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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 -- 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 8rica 8

ESTADO DE TENSÃO IN SITU

IMPORTÂNCIA DA SUA DETERMINAÇÃO:

1 - Obter conhecimento básico do estado de tensão - Direcção e magnitude das tensões principais- Determinar os efeitos da tensão que condicionam o projecto- Direcção preferencial de rotura da rocha- Avaliar constrangimentos para o fluxo de água subterrânea

2 - Obter conhecimento específico para a realização de análises de tensão(p. ex. análises de tensão-deformação) para avaliar os efeitos da obrana estabilidade do maciço

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ESTADO DE TENSÃO IN SITU

Métodos para a determinação do estado de tensão in situ (ISRM, Kim e Franlin, 1987):

- Ensaios com macacos planos (flat jacks)- Ensaio de fracturação hidráulica- Ensaios com o dispositivo do USBM (United States Bureau of Mines)- Ensaios com dispositivos do tipo LNEC ou CSIRO (“overcoring”)

Métodos para a avaliação do estado de tensão in situ:

- Análise de mecanismos focais de sismos- Rotura de furos de sondagem- Análise das tensões causadoras de falhas- Emissões acústicas- Deformação por relaxação não elástica de testemunhos de sondagem- Análise diferencial de deformação de amostras de rocha- Fracturação em discos (“core disking”) de amostras de sondagem

Medições de tensão vertical em projectos mineiros e de engenharia civil em várioslocais do mundo (Segundo Hoek & Brown 1978).

σh = k σv = k γ z

σv = γ z

TENSÃO IN SITU

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SS SS –– ((strikestrike slipslip) Desligamento) Desligamento

NF NF –– Falha normalFalha normal

TF TF –– ((thrustthrust) Falha inversa) Falha inversa

InformaInformaçção utilizada para o ão utilizada para o WorldWorld Stress Stress MapMap::-- earthquakeearthquake focal focal mechanismsmechanisms-- wellwell borebore breakoutsbreakouts andand drillingdrilling inducedinduced fractures fractures -- inin--situsitu stress stress measurementsmeasurements ((overcoringovercoring, , hydraulichydraulic fracturingfracturing, , boreholeborehole slotterslotter) ) -- youngyoung geologicgeologic data (data (fromfrom faultfault slipslip analysisanalysis andand volcanicvolcanic ventvent alignmentsalignments))

Regimes tectRegimes tectóónicos:nicos:

Direcções médias das tensões in situ (Segundo Zoback, 1992).

Regime de falha inversa σhmax > σhmin > σv Regime de falha normal σv > σhmax > σhmin

Regime de desligamento σhmax > σv > σhmin

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OO NF NF –– Falha normal Falha normal OO SS SS –– ((strikestrike slipslip) Desligamento ) Desligamento OO TF TF –– ((thrustthrust) Falha inversa ) Falha inversa OO U U -- DesconhecidoDesconhecidoReineckerReinecker, J., O. , J., O. HeidbachHeidbach, M. , M. TingayTingay, P. , P. ConnollyConnolly, , andand B. B. MMüüllerller (2004): (2004): TheThe 2004 2004 releaserelease ofof thethe WorldWorld Stress Stress MapMap((availableavailable onlineonline atat www.worldwww.world--stressstress--map.orgmap.org) )

ReineckerReinecker, J., O. , J., O. HeidbachHeidbach, M. , M. TingayTingay, P. , P. ConnollyConnolly, , andand B. B. MMüüllerller (2004): (2004): TheThe 2004 2004 releaserelease ofof thethe WorldWorld Stress Stress MapMap((availableavailable onlineonline atat www.worldwww.world--stressstress--map.orgmap.org) )

OO NF NF –– Falha normal Falha normal OO SS SS –– ((strikestrike slipslip) Desligamento ) Desligamento OO TF TF –– ((thrustthrust) Falha inversa ) Falha inversa OO U U -- DesconhecidoDesconhecido

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ESTADO DE TENSÃO IN SITU

Variação da razão entre as tensões horizontal e vertical para diferentes módulos de deformabilidade das rochas, de acordo com a equação empírica (Hoek, 2000), derivada do modelo de Sheorey (1994). O modelo inclui os efeitos da curvatura da terra, da variação das constantes elásticas, da densidade e do coeficiente de dilatação térmica na crusta e manto.

++=

z1001,0E725,0k h

σh = k σv = k γ z

TENSÃO IN SITU

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Métodos para a determinação do estado de tensão in situ (ISRM, Kim e Franlin, 1987):- Ensaios com macacos planos (flat jacks)- Ensaio de fracturação hidráulica- Ensaios com o dispositivo do USBM (United States Bureau of Mines)- Ensaios com dispositivos do tipo LNEC ou CSIRO (“overcoring”)

Métodos para a avaliação do estado de tensão in situ:- Análise de mecanismos focais de sismos- Rotura de furos de sondagem- Análise das tensões causadoras de movimento em falhas- Emissões acústicas- Deformação por relaxação não elástica de testemunhos de sondagem- Análise diferencial de deformação de amostras de rocha- Fracturação em discos (“core disking”) de amostras de sondagem

-- Num dado projecto deve estimarNum dado projecto deve estimar--se em fases iniciais as condise em fases iniciais as condiçções de tensão ões de tensão ““inin situsitu”” atravatravéés de s de informainformaçção publicada e modelos genão publicada e modelos genééricos (p. ex. ricos (p. ex. SheoreySheorey, 1994). A mais frequente corresponde , 1994). A mais frequente corresponde a mecanismos focais de sismos e resultante de ana mecanismos focais de sismos e resultante de anáálise geollise geolóógica (tensões associadas gica (tensões associadas ààmovimentamovimentaçção de falhas activas).ão de falhas activas).-- Nos casos em que sejam de prever problemas (roturas possNos casos em que sejam de prever problemas (roturas possííveis) as previsões devem ser veis) as previsões devem ser melhoradas por ensaios de melhoradas por ensaios de fracturafracturaççãoão hidrhidrááulica em furos de sondagem, exequulica em furos de sondagem, exequííveis a partir da veis a partir da superfsuperfíície, e scie, e sóó em fases subsequentes recorrer a mem fases subsequentes recorrer a méétodos mais precisos como todos mais precisos como ““overcoringovercoring”” ou ou o uso de macacos planos.o uso de macacos planos.

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σ σ 33

σ σ 11

σ σ 11

σ σ 33

Four representations of a P wave recorded at Four representations of a P wave recorded at station RSNY are shown. From top to bottom: the station RSNY are shown. From top to bottom: the longlong--period record, shortperiod record, short--period record, period record, broadband ground displacement and broadband broadband ground displacement and broadband ground velocity. In the broadband records the ground velocity. In the broadband records the identification of the depth phases is unequivocal identification of the depth phases is unequivocal and the measurement of differential travel times and the measurement of differential travel times with respect to the direct P wave is accurate.with respect to the direct P wave is accurate.

AnAnáálise do mecanismo focal de sismoslise do mecanismo focal de sismos

O campo de tensões que gerou a movimentaO campo de tensões que gerou a movimentaçção ão nas falhas nas falhas éé calculado a partir dos registos das calculado a partir dos registos das ondas atravondas atravéés de modelos nums de modelos numééricos apropriados:ricos apropriados:-- DomDomíínio especnio especíífico da Geoffico da Geofíísica sica

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Rotura de furos de sondagem