Comportamento das Rochas

Elasticidade linear

A elasticidade linear consiste na pesquisa da relação entre os constrangimentos e a deformação (tensão-deformação).

Tensão-Deformação

O grau com o qual a estrutura cristalina se deforma, depende da magnitude da tensão aplicada. A maioria dos materiais da engenharia apresenta relação linear entre tensão e deformação na região de elasticidade. Consequentemente, um aumento na tensão provoca um aumento proporcional na deformação. A relação entre a tensão e a deformação é dada por:

Esta é conhecida como lei de Hooke, com comportamento linear entre a tensão e a deformação, sendo E a constante de proporcionalidade ou Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young.

As relações entre tensões e deformações para um determinado material são encontradas por meio de ensaios de tração. Nestes ensaios são medidos os alongamentos δ, correspondentes aos acréscimos de carga, que se aplicar a barra, até a ruptura do corpo-de-prova.

No trecho de 0 a A, as tensões são diretamente proporcionais às deformações e o diagrama é linear. Além desse ponto, a proporcionalidade já não existe mais e o ponto é chamado de limite de proporcionalidade.

Com o aumento da carga, as deformações crescem mais rapidamente do que as tensões, passando a aparecer uma deformação considerável sem que haja aumento apreciável da força de tração. Esse fenômeno é conhecido como escoamento do material e a tensão no ponto B é denominada tensão de escoamento, início da região plástica ou limite de elásticidade. Na região BC, diz-se que o material tornou-se plástico e a barra pode deformar-se plasticamente.

A partir do ponto C, o material começa a oferecer resistência adicional ao aumento da carga, acarretando acréscimo de tensão para um aumento de deformação, atingindo o valor máximo ou tensão máxima (tensão de ruptura) ou limite de plasticidade no ponto D. Além desse ponto, maior deformação é acompanhada por uma redução da carga, ocorrendo, finalmente, a ruptura do corpo-de-prova no diagrama.

Comportamento elástico

Na região de deformação elástica, a deformação é reversível, mas, quando a tensão cessa, recupera a sua forma/volume iniciais e verifica‐se quando a força aplicada sobre a rocha não ultrapassou o seu limite de elasticidade. A rocha deforma-se elasticamente até um certo limite, quando este é ultrapassado a rocha pode permanecer com a deformação e já não volta ao estado normal ou fratura-se.

No comportamento elástica, a deformação é directamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke). Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão.

Comportamento plástico

A maioria dos materiais apresenta deformação no regime elástico até cerca de 0,5%.

Quando a tensão promove deformações superiores a este valor, surge um outro modo de deformação, chamado deformação Plástica. Neste regime, o material não retorna à dimensão original quando cessada a tensão, é permanente, o material fica deformado sem ruptura e verifica‐se quando a força aplicada sobre a rocha é superior ao seu limite de elasticidade e inferior ao limite de plasticidade. É chamada deformação contínua quando não se verifica descontinuidade entre partes contíguas do material deformado.

A deformação Plástica envolve a ruptura de ligações atômicas com a formação ou estabelecimento das ligações em regiões diferentes das anteriores no material. Este processo ocorre pela geração de movimentação de discordâncias.

Comportamento frágil/ Rúptil

Característica reológica de material (rocha, mineral, produto industrial) que, em determinadas condições termodinâmicas, ao ultrapassar o limite de rigidez, deforma-se permanentemente, fragmentando-se por fraturamentos ou quebramentos ao sofrer tensões. O comportamento rúptil é aquele em que a rocha apresenta-se rígida e tende a ser quebradiça. Verifica‐se quando a força aplicada sobre a rocha é superior ao seu limite de plasticidade originando deformações descontínuas (falhas).

O limite rúptil de um material é definido pela tensão acima da qual o comportamento deixa de ser elástico para se tornar rúptil. Se, entretanto, a ruptura ocorrer logo depois do limite de elasticidade, diz-se que o material é frágil.

Comportamento Reológico do meio rochoso

As equações mecânicas do estado entre as tensões e as deformações para muitos materiais são lineares e independentes do tempo. O diagrama tensões vs deformações deste corpo é independente da velocidade de deformação e da velocidade de aplicação das tensões. Estes corpos constituem os sólidos elásticos ou de hooke, que se notam pela letra H.

Para outros materiais, o comportamento mecânico pode ser caracterizado por uma relação linear entre as tensões e a velocidade de deformação. As tensões sendo independentes desta deformação, estes corpos são os líquidos de Newton ou viscosos que se notam por N.

Uma 3ª categoria é constituída dos corpos cuja os comportamentos dependem da tensão, da deformação, da velocidade da deformação e da velocidade de aplicação das tensões. Estes corpos cujo o comportamento é complexo chamam se corpos Visco-elásticos.

Por conseguinte, o comportamento reológico de um corpo depende para além da tensão, da deformação, da velocidade de deformação e da velocidade de aplicação das tensões, também do tempo. Esta noção do tempo deu origem a dois tipos importantes de experiências que também contribuíram para a classificação dos materiais: as experiências de fluagem e de relaxação, respectivamente experiências à carga e à deformação imposta.

Neste tipo de experiências, pode se variar uma grandeza mecânica m a chamada carga, que pode ser uma força, uma pressão, … e medir uma grandeza geométrica g chamada deformação, que pode ser uma deslocação, uma variação volumétrica, uma rotação, …

a) Fluagem: nesta experiência a carga nula a partir de um tempo praticamente infinito, e eleva-se bruscamente a um valor constante O experimentador assiste as variações da deformação g em função de tempo t e determina-se assim a função da fluagem.

f (mo ,t)=g/m

b) Relaxação: a deformação é elevada bruscamente a um valor constante Assiste-se as variações mo em função de tempo e deduz assim a função da relaxação.

 f (go ,t )=m/g

Fatores Influentes do Comportamento de Materiais

• Temperatura;
• Pressão confinante e litostática;
• Tempo de aplicação do esforço;
• Campo mineralógico;
• Anisotropia;
• Heterogeneidade, etc.

Temperatura

Facilita a deformação, tornando os materiais mais dúcteis principalmente quando a pressão e a temperatura somam esforços.

Altas temperaturas tendem a promover o comportamento dúctil, baixas temperaturas tendem a promover o comportamento frágil, Maior temperatura significa maior deformação, com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui.

Pressão confinante e litostática

Quanto maior a pressão confinante os materiais friáveis tornam-se mais dúcteis.

Os limites de elasticidade, resistência e esforço máximo se elevam com aumento da pressão confinante e litostática, isto significa que maiores esforços são necessários para produzir deformação.

Tempo de aplicação do esforço

Quanto maior e o tempo de aplicação de esforço mais dúctil o material se torna.

Campo mineralógico

Tem a ver com a composição mineralógica.

Anisotropia

A anisotropia define-se como a condição de variabilidade de propriedades físicas e mecânicas de um corpo rochoso ou mineral segundo direcções diferentes. Para o comportamento frágil explica-se pela distribuição não aleatória das orientações das fissuras.

Heterogeneidade

Está relacionado a variação espacial das suas propriedades mecânicas no volume considerado.

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Referências Bibliográficas

ROCHA, Manuel. Mecânica das Rochas. LNEC. Lisboa. 1981.

SCHEID, Adriano. Propriedades Mecânicas dos Aços. DEMEC. Brasil.

Eng. Fernando Molhovo. Comportamento dos Materiais. Geologia estrutural I. Tete. 2017.

Eng. Rodrigues Mário. Classificação Geomecânica dos Maciços Rochosos. Mecânica Aplicada. Tete. 2017.

LUDOVICO, Marques et al. Revista da Associação Portuguesa de Análise Experimental de Tensões ISSN 1646-7078 Mecânica Experimental. Vol 19. 2011. Págs. 101-110.