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INTRODUINTRODUÇÇÃO ÃO ÀÀ MECÂNICA DAS ROCHASMECÂNICA DAS ROCHASLicenciatura em Geologia Aplicada e do Ambiente Licenciatura em Geologia Aplicada e do Ambiente -- 2005/20062005/2006

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 6rica 6

Dispositivos para ensaios de tracção em rochas(Hoek & Bray, 1981)

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Considerar ainda os ensaios de tracção indirecta,

como o ensaio brasileiro

Mas que tendem a dar valoresmais elevados do que os ensaios de tracção directa (1,5 x a 4x)

σσ3 (trac3 (tracçção)ão)

dd

t = t = ½½ dd

tdπσ Pt

2=

σσ11FF

Ou o ensaio de carga pontual, que pode fornecer estimativa da reOu o ensaio de carga pontual, que pode fornecer estimativa da resistência em tracsistência em tracççãoão

σσ11

σσ3 (trac3 (tracçção)ão)I I ss = P / d= P / dee22 dd

L > 2 dL > 2 d

ddee = d em ensaios diametrais de = d em ensaios diametrais de provetesprovetes cilcilííndricos (ndricos (exex: : tarolostarolos de sondagem)de sondagem)

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O ensaio de carga pontual tem tambO ensaio de carga pontual tem tambéém a vantagem prm a vantagem práática de poder ser utilizado com tica de poder ser utilizado com provetesprovetesprismprismááticos ou mesmo irregulares, com formato grosseiramente paralelipticos ou mesmo irregulares, com formato grosseiramente paralelipipipéédico dico

I I ss = P / d= P / dee22

Em ensaios axiais ou de Em ensaios axiais ou de provetesprovetesparalelipipparalelipipéédicos e irregularesdicos e irregulares

ddee22 = 4 A / = 4 A / ππ

A = d wA = d w

L > 2 dL > 2 ddd

ww

Nestes ensaios deve ainda corrigirNestes ensaios deve ainda corrigir--se o efeito se o efeito de escala para obter valores normalizados para de escala para obter valores normalizados para provetesprovetes cilcilííndricos com diâmetro de 50mm:ndricos com diâmetro de 50mm:

I I s(50)s(50) = F . = F . IIss comcom F = ( dF = ( dee / 50 ) / 50 ) 0,450,45

ou, por regressão dos valores experimentais ou, por regressão dos valores experimentais obtidos na amostraobtidos na amostra

Exemplo:Exemplo:Ensaios de calcEnsaios de calcáários margosos do rios margosos do AlbianoAlbiano--CenomanianoCenomaniano inferior (Praia das Avencas inferior (Praia das Avencas –– Parede)Parede)

y = 0.0282x0.7079

R2 = 0.4023

1

10

100

100 1000 10000de . de

P (k

N)

4

-T0σσ3 σ3 σ3 σ3 σ1σ1 σ1 σ1 σ1

τ Envolvente de Mohr-Coulomb

c

φ

τ = c + σ tg φ ou

σ1,p = qu + σ3 tg2 (45 + φ/2)

qu = 2 c tg (45 + φ/2)

ENVOLVENTE DE MOHR-COULOMB COM TRUNCATURAPELA RESISTÊNCIA EM TRACÇÃO

T0 ≈ 0,05 qu

Ensaio brasileiro

φφ

cc

φστ tgc n+=

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Módulo de

deformabilidade Resistência

Coesão ao corte Âng. atrito

Resistência á comp. uniaxial

Material Estado E (MPa) c (MPa) φ? (º) UCS (MPa) Areia solta 5 - 20 0 30 Não aplicável Areia média 15 - 40 0 35 Não aplicável Areia compacta 35 - 45 0 40 Não aplicável Argila moles 1 - 5 0 - 0,05 15 - 20 0 - 0,05 Argila duras 5 - 15 0,05 - 0,12 15 - 25 0,05 - 0,2 Argila muito duras 15 - 50 0,12 - 0,25 15 - 25 0,2 - 0,4 Argilitos e siltitos Resistência baixa 400 - 3.000 0,5 - 3 30 - 35 2 - 12 Resistência média 3.000 - 8.000 3 - 6 35 - 40 12 - 25 Resistência elevada 8.000 - 30.000 6 - 12 40 - 55 25 - 80 Xistos Decompostos 400 - 2.000 0,4 - 2 25 - 35 1,5 - 8 Alterados 2.000 - 15.000 2 - 10 35 - 40 8 - 40 Sãos 15.000 - 80.000 10 - 20 40 - 45 40 - 200 Arenitos e Resistência baixa 500 - 4.000 0,5 - 3 30 - 40 2 - 12 conglomerados Resistência média 4.000 - 10.000 3 - 8 40 - 50 12 - 40 Resistência elevada 10.000 - 60.000 8 - 16 50 - 65 40 - 150 Calcários Argilosos 500 - 5.000 0,5 - 4 30 - 40 2 - 20 margosos 1.000 - 10.000 1 - 6 30 - 40 4 - 30 puros 20.000 - 100.000 10 - 40 40 - 50 40 - 250 Quartzitos 20.000 - 100.000 15 - 30 45 - 65 70 - 300 Granitos e gnaisses Decompostos 400 - 3.000 0,4 - 2 35 - 45 1,5 - 10 Med. alterados 3.000 - 20.000 2 - 10 45 - 55 10 - 70 Sãos 20.000 - 100.000 10 - 25 55 - 65 70 -250

Adaptado de Rocha (1979)

Outras propriedades:Outras propriedades:

Expansibilidade de rochas argilosasExpansibilidade de rochas argilosas

(Argilitos, xistos argilosos, margas e (Argilitos, xistos argilosos, margas e calccalcáários margosos)rios margosos)

Expansibilidade volumExpansibilidade voluméérica (sem rica (sem confinamento)confinamento)

Expansibilidade de argilitosExpansibilidade de argilitos(Rocha, 1973)(Rocha, 1973)

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Outras propriedades:Outras propriedades:

Expansibilidade de rochas argilosasExpansibilidade de rochas argilosas

(Argilitos, xistos argilosos, margas e (Argilitos, xistos argilosos, margas e calccalcáários margosos)rios margosos)

Pressão de expansãoPressão de expansão

Pressão de expansão com saturaPressão de expansão com saturaçção em ão em áágua (Rocha, 1973)gua (Rocha, 1973)

Outras propriedades:Outras propriedades:

DesagregaDesagregaçção e Durabilidade ão e Durabilidade ((SlakeSlake durabilitydurability))

Amostra com cerca de 500g, em 10 fragmentos Amostra com cerca de 500g, em 10 fragmentos submetidas a 10min. de rotasubmetidas a 10min. de rotaçção a 20 ão a 20 voltas/voltas/minmin. nos tambores imersos em . nos tambores imersos em áágua.gua.A percentagem de rocha que ainda se mantA percentagem de rocha que ainda se mantéém m nos tambores em relanos tambores em relaçção ao peso inicial ão ao peso inicial corresponde ao corresponde ao ííndice de durabilidade (pesos ndice de durabilidade (pesos inicial e final são pesos secos).inicial e final são pesos secos).

7

> 9895 – 9885 - 9560 – 8530 – 60

< 30

> 9998 – 9995 - 9885 – 9560 – 85

< 60

Muito alta durabilidadeAlta durabilidadeDurabilidade moderadamente elevadaDurabilidade médiaDurabilidade baixaMuito baixa durabilidade

% (pesos secos) remanescentes após dois

ciclos de 10 min.

% (pesos secos) remanescentes após um

ciclo de 10 min.

ClassificaClassificaçção de durabilidade de ão de durabilidade de GambleGamble ((GoodmanGoodman, 1985), 1985)

Velocidade de propagaVelocidade de propagaçção de ão de ultraultra--sonssons

Depende da mineralogia, porosidade e grau de fissuraDepende da mineralogia, porosidade e grau de fissuraçção/ão/fracturafracturaççãoão das rochasdas rochas

6050840072007200580058006250660075007400520074508000

QuartzoOlivinaAugiteAnfíbolaMoscoviteOrtosePlagioclaseCalciteDolomiteMagnetiteGessoEpídotoPirite

Vl (m/s)Mineral

Velocidade de propagaVelocidade de propagaçção de ão de ondas longitudinais em ondas longitudinais em

minerais (minerais (GoodmanGoodman, 1985), 1985)

70006500 – 70006000 – 65006500 – 7000

60005500 - 6000

GabroBasaltoCalcárioDolomitoArenito e quartzitoRochas graníticas

Vl (m/s)Mineral

Velocidade de propagaVelocidade de propagaçção de ão de ondas longitudinais em ondas longitudinais em rochas (rochas (GoodmanGoodman, 1985), 1985)

100.(%) *l

l

VVIQ = ∑=

i il

i

l VC

V ,*

1

ÍÍndice de qualidade da rocha (ndice de qualidade da rocha (FourmaintrauxFourmaintraux, 1976), 1976)

comcom

Em que Em que VVl,il,i éé a velocidade de onda longitudinal no a velocidade de onda longitudinal no mineral com uma propormineral com uma proporçção ão CCii na rochana rocha

Ensaio de fEnsaio de fáácil realizacil realizaçção em laboratão em laboratóório com emissor/receptor de rio com emissor/receptor de ultraultra--sonssons

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VariaVariaçção da velocidade de propagaão da velocidade de propagaçção de ondas ão de ondas longitudinais em tomografia longitudinais em tomografia sismicasismica –– Forte do Forte do BelixeBelixe –– DolomitosDolomitos, Jur, Juráássico mssico méédio.dio.