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Title: As microesferas de vidro em modelos analógicos de cunhas compressivas.
Authors: D'Angelo, Taynara
metadata.dc.contributor.advisor: Gomes, Caroline Janette Souza
Keywords: Modelagem física analógica
Cunhas compressivas
Areia e microesferas de vidro
Issue Date: 2014
metadata.dc.contributor.referee: Gomes, Caroline Janette Souza
Silva, Fernando César Alves da
Alkmim, Fernando Flecha de
Citation: D'ANGELO, Taynara. As microesferas de vidro em modelos analógicos de cunhas compressivas. 2014. 90 f.Dissertação (Mestrado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2014.
Abstract: O intuito do presente estudo era avaliar em experimentos físico-analógicos o efeito de diferentes ângulos de atrito interno e basal de materiais granulares sobre a geometria, a mecânica e a cinemática de cunhas compressivas comparando-se experimentos de areia de quartzo com os de microesferas de vidro. O trabalho se iniciou com a caracterização física e friccional da areia e das microesferas de vidro. Assim, se determinou-se em microscópio de varredura eletrônico a textura e a forma dos grãos, e, em um aparelho de cisalhamento simples, um ring-shear tester, calculou-se os ângulos de atrito interno (Фi) e basal (Фb), bem como a coesão. Duas séries de experimentos físico-analógicos foram desenvolvidas, uma utilizando areia e a outra microesferas de vidro, empregando-se os mesmos substratos. Estes produziram modelos de ângulos de atrito basal: alto (Фb = 32.94°), médio (Фb = 25,68°) e baixo (Фb = 18.21°). Os modelos analógicos foram submetidos a um encurtamento de 38%, e, durante a deformação progressiva, mediram-se o espessamento, o ângulo de declividade e o comprimento da cunha compressiva assim como o espaçamento entre as falhas. As análises revelaram para a areia formas angulares com textura irregular (com fraturas conchoidais) enquanto os grãos de microesferas de vidro mostraram-se subarredondados e lisos e o aspect ratio foi de 1,58 e 1,31, respectivamente. Os ensaios no ring-shear tester mostraram, para ambos os materiais, um comportamento elasto/friccional plástico, no entanto, as microesferas de vidro (Фi = 34,10º) rompem sob magnitude de tensão cisalhante crítica inferior a da areia (Фi = 41,47°) e em um intervalo de tempo ligeiramente menor. A comparação entre as duas séries de experimentos mostrou pequenas diferenças nas características geométricas das cunhas compressivas quando deformadas sobre substratos de baixo a médio ângulo de atrito basal. A principal diferença geométrica residiu na morfologia das falhas, que é curva para a areia e aproximadamente plana para as microesferas de vidro. O encurtamento no pacote de microesferas de vidro sobre o substrato de alto ângulo de atrito basal gerou estruturas com a mesma arquitetura do que nos modelos de areia. Este fato sugere que a forma dos grãos influencia o estilo deformacional apenas quando o ângulo de atrito basal não for muito elevado. Os experimentos com as microesferas de vidro confirmaram o papel do atrito basal em modelos físicos uma vez que, quando encurtados sobre diferentes substratos, produziram geometrias semelhantes aos dos modelos de areia. Assim, observou-se que o experimento caracterizado por baixo atrito basal gerou cunhas pouco espessas, de baixa declividade, mas compridas e com alto espaçamento entre as falhas e maior número de retroempurrões. Os parâmetros se inverteram à medida que se aumentou o ângulo de atrito basal. As principais diferenças entre as duas séries residiram no mecanismo e no estilo da deformação que é mais plástico para as microesferas de vidro. Estas, por serem arredondadas, tem maior mobilidade e, assim, produzem uma deformação, por fluxo de grãos, mais forte do que a areia. Os modelos de microesferas de vidro revelaram a formação de planos de falhas longos e uma série de falhas curtas, de rejeitos pequenos, que conferiram aos modelos a aparência de dobras desarmônicas. Um experimento gerado com uma camada basal de microesferas de vidro, sob o pacote de areia, mostrou que o confinamento das microesferas induz a um fluxo dos grãos mais forte do que em situações não confinadas, o que explica o emprego das microesferas de vidro, na literatura, para simular descolamentos fracos. Os resultados obtidos no presente estudo permitem sugerir o uso das microesferas de vidro para a simulação da deformação compressiva de rochas incompetentes desde que a situação corresponda a uma deformação de ângulo de atrito basal pouco elevado. As vantagens deste material em relação a outros de comportamento elasto/fricional plástico, descritos na literatura (argilas úmidas, misturas de areia com cristais de micas etc.) são o seu baixo custo, sua composição homogênea e a facilidade de manuseio.
metadata.dc.description.abstracten: Microbeads are frequently used in analog physical modeling to simulate weak décollement zones but have been neglected in models of thrust wedges. We investigated the structural characteristics of microbeads wedges and compared them with those of sand wedges. We also determined the physical and frictional material properties of glass microbeads using polarizing and scanning electronic microscopes and ring-shear tests, respectively. We performed simple shortening experiments with décollements with different basal frictions and measured the thickness, slope and length of the wedges as well as the fault spacings. When the wedges were shortened over décollements with low to intermediate basal frictions, the microbeads wedges produced different fault geometries than the sand wedges; however the wedges were consistent with previous studies that have been performed with sand. The microbeads packs were deformed by thrust faulting, grain flow and slip on minor faults. Slip on minor faults was associated with distributed deformation and gave the microbeads wedges the appearance of disharmonic folds. The microbeads packs with high basal friction décollements were deformed differently, as they produced similar deformation structures as the sand. The distributed deformation in the low to intermediate basal friction experiments suggests that microbeads wedges are suitable for simulating incompetent rock sequences.
Description: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/9868
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor(a), 24/04/2018, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite alterações.
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