Comportamento mecânico e acústico em arenitos submetidos ao ciclo de aquecimento e resfriamento

Abstract

Com o aumento crescente das restrições ambientais acompanhado do aumento crescente da demanda energética e matéria-prima pela população que cresce em proporções assustadores com poucos indícios de sua descida fizeram com que buscassem alternativas com viabilidade econômica e reduzisse os impactos ambientais. Para o carvão mineral, a alternativa encontrada é a Gaseificação do Carvão em Subsolo. Das vantagens encontradas com o processo, as mais interessantes são: a segurança operacional e pouca infraestrutura necessária, competitividade no preço do produto gerado (gás sintético) e pouco gerenciamento do rejeito produzido já que as cinzas são deixadas nas cavidades em subsolo. Uma das dificuldades encontradas é mostrar a mudança do comportamento mecânico e acústicos das rochas e maciço rochoso quando submetido a alta temperatura ou pós-operacional com o resfriamento das cavidades geradas durante o processo. O maciço rochoso, o sistema de fraturas e as suas propriedades mecânicas (resistência à compressão e resistência à tração) e as propriedades física (permeabilidade e anisotropia) influênciam o design operacional do processo. Com os resultados obtidos foi possível uma interdependência linear entre as velocidades das ondas P e S, essa mesma interrelação foram observadas antes e depois do ciclo de aquecimento e resfriamento com coeficiente de determinação (R²) de 0,9177 e 0,9472, respectivamente. As velocidades das ondas P e S são reduzidas com a temperatura. A redução é mais evidente na onda P com redução máxima de 39% do valor inicial. A velocidade da onda S é reduzida continuamente a partir dos 800°C, passando de 7 % para 3% da velocidade inicial. A regressão feita com a resistência à compressão dos ensaios triaxiais diverge dos resultados obtidos nos ensaios uniaxiais. Os resultados da resistência à tração e os de resistência à compressão apresentaram aumento e redução da resistência em diferentes temperaturas. A resistência à compressão não apresentou qualquer regressão com as velocidades ultrassônicas, enquanto que o módulo de Elasticidade estático apresentou uma regressão linear crescente com a velocidade da onda P com coeficiente de determinação (R²) de 0,7922.

With the increasing increase of environmental restrictions, accompanied by an increasing increase in energy and raw material demand by the population that grows to frightening proportions with little evidence of their descent, they have sought to find alternatives with economic viability and reduce environmental impacts. For coal, the alternative found is Coal Gasification in Subsoil. Of the advantages found in the process, the most interesting are: operational safety and little infrastructure required, competitiveness in the price of the product generated (synthetic gas) and little management of the waste produced since the ashes are left in the underground cavities. One of the difficulties is to show the change in the mechanical and acoustic behavior of rocks and rock mass when submitted to high temperature or postoperational with the cooling of the cavities generated during the process. The rock mass, the fracture system and its mechanical properties (compressive strength and tensile strength) and physical properties (permeability and anisotropy) influence the operational design of the process. With the results obtained, a linear interdependence between the P and S velocities was possible. This same interaction was observed before and after the heating and cooling cycle with coefficient of determination (R²) of 0,9177 and 0,9472, respectively. P and S wave velocities are reduced with temperature. The reduction is more evident in the P wave with a maximum reduction of 39% of the initial value. The S wave velocity is continuously reduced from 800 ° C, from 7% to 3% of the initial velocity. The compressive strength with the triaxial tests differs from the results obtained in the uniaxial tests. The results of the tensile strength and the compressive strength showed increase and reduction of the resistance with different temperatures. The compressive strength did not show any regression with the ultrasonic velocities, while the static elasticity modulus presented an increasing linear regression with the P-wave velocity with determination coefficient (R²) of 0,7922.