na haste.
Eri =
Ac
c
σ 2 dt =
F 2 dt
∫
AE ∫
E
2
Como existe uma relação direta entre força e velocidade da partícula [F = Zh v = (EA/c) v →onde v = velocidade
da partícula pode-se reescrever a equação 2:
2
c  EA  2
EA 2
Eri =
v dt

 v dt =
∫
AE  c 
c ∫
3
ou ainda:
Eri =
c
Ac  EA 
FFdt =

vFdt = ∫ Fvdt
∫
E ∫ c 
AE
4
Portanto para se obter a energia (Eri) é suficiente integrar a função de F2, Fv ou v2 no intervalo de tempo em que
está compreendida a onda.
Segundo as recomendações internacionais, como também a ASTM (1986) D4633-86, o intervalo de integração
para o cálculo da energia é ∆t = 2l/c (onde l = comprimento da haste). Este procedimento desconsidera o efeito de
golpes subseqüentes que auxiliam na cravação do amostrador, como mostrado posteriormente. No caso extremo, de
hastes muito curtas, o intervalo de integração é reduzido com a conseqüente redução do valor da energia. Nesta situação
a literatura, acima citada, introduz um fator de correção denominado K2. Adicionalmente o valor de Eri é corrigido pelo
fator que leva em consideração a posição da instrumentação e a velocidade de propagação da onda. (K1 e Kc
respectivamente).
EQUIPAMENTO
Para permitir a determinação da energia transferida à
haste, e compreender o mecanismo de propagação da onda
de compressão com a conseqüente cravação do amostrador
foi desenvolvido um equipamento composto de uma célula
de carga e dois acelerômetros.
O sistema pode ser visualizado na Foto 1 e é
composto por micro computador (1) que possui uma placa
A/D
(analógico/digital);
um
condicionadores
e
1
amplificadores de sinal (6); um conjunto de baterias para
alimentar o circuito e a célula de carga (3); um
osciloscópio para visualização do sinal em tempo real (2);
uma borneira para permitir as conexões e derivações dos
5
cabos (4) e a célula de carga (5). Os detalhes da célula de
carga e da fixação dos acelerômetros podem ser conferidos
Foto 1 – Equipamento.
na Foto 2.
2
3
4
6
Célula de carga
A célula de carga foi confeccionada em aço inoxidável martensítico de nome comercial, VC – 150, fornecido
pela empresa VILLARES, cuja composição é de 0.35% de Carbono e de 13% Cromo. Após a usinagem, a peça recebeu
um tratamento térmico a fim de eliminar as tensões induzidas durante o processo de usinagem.
No centro da célula de carga foram colados os extensômetros formando uma ponte de Wheastone completa,
sendo cada extensômetro é do tipo roseta de 90 graus (modelo PA-06-125TG-350-LEN fornecidos pela Excel
Engenharia de Sensores Ltda), montados diametralmente opostos. A utilização de 8 extensômetros tem por objetivo
minimizar o efeito da excentricidade, que é elevada no caso de carregamento dinâmicos em hastes de sondagem.
30cm
3,34cm
Foto 02 A – Célula de Carga
Foto 02 B – Detalhe Extensômetros
Foto 02 C – Detalhe Acelerômetros
Foto 2 – Célula de carga com detalhes dos extensômetros e dos acelerômetros.
Acelerômetros
O acelerômetro deve suportar as acelerações geradas pela passagem da onda que são da ordem 5,0 kG. O
acelerômetro escolhido foi o da marca Brüel & Kjaer, modelo 4375S, indicado para as altas freqüências, com uma faixa
de variação de 100µG até 10kG para condições de trabalho. O projeto contempla a utilização de dois acelerômetros
instalados diametralmente opostos na hastes do SPT. A utilização de dois acelerômetros é indicada devido a uma
eventual excentricidade do golpe, que por vezes faz como que um dos sinais, ou ambos, seja prejudicado, e eliminado.
A Foto 2 C apresenta o detalhe de fixação dos acelerômetros.
Amplificador e Condicionador de Sinal da Célula de Carga
A velocidade de propagação da onda na haste de sondagem é de 5120m/s. Dependendo do comprimento da
haste, o tempo necessário para que a onda alcance o amostrador e retorne pode variar de 4 a 10 milisegundos. Para que
a curva adquirida tenha uma definição aceitável, ela tem no mínimo 40 pontos. Nesse caso a taxa de amostragem, para
um evento de 4ms, é de 10kHz, entretanto, taxas de aquisição maiores são desejadas. O condicionador e o amplificador
deverão ser capazes de operar com estas freqüências. Do condicionador, o sinal é enviado a uma placa A/D que permite
o registro do sinal em um micro computador ou para um osciloscópio que permite a visualização do sinal em tempo
real.
O circuito desenvolvido tem como fonte de alimentação duas baterias de 12 volts e 1,2 ampére por hora ligadas
em simetria. Um circuito regulador filtra e estabiliza a tensão em 8 volts alimentando a ponte de Wheastone. O sinal de
retorno da ponte, em milivolts, é amplificado cerca de 1200 vezes. Este sinal é então visualizado no osciloscópio e
registrado no micro computador do tipo “Notebook”, para processamentos futuros.
Amplificador e Condicionador de Sinal dos Acelerômetros
Os acelerômetros utilizados, cuja especificação está indicada acima são, do tipo peizoelétricos. O sinal de carga
elétrico gerado com o acelerômetro 4372S para uma solicitação de aproximadamente 5000 G pode chegar a 25V e para
ser registrado em um microcomputador, deve ser deamplidicado. O fator de deamplificação é que indicará a escala de
trabalho do acelerômetro. A fornecedora dos acelerômetros Brüel & Kjaer fornecem amplificadores a um custo
elevadíssimo com uma grande gama de escalas permitindo amplificar e deamplificar o sinal de carga dos acelerômetros.
No presente trabalho foi desenvolvido um circuito de deamplificação específico para os acelerômetros utilizados.
Cartão Analógico Digital
O sinal condicionado e devidamente amplificado é adquirido no micro computador através de um cartão
analógico digital. A placa adquirida é uma PCM-DAS-16D/16, da ComputerBoard. Esta Placa permite a aquisição de
sinais com uma taxa de aquisição de até 300kHz. A taxa de aquisição utilizada é de 16kHz e pode ser facilmente
alterada via o programa de aquisição de sinal.
Programa de Aquisição de Sinal
Para a aquisição de sinal foi elaborado em programa de micro computador utilizado o software da Herwal Packer
denominado de HPVEE versão 5.1.
MODELAGEM NUMÉRICA
Com o objetivo de investigar o comportamento da onda de tensão que percorre a haste de sondagem devido à
ação do golpe do martelo foi implementado um programa de micro computador. O programa desenvolvido inicialmente
por Rocha (1989), foi adaptado no presente trabalho para a situação unidimensional e acrescido de uma barra para
simular o martelo. Esta barra (martelo) desloca-se ao longo do tempo, pela ação da gravidade, até atingir a haste dando
início a todo o processo de cravação do amostrador. O programa foi desenvolvido em diferenças finitas e implementado
em linguagem FORTRAN.
Considera-se uma grande vantagem do programa a possibilidade de se conhecer a qualquer instante e em
qualquer ponto da haste ou do martelo os valores de força, aceleração, velocidade e deslocamento.
Desenvolvimento Teórico
Seja um ponto de massa “m” sujeito a uma solicitação dinâmica, em um instante t qualquer; aplicando-se o
princípio de D’Alembert obtém-se a equação de equilíbrio dinâmico deste ponto:
f I (t ) + f D (t ) + f S (t ) = f (t )
5
onde fI é a força inercial da massa, fD é a força de amortecimento dinâmico e fS é a força elástica. Cada uma das
forças representadas na parte esquerda da equação 5, são função do deslocamento da partícula u(t) ou de suas derivada
•
••
no tempo, v(t ) = u (t ) e a (t ) = u (t ).
De acordo com a segunda lei de Newton a força inercial é o produto da massa e aceleração.
••
f I (t ) = m u (t )
6
A força de amortecimento dinâmico é dada pelo produto do coeficiente de amortecimento dinâmico (k) pela
velocidade do ponto.
•
f D = k u (t )
7
Finalmente a força elástica é obtida a partir da deformação de cada barra. Substituindo as equações 6 e 7 em 5
tem-se:
••
•
m u (t ) + k u (t ) = f (t ) − f S (t )
8
A equação 8 pode ser resolvida numericamente através do método de diferenças finitas. Para tanto, faz-se
necessário discretizar a haste e o martelo em segmentos cujas massas (mi) estão idealmente concentradas em pontos
sucessivos, conforme indicado na Figura 1.
MARTELO
Vo
Reação (R)
r
:
:
4
3
A
EAM
Q
Ru J V
B
2
i=1
mi
j=1
mj
Ru
2
O
3
4
:
:
HASTE
C
Deformação
EAH
∆
:
:
R
Recalque
Deformação permanente
Constante de mola K'
Damping (J)
s
R
A)
B)
Figura 1 – A) Discretização da haste e do martelo; B) Modelo de Smith.
Discretização
Por conveniência de implementação do programa, a força elástica é determinada internamente a cada passo de
iteração. O coeficiente de mola é obtido pelo produto do módulo de elasticidade pela área da seção da haste.
Modelo Constitutivo do Segmento das Hastes
A força fS(t) é determinada a partir da deformação de cada barra. A equação 9 descreve a lei que determina a
força elástica
f S = EAε = EA
 −0
∆
= EA
 0



9
Condição de Contorno no Contato entre o Martelo e a Haste
A barra que representa o martelo, após dado o início ao programa, cai em queda livre até que o ponto inferior
que discretiza o martelo ultrapasse o ponto superior que discretiza a haste. Nesse instante o programa implementado
efetua a média das posições destes dois pontos e atualiza a posição destes pontos com este valor médio calculado. É
também determinado o momentum gerado pelo choque, a partir dele calculado a deformação correspondente e aplicado
igualmente na haste e no martelo. Esta deformação imposta desta forma gera tanto na extremidade inferior do martelo
como na extremidade superior da haste a força que dará origem a onda de força que percorre a haste e o martelo.
Observa-se que o choque entre o martelo e a haste é considerado perfeito, não sendo introduzido nenhum tipo de perda.
Modelo de Smith
A extremidade inferior da haste receberá uma força de reação do solo (R) conforme indicado na Figura 1. Esta
força é determinada com base no modelo de Smith original, onde as propriedades do solo são representadas pela
resistência última (Ru); deformação elástica denominada de “quake” (Q) e “damping” (J).
RESULTADOS
A Figura 2 apresenta o resultado de sinais de força obtidos com o equipamento apresentado. Em negrito e linha
contínua é apresentado o sinal de força obtido pela célula de carga. Em linha contínua e fina é apresentado o sinal de
força obtido pela multiplicação da velocidade pela impedância da haste (F = v Zh). Neste caso a velocidade foi obtida
pela integração do valor médio dos sinais dos acelerômetros. Adicionalmente apresenta-se a curva resultante da equação
1 para uma haste de comprimento infinito (linha tracejada e em negrito).
Observa-se que para este caso, haste longa, a curva obtida com a equação 1 é idêntica à obtida com o auxílio da
instrumentação e se matem paralela até valores de força pequenos, ou seja, quase toda a energia contida no martelo é
transferida para a haste.
A Figura 3 apresenta o sinal de força adquirido pela célula de carga e os dois sinais de força obtidos a partir dos
registros dos acelerômetros (F = v Zh onde v é obtido através da integração do sinal de aceleração) para uma haste de
12m. Observa-se, neste caso, que decorrido o tempo 2l/c o sinal de força registrado deixa de ser paralelo ao da equação
01. Conforme preconiza a literatura, para o cálculo da energia, a integração da equação 2, 3 ou 4 dar-se-ia até este
ponto. Entretanto, observa-se um golpe secundário que se inicia decorridos aproximadamente 0.015 segundos. Este
segundo golpe é idêntico ao primeiro, mas de menor intensidade, possuindo, com tudo, valores representativos que
devem ser computados no cálculo da energia transferida à haste. Estudos efetuados tem demonstrado que o intervalo de
tempo entre o término do primeiro golpe e o início do segundo é função da resistência do solo. Quanto menor a
resistência do solo maior é o tempo de cravação do amostrador (deslocamento no sentido descendente) e
conseqüentemente, maior será o necessário para que o martelo volte a entrar em contato com a haste.
70.00
FORÇA
EQUAÇÃO 01
60.00
50.00
For a (kN)
40.00
SINAL DE FORÇA
30.00
FORÇA = V Zh
20.00
10.00
0.00
-10.00
-20.00
-30.00
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
Tempo (seg)
Figura 2 – Sinal real de um ensaio de SPT em uma haste de 28m.
0.025
0.030
0.035
0.040
PRIMEIRO GOLPE
70.00
FORÇA = V Zh
ACELERÔMETRO 1
ACELERÔMETRO 2
60.00
For a (kN)
50.00
FORÇA EQUAÇÃO 01
40.00
SEGUNDO GOLPE
30.00
SINLA DE FORÇA
20.00
TERCEIRO GOLPE
10.00
0.00
-10.00
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
Tempo (seg)
Figura 3 – Sinal de real de um ensaio de SPT em uma haste de 12m.
Na Figura 4 apresenta-se o mesmo sinal da Figura 3, entretanto, eliminando-se os intervalos de tempo entre os
golpes. Adicionalmente é apresentado o gráfico gerado pela equação 1. O resultado desta operação para o sinal de força
da haste de 12m correspondente ao resultado de uma haste longa (Figura 2). Portanto, o intervalo de tempo de
integração, para o cálculo da energia, deve ser tal que considera os golpes subseqüentes em desacordo com a ASTM
(1986) D4633-86 e ao procedimento internacional (ISSMFE 1989). Aoki & Cintra (2000) também concluíram,
entretanto de forma analítica através da aplicação do princípio de Hamilton, que a definição da eficiência de energia
atualmente preconizada pela recomendação internacional para o SPT não está correta. Os citados autores recomendam
uma nova definição de eficiência para o SPT e esta deve estar relacionada com o trabalho efetivamente realizado para a
penetração permanente do amostrador. Estudos experimentais estão sendo realizados neste sentido pelos autores do
presente trabalho.
A Figura 5 (A) apresenta novamente o sinal da Figura 3 onde é apresentado de forma sobreposta o resultado da
simulação numérica efetuada com a metodologia e programa desenvolvido. A Figura 5 (B) apresenta a trajetória da
parte inferior do martelo e da parte superior da cabeça de bater. Nesta figura é possível verificar os instantes em que o
martelo esteve em contado com a haste transferindo energia. Observa-se nitidamente que o segundo golpe auxilia na
cravação do amostrador. Chama-se a atenção que durante o segundo e parte do terceiro golpe o martelo e a haste estão
em movimento descendente. Portanto, estes golpes sub-seqüentes não pode ser confundido com o que normalmente é
visualizado em campo e denominado de ricochete, onde o martelo visualmente tem um movimento de subida e volta a
cair sobre a haste. Neste caso o golpe decorrente do ricochete não contribui para a cravação do amostrador. Este
fenômeno pode ser visualizado na Figura 5 (B) a partir do tempo 0,030 segundos. Destaca-se que não é possível
visualizar em campo os intervalos em que o martelo não esteve em contato com haste a não ser quando se refere ao
ricochete. Observa-se também na Figura 5(A) a resposta numérica decorrente da presença das luvas. Esta resposta pode
também ser observada no sinal real.
70.00
60.00
PRIMEIRO GOLPE
For a (kN)
50.00
SEGUNDO GOLPE
40.00
30.00
20.00
FORÇA
EQUAÇÃO 01
TERCEIRO GOLPE
10.00
0.00
-10.00
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
Tempo (seg)
Figura 04 – Sinal de Força da Figura 03 retirando-se os intervalos de tempo entre o primeiro e segundo golpe e
entre o segundo e terceiro golpe.
A Figura 5 (C) apresenta o resultado da dupla integração dos sinais de aceleração (deslocamento) e o resultado
do deslocamento da cabeça de bater obtido através da simulação numérica. Os autores salientam que a simulação de
deslocamento apresentada é a melhor de uma série e ensaios efetuados indicados que pode haver limitações para o
modelo de Smith adotado nas simulações.
70.00
RESPOSTA DA PRESENÇA DAS LUVAS
60.00
For a (kN)
50.00
40.00
SINAL DE FORÇA REAL
30.00
SINAL DE FORÇA
SIMULAÇÃO NUMÉRICA
20.00
10.00
0.00
-10.00
Cota da cabe a de bater (m) Cota da Cabe a de bater (m)
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.035
0.040
Tempo (seg) - (A)
12.005
12.000
TRAJETÓRIA DO MARTELO
11.995
TRAJETÓRIA DA CABEÇA DE BATER
11.990
11.985
11.980
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
Tempo (seg) - (B)
12.000
11.995
11.990
SIMULAÇÃO NUMÉRICA
11.985
ENSAIO REAL
11.980
11.975
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
Tempo (seg) - (C)
Figura 05 – Resultado da Simulação Numérica.
As Tabelas 2 e 3 apresentam os valores de energia transferidos à haste obtidos para os sinais das Figuras 2 e 3
respectivamente. Estes resultados são dados isolados e não podem ser considerados como valores médios, entretanto, os
mesmos apontam para valores de energias maiores dos preconizados usualmente na literatura brasileira. Este fato pode
ser comprovado visualmente nas Figuras 2 e 3 onde o resultado da equação 1 está muito próximo do sinal real. Estes
sinais foram obtidos com equipamento da Geoforma Engenharia que está rigorosamente de acordo com a norma
brasileira, ou seja, martelo tipo pino guia com coxim de madeira, cabo de sisal, cabeça de bater com 3,6kg, haste com
3,23kg/m. Observa-se no equipamento citado que a roldana, localizada no alto do tripé de sondagem, possui dois
rolamentos ao invés de mancal ou de um simples apoio sobre o eixo, implicando em uma redução representativa do
atrito entre o eixo e a roldana.
E* = energia potencial nominal do martelo padrão de 65 kg caindo de uma altura de 75 cm (E*=474J segundo
IRTP/ISSMFE; ER = eficiência de energia transferida à haste (ER=Er/E*); ERcor = eficiência de energia transferida à
haste corrigida pelos coeficientes K1 e K2.
Tabela 2 – Cálculo de energia para a haste de 28m
Equação
K1
K2
E* (J)
2 → Er=f(F2)
3 → Er=f(v2)
4 → Er=f(Fv)
1,000
1,003
474
Intervalo de integração
De 0 até 2l/c
Er (J)
ER(%)
ER cor (%)
370
77
77
474
89
89
412
86
86
Intervalo de integraçao
De 0 até infinito
Er (J)
ER (%)
-
Intervalo de integração
De 0 até 2l/c
ER (%)
ER cor (%)
Er (J)
357
74
78
341
71
79
342
71
79
Intervalo de integraçao
De 0 até infinito
Er (J)
ER (%)
450
94
398
83
400
84
Tabela 3 – Cálculo de energia para a haste de 12m
Equação
K1
K2
E* (J)
2 → Er=f(F2)
3 → Er=f(v2)
4 → Er=f(Fv)
1,003
1,101
474
CONCLUSÕES
O equipamento e softwares desenvolvidos e apresentados demonstram o domínio tecnológico alcançado e com
poucas modificações será possível utilizá-lo para ensaios de integridade e de carregamento dinâmico em estacas. Além
de facilidades para o desenvolvimento de outros ensaios tais como o cone sísmico e cross hole. Devido ser o sistema
totalmente aberto os sinais obtidos são armazenados em arquivos ASC-II podendo ser facilmente manipulados e
intercambiados em programas de uso comercial tais como o ECXEL ou ainda servirem de arquivos de dados para
outros programas. Este fato permite ainda que o sinal seja filtrado numericamente através de programas específicos.
O programa de micro computador que simula numericamente a propagação da onda através da haste devido à
aplicação de um golpe do martelo apresentou resultados satisfatórios na simulação de ensaios reais. Através do uso do
programa foi possível verificar que para hastes curtas os golpes subseqüentes à primeira onda de compressão são
importantes na cravação do amostrador e devem ser considerados no cálculo da energia transferida à haste, ou seja, a
integração da equação 2, 3 ou 4 deverá ser efetuada no intervalo de tempo de zero até o infinito.
Os valores de energia computados apontam para valores ligeiramente superiores aos preconizados na literatura.
O cálculo da energia deve ser revisto no que diz respeito ao intervalo de integração e na utilização coeficientes K1 e K2.
Para hastes curtas os golpes subseqüentes do martelo são importantes na cravação do amostrador.
AGRADECIMENTOS
A equipe técnica agradece ao CNPq pelos recursos conferidos pelo projeto de pesquisa 46.1373/00-9; ao PICD
pela bolsa de capacitação de docente ao nível de doutorado do Prof. Edgar Odebrecht; ao Programa de Pós-graduação
da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (PPGEC - UFRGS) pelo apoio financeiro; a Universidade Estadual do
Estado de Santa Catarina – UDESC e a Geoforma Engenharia pelo apoio financeiro e na realização dos ensaios.
BIBLOGRAFIA
• ABNT (1980) Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos. NBR 6484/80.
• AOKI, N.; CINTRA, J.C.A. (2000) The application of energy conservation Hamilton’s principle to the
deternination of energy efficiency in SPT test. Proceedings of the 6 international conference on the application of
stress-wave theory to piles – São Paulo – p.457-460.
• ASTM (1986) D4633-86 – Standart test method for stress wave energy measurement for dynamic penetration
testing system. West Conshohocken, Pa 775-778.
• BELINCANTA, A. (1985) Energia dinâmica no SPT, resultados de uma investigação teórico experimental.
São Paulo. Dissertação de mestrado – Escola Politécnica da USP.
• BELINCANTA, A.; ALVIN, F.M.; NAVAJA, S.S.; RAMIRES SOBRINHO, R. (1984) Métodos para medida de
energia dinâmica no SPT. Solos e Rochas, ABMS, v.17, n.2, p.93-110, ago.
• BERNARDES, GEORGE DE PAULA (1989) Dynamic And Static Testing of Large Model Piles in Sand –
Thesis od Doctor of Enginneering - Institutt fot Geotsknikk – Norweigian Institute of Tecnology.
• ISSMFE, (1989) Technical Committee on Penetration Testing of Soils, TC 16. Report on Reference Test
Procedure CPT-SPT-DP-WST. Rio de Janeiro.
• KOVACS, W.D.; SALOMONE, L.A. (1982) SPT hammer energy measurements. Journal of the Geotechnical
Engineering Division, ASCE, v.108, n.GT4, p.559-620, apr.
• ODEBRECHT, E; SCHNAID, F; BERNARDES,G.P. (2001) Medida de Energia no Ensaio SPT – Caderno de
Engenharia – UFRGS.
• ODEBRECHT, E (2002) – Medida de Energia no Ensaio SPT – Tese de Doutorado – Em fase de conclusão.
• SCHMERTMANN, J.H.; PALACIOS, A. (1979) Energy dynamics of SPT. Journal of the Soil Mechanics and
Foundation Division, ASCE, v.105, n.GT8, p.909-926, aug.
• SKEMPTON, A. W. (1986) Standard penetration test procedures and effects in sands of overburden
pressure, relative density, particle size, aging and over consolidation. Géotechnique, v.36, n.3, p.425-447.