MUDANÇA DAS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS EM ARENITOS SUBMETIDOS A ALTA TEMPERATURA
Igor Almeida Sampaio, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), ias97389@gmail.com Kaio Araujo Andretta Silva, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) José Guilherme Mourão Dantas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) André Cezar Zingano, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)
RESUMO
O estudo apresenta uma série de ensaios que resultam na análise do efeito da temperatura nas propriedades acústicas, atenuação da velocidade e mecânicas (ensaios de compressão uniaxial e triaxiais em arenitos. As amostras foram submetidas a uma variação de temperatura de 400°C a 1000ºC, com espaçamento de 100°C entre as temperaturas. Os testes físicos mostram que a variação de temperatura induz uma atenuação das velocidades das ondas primárias e secundárias, A correlação e a regressão entre os tempos de trânsito foram realizadas antes e depois do tratamento térmico apresentando um coeficiente de correlação de 0,9517 e 0,9732, respectivamente. Os ensaios mecânicos apresentam três estágios entre aumento e redução da resistência a compressão com decréscimo do módulo de elasticidade.
Palavras-Chave: Alta temperatura; Propriedades Acústicas; Propriedades Mecânicas;
Arenitos.
ABSTRACT
The study presents a series of tests that result in the analysis of the effect of temperature on acoustic properties, velocity attenuation and mechanical (uniaxial and triaxial compression tests) in the sandstone. The samples were subjected to a temperature variation of 400 ° C to 1000 ° C, with a spacing of 100 ° C between the temperatures. The physical tests show that the temperature variation induces an attenuation of the primary and secondary wave
velocities. Correlation and regression between the transit times were performed before and after the heat treatment with a correlation coefficient of 0.9517 and 0, 9732, respectively. The mechanical tests present three stages between increase and reduction of the compressive strength with decreasing modulus of elasticity
Keywords: High temperature; Acustic properties; Mechanical Properties; Sandstone.
INTRODUÇÃO
A influência da temperatura nas propriedades físicas, térmicas e nas propriedades mecânicas tem sido investigado experimentalmente em um grande número diferentes de rochas, mostrando a influência das propriedades com o tipo de rocha e com a temperatura O efeito da temperatura nas propriedades físicas e mecânicas nas rochas é um importante recurso a ser explorado no campo da mecânica de rocha. Em vários casos, o maciço rochoso pode ser afetado pelo efeito da temperatura podemos destacar: o Underground Coal Gasification (UGC), o desenvolvimento e extração profunda de óleo e gás, deposição de material radioativo e desenvolvimento de recursos geotermais [1]. Em se tratando do UGC podemos destacar que a mudança do comportamento mecânico das rochas no teto do reservatório. As propriedades mecânicas possuem grande influência no processo de extração do gás sintético (produto gerado pela gaseificação) e no desenvolvimento com sucesso do processo. Por esta razão, a análise do comportamento das propriedades mecânicas sobre alta temperatura e pressão podem ajudar em uma predição básica [2].
O aumento contínuo do consumo de energia, seguido pelo declínio de alguns combustíveis fósseis, o que torna novamente os depósitos de carvão como uma alternativa fonte primária de energia. Alguns depósitos de carvão encontram-se em grandes profundidades ou possui limitações técnicas para a sua extração, o que restringe sua exploração pelas técnicas convencionais, tornando-a não mineráveis. O Underground Coal Gasification (UGC) apresenta-se como uma técnica ambientalmente compatível com a pressão desenvolvida para a proteção do ambiente. A técnica não é um método novo, mais um dos problemas enfrentados é a complexidade do processo. Em resumo, a técnica converte o carvão sólido em um valioso gás sintético (syngas) através da gaseificação in situ. Uma das vantagens do UGC não necessita das operações minerais e processos para beneficiar o carvão extraído, como: extração, transporte, estocagem, processamento de superfície, cinzas e manuseio ambiental, que elimina a necessidade da utilização das tecnologias convencionais e
algumas estruturas de superfícies, incrementando a segurança e redução do capital inicial [3].
A geomecânica na operação do UGC é um elemento crítico em dois aspectos. Primeiro, a geomecânica mostra as respostas mecânicas das camadas de rocha no processo da gaseificação que pode determinar o nível e o risco do projeto e segundo os deslizamentos, quebra, deformação, mudanças no comportamento geomecânico das camadas da rocha em torno da cavidade envolvem elevadas temperaturas podendo chegar facilmente a temperaturas maiores que 1000°[4]. Um outro aspecto da operação é a ligação entre os furos de produção e o de injeção podem ser bloqueadas devido ao excesso de descontinuidades naturais ou induzidas no teto do reservatório devido a temperatura, o insucesso dessa ligação pode levar a inviabilizar o projeto.
O trabalho tem como objetivo medir as propriedades físicas da rocha, antes e depois do tratamento térmico. Os corpos de prova foram submetidos a diferentes tensões confinantes de 10 MPa, 17 MPa e 25 MPa e temperaturas 400°C-1000°C, é importante mencionar que as propriedades mecânicas foram determinadas após o aquecimento. As temperaturas características dos ensaios foram escolhidas pela análise térmica.
Na literatura é evidente uma alteração do comportamento mecânico e físico das rochas quando submetidas a elevada temperatura, mostrando diferentes comportamento, mesmo se tratando do mesmo tipo de rocha. Podemos mencionar: [2] realizou testes físicos e mecânicos em arenitos submetidos a alta temperatura, e concluiu que os resultados propriedades acústicas decrescem com o aumento da temperatura ainda notou que os módulos elásticos foram comparativamente maiores depois do tratamento térmico. [5] afirma que os danos causados pela alta temperatura podem refletir na mudança da taxa da velocidade da onda compressiva. [6] mostra a formação de microestrutura e micro fraturamento com o aumento da temperatura, e do aumento da resistência de ruptura com a temperatura e da transição do mecanismo ruptura para dúctil nas amostras. [7] mostra o aumento progressivo da resistência em arenitos, sendo a temperatura crítica dos ensaios ocorreu somente a 800°C, com o aumento da temperatura as amostras tiveram baixo módulo de elasticidade. [8] apresentou uma variação do módulo de elasticidade e da resistência em arenitos submetidos a alta temperatura e [9] mostrou que as ondas compressivas (P), o módulo de elasticidade e a resistência a compressão decresce com a temperatura enquanto que o deslocamento axial é incrementado continuamente.
O entendimento da mudança das propriedades físicas e mecânicas com a variação da temperatura é de suma importância no desenvolvimento do processo de gaseificação.
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS E PROCEDIMENTOS PARA OS ENSAIOS
Fluxograma da metodologia e dos resultados obtidos
Preparação das amostras
Foram confeccionadas 27 amostras de arenito. Os testemunhos foram obtidos por sondagem rotativa diamantada com diâmetro NX (48 milímetros), vindas da exploração de um depósito Polimetálico localizado na Região Sul do Brasil. Os testemunhos foram submetidos ao corte utilizando o equipamento Core Trimmer, modelo DS36, marca Control.
A relação entre a altura e diâmetro é de 2,47 entre os corpos de prova, em média. A norma ASTM D 4543-01 (Standart Practice for Preparing Rock Core Specimes and Determining Dimensional and Shape Tolerances) estabelece uma relação mínima de 2,0 e máxima de 2,5.
Início
Preparação das amostras
Medida do peso e dimensão (diâmetro e altura), propriedades físicas antes do aquecimento).
Aquecimento das amostras
Medidas das ondas acústicas.
Medida da massa e dimensão
das amostras pós- aquecimento. Medidas das propriedades mecânicas.
Obtenção e tratamento dos
dados.
Análise e conclusão dos resultados
Fim
Pulverização da amostra 01
Para a determinação da mineralogia das amostras e das temperaturas características em que serão realizados os ensaios foi feita com a amostra 01, após ser pulverizada a amostra é subdivida em Amostra01_TGA e Amostra01_DRX que será utilizada para realizar o ensaio Difratometria de Raio X (DRX) e a análise térmica (TGA/DSC). Amostra 01 foi primeiramente britada e colocada em um moinho de bolas, obtido um produto finamente moída que é requisito fundamental para que seja realizada os ensaios.
Análise Termogravimétrica e Análise Térmica Diferencial Exploratória
As análises térmicas foram realizadas no equipamento Analisador termogravimétrico (TGA/DSC simultâneos), modelo SDT Q600, marca TA Instruments-Waters, para este trabalho o ensaio foi fundamental para determinar a variação da massa (análise quantitativa) e das temperaturas características (análise qualitativa),
A análise é aplicada tanto em sólidos na forma granular ou fabricados no intuito de serem cortado posteriormente, como também em líquidos. A temperatura do ensaio é tipicamente até a temperatura de 1000ºC. A variação mássica dada no ensaio é na proporção entre 0 a 100%.
De acordo com a [10], o teste é uma técnica empírica usada em termogravimetria na qual a massa da substância é aquecida com uma taxa de aquecimento controlada em um ambiente apropriado, o resultado é gravado em função do tempo e da temperatura. Além disso, o teste envolve a descrição e determinação das temperaturas de fusão e/ou cristalização dos materiais por Differential Scanning Calorimetry (DSC).
A diferença do fluxo do calor (por DSC) ou da temperatura (por DTA) é comparado com o material de referência. A mudança da energia é continuamente monitorada e registrada. A transição é feita por absorção ou perda de energia da espécie resultando em um pico endotérmico (ou exotérmicos) no aquecimento (ou resfriamento) da curva.
Figura 1. Temperatura de fusão e cristalização de um polímero.
Fonte: ASTM E794
Tratamento térmico das amostras
As amostras foram colocadas no forno Sanchis a uma taxa de aquecimento de 5ºC/minuto.
Após a temperatura de pico do ensaio, a temperatura permaneceu por mais uma hora após esse período o equipamento é desligado automaticamente. As amostras foram retiradas somente após o resfriamento que pode durar mais que 18 horas depois dos ensaios.
(a). (b).
Figura 2. (a) As amostras antes do tratamento térmico e em (b) Amostras após o tratamento térmico.
Após o tratamento térmico algumas feições foram possíveis de serem observadas, como mudanças de cor nas amostras (Figura 3.a), dilatação anisotrópica entre as rochas (Figura 3.b) e a influência da temperatura nas descontinuidades (Figura 3.c)
(a) (b) (c)
Figura 3. (a) Mudança de cor na amostra 21 (800°C), (b) Influência da temperatura na descontinuidade (400°C) e (c) Dilatação anisotrópica entre rochas
Medidas das propriedades físicas
As propriedades físicas são resumidas pelo tempo de trânsito das ondas compressivas e ondas cisalhantes) que atravessa o corpo de prova. Esse procedimento foi realizado antes e depois do tratamento térmico. O equipamento utilizado foi o Pundit, modelo PL200, marca Proceq. Além disso, as dimensões físicas (diâmetro e altura) e o peso, fazem parte da análise da análise, principalmente a sua altura, que é indispensável na determinação das velocidades.
O tempo de trânsito (equação 01) é o inverso da velocidade (Equação 02), a unidade mais usual nos perfis geofísicos acústico ou sônico é o segundo/pé. Para o artigo as unidades foram todas colocadas no sistema internacional (SI). A velocidade das ondas e numericamente igual ao inverso do tempo de trânsito.
...(01) ...(02) Sendo:
t: Tempo de trânsito, s/m;
: Velocidade da onda, m/s;
Δt: tempo entre a emissão e a recepção, segundos;
: comprimento do corpo de prova, metro.
Medidas das propriedades mecânicas
Os ensaios mecânicos realizados foram os ensaios a compressão uniaxial de acordo com a norma [11] e ensaios a compressão triaxiais com pressão confinante de 10 MPa, 17 MPa e 25 MPa, de acordo com a norma [12]. Em todos os ensaios foram registrados os deslocamentos axiais, medidos pelo LVDT.
Para os ensaios uniaxiais o carregamento foi uniforme de 500 N/s enquanto que os ensaios triaxiais o carregamento foi de 1.000 N/s. Os dados são monitorados e gravados. As interpretações dos dados geram as curvas características dos ensaios (tensão versus deslocamento). O Equipamento utilizado foi a Prensa Hidraúlica, série 09005059, categoria c4600/FP, capacidade de carga máxima 2000 KN, marca Control e LVDT, código nº 7011SN, marca Mitutoyo, a prensa vem acompanhada com a célula de Hoek, para os ensaios triaxiais.
DISCUSSÃO DE RESULTADOS
Determinação das Temperaturas características e Mineralogia da amostra 01
Os intervalos dos ensaios foram determinados a partir da Análise Diferencial exploratório (DSC) e escolhidos as temperaturas de transformação termodinâmica, sendo as principais temperaturas representadas por transformações exotérmicas em 444,44ºC, 580ºC e 813°C.
Figura 4. Análise Simultânea do TGA e DSC.
Pelo gráfico podemos observar que a 100ºC ocorre uma perda mássica de 0,28% que corresponde a água livre na amostra. Uma outra temperatura é a 443,84ºC que corresponde a perda da água adsorvida, podemos comparar com a Calcinação da Gipsita (Sulfato de Cálcio bi-hidratado). Podemos observar temperaturas acima de 400°C a amostra dilata-se continuamente. Esse comportamento das amostras pode ser observado em larga escala com aplicação do UGC (Underground Coal Gasification) tornando o comportamento em alta temperatura de suma importância no seu desenvolvimento técnico. No ensaio de difratometria de Raios X, a amostra apresenta mineralogia composta basicamente de óxido de silício ( ) e Microclina ( ).
Perda da água livre
Perda da água estrutural
Figura 5.Análise Mineralógica por DRX da amostra 01.
Resultados dos ensaios físicos antes do tratamento térmico
A medida básica relacionado as propriedades físicas das amostras é o tempo em que a onda atravessa as amostras. Nos perfis sônicos (ou acústico) a propriedade coletada é o tempo de trânsito, conforme a equação 01. O perfil sônico é normalmente acompanhado do perfil cáliper, que mede o espaço anelar e as deformações entre a sonda e o furo. O Pundit emite uma onda com frequência e amplitude conhecidas e a recepção é caracterizada por uma onda compressiva (P) e cisalhantes (S).
Os resultados apresentaram uma relação média entre a velocidade da onda compressiva e cisalhante de 1,37, a relação entre altura e diâmetro de 2,48. Em resumo, foi construída uma tabela onde resumem as propriedades físicas obtidas a partir das amostras.
Tabela 1. Resultado das propriedades físicas antes do aquecimento.
Amostra' Diâmetro (mm)
Altura (mm)
Peso (g)
Densidad e (Kg/m³)
Tempo de Trânsito P
(s/m)
Tempo de Trânsito S
(s/m)
Vp (m/s) Vs (m/s)
2 47.51 114.57 481.43 2370.29 284.5422 425.9405 3514.4 2347.7 3 47.52 114.08 479.25 2368.70 301.5428 406.7321 3316.3 2458.6 4 47.47 119.70 535.03 2525.55 253.9683 358.3960 3937.5 2790.2 5 47.50 120.71 526.33 2460.58 261.7844 395.1620 3819.9 2530.6 6 47.51 118.54 520.19 2475.35 256.4535 377.9315 3899.3 2646.0 7 47.51 120.24 505.62 2372.00 280.2728 382.5682 3568.0 2613.9 8 47.49 118.35 515.12 2457.23 289.8183 397.9721 3450.4 2512.7
9 47.33 120.04 508.43 2407.37 285.7381 389.8700 3499.7 2565.0 10 47.58 117.45 494.32 2367.10 319.2848 446.1473 3132.0 2241.4 11 47.64 118.66 488.86 2311.25 328.6702 487.9488 3042.6 2049.4 12 47.67 120.65 506.58 2352.56 306.6722 435.1430 3260.8 2298.1 13 47.67 118.39 498.14 2357.52 353.9150 448.5176 2825.5 2229.6 14 47.67 117.71 503.03 2394.42 351.7118 540.3109 2843.2 1850.8 15 47.72 119.99 502.57 2341.86 392.5327 527.5440 2547.6 1895.6 16 47.79 118.89 506.76 2376.26 372.6133 514.7615 2683.7 1942.6 17 47.70 118.81 495.22 2332.48 342.5638 458.7156 2919.2 2180.0 18 47.75 115.70 482.77 2330.08 406.2230 534.1400 2461.7 1872.2 19 47.76 118.64 513.78 2417.28 360.7552 563.0479 2772.0 1776.0 20 47.81 116.76 491.11 2342.92 398.2528 517.3004 2511.0 1933.1 21 47.79 121.02 489.49 2254.88 370.1867 482.5649 2701.3 2072.3 22 47.93 120.20 501.51 2312.44 410.1498 537.4376 2438.1 1860.7 23 47.89 120.25 492.07 2271.76 402.4948 559.6674 2484.5 1786.8 24 47.90 118.32 590.57 2769.82 432.7248 611.8999 2310.9 1634.3 25 47.90 119.91 494.14 2286.83 577.0995 706.3631 1732.8 1415.7 26 47.90 118.47 500.19 2342.96 468.4730 556.2590 2134.6 1797.7 27 47.98 118.61 480.69 2241.47 502.4871 653.4019 1990.1 1530.5 28 47.99 114.59 477.07 2301.68 428.4842 575.0938 2333.8 1738.8 29 48.00 122.67 510.42 2299.41 400.2609 537.2137 2498.4 1861.5 Média 47.71 118.64 503.24 2372.93 362.13 493.86 2879.62 2086.85
A relação entre o tempo de trânsito da onda cisalhante (Onda S) e o tempo da onda primária (Onda P) gerou uma regressão linear com coeficiente de correlação de 0,9519 (ou 95,19%).
Demonstrando uma proporcionalidade entre o tempo de trânsito cisalhante e a onda compressiva.
Em [13] demonstra que a mineralogia das amostras afeta a velocidade (consequentemente o tempo de trânsito) em dois caminhos. O mais óbvio é através das propriedades elásticas dinâmicas da rocha, onde a matriz da rocha é a base primária para qualquer regressão entre os dados, e indiretamente, a mineralogia controla a cimentação e a estrutura dos poros.
Mesmo com amostras com a mesma litologia os valores apresentam uma variabilidade entre os resultados obtidos e a presença das descontinuidades (bandamento em rochas sedimentares, foliação, falhas, fraturas, temperatura, micro fraturamento e anisotropia da rocha) conduzem a uma ampliação e atenuação da velocidade das ondas acústicas na rocha.
Em arenitos livres de argilas é adotada a relação entre a velocidade da onda compressiva e cisalhante entre os valores de 1,6-1,7 e arenitos contaminado com calcário essa relação muda para 1,7 [13].
Gráfico 1. Regressão linear entre os tempos de trânsitos antes do aquecimento.
Para determinar a regressão entre os dados foram utilizados os princípios da estatística bivariada. O primeiro passo é a determinação da covariância entre os dados. A variável independente é o tempo de trânsito da onda compressivo, enquanto que a variável dependente é o tempo de trânsito da onda cisalhante. A covariância está mostrada nas equações 03, 04, 05: Enquanto que o coeficiente de determinação é mostrado na equação 06 e coeficiente de correlação entre os dados é mostrado na equação 07
= 163.328,004... (03)
= 209.114,9909...(04)
=175.933,1351...(05)
= 0,9061...(06) =0,9519...(07) Os dados apresentaram o maior coeficiente de correlação com uma regressão linear. A forma básica de uma equação linear é mostrada na equação 08:
...(08)
Para determinar os coeficientes a e b, é necessário determinar a covariância entre os dados.
...(09) = 189,23...(10)
tp = 0.8412 x (ts) +189.23 R² = 0.9061
rg=0.9519
0 50 100 150 200 250 300
0 50 100 150 200
Tempo de Trânsito P (µs/m)
Tempo de trânsito S (µs/m)
Vp/Vs= 1.37
Resultados dos ensaios físicos depois do tratamento térmico
Após o tratamento térmico foram realizadas as medidas das propriedades físicas e iniciados os ensaios mecânicos. A relação entre as velocidades compressiva e cisalhante obtidas depois do tratamento térmico apresentou uma ampliação de 6,8% em relação das amostras antes do tratamento térmico. A regressão linear entre os tempos de trânsito teve um coeficiente de correlação de 0,9732, enquanto que o comportamento da velocidade das ondas compressivas e cisalhantes medidas depois do tratamento térmico atenuou a velocidade na ordem de 2,17% e 9,47 %, respectivamente.
Gráfico 2. Regressão linear entre os tempos de trânsitos antes do aquecimento Os resultados obtidos depois do tratamento térmico nas amostras são mostrados na tabela 02. A perda mássica máxima durante todo o ensaio é de 2,8%.
Tabela 2. Resultado das propriedades físicas depois do aquecimento
Amostra Diâmetro (mm)
Altura (mm)
Peso (g)
Densidade (Kg/m³)
Tempo de Trânsito P
(s/m)
Tempo de Trânsito P
(s/m)
Vp (m/s)
Vs (m/s)
2 47.51 114.57 481.43 2370.29 283.7 434.7 3525.2 2300.6 3 47.52 114.08 475.25 2348.93 303.3 473.4 3297.1 2112.6 4 47.47 119.70 535.03 2525.55 254.0 401.0 3937.5 2493.8 5 47.50 120.71 526.33 2460.58 267.6 401.8 3737.2 2488.9 6 47.52 118.54 520.19 2474.31 258.1 394.8 3873.9 2532.9 7 47.51 120.24 505.62 2372.00 277.8 454.1 3600.0 2202.2 8 47.51 118.35 515.12 2455.16 288.1 452.0 3470.7 2212.1 9 47.49 120.04 508.43 2391.17 288.2 445.7 3469.4 2243.7 10 47.73 117.45 454.32 2161.90 322.7 462.3 3098.9 2163.0tp = 1.7962 x (ts) - 0.6058 R² = 0.9472
rg=0,9732
0 100 200 300 400 500 600 700
0 200 400 600 800 1000
Tempo de Trânsito Compressivo (µs/m)
Tempo de trânsito Cisalhante (µs/m)
Vp/Vs= 1.47
11 47.58 118.66 488.86 2317.08 333.7 522.5 2996.5 1913.9 12 47.64 120.65 506.58 2355.52 310.0 465.8 3225.9 2146.8 13 47.67 118.39 498.14 2357.52 368.3 542.3 2715.4 1844.1 14 47.67 117.71 503.03 2394.42 345.8 540.3 2892.1 1850.8 15 47.72 119.99 502.57 2341.86 406.7 537.5 2458.8 1860.3 16 47.79 118.89 506.76 2376.26 377.7 536.6 2647.9 1863.5 17 47.70 118.81 495.22 2332.48 356.0 572.3 2808.7 1747.2 18 47.75 115.70 482.77 2330.08 421.8 565.3 2370.9 1769.1 19 47.76 118.64 513.78 2417.28 353.2 545.3 2831.5 1833.7 20 47.81 116.76 491.11 2342.92 411.1 585.8 2432.5 1707.0 21 47.79 121.02 489.49 2254.88 380.9 560.2 2625.2 1785.0 22 47.93 120.20 501.51 2312.44 418.5 560.7 2389.7 1783.4 23 47.89 120.25 492.07 2271.76 418.3 605.4 2390.7 1651.8 24 47.90 118.32 590.57 2769.82 452.2 620.4 2211.6 1612.0 25 47.90 119.90 494.14 2287.02 589.7 795.7 1695.9 1256.8 26 47.90 118.47 500.19 2342.96 478.6 708.2 2089.4 1412.0 27 47.98 118.61 480.69 2241.47 529.5 715.8 1888.7 1397.1 28 47.99 114.59 477.07 2301.68 440.7 577.7 2269.1 1731.0 29 48.00 122.67 510.42 2299.41 508.7 683.9 1965.9 1462.1 Média 47.72 118.64 501.67 2364.53 373.02 541.49 2818.43 1906.33
Comparando as velocidades das ondas compressivas e cisalhantes com a temperatura elas apresentam uma tendência linear de atenuação com a temperatura. Essa mesma tendência foi observada em [13].
Figura 6. Atenuação da velocidade das ondas compressivas e cisalhantes com a temperatura.
Resultados dos ensaios mecânicos
Os ensaios mecânicos realizados foram os ensaios a compressão uniaxial e ensaios triaixais com diferentes pressões confiantes e para cada temperatura foram ensaios quatro corpos de prova, sendo três submetidos aos ensaios triaxiais e uma amostra submetida ao ensaio a compressão uniaxial. Os ensaios são gravados em tempo real em termos de carregamento e deformação axial do corpo de prova. Os tratamentos dos dados geram a curva característica representada por um gráfico tensão (MPa) versus deslocamento relativo axial (mm/mm). A resistência de ruptura é a tensão de pico na curva característica, onde o corpo de prova rompe. Nos ensaios triaxiais é esperado um aumento da tensão de ruptura com o aumento da pressão confinante, devido à restrição do deslocamento radial do corpo de prova. Esse comportamento foi observado até a temperatura de 800°C-900°C, caracterizando uma temperatura crítica dos arenitos além disso, ocorre uma redução acentuada do coeficiente linear no intervalo da temperatura crítica, conforme a tabela 3.
Tabela 3. Regressão linear e coeficiente de correlação entre os ensaios triaxiais.
Temperatura (°C) Regressão Linear Coeficiente de Correlação
400 0,9687 500 0,9886 600 0,9525 700 0,8271 800 0,9985 900 0,7580 1000 0,8404É importante mencionar que a resistência a compressão uniaxial apresentou flutuações nos valores o mesmo observado nas propriedades físicas acústicas.
Tabela 4. Resultados dos ensaios uniaxiais.
Amostra Temperatura (°C) σ1 (MPa) Prensa
2 400 116.65
6 500 100.94
10 600 86.01
14 700 129.34
18 800 122.28
22 900 84.13
26 1000 110.90
. Figura 7. Resistência a compressão das amostras com a temperatura
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00
0 200 400 600 800 1000 1200
Resistência a Compressão , Mpa
Temperatura, °C
Valores observados Valor médio
Estágio II Estágio III Estágio I
Para os ensaios mecânicos foram observados claramente três estágios de evolução da resistência das amostras submetidos a alta temperatura. O primeiro estágio está limitado nas temperaturas 400°C a 600°C onde é observado um decréscimo da resistência seguido também pelo decréscimo do módulo elástico. O segundo estágio é observado nas temperaturas 600°C a 800°C, nesse intervalo ocorre um aumento da resistência da rocha e redução do módulo de elasticidade e o último estágio ocorre nas temperaturas 800°C a 1000°C, nesse último estágio a redução da resistência são diretamente proporcionais ao módulo de elasticidade.
CONCLUSÃO
Os objetivos foram concluídos. As velocidades compressivas e cisalhantes apresentam uma correlação positiva antes e depois do tratamento térmico de 0,9519 e 0,9732, respectivamente. Os ensaios triaxiais apresentam um elevado coeficiente de correlação linear entre os resultados obtidos, mesmo com variações entre a resistência uniaxial e estimados pelos ensaios triaxiais. É possível observar três estágios de evolução da resistência dos corpos de prova, nas temperaturas 400°C a 600°C, 600°C a 800°C, 800°C a 1000°C e ocorre continuamente a redução do módulo de elasticidade, com flutuações no último estágio. As análises térmicas mostraram feições com expansibilidade, perda mássica da umidade, além da temperatura característica da água absorvida na amostra.
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