a influência do fator de qualidade (match quality

ARTIGO
A INFLUÊNCIA DO FATOR DE
QUALIDADE (MATCH QUALITY) NA
ANÁLISE CAPWAP
Felipe Souza Cruz, Arcos
Engenharia de Solos
[email protected]
Este artigo visa orientar a comunidade
geotécnica e de fundações a utilizar
parâmetros fornecidos nas análises
CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program) para verificar se uma análise foi
bem feita ou não. A análise CAPWAP
utiliza o modelo proposto por Smith (1960), variando os parâmetros
do solo até que se obtenha um bom
ajuste entre as curvas das forças, velocidades ou ondas ascendentes e
descendentes medidas e calculadas.
Neste modelo, a estaca é modelada
através de molas e elementos com
massa e o solo por molas e amortecedores. Esses ajustes são medidos
e orientados por um fator de qualidade determinado no programa
pela nomenclatura de MQ (Match
Quality). Quanto menor o valor do
fator de qualidade MQ, melhor será
o ajuste das curvas medida e calculada. Como o fator de qualidade MQ
depende da qualidade e do tipo de
sinal obtido, criou-se uma falta de
parâmetros para se qualificar uma
boa análise CAPWAP, uma análise regular e uma análise ruim.
Com base nesses problemas de
qualificação das análises e se seus
resultados seriam confiáveis, criaram-se parâmetros para avaliação
através do seu fator de qualidade
MQ, uniformizando os critérios,
que serão demonstrados ao longo
desse artigo.
46 • FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
1 ENSAIO DE
CARREGAMENTO DINÂMICO
(PDA – PILE DRIVING
ANALYSER)
O Ensaio de Carregamento Dinâmico
através do aperfeiçoamento das fórmulas de cravação, sendo que Newton em 1931 foi o primeiro a registrar
que durante o processo de cravação,
se desenvolve a propagação da onda
gerada pelo impacto, estimulando
assim o elemento de fundação. Em
1938, Fox publicou o primeiro conjunto de equações para estimar a capacidade resistente de estacas a partir
do ensaio de carga dinâmico. Estas
equações baseiam-se na teoria da
propagação unidimensional de ondas
mecânicas longitudinais.
O princípio de execução do ensaio é
relativamente simples, uma vez que
consiste apenas na geração de um
impacto no topo da estaca, que se
propaga até a ponta, onde se reflete
voltando ao topo. Hoje possuímos
percussores, equipamentos geradores de impacto com pesos de martelos elevadíssimos e especializados na
realização do Ensaio de Carregamento Dinâmico (PDA).
Este impacto propaga-se na estaca
sob a forma de uma onda longitudinal e unidimensional na direção do
eixo de simetria da estaca. Durante
o processo de propagação, a onda é
afetada pela interação solo-estaca e
com isso é importante o estudo da
sondagem para identificar as singularidades por camadas. A análise
através da equação de onda consiste na quantificação desta interação,
através do estudo da onda que se
propaga na estaca, inicialmente no
sentido descendente e numa fase
posterior no sentido ascendente.
(Foto 01)
Devido às limitações tecnológicas da
época, embora se conhecessem os
princípios de execução e de interpretação do ensaio, este não era muito
utilizado. Essa situação alterou-se com
o desenvolvimento dos meios informáticos e com o trabalho pioneiro de
Smith (1960).
Numa primeira fase de utilização
deste ensaio, a energia transferida para a estaca era determinada a
partir da velocidade de impacto do
martelo e do coeficiente de restituição do amortecedor. Cada uma destas grandezas era determinada teoricamente recorrendo, às leis básicas
da física. A interpretação do ensaio
baseava-se na energia transferida
para a estaca e no trabalho realizado correspondente à penetração da
estaca. As dúvidas surgidas na interpretação do ensaio ocorriam devido
às incertezas no conhecimento dos
parâmetros do solo, e também às
aproximações efetuadas no cálculo da energia. Para ultrapassar essas incertezas foi implementada a
realização de medições na própria
estaca, efetuadas através da instalação de sensores de deformação e
aceleração no fuste da estaca. Desta
forma, são obtidas as curvas da força
e da velocidade em função do tempo numa determinada posição da
estaca. Atualmente é esta a técnica
utilizada na realização do Ensaio de
Carregamento Dinâmico (PDA).
O Ensaio de Carregamento Dinâmico
Foto 01 – Tipo de Equipamento de Percussão utilizado para realização do PDA
possui como objetivo principal determinar a capacidade de carga estática
mobilizada do conjunto solo-estaca,
pois seu fator de amortecimento visa
reduzir a parcela dinâmica da carga
mobilizada, mas, além disso, esse ensaio pode nos fornecer a verificação
da integridade da estaca, no cálculo
da eficiência do sistema de cravação,
na determinação das tensões aplicadas à estaca na cravação, as simulações dos ensaios estáticos, tanto a
compressão quanto à tração e até es47 • FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
Foto 02 – Análise no Campo do Ensaio de PDA
timar a carga de ruptura do elemento
de fundação – isso caso o ensaio seja
levado até a estaca, pare de mobilizar
cargas e ocorra a realização de análises CAPWAP em todos os seus golpes. (Figura 02)
2 ANÁLISE CAPWAP
2.1 Considerações Teóricas
As principais limitações do modelo
apresentado por Smith (1960) são as
incertezas acerca da energia transmitida para a estaca, inerentes às
simplificações efetuadas na determinação da velocidade de impacto do
martelo e do coeficiente de restituição do amortecedor. Para diminuir
estas incertezas, foram implementadas medições da deformação e da
aceleração no topo da estaca, numa
posição em geral, no fuste da estaca.
As medidas da deformação e da
aceleração no topo da estaca são
independentes entre si, embora
tenham sido provocadas pelo mesmo impacto sendo assim afetadas
pela mesma resistência do solo,
com isso possuem as mesmas relações físicas da equação de onda,
Fellenius et al.
A análise CAPWAP utiliza o modelo
proposto por Smith (1960), variando
os parâmetros do solo até que se obtenha um bom ajuste entre as curvas
das forças, velocidade ou ondas ascendentes e descendentes medidas e
calculadas. Neste modelo, a estaca é
modelada através de molas e elementos com massa e o solo por molas e
amortecedores. Por meio do método
CAPWAP efetua-se a interpretação
dos registos obtidos, determinando a
força na estaca a partir da velocidade
obtida da aceleração medida, e compara-a com a força obtida na deformação medida.
São exportados os dados da estaca e
todas as informações obtidas no método CASE (Case Institute of Technology), após essa etapa são inseridos ajustes de cargas e parâmetros conforme
a melhor adequação das curvas, buscando um resultado limpo, coerente
e ajustado. Desta forma, o método
CAPWAP pode ser calibrado para as
condições locais e permite a determinação não só da capacidade resistente
da estaca, bem como de parâmetros
dinâmicos do solo. Tem a vantagem de
eliminar as incertezas quanto à avaliação da energia dissipada quando da
aplicação do impacto.
O modelo utilizado considera que o
solo tem um comportamento elástico-perfeitamente plástico, definido
por duas zonas: uma zona inicial em
que a resistência é proporcional ao
deslocamento, e uma segunda zona
em que a resistência se mantém com
o aumento do deslocamento, como
apresentado na Figura 01. O ponto que marca a separação das duas
zonas é definido pelo deslocamento elástico limite, Q (conhecido na
bibliografia por “quake”) e pela resistência última Ru. Nesta figura, “s”
representa o deslocamento plástico.
(Figura 01)
Ainda na análise CAPWAP, conseguimos dimensionar o fator de amortecimento JC, que define a forma como
a energia é dissipada pelo solo, correspondendo a uma diminuição da
energia efetiva transmitida aos ele48 • FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
Figura 01 – Comportamento considerado na análise CAPWAP para o solo e modelo para
modelagem numérica
mentos restantes da estaca. Através
dos cálculos numéricos, a partir da
equação da onda, é possível obter
a velocidade instantânea de qualquer ponto em qualquer instante.
Se a velocidade instantânea de um
ponto da estaca for designada por v,
e o fator de amortecimento por JC,
o produto JCvRx traduz a resistência
por amortecimento do ponto x, representado na Figura 01.
Os valores obtidos para o deslocamento elástico limite, para o fator de
amortecimento e para a distribuição
da resistência lateral são utilizados
na avaliação da resistência mobilizada, pois com a obtenção desse fator
de amortecimento diminuímos a influência dinâmica nos resultados obtidos e analisados. Uma vez obtidos
os parâmetros do modelo, é possível
simular o resultado de um ensaio de
carga estática
2.2 Análise do Fator de
Qualidade Match Quality
O fator de qualidade MQ é um método bastante eficaz de se avaliar a
adequação entre a curva calculada e a
curva obtida, mas bastante subjetivo
para se avaliar a qualidade da análise
CAPWAP, pois a adequação das curvas
muitas das vezes independe da qualidade da análise e sim do sinal aquisitado em campo.
Esse tipo de incerteza gerava muitos paradigmas na hora da aceita-
ção ou não das análises, pois como
não havia uma orientação do que seria aceitável, do que seria considerado ótimo, do que seria considerado
ruim, cada um elaborava seu próprio
critério de avaliação, não existindo
uma uniformização.
Com base nisso, a fabricante do equipamento Pile Dynamics, Inc. forneceu
aos usuários um critério para aceitação das análises. Em resumo, a partir
de 2014 só é considerado um match
considerado “ótimo” deve estar em
MQ < 3; se estiver entre 3 e 5 considera-se “bom”; se estiver entre 5 e 10
considera-se “aceitável”; já acima de
10 é considerado “ruim”. Além disso, se
o match estiver entre 5 e 8 a impressão
sai com uma advertência de que o resultado pode não ser confiável, e se for
maior que 8 o programa não imprime
o resultado.
•
Excelente ≤ 3
•
Bom para 3 < MQ ≤ 5
•
Aceitável para 5 < MQ ≤ 10
•
Ruim para MQ > 10 e não
aceitável
Com base no proposto pela empresa
fabricante do programa, estamos propondo um novo critério para avaliação
das análises CAPWAP, levando em consideração o seu fator de qualidade MQ.
•
Excelente ≤ 3
•
Bom para 3 < MQ ≤ 5
•
Aceitável para 5 < MQ ≤ 8
•
Ruim para MQ > 8 e não aceitável
Figura 02 – Análise CAPWAP
Nossa proposta é adotar os valores
acima, com suas respectivas características, sendo assim podemos estabelecer que MQ igual ou menor que
três são excelentes interações; MQ
entre três e cinco são boas interações; e entre cinco e oito são aceitáveis, mas há necessidade de entender
o porquê da interação não conseguir
melhores resultados, onde foi o problema do sinal aquisitado e com MQ
acima de oito não é apresentável. O
programa, na versão 2014, faz um
bloqueio em oito, impossibilitando
assim o envio destas análises a clientes, projetistas, consultores e interessados no resultado, não sendo necessário esse valor ser estendido até 10.
CONCLUSÕES
O Ensaio de Carregamento Dinâmico
(PDA), tão difundido no Brasil e no
mundo terá muitos benefícios com
uniformização de seus critérios de
aceitação nas análises, pois quando
definimos parâmetros, reduzimos
as chances das análises ruins sejam
repassadas aos clientes e interessados, tornando assim o ensaio mais
49 • FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
confiável “aos olhos” da engenharia
de fundações.
A padronização proposta é bastante correta e traz a possibilidade do
cliente avaliar a qualidade da análise obtida e entender as justificativas
dos executores de ensaios pelos resultados não a contento.
A expectativa desse artigo é auxiliar
na melhoria do entendimento das
análises CAPWAP, assim como provocar uma melhoria delas até atingirem
valores aceitáveis para a apresentação
dos resultados.
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