Instrumentação geotécnica com fibra ótica : monitoramento de frente de umedecimento e análise da variação do grau de saturação em solos arenosos

Abstract

Resumo

Resumo: A água possui papel fundamental na maioria dos deslizamentos de encostas, seja por meio de incremento de esforços solicitantes ou pela sua participação na redução dos parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo. Portanto, a compreensão da dinâmica da água no solo torna-se essencial para que a engenharia geotécnica possa dispor de ferramentas que auxiliem na análise e prevenção dos deslizamentos. Foi desenvolvida nesta dissertação uma metodologia para a aplicação da tecnologia de fibra ótica no monitoramento de frente de umedecimento e análise das variações do grau de saturação em solo arenoso, objetivando sua utilização como instrumento de investigação geotécnica. Para tanto, foi montado em laboratório modelos para simulação de perfis naturais de solo, onde em seu interior foi introduzido um cabo de fibra ótica diretamente em contato com o solo arenoso. O sistema de fibra ótica adotado se baseia no método DFOT - Distributed Fiber Optic Temperature Measurement, que utiliza o componente espectral da luz (Raman) para determinação de temperatura. Os sinais óticos são gerados, processados e armazenados por uma unidade leitora DTS - Distributed Temperature Sensor. Buscou-se avaliar o Método do Aquecimento para estimar o posicionamento da frente de umedecimento e variação do grau de saturação em solo arenoso. A validação dos dados obtidos pelo sistema implantado nos diferentes modelos foi realizada através de comparações com respostas apresentadas por sensores de umidade tipo FDR - Frequency Domain Reflectrometry, e sensores de temperatura tipo termômetros resistivos, sujeitos as mesmas condições de ensaio. Os resultados observados mostram a capacidade do sistema em monitorar a frente de umedecimento, e permitiram realizar avaliações de grau de saturação em solos arenosos.

Abstract: The water has a primary role in most of the landslides, either by increase of applicants efforts or their participation in the reduction of the shear strength parameters of soil. Therefore, understanding the dynamic process of water in soil is essential for the geotechnical engineering have tools to help in analysis and prevention of landslides. It was developed in this dissertation a methodology for the application of optical fiber technology for monitoring of wet front and to analyze the variation of degree of saturation into the sand soil, aiming its use as a tool for geotechnical investigation. For both was developed laboratory models, that served as simulators of a naturals soil profile, which was introduce inside a fiber optical cable in direct contact with the sand soil. The optical fiber system is based on the method adopted DFOT - Distributed Fiber Optic Temperature Measurement, which uses the spectral component of light (Raman) to determine the temperature. The optical signals are generated, processed and stored by a reader drive DTS - Distributed Temperature Sensor. We sought to evaluate the heating method to estimate the position of the wetting front and variation of the degree of saturation in sandy soil. The validation of data obtained by the implanted system in the models was performed by comparisons with answers provided by moisture sensors type FDR - Frequency Domain Reflectometer and temperature sensors type resistive thermometers, subjects the same test conditions. The results show the system's ability to monitor the wetting front, and allowed to perform assessments of the degree of saturation in sandy soils.