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Movimentos de massa são frequentemente associados a períodos de chuvas intensas que penetram no solo causando a redução de seus parâmetros de resistência ao cisalhamento e provocando instabilidades que podem levar à ruptura. Com a utilização da tecnologia de fibra óptica, é possível realizar o monitoramento da evolução das deformações superficiais em uma extensa área e dos níveis d’água presentes no subsolo, complementando a instrumentação geotécnica tradicional. A fibra óptica atua como sensor intrínseco, onde o próprio cabo óptico é o elemento sensor, transmitindo e recebendo informações, diferentemente dos sensores chamados extrínsecos, responsáveis apenas pela transmissão de informações de sensores pontuais. A fibra óptica é um material leve, maleável e imune a interferências eletromagnéticas, tornando-a ideal para este tipo de aplicação devido à sua robustez, além de permitir um controle prático e obtenção de resultados confiáveis. A utilização do sistema abordado proporciona a aquisição de um histórico de deformações e níveis d’água que viabiliza um embasamento para a tomada de decisões durante possíveis processos de movimentos de massa e pode gerar alertas de iminência de rupturas. Esta dissertação aborda os resultados do monitoramento geotécnico utilizando a tecnologia de fibra óptica. O sistema de monitoramento inclui dois cabos ópticos, uma unidade leitora DTSS (Sensor Distribuído de Temperatura e Deformação) e uma unidade leitora DTS (Sensor Distribuído de Temperatura). A área de estudo foi selecionada em virtude de indicativos visuais de movimentação de um muro de contenção existente na encosta atravessada por dutos monitorada, localizada em São Paulo, rodovia SP 055. Foram coletadas amostras de solo do topo e da base da encosta objetivando a caracterização geotécnica do solo da área. Ainda, outro cabo óptico foi instalado em dois tubos geomecânicos distintos e instalados na encosta, configurando um medidor de nível d’água e um piezômetro para acompanhamento do nível d’água. Foram realizadas seis campanhas de monitoramento com o DTSS e sete campanhas de monitoramento com o DTS. Uma rotina em MatLab foi melhorada e adaptada às necessidades desta dissertação, para gerenciar e facilitar a interpretação dos dados oriundos do monitoramento geotécnico com base na tecnologia de fibra óptica. As diferenças entre os níveis d’água obtidos com o DTS e com o pio elétrico foram majoritariamente inferiores a 1,0 m, o que representa resultados adequados, porém abre margem para aperfeiçoamento nos métodos considerados. Para a fibra óptica instalada na encosta, a máxima deformação e máximo alívio de tensão foram 1528,29 µε e -2867,69 µε, respectivamente, evidenciando deformações inferiores a 0,2%, mas que não permitem afirmar a movimentação da encosta. Dada a eficácia e confiança da instrumentação convencional, a instrumentação à Fibra Óptica pode ser instalada concomitantemente para complementação e comparações que permitam sua viabilização.
Mass movements are often associated with periods of heavy rainfall that penetrate the ground causing a reduction its shear strength parameters to be reduced and generating instabilities that can lead to rupture. Optical fiber technology allows the monitoring of the evolution of surface strain over a wide area and the water levels present in the subsoil, complementing traditional geotechnical instrumentation. Optical fiber acts as an intrinsic sensor, where the optical cable itself is the sensor element, transmitting and receiving information, unlike the so-called extrinsic sensors, which are only responsible for transmitting information from point sensors. Optical fiber is a lightweight, malleable material that is immune to electromagnetic interferences, making it ideal for this type of application due to its robustness, as well as allowing practical control and reliable results. The use of the approached system provides the acquisition of a strain and water level history that provides a basis for decision making during possible mass movement processes and can generate impending rupture alerts. This dissertation discusses the results of geotechnical monitoring using optical fiber technology. The monitoring system includes two optical cables, a DTSS (Distributed Temperature and Strain Sensor) reader unit and a DTS (Distributed Temperature Sensor) reader unit. The study area was selected because of the visual indications of movement of the retaining wall that separates a duct-crossed slope located in São Paulo from the SP-055 highway. Soil samples were collected from the crest and toe of the slope, aiming for the geotechnical characterization of the area. Another optical cable was installed in two separate tubes and inserted into the ground, configuring a water level meter and a piezometer for monitoring the water level. There were six monitoring campaigns with DTSS and seven monitoring campaigns with DTS. A MatLab routine has been improved and adapted to the needs of this dissertation to manage and facilitate data interpretation from geotechnical monitoring based on optical fiber technology. The differences between the water levels obtained with the DTS and the electric water level meter were mostly less than 1.0 m, which represents adequate results, but it leaves margin for improvement in the methods considered. For the optical fiber installed on the slope, the maximum strain and maximum strain relief were 1528.29 microstrains and -2867.69 microstrains respectively, showing strains below 0.2%, but which do not allow to affirm the movement of the slope. Besides that, given the efficiency and reliability of traditional instrumentation, optical fiber instrumentation can be installed simultaneously for complementation and comparisons that allow its viability.
Data da defesa: 14/02/2020
Banca Examinadora
Orientador: Luiz: Rodrigo Moraes da Silveira (Lactec)
Membro da Banca: Luiz Felipe Barrozo Toledo (Lactec)
Membro da Banca: Tânia Lucia Graf Miranda (Lactec)
Membro da Banca: Vitor Pereira Faro (UFPR)
Palavra(s)-Chave: Fibra óptica; DTSS; Instrumentação geotécnica; Movimentos de massa; MatLab.
Keywords: Optical fiber; DTSS; Geotechnical monitoring; Mass movements; MatLab.
