utilizaÇÃo da microsÍsmica para estimativa do estado de tensÃo in situ em escavaÇÕes...

UTILIZAÇÃO DA MICROSÍSMICA PARA ESTIMATIVA DO ESTADO DE TENSÃO IN SITU

EM ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS

5ª Jornada Ibero-americana da Rede Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade

Geotecnia Subterrânea

13 a 16 de Junho de 2012

Ouro Preto

BRASIL

Gustavo Paneiro, Carlos Dinis da GamaCERENA/DECivil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa

MICROSÍSMICA PARA LAS ESTIMACIONES DEL ESTADO DEL ESFUERZO IN SITU EN ESCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

Rede Ibero-americana “Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade” MASyS, 2010 - 2013

Argentina, Bolívia, Brasil, Chile, Cuba, Equador, Espanha, México, Peru, Portugal e Venezuela

CYTED

Area-3

CONTEÚDO

INTRODUÇÃO

O EFEITO DE KAISER

O MÉTODO EA PARA ESTIMATIVA DO ESTADO DE TENSÃO

ESTIMATIVA DA TENSÃO IN SITU ATRAVÉS DO MÉTODO DRA

DISCUSSÃO

CONCLUSÕES

INTRODUÇÃO

EMISSÃO ACÚSTICA

Libertação de energia elástica na sequência da alteração do estado de tensão/deformação do material.

Muravin (2009)

A história da aplicação das emissões acústicas pode ser dividida em dois principais períodos:

Período pré tecnológico;

Período tecnológico

INTRODUÇÃO

Período pré tecnológico:

Encontra-se associado a fenómenos acústicos que se percecionam na vida quotidiana:

A fratura de pedras;A fratura de ossos;O crepitar da madeira a arder, etc.

INTRODUÇÃO

A emissão acústica (EA) foi também utilizada pelos artesãos, com o desenvolvimento das suas habilidades, para controlo da qualidade da sua produção, tendo sido esta, provavelmente, a primeira utilidade das emissões acústicas.

Nos metais, o termos “choro do estanho” (sons audíveis produzidos pela germinação mecânica de estanho puro, durante a deformação plástica) foi cunhado por volta de 3700 A.C. pelos fundidores na Ásia Menor.

INTRODUÇÃO

SÉCULO VIII

Gebber refere que Júpiter (estanho) emite um “som áspero” quando trabalhado, enquanto que Marte (ferro) “soa muito” quando forjado.

SÉCULO XIX

Emissões audíveis provenientes de vários materiais, tais como o ferro, estanho, cádmio e zinco.

INTRODUÇÃO

Em 1924, P. Ehrenfest e A. Yoffe observaram que o processo de deformação por corte do sal e do zinco é acompanhado por alguns efeitos sonoros.

A partir destas constatações foram iniciadas as investigações científicas sobre os fenómenos acústicos.

INTRODUÇÃO

F. Kishinouye, 1933

Sismologista, desenvolveu ensaios sobre madeiras para verificação dos fenómenos acústicos

F. Forster e E. Scheil, 1936

Criaram e aplicaram instrumentação para o registo de emissões acústicas geradas durante transformações martensíticas (processo aplicado aos aços que se caracteriza pela transformação da austenite em martensite que confere maior resistência ao aço ).

INTRODUÇÃO

Os primeiros estudos publicados acerca do fenómeno das emissões acústicas, nos anos 40, referiam-se ao

problema da previsão de golpes de terreno em explorações mineiras. Esta técnica é ainda utilizada na mecânica das rochas, em estudos quer laboratoriais, quer de campo.

INTRODUÇÃO

EFEITO DE KAISER

A primeira investigação significativa das emissões acústicas nos metais (aço, zinco, alumínio, cobre e chumbo) foi efetuada por Kaiser.

“A inexistência de emissões acústicas detetáveis num nível de sensibilidade

fixo, até que sejam excedidos níveis de tensão anteriormente aplicados”.

EFEITO DE KAISER

40 40

120

ENSAIO DE FLEXÃO SOBRE TRÊS PONTOS

EFEITO DE KAISER

ENSAIO DE FLEXÃO SOBRE TRÊS PONTOS

Rocha xistosa

EFEITO DE KAISER

ENSAIO DE COMPRESSÃO

Rocha granítica

MÉTODO EA PARA ESTADO DE TENSÃO

O método EA para determinação das tensões in situ baseia-se no princípio do efeito de Kaiser.


A análise deste fenómeno supõe que uma tensão previamente aplicada pode ser detetada através da aplicação de uma carga numa amostra de rocha a um ponto onde se verifique um aumento substancial da atividade microsísmica.


Por vezes, a atividade microssísmica poderá estar presente em níveis de tensão abaixo da tensão máxima previamente aplicada, sendo tanto maior quanto maior a alteração do maciço rochoso que representa.

Esta situação encontra-se muito provavelmente associada a movimentos de fricção ao longo das fraturas existentes

DESCRIÇÃO DAS AMOSTRAS ENSAIADAS

DESCRIÇÃO DAS AMOSTRAS ENSAIADAS

Amostra Prof. (m) Descrição15 71.58-71.75

Xistos siliciosos cinzentos17 80.17-80.3419 97.95-88.15 Xistos verdes31 125.15-125.32 Xistos púrpuros (vermelhos

escuros))32 129.07-129.3158 227.64-228

Xistos cinzentos58A 227.64-22858B 227.64-22882 347.88-348.1

Xistos grafíticos negros82A 347.88-348.1112 437.02-437.30

Xistos negro/cinzento112A 437.02-437.31

EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NO ENSAIO

RESULTADOS ALCANÇADOS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8 10 12Stress (MPa)

Cum

ulat

ive

AE

even

ts(c

ount

)

2.51MPa

Amostra 15


0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8Stress (MPa)

Cu

mu

lati

ve

AE

ev

ents

(co

un

t)

6.00MPa

Amostra 112


Amostra σAE

15 2.5117 2.4419 2.7531 2.6132 2.2358 -----

58A 6.2858B 7.7282 6.35

82A 2.75112 6.00

112A 10.10

Valores de tensão a partir dos quais se verifica emissão acústica

MÉTODO DRA

O método DRA (Deformation Rate Analysis) foi originalmente proposto do Yamamoto (Yamamoto et. al 1991) e utiliza as propriedades inelásticas das rochas sobre compressão para determinação da tensão in situ a partir de amostras de rocha.

MÉTODO DRA

Efetuando-se a relação entre Deij a tensão aplicada, s, verificar-se-á que, a partir de um determinado valor s0, existe um inflexão da curva, correspondendo esta ao valor da tensão in situ.

RESULTADOS OBTIDOS

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 2 4 6 8 10 12

Stress (MPa)

Diff

eren

tial S

train

(με)

2.61MPa

Amostra 15

RESULTADOS OBTIDOS

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Stress (MPa)Diff

eren

tial S

train

(με)

7.20MPa

Amostra 58

RESULTADOS OBTIDOS

Amostra σDRA

15 2.6117 2.7219 2.2531 2.2332 3.8358 7.20

58A 5.7658B /82 3.87

82A 8.34112 4.58

112A 7.96

DISCUSSÃO

As amostras ensaiadas correspondem a testemunhos de sondagens verticais, sendo que, será possível estimar, teoricamente, a tensão in situ a que estariam sujeitas, através da seguinte relação:

hTheo

onde sTheo corresponde à tensão vertical, g à densidade média do maciço rochoso (27 kN/m3) e h à profundidade.

DISCUSSÃO

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

0 100 200 300 400 500h (m)

σ (M

Pa)

σ-AE

σ-DRA

σ-Theo

CONCLUSÃO

Os ensaios efetuados sobre as 11 amostras mostram que as tensões in situ determinadas experimentalmente por dois métodos que utilizam as propriedades inelásticas dos materiais rochosos coincidem, na sua maioria, com as determinações teóricas.

Não obstante , a correlação entre resultados não é uniforme para todas as profundidades, sendo que, a partir de 450 m, os valores experimentais afastam-se dos valores teóricos.

CONCLUSÃO

Este facto poderá estar relacionado com perturbações do estado de tensão in situ a partir dessas profundidades. Tal situação foi de facto verificada mais tarde, em campo.

A utilização do Efeito de Kaiser constitui uma ferramenta muito útil para a determinação do estado de tensão in situ dos materiais rochosos, principalmente porque se baseia em ensaios não destrutivos.

5ª Jornada Ibero-americana da Rede Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade

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13 a 16 de Junho de 2012

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OBRIGADO!

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