BRPI0404168B1 - device for in situ geotechnical investigation in marine soil - Google Patents
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Abstract
"dispositivo para investigação geotécnica in situ em solo marinho". é descrito um dispositivo para investigação geotécnica in situ em solo marinho que compreende um corpo cilíndrico (1) dotado de dois sistemas de instrumentação, um piezocone convencional (2) e um elemento (3) alojado internamente em uma câmara (4) no topo do corpo (1), dito elemento (3) incluindo baterias; célula eletrônica para armazenar os dados coletados pelo piezocone (2); e acelerômetros, e onde os sinais da instrumentação do piezocone (2) são levados até a célula eletrônica no elemento (3).por um umbilical elétrico inserido na parte central do corpo (1). os dados geotécnicos são transmitidos para um computador. a cravação do dispositivo é como descrito para a estaca do pi 9603599-4."device for in situ geotechnical investigation in marine soil". A device for in situ geotechnical investigation in marine soil is described which comprises a cylindrical body (1) provided with two instrumentation systems, a conventional piezocone (2) and an element (3) internally housed in a chamber (4) at the top of the body (1), said element (3) including batteries; electronic cell to store the data collected by piezocone (2); and accelerometers, and where the signals from the piezocone instrumentation (2) are carried to the electronic cell in the element (3) .by an electric umbilical inserted in the central part of the body (1). Geotechnical data is transmitted to a computer. the crimping of the device is as described for pi stake 9603599-4.
Description
DISPOSITIVO PARA INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA IN SITU EM SOLOGEO TECHNICAL RESEARCH IN SITU SOLO DEVICE
MARINHOMARINE
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção pertence ao campo dos dispositivos para investigações geotécnicas com sondagem in siíu para projeto de fundações de estruturas oceânicas, mais especificamente, a um dispositivo instrumentado que permite o cálculo das velocidades e inclinações durante a descida do mesmo no oceano e no solo e para avaliação do comprimento cravado.FIELD OF THE INVENTION The present invention belongs to the field of in situ survey geotechnical survey devices for the design of ocean structure foundations, more specifically, to an instrumented device which allows the calculation of velocities and inclines during its descent into the ocean and the ocean. soil and for evaluation of the spiked length.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
As investigações geotécnicas com sondagem in situ para projeto de fundações de estruturas oceânicas são executadas com instrumentos específicos para testes em depósitos naturais de solo, tais como: piezocones, palhetas, barras em T, pressiômetros e dilatômetros, entre outros. A execução desses ensaios requer a utilização de equipamentos especiais para operação no mar, como unidades para perfuração de petróleo, ou embarcações construídas ou adaptadas para sondagens em solo marinho. Esses equipamentos têm custo de operação elevado e nem sempre estão disponíveis para operar em sondagens geotécnicas no mercado nacional, o que demanda a mobilização de embarcações no exterior, onerando ainda mais os custos das investigações. O teste de penetração de cone (CPT, Cone Penetration Test) foi originalmente desenvolvido para medir in situ as propriedades de solo para o projeto de fundações profundas. A versão elétrica do CPT foi introduzida comercialmente nos anos setenta primariamente como uma ferramenta de exploração geotécnica.Geotechnical investigations with in situ drilling for oceanic foundation design are carried out with specific instruments for testing natural soil deposits, such as piezocones, reeds, T-bars, pressure gauges and dilatometers, among others. The performance of these tests requires the use of special equipment for operation at sea, such as oil drilling units, or vessels constructed or adapted for drilling in marine soil. These equipments have a high operating cost and are not always available to operate in geotechnical surveys in the domestic market, which demands the mobilization of vessels abroad, further burdening the investigation costs. The Cone Penetration Test (CPT) was originally developed to measure in situ soil properties for deep foundation design. The electric version of the CPT was introduced commercially in the 1970s primarily as a geotechnical exploration tool.
Uma sonda elétrica de CPT ou piezocone mede a pressão de poro da água e a resistência do solo à penetração enquanto é introduzido no solo com auxílio de uma sonda hidráulica penetrômetro de cone de 20 toneladas. Conforme a patente US 4.007.633 um método atualmente em uso para testar as características físicas do fundo do mar é conseguido usando um penetrômetro acústico Doppler. Um penetrômetro é essencialmente um corpo em forma de projétil que carrega um transmissor de sinal acústico. Na operação, um penetrômetro é lançado na água a partir de um navio de superfície ou de um avião, e permitido atingir sua velocidade terminal antes de impactar o solo marinho. Um receptor remoto analisa o efeito Doppler sobre o sinal acústico que resulta quando o penetrômetro impacta e penetra no fundo do mar. A patente US 5.490.411 descreve um dispositivo de teste para superfícies sujeitas a impacto, que compreende um módulo transdutor e um módulo eletrônico conectados de modo cooperativo. O módulo transdutor compreende uma cabeça de impacto e um transdutor incluindo um acelerômetro para produzir uma voltagem proporcional à aceleração causada pela cabeça de impacto sobre uma superfície. O módulo eletrônico inclui uma fonte de voltagem para fornecer energia elétrica e um computador alimentado pela fonte de voltagem para adicionar de modo vetorial a voltagem para determinar a aceleração no pico causada pelo impacto, independente da orientação real da cabeça de impacto sobre a superfície. A patente US 5.493.895 descreve um dispositivo penetrômetro para teste por impacto das características físicas do fundo do mar. O penetrômetro inclui um alojamento cilíndrico oco e uma terminação hemisférica. Na operação do penetrômetro, um transmissor compreendendo dispositivos eletrônicos emite um sinal de freqüência constante precisamente controlada, e um receptor remoto detecta variações em recepções de sinal durante o impacto do penetrômetro com o fundo do mar para determinar as características físicas da superfície do fundo do mar. O penetrômetro gera um sinal acústico que pode ser processado para prover dados indicativos do fundo do mar no ponto onde o mesmo impacta o fundo do mar. O dispositivo pode incluir espaçadores destinados a adicionar maior comprimento, mais peso e diferentes características hidrodinâmicas ao mesmo. A patente US 5.681.982 descreve aparelho e método para determinar propriedades geotécnicas e geoacústicas de sedimento marinho onde a resistência ao cisalhamento não drenada e módulo de cisalhamento dinâmico desses sedimentos pode ser quantificada. O módulo de cisalhamento dinâmico, parâmetro que determina a velocidade de propagação de ondas de cisalhamento sísmico em um sedimento, é obtido usando o perfil de deceleração completo do impacto. O valor desse parâmetro é útil para formular um modelo geoacústico do fundo do mar, esse modelo sendo útil na indústria do petróleo. A patente US 6.719.068 descreve uma sonda geológica que compreende um tubo oco a ser introduzido no material geológico a ser testado, e uma sonda de teste adaptada ao tubo, essa sonda compreendendo sensores para obter informação sobre o material. A sonda de teste compreende adicionalmente um transmissor de microondas, adaptado para transmitir microondas que transportam dados desses sensores, o tubo oco sendo adaptado para atuar como guia óptico, guiando as microondas a um orifício superior do tubo oco.An electric CPT or piezocone probe measures water pore pressure and soil resistance to penetration as it is introduced into the soil with the aid of a 20 tonne cone penetrometer probe. According to US Patent 4,007,633 a method currently in use for testing the physical characteristics of the seabed is achieved using an acoustic Doppler penetrometer. A penetrometer is essentially a projectile-shaped body that carries an acoustic signal transmitter. In operation, a penetrometer is launched into the water from a surface ship or aircraft and allowed to reach its terminal velocity before impacting the sea floor. A remote receiver analyzes the Doppler effect on the acoustic signal that results when the penetrometer impacts and penetrates the seabed. US 5,490,411 discloses a test device for impact surfaces comprising a transducer module and a cooperatively connected electronics module. The transducer module comprises an impact head and a transducer including an accelerometer to produce a voltage proportional to the acceleration caused by the impact head on a surface. The electronics module includes a voltage source to provide electrical power and a computer powered by the voltage source to vectorally add voltage to determine peak acceleration caused by impact, regardless of the actual orientation of the impact head on the surface. US 5,493,895 describes a penetrometer device for impact testing of the physical characteristics of the seabed. The penetrometer includes a hollow cylindrical housing and a hemispherical termination. In penetrometer operation, a transmitter comprising electronic devices outputs a precisely controlled constant frequency signal, and a remote receiver detects variations in signal reception during the penetration of the seabed to determine the physical characteristics of the seabed surface. . The penetrometer generates an acoustic signal that can be processed to provide indicative seafloor data at the point where it impacts the seafloor. The device may include spacers designed to add greater length, more weight and different hydrodynamic characteristics to it. US 5,681,982 describes apparatus and method for determining geotechnical and geoacoustic properties of marine sediment where undrained shear strength and dynamic shear modulus of these sediments can be quantified. The dynamic shear modulus, a parameter that determines the propagation velocity of seismic shear waves in a sediment, is obtained using the full impact deceleration profile. The value of this parameter is useful for formulating a geoacoustic model of the seabed, this model being useful in the oil industry. US 6,719,068 describes a geological probe comprising a hollow tube to be introduced into the geological material to be tested, and a test probe adapted to the tube, said probe comprising sensors for obtaining material information. The test probe further comprises a microwave transmitter adapted to transmit microwaves carrying data from these sensors, the hollow tube being adapted to act as an optical guide guiding the microwaves to an upper hole of the hollow tube.
Na publicação EP 1065530, os dados são transmitidos com auxílio de vários guias ópticos localizados no interior do tubo oco que constitui a sonda. Os sinais ópticos são transmitidos da sonda para um receptor localizado na extremidade do tubo oco, normalmente acima da superfície. A patente brasileira PI 9603599-4 da Requerente e aqui integralmente incorporada como referência trata de uma estaca alongada de ponta fechada para aplicação nas operações de ancoragem de estruturas no fundo do mar. A estaca para ancoragem compreende basicamente um corpo alongado (1), a extremidade inferior do dito corpo sendo provida com uma ponteira afilada (2), e a extremidade superior do dito corpo sendo provida com um disco de fechamento (3), o corpo sendo provido de aletas verticais (4) próximo ao topo e tendo o interior da porção tubular preenchida com um lastro (5) formado de material de alto peso especifico, distribuído de forma que o centro de gravidade da dita estaca fique situado bem abaixo do centro de flutuação da mesma. O tipo de lastro (5) e a distribuição do mesmo no corpo da estaca são definidos em função da penetração desejada da estaca no solo marinho. A estaca e instalada no solo marinho usando a energia potencial geada pela queda livre da estaca a partir de uma embarcação para garantir a penetração da mesma no solo marinho. Essa estaca não contempla o uso de instrumentação acoplada.In publication EP 1065530, the data is transmitted with the aid of various optical guides located within the hollow tube constituting the probe. Optical signals are transmitted from the probe to a receiver located at the end of the hollow tube, usually above the surface. Applicant's Brazilian Patent PI 9603599-4 and incorporated herein by reference in its entirety deals with an elongated closed-end pile for application in anchoring operations of seabed structures. The anchor post basically comprises an elongate body (1), the lower end of said body being provided with a tapered tip (2), and the upper end of said body being provided with a closing disc (3), the body being provided with vertical fins (4) near the top and having the inside of the tubular portion filled with a ballast (5) formed of high specific weight material, distributed such that the center of gravity of said pile is well below the center of fluctuation of it. The type of ballast (5) and its distribution in the pile body are defined as a function of the desired pile penetration into the marine soil. The pile is installed on the seabed using the potential energy frosted by the freefall of the pile from a vessel to ensure its penetration into the seabed. This stake does not include the use of coupled instrumentation.
Assim, apesar dos desenvolvimentos da tecnologia para sondagem in situ para projeto de fundações de estruturas oceânicas, a técnica ainda necessita de um dispositivo para investigação geotécnica através de um ensaio in situ, que compreenda um corpo cilíndrico a ser cravado no solo, o corpo sendo dotado de dois sistemas de instrumentação, um piezocone convencional na extremidade que toca o solo marinho e na outra extremidade, uma câmara contendo acelerômetros e um elemento eletro-eletrônico para armazenar os dados coletados pelo piezocone, tal dispositivo sendo descrito e reivindicado no presente pedido. SUMÁRIO DA INVENÇÃOThus, despite developments in in situ drilling technology for designing ocean foundations, the technique still requires a device for geotechnical investigation through an in situ test comprising a cylindrical body to be driven into the ground, the body being provided with two instrumentation systems, a conventional piezocone at the end that touches the sea floor and at the other end, a chamber containing accelerometers and an electro-electronic element for storing the data collected by the piezocone, such device being described and claimed in the present application. SUMMARY OF THE INVENTION
De um modo amplo, o dispositivo para investigação geotécnica in situ em solo marinho de acordo com a invenção compreende um corpo cilíndrico onde a extremidade inferior do mesmo é dotada de um piezocone convencional e a extremidade superior, uma câmara contendo acelerômetros e um elemento eletro-eletrônico para armazenar os dados coletados pelo piezocone, os valores medidos das acelerações sendo utilizados para o cálculo das velocidades e inclinações durante a descida do dispositivo na água e no solo e para avaliação do comprimento cravado.Broadly, the device for in situ geotechnical investigation in marine soil according to the invention comprises a cylindrical body where the lower end thereof is provided with a conventional piezocone and the upper end, a chamber containing accelerometers and an electrode element. electronic to store the data collected by the piezocone, the measured acceleration values being used to calculate the velocities and inclines during the descent of the device in the water and the ground and to evaluate the spiked length.
Assim, a invenção provê um dispositivo para investigação geotécnica in situ que compreende um corpo cilíndrico onde a extremidade inferior do mesmo é dotada de um piezocone convencional e a extremidade superior, uma câmara contendo acelerômetros e um elemento eletro-eletrônico para armazenar os dados coletados pelo piezocone. A invenção provê também um dispositivo para investigação geotécnica in situ onde os valores medidos das acelerações são utilizados para cálculo das velocidades e inclinações durante a descida do dispositivo na água e no solo e para avaliação do comprimento cravado.Thus, the invention provides a device for in situ geotechnical investigation comprising a cylindrical body where the lower end thereof is provided with a conventional piezocone and the upper end, a chamber containing accelerometers and an electro-electronic element for storing the data collected by the Piezocone. The invention also provides a device for in situ geotechnical investigation where measured acceleration values are used to calculate velocities and inclines during descent of the device into water and soil and to assess the spiked length.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIGURA 1A anexa ilustra uma vista esquemática do dispositivo da invenção. A FIGURA 1B anexa ilustra um detalhe da extremidade superior do dispositivo mostrando a câmara contendo a instrumentação.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying FIGURE 1A illustrates a schematic view of the device of the invention. The attached FIGURE 1B illustrates a detail of the upper end of the device showing the chamber containing the instrumentation.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDADETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT
Como mencionado acima, o dispositivo para investigação geotécnica in situ conforme a invenção compreende um corpo cilíndrico onde a extremidade inferior do mesmo é dotada de um piezocone convencional e a extremidade superior, uma câmara contendo acelerômetros e um elemento eletro-eletrônico para armazenar os dados coletados pelo piezocone, os valores medidos das acelerações sendo utilizados para cálculo das velocidades e inclinações durante a descida do dispositivo na água e no solo e para avaliação do comprimento cravado. A invenção será descrita a seguir em relação às Figuras anexas.As mentioned above, the in situ geotechnical investigation device according to the invention comprises a cylindrical body where the lower end thereof is provided with a conventional piezocone and the upper end, a chamber containing accelerometers and an electro-electronic element for storing the collected data. by piezocone, the measured acceleration values being used to calculate velocities and inclines during the descent of the device into water and soil and to assess the spiked length. The invention will be described below with reference to the accompanying Figures.
Assim, a Figura 1A ilustra uma vista esquemática do dispositivo da invenção, que compreende um corpo cilíndrico (1) dotado de dois sistemas de instrumentação: a) um piezocone convencional (2) instalado na extremidade inferior do dito corpo (1); b) um elemento (3) alojado internamente em uma câmara (4) no topo do corpo (1), dito elemento (3) incluindo - baterias; - célula eletrônica para armazenar os dados coletados pelo piezocone (2);e - acelerômetros Os valores medidos das acelerações são utilizados para cálculo das velocidades e inclinações durante a descida do dispositivo na água e no solo e para avaliação do comprimento cravado.Thus, Figure 1A illustrates a schematic view of the device of the invention comprising a cylindrical body (1) provided with two instrumentation systems: a) a conventional piezocone (2) installed at the lower end of said body (1); b) an element (3) housed internally in a chamber (4) at the top of the body (1), said element (3) including batteries; - electronic cell to store the data collected by piezocone (2), and - accelerometers The measured acceleration values are used to calculate velocities and inclines during the descent of the device into water and soil and to assess the spiked length.
As baterias, célula eletrônica e acelerômetro são dispositivos comerciais. Conforme mostrado no detalhe da Figura 1B, a câmara (4) é constituída de um segmento de tubo que é fechado com uma tampa (5) aparafusada neste segmento de tubo e dotada de um olhai (6) onde é conectada a linha de manuseio e instalação (cabo de aço ou amarra). Através de um furo nessa tampa (5), é instalado um terminal (7) onde é conectado um cabo de computador para leitura dos dados coletados pela instrumentação e que foram armazenados na célula. O corpo (1) do dispositivo, compreendido entre a câmara (4) e o piezocone (2) deve ser constituído por segmentos de tubo (8) lastreados com material de densidade elevada (9). O segmento mais próximo à ponta deve ter lastro mais denso (10), de preferência chumbo, para que o centro de gravidade do corpo (1) fique numa posição mais baixa do que a do centro de flutuação, proporcionando maior estabilidade do dispositivo durante a queda do mesmo dentro da água.The batteries, electronic cell and accelerometer are commercial devices. As shown in the detail of Figure 1B, the chamber (4) consists of a tube segment which is closed with a cap (5) screwed onto this tube segment and provided with a lug (6) to which the handling line is connected and installation (wire rope or tie). Through a hole in this cover (5), a terminal (7) is installed to which a computer cable is connected to read the data collected by the instrumentation and stored in the cell. The body (1) of the device, comprised between the chamber (4) and the piezocone (2) shall consist of high density material-backed tube segments (8). The segment closest to the tip should have denser ballast (10), preferably lead, so that the center of gravity of the body (1) is lower than that of the float center, providing greater stability of the device during drop of it into the water.
No centro do lastro sólido (10) deve ser instalado um eletroduto metálico (11) por onde passará o umbilical elétrico (não representado) que levará os sinais da instrumentação do piezocone (2) para a célula eletrônica no elemento (3).In the center of the solid ballast (10) a metal conduit (11) shall be installed through which the electric umbilical (not shown) will pass, which will carry the instrumentation signals from the piezocone (2) to the electronic cell in the element (3).
Os parâmetros geomecânicos do solo investigado serão definidos pela análise conjunta dos dados obtidos pelo piezocone (2) e os valores da desaceleração registrados durante a cravação do dispositivo, A cravação do dispositivo é como descrito para a estaca do PI 9603599-4, Assim, a cravação do dispositivo da invenção é baseada nos conceitos de lançamento de um corpo em queda livre, aplicando a energia potencial gerada pela descida do dispositivo para conseguir a penetração do mesmo no solo marinho. O lançamento do dispositivo é realizado com auxílio de embarcações como um rebocador, de onde o dispositivo é feito descer até uma altura predeterminada em relação ao fundo do mar, sustentado por amarras ou cabos, sendo então liberado e deixado cair em queda livre.The geomechanical parameters of the investigated soil will be defined by the joint analysis of the data obtained by piezocone (2) and the deceleration values recorded during the device crimping. The device crimping is as described for PI 9603599-4. Embedding of the device of the invention is based on the concepts of launching a body in free fall, applying the potential energy generated by the descent of the device to achieve its penetration into the seabed. The launching of the device is carried out with the aid of vessels such as a tug, from which the device is lowered to a predetermined height from the seabed, supported by tethers or cables, and then released and dropped in free fall.
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Free format text: CONDICOES CONTRATUAIS: 1) ROYALTIES: 12% SOBRE O PRECO DE VENDA, EXCLUINDO OS IMPOSTOS INCIDENTES NA EMISSAO DA NOTA FISCAL (IPI, ISS E ICMS), TAXA DE ACESSO E TAXA MINIMA ANUAL; 2) PRAZO: 5 ANOS, PODENDO SER PRORROGAVEL POR IGUAL PERIODO, ATE O FIM DA VIGENCIA DO ATIVO INTELECTUAL; 3) CONDICOES DE PAGAMENTO: TRIMESTRAL, A PARTIR DOS DADOS OBTIDOS NAS NOTAS FISCAIS SOLICITADAS; 4) DISPONIBILIDADE DE KNOW-HOW: NAO; 5) ASSISTENCIA TECNICA: NAO. - OBS: CONSULTA A CARTA PATENTE PODERA SER FEITA ATRAVES DO ENDERECO ELETRONICO WWW.INPI.GOV.BR - NO ACESSO RAPIDO = BUSCA DE PROCESSOS = FACA LOGIN COM SENHA OU TECLE CONTINUAR = PATENTE = DIGITE O NUMERO DO PROCESSO = PESQUISAR. PARA ACESSAR, CAD |
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| B22L | Other matters related to patents and certificates of addition of invention: notification of licence offer (art 64 par 1 of lpi) |
Free format text: CONDICOES CONTRATUAIS: 1) ROYALTIES: 12% SOBRE O PRECO DE VENDA, EXCLUINDO OS IMPOSTOS INCIDENTES NA EMISSAO DA NOTA FISCAL (IPI, ISS E ICMS), TAXA DE ACESSO E TAXA MINIMA ANUAL; 2) PRAZO: 5 ANOS, PODENDO SER PRORROGAVEL POR IGUAL PERIODO, ATE O FIM DA VIGENCIA DO ATIVO INTELECTUAL; 3) CONDICOES DE PAGAMENTO: TRIMESTRAL, A PARTIR DOS DADOS OBTIDOS NAS NOTAS FISCAIS SOLICITADAS; 4) DISPONIBILIDADE DE KNOW-HOW: NAO; 5) ASSISTENCIA TECNICA: NAO. - OBS: CONSULTA A CARTA PATENTE PODERA SER FEITA ATRAVES DO ENDERECO ELETRONICO WWW.INPI.GOV.BR - NO ACESSO RAPIDO = BUSCA DE PROCESSOS = FACA LOGIN COM SENHA OU TECLE CONTINUAR = PATENTE = DIGITE O NUMERO DO PROCESSO = PESQUISAR. PARA ACESSAR, CADASTRE-SE NO PORTAL DO INPI. Free format text: CONDICOES CONTRATUAIS: 1) ROYALTIES: 12% SOBRE O PRECO DE VENDA, EXCLUINDO OS IMPOSTOS INCIDENTES NA EMISSAO DA NOTA FISCAL (IPI, ISS E ICMS), TAXA DE ACESSO E TAXA MINIMA ANUAL; 2) PRAZO: 5 ANOS, PODENDO SER PRORROGAVEL POR IGUAL PERIODO, ATE O FIM DA VIGENCIA DO ATIVO INTELECTUAL; 3) CONDICOES DE PAGAMENTO: TRIMESTRAL, A PARTIR DOS DADOS OBTIDOS NAS NOTAS FISCAIS SOLICITADAS; 4) DISPONIBILIDADE DE KNOW-HOW: NAO; 5) ASSISTENCIA TECNICA: NAO. - OBS: CONSULTA A CARTA PATENTE PODERA SER FEITA ATRAVES DO ENDERECO ELETRONICO WWW.INPI.GOV.BR - NO ACESSO RAPIDO = BUSCA DE PROCESSOS = FACA LOGIN COM SENHA OU TECLE CONTINUAR = PATENTE = DIGITE O NUMERO DO PROCESSO = PESQUISAR. PARA ACESSAR, CAD |