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Análise de deformação.pdf

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45 Geologia Estrutural CAP. 5 - ANÁLISE DA DEFORMAÇÃO 5.1 - Teoria da Deformação Descontínua 5.1.1 - Introdução O estudo da deformação descontínua tem, nas últimas décadas, adquirido uma importância muito grande na aplicação dos fundamentos da Geologia Estrutural em diversas áreas do conhecimento humano e de interesse social: mineração, engenharia
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   Geologia Estrutural 45  CAP. 5 - ANÁLISE DA DEFORMAÇÃO 5.1 - Teoria da Deformação Descontínua 5.1.1 - Introdução O estudo da deformação descontínua tem, nas últimas décadas, adquirido uma importância muito grande na aplicação dos fundamentos da Geologia Estrutural em diversas áreas do conhecimento humano e de interesse social: mineração, engenharia civil, problemas ambientais e de ocupação do meio físico, prospecção hidrogeológica, sismologia, etc. Diversos experimentos de laboratório tem permitido significativos avanços no entendimento dos processos relacionados ao fraturamento de corpos rochosos. Novas abordagens têm sido introduzidas pelos estudos de fraturamento hidráulico, relacionados à energia geotermal e à exploração de combustíveis fósseis. É necessário, em primeiro lugar, que se entenda os fundamentos dos mecanismos de ruptura, os quais já foram objeto de discussões em capítulos anteriores. Já foi visto que as rupturas ocorrem, em experimentos de laboratório, quando os esforços aplicados ultrapassam os limites de elasticidade dos corpos rochosos, podendo passar por um campo, de variável extensão, de deformação  plástica. Deve-se recordar, também, que existem, experimentalmente, dois valores de esforço limites na relação stress-strain: ã   yield stress: limite de elasticidade do material ã   failure stress: limite de ruptura do material (brittle strenght) 5.1.2- O fraturamento e suas relações com o esforço Estudos experimentais sobre materiais isotrópicos (Figs. 3.1 e 3.2 de Nicolas)  permitem visualizar o desenvolvimento de fraturas e sua relação com as pressões. Analisando a Figura 3.1, nota-se que: ã   fraturas de tensão aparecem, paralelas ao eixo do cilindro ( σ 1 ), para valores de esforço de 0.1 Mpa (Fig. 3.1a); ã   fratura isolada, de cisalhamento, aparece inclinada ao eixo do cilindro ( σ 1 ), com movimentação paralela à superfície da fratura, para valores de stress de 3.5 Mpa (Fig. 3.1b); ã   fraturas conjugadas aparecem, para valores de esforço de 100 Mpa (Fig. 3.1c), simetricamente inclinadas ao eixo do cilindro ( σ 1 ), formando com este um ângulo que aumentará progressivamente até um valor máximo de 45 0 ; ã    para maiores valores de esforço, a deformação se torna penetrativa para a escala de observação: em escala mesoscópica, assemelha-se à deformação dúctil, porém em escala microscópica a deformação é produzida por movimentos descontínuos. Prof. M. Matta & F. Matos - DGL-CG/UFPA   Geologia Estrutural 46  A Figura 3.2 mostra que, com o aumento da pressão de confinamento, tanto o limite do campo elástico como o campo da deformação dúctil aumentam. 5.1.3-   O fraturamento e suas relações com a profundidade Em ensaios de laboratório é possível ser calculado o esforço cisalhante (shear stress) correspondente ao ponto de ruptura de um material sob investigação, com o Prof. M. Matta & F. Matos - DGL-CG/UFPA   Geologia Estrutural 47  aumento da pressão de confinamento. Isso pode ser feito através de diagramas como o da Figura 3.2, mencionada anteriormente, ou pelo diagrama de Mohr estudado no capítulo anterior (Fig. 2.16- Nicolas) Para materiais isotrópicos, é possível se estabelecer uma curva experimental de ruptura para um material, medindo a resistência máxima do mesmo sob diferentes  profundidades em rochas secas. Essa curva, já mencionada no capítulo anterior, é chamada de envoltória de Mohr, e representa os esforços cisalhantes máximos suportados por um material no momento da ruptura. 5.1.4-   Fraturamento em presença de pressão de fluido Em condições naturais as rochas têm fluidos nos poros. Esses espaços podem ser primários (vesículas, espaços intergranulares em rochas sedimentares, etc.) ou induzidos por deformação (microfissuras, fraturas, falhas, etc.) A pressão hidrostática esperada nos poros de uma rocha à uma profundidade qualquer, é a pressão de uma coluna d’água que se estenderia daquela profundidade até a superfície. Assim a pressão hidrostática no poro, em qualquer profundidade, seria da ordem de 40 % da pressão litostática, tomando o valor médio da densidade da coluna de 2,5 g/cm 3 . Pressões de poros maiores que a hidrostática podem ser geradas por diversos mecanismos, tais como: desidratação rápida de sedimentos por soterramento ou por efeito tectônico, desidratação de minerais por metamorfismo, etc.   Prof. M. Matta & F. Matos - DGL-CG/UFPA   Geologia Estrutural 48  A Fig. 3.7 - Nicolas mostra o efeito da pressão parcial de fluido sobre o fraturamento. Se uma pressão de fluido for criada no meio, o centro do diagrama de Mohr, representando o estado de esforço na ausência de pressões de fluido, se move  para a esquerda ao longo do eixo das abcissas (esforço normal). Esse movimento é caracterizado na Fig. 3.7 pelo valor P F. Como um resultado dessa variação, o círculo do diagrama de Mohr representando o estado de esforço na presença de fluido tocará a curva da envoltória de Mohr e a ruptura do material pode ser prevista. Se, no estado inicial, o raio do diagrama de Mohr for grande, um pequeno aumento na pressão de fluido será suficiente para causar a ruptura, movendo o círculo de Mohr para o contato com a envoltória em um ponto onde a inclinação da curva é  baixa (Fig. 3.7a). O ângulo α  é então grande e o fraturamento ocorre por cisalhamento. Se, ao contrário, o raio inicial for pequeno, a pressão de fluido deverá ser tal que se aproxime da pressão confinante para causar o fraturamento. Nesse caso o deslocamento do círculo representativo será significante e o mesmo tangenciará a envoltória perto de sua srcem, numa região de inclinação forte da curva. O ângulo α  será pequeno e o fraturamento será por extensão e não mais por cisalhamento (Fig. 3.7b). Portanto, rochas porosas, onde reações de desidratação ou fusões parciais  produzem uma pressão de fluido próxima da pressão sólida, podem chegar ao fraturamento qualquer que seja a profundidade. Quando os fluidos influenciam o  processo, o fraturamento não está restrito à baixas profundidades. 5.1.5-   Transição frágil-dúctil A maioria das rochas possuem microcavidades ou fissuras. Se forças agem sobre elas, os esforços se concentram nas terminações dessas cavidades. A partir Prof. M. Matta & F. Matos - DGL-CG/UFPA

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Apr 28, 2018
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