Introdução à Mecânica das Rochas Aula 3

8/6/2019 Introdução à Mecânica das Rochas Aula 3

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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO ÀÀ MECÂNICA DAS ROCHASMECÂNICA DAS ROCHAS

Licenciatura em Geologia Aplicada e do AmbienteLicenciatura em Geologia Aplicada e do Ambiente -- 2004/20052004/2005

Fernando M. S. F. Marques *Fernando M. S. F. Marques *

* Departamento de Geologia, Faculdade de Ciências de Lisboa* Departamento de Geologia, Faculdade de Ciências de Lisboa

Aula teAula teóórica 3rica 3

IMPORTÂNCIA DO CONTEXTO GEOLÓGICO

- Estrutura geológica

- Identificação dos tipos litológicos presentes, salientando camadas menos resistentes,rochas com alteração/degradação muito rápida e juntas de estratificação queconstituem descontinuidade mecânica

- Alteração do material rocha e sua distribuição espacial

- Estado de tensão in situ

- História geológica incluindo antigos estados de tensão

- Singularidades: filões, falhas, dobras, cavidades cársicas, paleovales preenchidospor sedimentos ou escoadas de rochas vulcânicas

- Descontinuidades: estratificação, fracturas, foliação, xistosidade e clivagem xistenta

- Fluidos intersticiais e fluxo subterrâneo

- Influência do factor tempo



Ribeira de IlhasRibeira de Ilhas – – CretCretáácico,cico, AptianoAptiano inferior inferior

FalhasFalhas

Filões em falhasFilões em falhas

Filões isoladosFilões isolados

120m

DobrasDobras

Planos axiaisPlanos axiais

Definição geométrica de dobras: flancos, tipo de charneira, plano axial (Formação da Brejeira, Carbónico -Torre de Aspa, Aljezur)



Vista de terreno do mesmo local após deslizamento planar de grande bloco de rocha.Definição geométrica de dobras: flancos, tipo de charneira e plano axial (Formação da Brejeira, Carbónico- Torre de Aspa, Aljezur)

SoSo

Fragmentação segundo duas famílias de descontinuidades de bloco deslizado ao longo da estratificação(So) (Formação da Brejeira, Namuriano médio-Vestefaliano inferior; 1km a NNW de Arrifana)



SoSo

EstratificaEstratificaççãoão

Abertura de fracturaAbertura de fracturaAbertura de fractura

Plano de estratificação lisoPlano de estratificaPlano de estratificaçção lisoão liso

Degradação rápida dos xistos comos ciclos de secagem-molhagemDegradaDegradaçção r ão r áápida dos xistos compida dos xistos comos ciclos de secagemos ciclos de secagem--molhagemmolhagem

Lineação de intersecção daestratificação com a clivagem xistentaLineação de intersecção daestratificação com a clivagem xistenta

ClivagemClivagem xistentaxistenta

Família de descontinuidades (fracturas)FamFamíília de descontinuidades (fracturas)lia de descontinuidades (fracturas)

Yosemite National Park, California

(Gerald F. Wieczorek and James B. Snyder,USGS Open File Report 03-491, 2004)

MaciMaciçço grano graníítico com fracturas muito afastadastico com fracturas muito afastadas

Fracturas com grande continuidade,Fracturas com grande continuidade,encurvadasencurvadas

Queda de blocos resultante de uma cunha deQueda de blocos resultante de uma cunha de

rocha formada por intersecrocha formada por intersecçção deão dedescontinuidadesdescontinuidades



Fontes de informaFontes de informaçção sobre Mecânica das Rochasão sobre Mecânica das Rochas

InternationalInternational SocietySociety for Rockfor Rock MechanicsMechanics (ISRM)(ISRM) – – Sede no LNECSede no LNEC

http://wwwhttp://www--ext.lnec.pt/ISRM/ext.lnec.pt/ISRM/ ISRMISRM

http://www.usace.army.mil/http://www.usace.army.mil/ UnitedUnited StatesStates ArmyArmy CorpsCorps of of EngineersEngineers

http://www.armarocks.org/http://www.armarocks.org/ AmericanAmerican RockRock MechanicsMechanics AssociationAssociation

http://www.rocscience.com/hoek/Hoek.asphttp://www.rocscience.com/hoek/Hoek.asp PPáágina degina de EvertEvert HoekHoek com manual (com manual (HoekHoek, 2000), 2000)

IAEGIAEG – – International Association for Engineering Geology and the Envir International Association for Engineering Geology and the Envir onment:onment:http://wwwhttp://www--cgi.ensmp.fr/iaegcgi.ensmp.fr/iaeg

ICOLDICOLD – – International Commission on Large Dams:International Commission on Large Dams: http://www.icoldhttp://www.icold--cigb.orgcigb.org

IGSIGS – – InternationalInternational GeosyntheticsGeosynthetics Society:Society: www.geosyntheticssociety.orgwww.geosyntheticssociety.org

ISSMGEISSMGE – – International Society of Soil Mechanics and Geotechnical EngineInternational Society of Soil Mechanics and Geotechnical Engineering:ering:http://http://www.issmge.orgwww.issmge.org

ITAITA – – InternationalInternational TunnellingTunnelling Association:Association: http://http://www.itawww.ita--aites.orgaites.org

IUGSIUGS – – International Union of Geological Sciences:International Union of Geological Sciences: http://http://www.iugs.orgwww.iugs.org

SPESPE – – Society of Petroleum Engineers:Society of Petroleum Engineers: http://http://www.spe.orgwww.spe.org

Revistas:Revistas:

InternationalInternational JournalJournal of of RockRock MechanicsMechanics andand MiningMining SciencesSciences – – Elsevier Elsevier , editado pela ISRM, editado pela ISRM

RockRock MechanicsMechanics andand RockRock EngineeringEngineering – – Springer Springer --VerlagVerlag

CanadianCanadian GeotechnicalGeotechnical JournalJournal

GeotechnicalGeotechnical TestingTesting JournalJournal

JournalJournal of of thethe GeotechnicalGeotechnical DivisionDivision – – ASCEASCEUndergroundUnderground SpaceSpace

EngineeringEngineering GeologyGeology

BulletinBulletin of of EngineeringEngineering GeologyGeology andand thethe EnvironmentEnvironment

Fontes de informaFontes de informaçção sobre Mecânica das Rochasão sobre Mecânica das Rochas

Normas:Normas:

-- ISRMISRM SuggestedSuggested MethodsMethods – – IntInt. J. Rock. J. Rock MechMech.. MinMin.. SciencesSciences..

-- ASTMASTM – – AmericanAmerican SocietySociety for for TestingTesting MaterialsMaterials



PROPRIEDADES DO MATERIAL ROCHA

PROPRIEDADES ÍNDICE- Densidade- Porosidade

- Permeabilidade

RESISTÊNCIA- Resistência à compressão uniaxial- Resistência à compressão triaxial- Resistência à tracção- Deformabilidade

OUTRAS PROPRIEDADES- Desagregação (“slaking”) e durabilidade- Velocidade de propagação de ultra-sons- Expansibilidade (rochas argilosas)

Propriedades que não tem em conta a compartimentaPropriedades que não tem em conta a compartimentaçção (ão (fracturafracturaççãoão) dos maci) dos maciççosos

PROPRIEDADES DO MATERIAL ROCHA

As rochas são compostas por:As rochas são compostas por:

-- Constituintes sConstituintes sóólidos: Grãos minerais, cristais, matrizlidos: Grãos minerais, cristais, matriz afanafanííticatica, vidros,, vidros, litoclastoslitoclastos,,mineraloclastosmineraloclastos,, bioclastosbioclastos, cimento, cimento

-- Vazios: Porosidade primVazios: Porosidade primáária, vesria, vesíículas,culas, microfracturasmicrofracturas (descompressão, arrefecimento,(descompressão, arrefecimento,alteraalteraçção/dissoluão/dissoluçção)ão) – – vazios com e sem intercomunicavazios com e sem intercomunicaççãoão

-- Fluido nos vazios: ar,Fluido nos vazios: ar, áágua, hidrocarbonetos, salmouras naturais, fluidos hidrotermaisgua, hidrocarbonetos, salmouras naturais, fluidos hidrotermais

(temperatura, densidade e viscosidade variadas)(temperatura, densidade e viscosidade variadas)

GabroGabro comcom hiperstenahiperstena ((ortopiroxenaortopiroxena))



PROPRIEDADES ÍNDICE DO MATERIAL ROCHA

Índice Equação UnidadesCGS

UnidadesSI

Peso volúmico dos sólidos

s

s

s

V

W =

g/cm3 kN/m3

Densidade dos sólidos

w

s

sG

γ

γ=

g/cm3 kN/m3

Peso volúmico secov s

s

d

V V

W

+

= g/cm3

kN/m3

Peso volúmico natural

v s

w s

V V

W W

+

+

= g/cm3 kN/m3

Peso volúmico saturado

w s

w s

sat

V V

W W

+

+

= comvw

V V = g/cm3 kN/m3

Peso volúmico submerso*w sat sub

γ−= * g/cm3 kN/m3

Teor de água (%)100.

s

w

W

W w =

Porosidade (%)100100..

t

v

v s

v

V

V

V V

V

n =+

=

Peso volúmico da água γw = 1g/cm3 = 9,81kN/m3 * Só para rochas fracturadas, imersas, com boa comunicação hidráulica nas fracturas.

Densidade de minerais comuns

2,1 - 2,62,3 - 2,42,9 - 3,02,5 - 2,62,6 - 2,8

2,652,6 - 3,02,7 - 3,02,8 - 3,13,2 - 3,63,2 - 3,6

2,72,8 - 3,14,3 - 4,64,4 -5,24,9 - 5,27,4 - 7,6

HaliteGessoAnidriteOrtoclasePlagioclaseQuartzoClorite e iliteMoscoviteBiotitePiroxenaOlivinaCalciteDolomiteBariteMagnetitePiriteGalenite

Densidade de rochas comuns (Goodman, 1989)


26,525,526.028.0

29.422,620.6

7 - 2022 - 26

26.527.027.729.323.227.2

2.72.6

2.652.85

32.32.1

0.7 – 2.02.2 – 2.6

2.72.752.822.992.372.77

Sienito nefelínicoSienitoGranitoDiorito

GabroGessoSal-gemaCarvãoArgilitoCalcário puro, densoMármoreMicaxistoAnfibolitoRiólitoBasalto

(kN/m3)(g/cm3)




0.5 - 1.50.1 - 0.5

4 - 610 - 15

0.1 - 0.20.1 - 15 - 25

10 - 305 - 201 - 5

0.5 - 1.50.5 - 2

0.1 - 0.50.1 - 0.5

25.5 - 26.529.4 - 29.923.5 - 25.521.6 - 22.629.4 - 30.427.5 - 28.419.6 - 25.519.6 - 23.521.6 - 25.524.5 - 25.528.4 - 29.425.5 - 26.5

26.025.5 - 26.5

2.6 - 2.73 - 3.052.4 - 2.62.2 - 2.33 - 3.1

2.8 - 2.92 - 2.62 - 2.4

2.2 - 2.62.5 - 2.62.9 - 3

2.6 - 2.72.65

2.6 - 2.7

GranitoDoleritoRiolitoAndesitoGabroBasaltoArenitoArgilitoCalcárioDolomitoGnaisseMármoreQuartzitoMicaxisto

(kN/m3)(g/cm3)

Densidade e porosidade de rochas comuns (Rocha, 1973)

(%)(%)

1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2

Granito

Dolerito

Riolito

Andesito

Gabro

Basalto

Arenito

Argilito

Calcário

Dolomito

Gnaisse

Mármore

Quartzito

Micaxisto

Densidade de rochas (g/cmDensidade de rochas (g/cm33))

0 5 10 15 20 25 30

Granito

Dolerito

Riolito

Andesito

Gabro

Basalto

Arenito

Argilito

Calcário

Dolomito

Gnaisse

Mármore

Quartzito

Micaxisto

Porosidade de rochas (%)Porosidade de rochas (%)

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