Construção e testes de um penetrômetro de queda livre para caracterização do perfil de resistência ao cisalhamento de solos marinhos

Abstract

Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento, construção e testes preliminares de um penetrômetro de queda livre para a caracterização de solos marinhos. O aparelho tem por finalidade medir as características de resistência do solo oceânico, através da medição e analise da desaceleração imposta ao penetrômetro após o seu impacto com o fundo. Este tipo de equipamento evita os elevados custos envolvidos em outros tipos de ensaios e na obtenção de amostras do fundo em condições de elevado risco e dificuldades naturais impostas pelas condições locais do mar. O dispositivo tem o formato de um aerofólio Joukowski simétrico (formato de gota), que consiste de duas partes: a primeira onde fica o acelerômetro e o chumbo granulado e a segunda onde há um conector que liga o acelerômetro a um cabo de dados e daí a um computador portátil que realiza a aquisição de dados. O penetrômetro pode ser lançado de certa altura acima da superfície da água, entra na água e mobiliza resistência hidrodinâmica durante a queda livre. Após choca-se contra o fundo marinho mobilizando resistências ao cisalhamento do solo sendo desacelerado até o repouso. Para os testes de funcionamento do equipamento foi utilizada a marina do Rio Grande Yacht Club localizado na cidade de Rio Grande - RS. Nos testes foram obtidos sinais de desaceleração registrados pelo acelerômetro que foram integrados numericamente duas vezes, a primeira obtendo dados de velocidade e na segunda dados de deslocamento percorrido pelo penetrômetro. Os dados assim coletados permitiram uma estimativa do perfil de resistência ao cisalhamento do solo marinho ao longo do comprimento penetrado,observando que o penetrômetro adquiriu a velocidade terminal sendo mensurada em torno de 5,7 m/s e o deslocamento máximo registrado obtido na marina foi de 5 metros.

This study aims at developing, constructing and testing a free fall penetrometer for the characterization of marine soils. The objective of this device is to measure the strength characteristics of the marine soil, through the measurement and the analysis of the deceleration imposed by its impact on the bottom.This kind of equipment reduces high costs involved in other tests and in the collection ofsamples on the bottom under bad sea conditions regarding risks and natural obstacles. The device was shaped as a symmetric Joukowski airfoil (the shape of a drop) which consists of two parts: one of them holds the accelerometer and the granulated lead and the other one has a connector that links the accelerometer to a data cable, and then, to a portable computer which collects the data. The penetrometer can be launched from a certain height above the water surface, and then penetrates into the water and mobilizes hydrodynamic resistance during the free fall. When it hits the bottom of the sea, it mobilizes shear strength and decelerates until it rests. The tests with the equipment were carried out in the marina at the Rio Grande Yacht Club located in Rio Grande, RS, Brazil. The tests got deceleration signals which wererecorded by the accelerometer and were integrated twice numerically in order to collectdata on the velocity and on the displacement of the penetrometer. These data enabled the estimate of the shear strength profile of the marine soil along the length in which penetration occurred. The datashow that the velocity of the penetrometer reached about 5.7 m/s and thatthe maximum displacement recorded in the marina was 5 meters.