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Title:
SAMPLING DEVICE FOR SOFT AND VERY SOFT SOILS WITH CABLE-ACTUATED JAWS AND SOIL FLOW BETWEEN THE JAWS AND THE SAMPLING TUBE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/070252
Kind Code:
A1
Abstract:
As described in the description and depicted in the drawings, the present utility model application relates to a structural arrangement for devices for collecting superficial and deep samples of soft and very soft soils. More specifically, a sampling device is provided with a cutting-holding mechanism having the shape of a perfectly spherical cap with jaw-like blades connected thereto, designed to cut the sample at the end of the thrust-in process, in such a way that the sample is not pushed into the sampling device and is prevented from slipping, ensuring that the sample can be retrieved and minimising squashing effects both while the sampling device is thrust in and while the sample is retrieved.

Inventors:
BRASIL DANZIGER, Fernando Artur (Rua Marquês de São Vicente, 390/204 - Gávea, CEP -040 - Rio de Janeiro / RJ, 22451, BR)
SCHUMANN MARQUES MARTINS, Ian (Av. Jornalista Alberto Francisco Torres, 281/501 - Icaraí, CEP -004 - Rio de Janeiro, 24230, BR)
FAQUIM JANNUZZI, Graziella Maria (Rua Soares cabral, 8/204 - Laranjeiras, CEP -070 - Rio de Janeiro - RJ, 22240, BR)
FERREIRA ALEXANDRE, Gilberto (Klaus Torgards Vei, 6b Ap. 155, Oslo, NO)
PINHEIRO DA SILVA JUNIOR, Silvio (Rua Roberto Dias Lopes, 111/313B, CEP -010 Rio de Janeiro / RJ, 22011, BR)
Application Number:
BR2015/000164
Publication Date:
May 12, 2016
Filing Date:
November 03, 2015
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSIDAD FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
BRASIL DANZIGER, Fernando Artur (Rua Marquês de São Vicente, 390/204 - Gávea, CEP -040 - Rio de Janeiro / RJ, 22451, BR)
SCHUMANN MARQUES MARTINS, Ian (Av. Jornalista Alberto Francisco Torres, 281/501 - Icaraí, CEP -004 - Rio de Janeiro, 24230, BR)
FAQUIM JANNUZZI, Graziella Maria (Rua Soares cabral, 8/204 - Laranjeiras, CEP -070 - Rio de Janeiro - RJ, 22240, BR)
FERREIRA ALEXANDRE, Gilberto (Klaus Torgards Vei, 6b Ap. 155, Oslo, NO)
PINHEIRO DA SILVA JUNIOR, Silvio (Rua Roberto Dias Lopes, 111/313B, CEP -010 Rio de Janeiro / RJ, 22011, BR)
International Classes:
E02D1/04; E21B25/14; G01N15/08
Foreign References:
GB1400096A1975-07-16
CN203881566U2014-10-15
US4946000A1990-08-07
US6009960A2000-01-04
US20110179888A12011-07-28
JPS60185133A1985-09-20
DE2545851A11977-04-28
US20010042641A12001-11-22
Attorney, Agent or Firm:
AGÊNCIA UFRJ DE INOVAÇÃO (Rua Hélio de Almeida, s/nIncubadora de Empresas da Coppe/UFRJ,Prédio 2- 2 ° andar - sala 2, -614 Cidade Universitária RJ, CEP-21941, BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÃO

Amostrador para solos moles e muito moles com dispositivo de mandíbulas, acionadas por cabos, e com fluxo de solo entre as mandíbulas e o tubo amostrador consiste de tubo (140) e um mecanismo de corte caracterizado por;

- duas mandíbulas de corte (200) com dois braços (201 ), dois orifícios (202) de pivoteamento e dois orifícios (203) que conectam ao tirante de acionamento (180), formada por uma calota esférica de aço (204) que possui em sua extremidade uma lâmina (205) biselada e um olhai (241);

- um disco de contenção (110) composto por uma chapa de aço espessa, dotado em sua borda exterior de quatro guias de fixação (1 11) e quatro orifícios (112) em seu corpo;

- uma cabeça (120) de amostrador, composta por um disco (125) em chapa de aço espessa dotado de quatro orifícios (123) de fixação e quatro orifícios (121 ) de drenagem, solidarizado em seu centro pelo tubo (124), roscado em seu interior, e ao tubo (122), cujo diâmetro ex¬ terno (126) equivale ao diâmetro interno (133) do anel de guias (130);

- um anel de guias (130), composto por um tubo, que possui em sua volta oito gutas (131 ) de fixação e ressalto (132);

- uma ponta (160) do amostrador, em forma de tubo, com ressalto (161), extremidade (164) biselada, duas chapas de articulação (170) diametralmente opostas, soldadas ou aparafusadas ao corpo da ponta (160) e quatro âncoras (182) aparafusadas, soldadas, ou rebitadas ao redor da ponta (160);

- duas chapas de articulação (170), compostas por uma chapa delgada de aço, com nove orifícios (1 3), com o prisma sólido (171 ) na parte superior e pivô (172) roseável em seu centro;

- quatro tirantes de contenção (180) compostos pelo tarugo (181 ) com extremidade roseável, âncora (182) conectada por meio de cabo de aço

- dois tirantes de acionamento (190) compostos cada um por cabo de aço (194) o qual corre por dentro de um passador (191), e se fixa ao nó (192), solidário a dois engates (193) contendo um pino (195).

- dois tirantes de comando de abertura (220) compostos cada um por um cabo de aço (221 ), um passador (222) e um laço (223) em sua extremidade.

Description:
"A OSTRADOR PARA SOLOS MOLES E MUITO MOLES COM DISPOSITIVO DE MANDÍBULAS, ACIONADAS POR CABOS, E COM FLUXO DE SOLO ENTRE AS MANDÍBULAS E O TUBO

AMOSTRADOR"

ASSUNTO Refere-se o presente pedido de patente de modelo de utilidade a uma disposição construtiva para coletores de amostras superficiais e profundas de solos moles e muito moles. Mais especificamente, um amostrador dotado de um mecanismo denominado corte-suporte, com formato de calota esférica perfeita, com lâmi- nas conectadas como mandíbulas, que tem por objetivo, ao final da cravação, cortar a amostra de modo a não empurrá-la para dentro do amostrador, assim como impedir que a mesma escorregue, garantindo assim a sua recuperação, com minimização dos efeitos de amolgamento, e maior eficiência e rendimento no procedimento de amostragem. Com este amostrador, não há necessidade de tempo de espera após a cravação para extrair a amostra, como em outros amostradores, de acordo com a norma da ABNT NBR 9820:1997. Além disso há garantia de recuperação da amostra, mesmo de baixíssima resistência, uma vez que o suporte é provido pela base do amostrador. Uma característica fundamental do mecanismo de corte-suporte é possuir uma seção projetada num plano horizontal muito pequena na condição aberta, de modo a oferecer a menor resistência possível à cravação. A idéia era de que o solo externo ao tubo "fluísse", durante a cravação, entre a parede externa do tubo e o mecanismo de corte- suporte. Se assim não fosse, a cravação do amostrador geraria amolgamento do solo a ser amostrado, abaixo do amostrador, durante o processo de amostragem. CAMPO DE APLICAÇÃO

O objeto do presente pedido de patente de modelo de utilidade pertence ao campo de aplicação em geotecnia. O assunto insere-se no tema de fundações, com estudos de solo de fundações in situ, sendo estes realizados antes de trabalhos de construção, fundamentando-se em amostragens do solo (ÍPC E02D 1/04). O assunto também é pertinente ao campo de investigação ou análise 1 dos materiais pela determinação de suas propriedades químicas ou físicas, uti- ! lizando -se de equipamentos específicos de amostragem, com amostras em es- í tado sólido e ferramenta específica de extração (ÍPC G01 N1/08). O assunto j pode também inserir-se em outros temas, como portos - que geralmente são construídos em regiões com presença de solos extremamente moles - e obras com necessidade de estudos de sedimentação. Enfim, qualquer área do conhecimento - inclusive a ambiental - em que a coleta de amostra de solo mole, ou muito mole, seja necessária poderá ser beneficiada com o amostrador.

ESTADO DA TÉCNICA

Com o avanço das pesquisas no estudo tensão-deformação-resistência das propriedades do solo, torna-se cada vez mais evidente a importância da investigação da estrutura do solo, para definir o seu comportamento mecânico, seja quanto à sua resistência seja quanto à sua deformabilidade. Para isso, é de fundamental importância a coleta de amostras indeformadas. De acordo com Hvorslev (1949), as amostras são classificadas como:

. amostras não representativas - consistem em misturas de materiais de camadas de solos ou rochas, ou são amostras em que alguns constituintes minerais podem ter sido removidos, por exemplo, por lavagem durante o processo de circulação de água nas sondagens à percussão. Os materiais terrosos em suspensão nesta água de circulação constituem exemplos de amostras não representativas. Tais amostras não representam os materiais do subsolo, servindo apenas para uma classificação preliminar, e de- terminação de profundidades em que existem variações no perfil do solo. Servem também para ajudar a programar a definição das profundidades das amostras representativas e indeformadas;

2. amostras representativas - contêm todos os minerais constituintes das camadas de onde foram tiradas e não foram contaminadas por materiais de outras camadas, mas a estrutura do solo foi seriamente perturbada (amol- gada) e o teor de umidade pode ter sido modificado. Servem para identificação e classificação dos solos, mas não para ensaios onde propriedades mecânicas devem ser obtidas. Pode-se citar como exemplos as amostras a trado concha ou helicoidal e as amostras obtidas com o amostrador-padrão do SPT;

3. amostras indeformadas - amostras em que o material foi sujeito a uma perturbação tão pequena que são apropriadas para todos os ensaios de laboratório e determinações de propriedades de resistência, deformabili ¬ dade e permeabilidade, além de outras. Vale lembrar que sempre existe uma perturbação associada à variação do estado de tensões sofrida pela amostra durante a amostragem no campo e após retirada. Como exemplos, podem ser citadas amostras em bloco e as obtidas com amostradores de parede fina (tipo Shelby), de pistão estacionário, Denison, Sherbrooke e Lavai, todos estes consagrados pela prática internacional.

A despeito do amostrador ora descrito ser capaz de obter amostras indeformadas de solos moles, e muito moles, de excelente qualidade - utilizadas para a determinação das propriedades tensão-deformação-resistência do material em ensaios de laboratório - pode ser também utilizado em casos onde, embora não exista a necessidade de amostras indeformadas, mas apenas representativas, estas sejam de difícil amostragem, em vista da baixa consistência do material.

O PROCESSO DE AMOSTRAGEM E O AMOLGAMENTO

Segundo Martins (201 1 ), amolgamento é a destruição parcial ou total da estrutura do solo, entendendo-se por estrutura o arranjo ou disposição espacial original que o conjunto de grãos formadores daquele solo apresenta no campo. No caso de argilas moles saturadas, o amolgamento é um processo não drenado e, como tal, sem variação de volume. Assim, o amolgamento é a destruição da estrutura do solo pelas distorções a ele impostas ao longo de todo o processo de amostragem e preparo do corpo de prova, tal como listado a seguir, segundo Ladd e DeGroot (2003):

1 . distorção por extensão devida ao alívio da tensão vertical total pela abertura do furo para amostragem;

2. distorção dos elementos do solo amostrado junto à parede interna do amostrador durante sua cravação;

3. expansão do solo após cravação e antes da extração do tubo no solo; 4. extração do tubo;

5. transporte e estocagem das amostras;

6. extrusão da amostra do interior do tubo;

7. preparação do corpo de prova.

A prática usual brasileira, recomendada na norma ABNT NBR 9820:1997, é de emprego de folga interna, cuja principal finalidade é a redução das tensões ci- salhantes entre a amostra e a parede interna do amostrador durante o processo de cravação. Nessa condição, imediatamente após a cravação, e sobretudo sem o emprego de pistão, não haveria resistência ao cisalhamento nas paredes suficiente para suportar o peso da amostra. A amostra então expande lateralmente até encontrar a parede do amostrador, processo durante o qual ocorre alguma drenagem. Esta é a principal razão pela qual é necessário um tempo de espera (Martins, 201 1 ) antes de extrair o tubo de amostragem com a amostra de solo coletada. Mesmo no caso de tubos amostradores sem folga interna há necessidade de um tempo de espera, que ocorre mesmo no caso de amostradores com pistão estacionário.

Ladd e DeGroot (2003) mencionam que, durante a extração do tubo com a amos- tra, a argila sob a base do tubo resiste à remoção do tubo amostrador, devido à sua própria resistência e à sucção criada no vazio deixado pelo tubo com a amostra. Além disso, a poro-pressão na argila reduz, à medida que o tubo é trazido à superfície, o que pode levar à formação de bolhas de gás devidas à exsolução do gás dissolvido (e.g. Hight e Leroueil, 2003).

Constata-se que o amolgamento gera alterações em vários parâmetros geotécnicos da amostra coletada, o que é discutido em muitos artigos, por exemplo Lunne et al. (1997) e Leroueil e Hight (2003). Os efeitos mais marcantes do amolgamento sobre a amostra, no que diz respeito a ensaios de adensamento, relatados por Ladd (1973), Martins (1983), Martins e Lacerda (1994) são:

1 . qualquer que seja a tensão vertical efetiva, o índice de vazios é sempre menor para a amostra de qualidade inferior;

2. o trecho de maior curvatura, do gráfico entre o índice de vazios pela tensão vertical efetiva, torna-se menos acentuado, dificultando a determinação da tensão de sobreadensamento;

3. redução do valor estimado da tensão de sobreadensamento;

4. aumento da compressibilidade no trecho de recompressão, causando aumento do índice de recompressão;

5. decréscimo da compressibilidade no trecho de compressão virgem, causando a diminuição do índice de compressão.

No caso de outros ensaios de laboratório, o amolgamento também gera alterações nas propriedades mecânicas dos solos. Por exemplo, no caso de ensaios triaxiais de compressão tipo (CAU), adensados anisotropicamente para as tensões de campo, amostras de melhor qualidade fornecem maiores valores de resistência ao cisalhamento e menores deformações para que se atinjam as ten- sões cisalhantes máximas (Lunne et al., 1997). 15 000164

5 Assim, as limitações associadas ao processo de recuperação da amostra após a cravação são (Martins, 201 1 ):

1 . devido à folga interna, após a cravação deve-se esperar um tempo para a amostra expandir e aderir à parede do tubo amostrador. Este tempo muitas vezes é elevado e, mesmo esperando-se 24 horas, muitas vezes a amostra não é recuperada;

2. a amostra cai quando o tubo é puxado, o que é muito comum - cabe ressaltar que existem duas ocasiões em que este fato pode ocorrer (i) o primeiro, logo no início da retirada da amostra, quando a cabeça do Shelby não funciona adequadamente, (ti) o segundo, quando a amostra é retirada do furo, e o peso específico altera-se de submerso para natural;

3. ao destacar a amostra do maciço, precisa-se aplicar uma rotação ao tubo, o que faz com que a parte inferior - que poderia ser a mais nobre da amostra (bico) - se submeta a distorções fortes, onde esta parte acaba sendo descartada para ensaios de resistência e deformabilidade.

ANTERIORIDADES IDENTIFICADAS

Existem muitos tipos de amostradores para coletar amostras indeformadas de argila mole, tanto em terra como no mar, e o trabalho de Hvorslev (1949) é uma referência básica acerca desse assunto. Os modelos apresentados primam por minimizar qualquer tipo de perturbação na amostra de solo, assim como procu ¬ ram resolver as limitações associadas ao processo de recuperação da amostra após a cravação, com o objetivo de tornar o processo de amostragem eficaz e eficiente.

No primeiro modelo de amostrador, representado em CN203025002, observa- se a forma normalmente conhecida como amostrador de pistão. A única figura deste documento ilustra o amostrador de solo com lâmina de corte em toda a borda do tubo (1 1 ). Neste modelo, é inexistente um mecanismo capaz de cortar ou mesmo isolar a amostra de solo, que fica na base do tubo, do restante do subsolo que está sendo amostrado (abaixo da base do amostrador). De fato, a recuperação da amostra depende única e exclusivamente do atrito entre a amostra e as paredes internas do tubo do amostrador (além do vácuo gerado no pistão), pois lhe é inexistente um dispositivo capaz de suportar a amostra pela sua base. Em alguns casos, aplica-se uma estricção no tubo (10), em forma de sobressalto, com o objetivo de tentar fixar melhor a amostra no tubo, no momento de extração do amostrador. Este modelo apresenta muitas desvantagens, em especial os efeitos do amolgamento da amostra durante a fase de extração.

Analisando o documento US5492021 , observa-se a implementação de uma disposição, na borda do amostrador, o qual foi desenvolvido para a extração de amostras de solos de elevada resistência. Observa-se assim que tal disposição poderia ser adaptada para uso em amostragem de solos moles, porém há de se concluir que tal procedimento implicaria em perda de parte da amostra, devido ao colapsamento das aletas (1 12), que inevitavelmente deformariam a amostra de solo contida entre suas paredes. Outro fato que se ressalta, é a manutenção do contato da amostra com o subsolo que está sendo amostrado, pelas jane- las (1 18), fato este que apresenta similarmente as mesmas desvantagens que o modelo representado em CN203025002, porém em escala menos acentuada.

Analisando os documentos US4667754 e US4946000, observa-se uma dispo ¬ sição de amostrador de solos, nas quais existe um elemento de retenção da amostra (34). Trata-se de uma estrutura hemisférica, com aletas flexíveis, que são mantidas em posição aberta pela introdução de um tubo transpassante (18). Após a cravação da amostra, o tubo transpassante é retirado, fazendo com que as aletas flexíveis retornem à posição hemisférica, causando a separação entre a amostra de solo e o subsolo estudado. Nesses termos, entende-se que o modelo apresenta as mesmas limitações apresentadas para o modelo do documento US5492021 , além de proporcionar mais perturbações na amostra no momento que o tubo transpassante (18) é retirado, devido ao seu deslizamento em relação à massa de solo da amostra. Além disso, uma maior rigidez do solo impediria o fechamento das aletas, de forma que o operador não teria conhecimento durante a operação de amostragem, fazendo com que o sistema apresentado regredisse ao modelo apresentado pelo documento CN203025002.

Analisando o documento CN202770660, observa-se nesse sentido, uma disposição de amostrador de solos, a qual dispõe de inúmeras lâminas (3) posicionadas ao redor da extremidade do tubo de amostragem (1 ). Tal dispositivo se assemelha ao mecanismo de corte do amostrador Sherbrooke (Lefebvre e Poulin, 1979), que é considerado o melhor amostrador para emprego em terra (e.g., Hight et al. 1992). Entretanto para solos muito moles pode não funcionar adequadamente, uma vez que não possui contenção lateral. Assim, a amostra pode romper pelo peso próprio, quando consegue ser amostrada. Este modelo tem como limitações um gasto maior de energia durante a sua cravação no solo, devido à maior superfície de contato de sua borda (1 ), o que impacta diretamente na perturbação da estrutura da amostra. Soma-se a este modelo, um sistema de transmissão de esfoços complexo, para operar a rotação das lâminas (3), assim como, ilustrado no seu desenho, as lâminas (3) na posição fechada, não fecham totalmente a base da massa de solo amostrada, o que ocasiona alteração no estado de tensões da amostra além do alívio de tensões existente no caso da "amostragem perfeita" (ver Ladd e DeGroot, 2003).

Analisando-se o modelo dos documentos CN202401459 e CN202648989, o a- mostrador ilustrado possuí um mecanismo de segregação da amostra de soío composto pela união de setores circulares (6), até completar um disco de base. Nesse caso, o mecanismo realiza o fechamento dos setores (6), separando e ao mesmo tempo empurrando para cima a amostra de solo confinada no amostrador. Este deslocamento gera uma perturbação a mais no corpo da amostra, CN202401459 uma vez que ocorre durante esta operação o deslocamento relativo da amostra entre as paredes (5) do amostrador. Nesse caso, constata-se também um mecanismo complexo de operação de corte, e, assim como em CN202770660, apresenta potencial de falha do mescanismo devido às várias partes móveis envolvidas, adicionado a mais uma perturbação da amostra du- rante o fechamento dos setores circulares.

Analisando-se o modelo do documento CN202886135, verifica-se uma semelhança entre o mecanismo de corte-suporte daquele amostrador (Figs. 1 , 2 e 3) com o do amostrador ora apresentado. Essa semelhança é apenas aparente. Na realidade, tal semelhança se refere apenas às operações de corte e suporte da amostra. Entretanto, o amostrador do documento CN202886135 não permite que, durante a cravação do amostrador no solo, este "flua"entre o dispositivo de corte-suporte e o tubo, o que ocasiona o amolgamento do solo a ser amostrado, ou seja, a amostra coletada por aquele amostrador de modo algum pode ser considerada uma amostra do tipo indeformada.

Analisando-se o modelo do documento FR2523613A1 , verifica-se tratar-se de um amostrador capaz de recuperar amostras de solos moles apenas superficiais, como detalhado naquele documento. De fato, embora o mecanismo de corte- suporte pareça ter alguma semelhança com aquele do modelo apresentado no presente documento, na realidade o mecanismo do documento FR2523613A1 só pode ser operado a partir da superfície do solo, quando efetua o corte, e em nenhuma outra profundidade. O modelo apresentado no presente documento realiza amostragens em profundidades quaisquer, a partir de pré-furos, e durante a cravação do amostrador, em cada processo de amostragem, o solo "flui" entre a parede do tubo e o dispositivo de corte-suporte. 15 000164

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CONCEITO INVENTIVO

Considerando-se os esforços de pesquisa e desenvolvimento em amostradores de solos moles, verificou-se que seria desejável que um novo amostrador fosse desenvolvido, que tivesse um dispositivo em sua base que cortasse a amos- tra, como o amostrador Sherbrooke, e que, além disso, sustentasse a amostra. De fato, a experiência com o uso do amostrador Sherbrooke em uma argila muito mole (Oliveira, 2002} deixou clara a necessidade de contenção lateral da amostra. Logo foi projetado um mecanismo de corte-suporte de modo a cortar a amostra sem empurrá-la e sustentá-la no instante da extração, de modo a im- pedir o escorregamento. O dispositivo de corte-suporte na base deveria prover um corte com mínimo de perturbação da amostra, bem como deveria garantir um suporte em toda a parte inferior da amostra, de modo diferente do amostrador Sherbrooke. O dispositivo de corte-suporte foi projetado para ser uma calota esférica, exterior ao tubo de amostragem, desenhado de modo a fazer com que o solo mole fluísse entre o tubo amostrador e o dispositivo durante o processo de cravação do amostrador, o que é fundamental para não gerar amolgamento durante o processo de cravação. A combinação do tubo com o dispositivo de corte-suporte permitiria que houvesse, após o corte da amostra, suporte integral, seja na base seja na superfície lateral da amostra. Este suporte inferior traria as seguintes vantagens:

1 . evitaria a necessidade de folga interna;

2. evitaria a necessidade de espera para que a poro-pressão gerada no cisa- Ihamento do solo pelo tubo se dissipasse, com o consequente ganho de resistência, o que é necessário para a recuperação da amostra, tanto nos casos de existência como inexistência de folga interna;

3. evitaria a imposição de sucção na base da amostra, o que ocorre nos amostradores de parede fina (tipo Shelby) e mesmo nos amostradores de pistão;

4. uma vez que não existe necessidade de atrito interno do tubo para que a amostra seja recuperada, pode-se empregar algum tipo de lubrificante interno das paredes do tubo, de modo a se diminuir as tensões císalhantes na extremidade lateral da amostra e a redistribuição de poro-pressões que se sucedem à cravação do amostrador;

5. evitaria distorções (amolgamento), pois não seria necessária a rotação do tubo para separação da amostra em relação ao maciço. 2015/000164

9 Além disso, seria ainda desejável que o novo amostrador, à semelhança do amostrador de pistão, garantisse a expulsão da bucha gerada no processo de realização do pré-furo, o que não ocorre com o amostrador de parede fina (tipo Shelby). Uma vez delineados os objetivos da pesquisa, desenvolveu-se um amostrador para solos moles e muito moles com dispositivo de mandíbulas, acionadas por cabos, e com fluxo de solo entre as mandíbulas e o tubo amostrador, que é dotado de três partes principais:

1 . parte inferior, e principal do amostrador, que dispõe do mecanismo de corte da amostra, capaz ainda de suportar o peso da amostra. O mecanismo de corte-suporte foi projetado de modo a possuir uma seção projetada num plano horizontal muito pequena na condição aberta (Fig. 17), de modo a oferecer a menor resistência possível durante a cravação do amostrador, para evitar amolgamento do solo a ser amostrado. O mecanismo de corte- suporte descreve uma calota esférica. Seu acionamento é feito através de cabos de aço, operados da superfície. O ângulo de corte do bisel pode variar de 5 o a 20 °;

2. tubo de amostragem, fixado à parte inferior por simples encaixe e de modo a garantir seção constante interna ao longo de todo o amostrador. Em outras palavras, o novo amostrador não dispõe de folga interna, ou ressaltos, pelas razões discutidas anteriormente. Em função de disponibilidade de mercado, foram empregados tubos de latão, com diâmetro interno de 102,5 mm e espessura de 3 mm. O comprimento do tubo é de 700 mm, entretanto, o conceito do amostrador possibilita o uso não apenas de tubos de diferentes dimensões como de diferentes materiais (PVC, por exemplo). 3. cabeça do amostrador, que serve para fixar o tubo na haste de amostragem e os furos existentes, para a passagem de água e do material em suspensão durante a descida do amostrador e durante a cravação.

Cabe ainda ressaltar que a parte inferior é removível e remontada a cada amostragem, enquanto o tubo de amostragem é substituído em cada amostra.

Pode-se observar algumas características interessantes do novo amostrador:

1 . o mecanismo de corte-suporte foi projetado de modo a possuir uma seção projetada a menor possível, de modo a oferecer a menor resistência possível à cravação (Fig. 17). A ídéia era de que o solo externo ao tubo fluísse, durante a cravação, entre a parede externa do tubo e o mecanismo de corte, minimizando assim o amolgamento da amostra durante o processo de cravação do amostrador; 15 000164

10 2. o mecanismo de corte-suporte fecha integralmente, permitindo que sejam obtidas amostras inclusive de solos extremamente moles.

VANTAGENS DO MODELO

A presente proposta de nova amostrador para solos moles e muito moles com dispositivo de mandíbulas, acionadas por cabos, e com fluxo de solo entre as mandíbulas e o tubo amostrador tem como vantagens, em relação ao estado da técnica do objeto em questão:

1. quando comparado a amostradores que dispõem de tubo amostrador, possibilita que a parede interna do tubo seja untada com algum material lu- brificante (silicone, por exemplo) de modo a reduzir o atrito, uma vez que em um processo de amostragem ideal não haveria atrito entre o solo e a parede do tubo. Este processo, naturalmente, não é possível em um tubo de parede fina (mesmo com pistão), de vez que há necessidade de atrito para recuperação da amostra;

2. com o novo amostrador tem-se a certeza da recuperação da amostra. Além disso há maior produtividade com o novo amostrador, de vez que não há necessidade de nenhum tempo de espera para que a amostra seja recuperada, de modo diferente dos amostradores de parede fina (tipo Shelby) e mesmo de pistão;

3. o corte com o dispositivo de corte-suporte é muito menos prejudicial à amostra do que o cisalhamento à torção no caso do amostrador de parede fina e do amostrador de pistão. Além disso, a parte da amostra a ser empregada em ensaios de laboratório situa-se muito acima da região de corte;

4. mesmo se a cabeça do tubo fosse eficiente, isto é, se fosse capaz de sem- pre gerar vácuo no topo da amostra, isto não impede que vácuo seja gerado na parte inferior da amostra no momento da extração, no caso do amostrador de parede fina. O mesmo ocorre no caso de amostradores de pistão. No caso do novo amostrador, o suporte pela base impede esta grande variação de tensão total sobre a amostra;

5. quando comparado ao amostrador Sherbrooke, provê restrição lateral plena tanto pela superfície lateral como pela base, propiciando a retirada de amostras muito moles, o que não ocorre com aquele amostrador.

6. quando comparado com amostradores que são capazes de recuperar a- mostras em profundidade e dispõem de mecanismos de corte-suporte, a- T BR2015/000164

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1 presenta a vantagem de permitir a obtenção de amostras indeformadas, pois os existentes causam grande perturbação durante o processo de cravação.

7. quando comparado com amostrador que dispõe de mecanismo de corte- 5 suporte e perturbação pouco significativa, apresenta a vantagem de não apenas obter amostras superficiais do solo como em profundidade.

ILUSTRAÇÕES

No intuito de facilitar a pesquisa e proporcionar entendimento da presente patente, conforme preconizado no relatório, segundo uma forma básica e prefe- o rencial de realização elaborada pelo depositante, faz-se referência às ilustrações anexas, que integram e subsidiam o presente relatório descritivo onde, a:

Figura 1 - Apresenta o novo amostrador (100), em vista explodida, apresentando todos os seus elementos constituintes, necessários para o seu funcionamento, capaz de evidenciar as melhorias técnico-funcionais apresentadas na seção an-5 terior.

Figura 2 - Apresenta a vista superior do disco de contenção (110) do amostrador.

Figura 3 - Apresenta a vista superior da cabeça (120) do amostrador.

Figura 4 - Apresenta a vista do corte lateral A-A da cabeça (120) do amostrador.

Figura 5 - Apresenta a vista superior do anel de guias (130).

0 Figura 6 - Apresenta a vista do corte lateral B-B do anel de guias ( 30).

Figura 7 - Apresenta a vista superior da luva de conexão (150).

Figura 8 - Apresenta a vista do corte lateral D-D da luva de conexão (150).

Figura 9 - Apresenta a vista superior da ponta (160) do amostrador.

Figura 10 - Apresenta a vista do corte lateral E-E da ponta (160) do amostrador.5 Figura 1 1 - Apresenta a vista frontal e a vista do corte lateral F-F da chapa de articulação (170) das mandíbulas de corte (200).

Figura 12 - Apresenta as vistas frontal e lateral do tirante de contenção (180) do amostrador.

Figura 13 - Apresenta as vistas frontal e lateral do tirante de acionamento (190) das mandíbulas de corte (200). 15 000164

12 Figura 14 - Apresenta a vista frontal do tirante de comando de abertura (220) das mandíbulas de corte (200).

Figura 15 - Apresenta as vistas frontal, lateral e superior da mandíbula de corte (200).

Figura 6 - Apresenta a vista superior do amostrador com as mandíbulas de corte abertas.

Figura 17 - Apresenta a vista inferior do amostrador com as mandíbulas de corte abertas.

Figura 18 - Apresenta a vista lateral do amostrador durante processo de descida do amostrador, penetrando no solo, com as mandíbulas abertas e o solo fluindo entre o tubo e as mandíbulas.

Figura 19 - Apresenta a vista lateral do amostrador após a interrupção da penetração do solo, em processo de fechamento das mandíbulas.

Figura 20 - Apresenta a vista lateral do amostrador, com as mandíbulas fechadas, antes do início da subida do amostrador com a amostra em seu interior.

Figura 21 - Apresenta a vista lateral do amostrador durante a subida, com a amostra em seu interior.

DESCRIÇÃO

Como se pode verificar através das figuras apresentadas, o objeto da presente patente é composto por um tubo (140) onde em sua parte superior são posi ¬ cionados, em ordem, o anel de guias (130), a cabeça (120) e o disco de contenção (1 10). Em sua base, o tubo (140) recebe, em ordem, a luva de conexão (150), seguida da ponta (160) do amostrador. Todo os elementos listados são conectados entre si, e estabilizados através dos tirantes de contenção (180). O mecanismo de corte é representado pelas mandíbulas (200), que pivotam na chapa de articulação (170), as quais são solidarizadas diametralmente na ponta ( 60) do amostrador. O actonamento das mandíbulas (200), para efetuar o corte na amostra de solo, é realizado pelos tirantes de acionamento (190) e tal aciona- mento pode ser revertido através dos tirantes de comando de abertura (220). O disco de contenção (110) é composto por uma chapa de aço espessa, que contém em sua borda exterior as guias de fixação (11 1 ) e os orifícios (1 12) em seu corpo. As guias de fixação (1 1 1 ) recebem os tarugos (181 ), onde os mesmos são fixados com porcas e arruelas de pressão. Os orifícios (112) recebem parafusos com cabeça sextavada, fixando-os nos orifícios (123), unindo o disco de contenção (110) à cabeça (120) do amostrador.

A cabeça (120) do amostrador é composta por um disco (125) em chapa de aço espessa, solidarizado em seu centro pelo tubo (124), roscado em seu interior, e ao tubo (122), cujo diâmetro externo (126) equivale ao diâmetro interno (133) do anel de guias (130). O disco (125) possui os orifícios (123) de fixação e os orifícios (121 ) para drenagem e saída de ar durante todo o processo de amostragem.

O anel de guias (130), composto por um tubo, possui em sua volta as guias (131 ) de fixação, que recebem os tarugos (181) e os cabos de aço (194) e os passadores (191) dos tirantes de acionamento ( 90), os cabos de aço e passadores dos tirantes de comando de abertura (220). O ressalto (132) existente recebe a ponta do tubo (140), de forma a acoplar o tubo (140) e o anel de guias (130) sem ressaltos internos, para permitir a inserção do tubo (122) sem existência de folgas.

A luva de conexão (150), em forma de tubo, possui diâmetro interno (152) nas dimensões do diâmetro externo do tubo (140). O ressalto (151 ) acomoda-se junto ao ressalto (163) da ponta (160) do amostrador.

A ponta (160) do amostrador, em forma de tubo, possui o ressalto (161) que acomoda a ponta do tubo (140), de maneira a não permitir folgas ou ressaltos em sua união. A ponta (160) possui extremidade (164) biselada, o que se constitui a sua lâmina de cravação. São posicionadas ao redor, diametralmente opostas, as chapas de articulação (170), soldadas ou aparafusadas ao corpo da ponta (160). Também são aparafusadas, soldadas ou rebitadas, as âncoras (182) dos tirantes de contenção (180) ao redor da ponta (160).

As chapas de articulação (170), compostas por uma chapa delgada de aço, possuem orifícios (173) com o objetivo de posicionar os parafusos, pontos de solda ou rebites, para a sua fixação à ponta (160). Na parte superior da chapa (170) há um prisma sólido (171 ) que contém o movimento de fechamento das mandíbulas de corte (200). No centro da chapa (170) reside o pivô (172), onde no mesmo são fixadas as mandíbulas de corte (200), as quais podem ser fixadas por meio de porcas com arruelas de pressão, ou mesmo rebites.

As mandíbulas de corte (200) pivotam sob o pivô (172). Possuem os braços (201 ), que contêm o orifício (202) que recebe o pivô (172) e o outro orifício (203) que recebe o pino (195), para fixar a mandíbula (200) ao tirante de acionamento (180). A mandíbula (200) é formada por uma calota esférica de aço (204) que possui em sua extremidade uma lâmina (205) biselada, e na área superior da calota (204), um olhai (241 ) para a fixação do tirante de comando de abertura (220), por meio da fixação do laço (223).

Os tirantes de contenção (180) são compostos pelos tarugos (181), que possuem suas extremidades roscáveis. Os mesmos são conectados às âncoras (182) por meio de cabos de aço. Os tirantes de acionamento (190) compõem-se de um cabo de aço (194) o qual corre por dentro de um passador (191), e se fixa ao nó (192). Este nó (192) conecta mais dois cabos de aço, que em seguida se solidarizam ao engate (193), que se constitui de uma rótula por meio do pino (195). Os tirantes de comando de abertura (220) são compostos por um cabo de aço (221 ), um passador (222) e um laço (223) em sua extremidade.

A utilização do novo amostrador é iniciada com as mandíbulas (200) na posição aberta, como se pode observar na Figura 18. Após o evento de cravação do amostrador no solo a ser amostrado, os tirantes de acionamento (190) são acio- nados através dos cabos (194), os quais, ao serem puxados para cima, operam o pivoteamento das manibulas (200) pelos pivôs (172), realizando a oclusão das mandíbulas (200), cortando a amostra de solo contida dentro da ponta (160) do amostrador. Assim, quando o amostrador é extraído do solo, a amostra sobe junto, suportada pelas mandíbulas (200) que ficam fechadas durante o procedi- mento. Devido a este mecanismo, não há mais a necessidade de nenhum tempo de espera para a amostra poder ser destacada e extraída.

CONCLUSÃO

Deste modo, o amostrador para solos moles e muito moles com dispositivo de mandíbulas, acionadas por cabos, e com fluxo de solo entre as mandíbulas e o tubo amostrador é subsidiada por características técnicas e funcionais inéditas, apresentando ato inventivo, fundamentada por toda uma pesquisa aplicada, empreendida durante todo seu desenvolvimento, sendo portanto merecedor da proteção legal pleiteada. Apesar de ter sido descrita e ilustrada, cabe ressaltar que alterações de projeto são possíveis e realizáveis, sem que se fuja do escopo do presente modelo de utilidade.

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