introdução à mecânica das rochas aula 3
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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
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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)
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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)
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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
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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
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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))
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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)
PROPRIEDADES ÍNDICE DO MATERIAL ROCHA
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)
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PROPRIEDADES ÍNDICE DO MATERIAL ROCHA
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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