Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-08-07T13:56:25Z No. of bitstreams: 1 2017_LuisDavidMedinaChaparro.pdf: 3917456 bytes, checksum: 4660dd0ad1f3da548cad109bce6398ad (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-11T22:09:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_LuisDavidMedinaChaparro.pdf: 3917456 bytes, checksum: 4660dd0ad1f3da548cad109bce6398ad (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T22:09:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_LuisDavidMedinaChaparro.pdf: 3917456 bytes, checksum: 4660dd0ad1f3da548cad109bce6398ad (MD5) Previous issue date: 2017-09-11 / O objetivo principal desta pesquisa é contribuir para o entendimento do comportamento de resistência e deformabilidade de rochas sãs, com base em uma abordagem discreta, utilizando o Método dos Elementos Discretos (DEM) e modelos de contato e de cimentação entre grãos adequados para este tipo de geomaterial. Para tanto, tomou-se como base uma série de ensaios laboratoriais disponíveis na literatura internacional. Os dados são relativos a uma rocha magmática, conhecida como granito do Lago de Bonnet (Lac du Bonnet granite), e incluem resultados de ensaios de compressão simples, resistência à tração por compressão diametral e triaxiais convencionais. Nesta dissertação foram reproduzidos os ensaios de compressão simples e tração indireta. Para realização das análises via DEM adotou-se o software STAR-CCM+, que é um programa relativamente novo, com uma boa base de modelos e foi disponibilizado para avaliação pelos fornecedores. O primeiro desafio é gerar um pacote de partículas com uma distribuição espacial de cimentação que seja computacionalmente aceitável e que possa reproduzir os parâmetros macroscópicos de deformabilidade e de resistência observados nos ensaios. Amostras cilíndricas de 60 mm de altura por 30 mm de diâmetro foram geradas com uma combinação de técnicas, conhecidas por oversetting e trimmed mesh, e o empacotamento denso de partículas foi obtido por deposição gravitacional em camadas. Foram utilizadas cerca de 5000 partículas esféricas com diâmetro médio de 2,12 mm para viabilizar o tempo de cálculo. Um segundo passo crítico consiste na escolha dos modelos de contato. Foram testados o modelo sem deslizamento de Hertz-Mindlin e o modelo linear tradicional. Para a ligação entre partículas adotou-se o modelo de partículas cimentadas BPM (Bonded Particle Model), baseado na teoria de vigas. Os melhores resultados foram obtidos com a combinação do modelo de contato linear com o BPM, com os quais foi possível reproduzir qualitativamente e quantitativamente os diversos estágios de evolução de dano numa amostra de rocha sujeita a compressão simples. Estes estágios incluem uma acomodação inicial, uma fase linear elástica, uma fase de iniciação estável de fissuras, uma fase de fissuramento instável com dilatância volumétrica, chegando ao pico de resistência, seguido de uma ruptura frágil pós-pico. A identificação destes estágios está diretamente relacionada com a evolução das quebras de cimentação entre os grãos. O mesmo conjunto de parâmetros calibrado para o ensaio de compressão simples foi usado para reprodução dos ensaios de tração indireta. O mecanismo de ruptura neste ensaio foi reproduzido adequadamente, porém o valor de resistência à tração foi superestimado em função de se ter adotado o mesmo valor de resistência para a cimentação sob tração e cisalhamento. Finalmente, fez-se uma análise paramétrica da influência do módulo de Young e do tamanho das partículas em algumas propriedades macroscópicas adotadas em modelos fenomenológicos do tipo elástico perfeitamente plástico. Desta análise conclui-se que a resistência a compressão da amostra aumenta e a deformação na ruptura diminui com o aumento da rigidez dos grãos. Conclui-se também que a resistência à tração aumenta, enquanto a resistência a compressão e o módulo de Young macroscópicos diminuem à medida que se aumenta o tamanho dos grãos, mantendo-se constante o tamanho da amostra. Foram estabelecidas equações de ajuste logarítmicas para estas relações, as quais apresentam dispersão crescente à medida que se aumenta o tamanho dos grãos. A partir destas relações fica evidente que a abordagem contínua pode ser utilizada quando da relação entre o diâmetro da amostra e o diâmetro do grão excede cerca de 20 vezes; caso contrário deve-se dar preferência a uma abordagem discreta, a depender da propriedade de interesse. / The main objective of this research is gaining insight about characteristics of deformability and strength of sound rock samples. A discrete numerical approach based on the Discrete Element Method (DEM), together with appropriate particle contact and bonding models, is adopted. Laboratory data available in international literature is used to calibrate the models. These data include unconfined compression, indirect tensile and conventional triaxial tests carried out in Lac du Bonnet granite. Unconfined compression and indirect tensile tests were simulate using STAR-CCM+, a relatively new software, with a good library of contact models. The first challenge is to generate a dense packing of spherical particles with a spatial distribution of particle bonds, capable of reproducing the observed macroscopic behavior in an acceptable computational time. Cylindrical samples, 60 mm in height by 30 mm in diameter, were generated using a combination of oversetting and trimmed mesh techniques. The cylinder was filled with a dense packing of 5000 particles with an average diameter of 2.12 mm, using gravity deposition in successive layers. The second critical step is the definition of the interparticle models. The simple linear and the no-slip Hertz-Mindlin contact models were evaluated in combination with the BPM (Bonded Particle Model) for the cementation. The best results were with achieved with linear contact plus BPM combination, which reproduced accurately, qualitatively as well as quantitatively, the several stages of damage evolution within a sample of rock under unconfined compression. These stages include an initial accommodation, a linear elastic section, a region of crack initiation, then an unstable crack propagation stage with volumetric dilatance, followed by the peak strength and a post-peak fragile failure. It was found that the identification of these stages bear close relation with the plot of evolution of debonding between particles in the numerical test. The same set of parameters calibrated from simple compression tests was used during the simulation of the Brazilian indirect tensile test. The failure mechanism during this test was accurately reproduced, but the tensile strength was overestimated, because the same microscopic strength parameter was used for the cementation under tension and shearing. Finally, a parametric analysis was carried out to verify the influence of grain parameters, such as Young modulus and particle size, on the macroscopic parameters of the elastic perfectly plastic Mohr-Coulomb model. It could be observed that unconfined strength increases and the strain level at failure decreases for increasing values of particle Young modulus. It was also noticed that the tensile strength increases, while the unconfined strength and overall Young modulus decreases, for increasing grain diameters, provided that the sample diameter is kept constant. Logarithmic regression curves were adjusted for these relations, which also show higher dispersion around the mean value as the grain size increases. Based on these evidences, it is concluded that a continuum approach may be justified when the sample diameter exceeds about twenty times the grain size diameter; otherwise a discrete approach should be preferred depending on the property under investigation.

O estudo do intemperismo é de suma importância uma vez que a quebra química de minerais instáveis termodinamicamente na superfície da Terra por agentes do intemperismo é uma parte fundamental na ciclagem de elementos global. Esse processo é responsável pela formação dos solos dos quais depende toda a vida terrestre, desempenhando um papel central no controle da fertilidade dos solos através do fornecimento de muitos nutrientes que permitem o crescimento das plantas. Atualmente as análises relacionadas ao intemperismo são realizadas através de índices matemáticos ligados à presença ou ausência de determinados minerais e observação do comportamento dos elementos químicos ao longo do perfil de solo. Surge, portanto, a necessidade de técnicas mais rápidas e eficazes. Os objetivos do presente trabalho foram o de caracterizar e avaliar o potencial de vários instrumentos sensores próximos na identificação dos processos de intemperismo em cortes verticais originados de diferentes materiais de origem numa região de São Paulo, Brasil. Cinco perfis de solo com materiais de origem contrastantes (sedimentar e magmático) foram utilizados para a avaliação da espectroscopia como ferramenta capaz de identificar as mudanças ocorridas no perfil durante o intemperismo. Amostras de terra foram coletadas e enviadas para análises química, física, mineralógica e espectroscópica. As análises por sensoriamento próximo em laboratório foram realizadas utilizando três sensores, cada um contemplando uma região do espectro eletromagnético (raio x, visível e infravermelho). No campo, utilizou-se o sensor de raios gama e a câmera multiespectral AISA fênix que realizou a leitura, nas regiões espectrais do visível ao infravermelho de ondas curtas, de todo o perfil de solo desenvolvido sob arenito. Fez-se a descrição elementar, mineralógica e de outros atributos presentes nas amostras de terra coletadas a fim de avaliar a intensidade de intemperismo de cada horizonte dos perfis de solo. Esses dados foram utilizados na descrição do comportamento dos espectros. Os índices de intemperismo e os óxidos maiores foram quantificados a partir de modelos lineares e multivariados utilizando os dados do sensor gama e do visível ao infravermelho (Vis-IR), respectivamente. Os óxidos foram espacializados nas imagens do sensor AISA Fenix para a observação visual do comportamento dos elementos e minerais ao longo dos perfis. Calculou-se a diferença elementar entre horizontes a partir dos dados de fluorescência para comparação com o balanço de massa calculado pelos dados fornecidos pelas análises tradicionais e utilizou-se toda a região espectral, em separado e em conjunto, para a segregação das amostras de acordo com a intensidade de intemperismo. A partir do comportamento das curvas espectrais na região do visível ao infravermelho médio, foi possível identificar a diferença na textura dos horizontes, a presença de água estrutural e no solo, a influência da matéria orgânica e os principais minerais que são reflexos da intensidade de intemperismo de cada horizonte dos perfis analisados. Os dados dos sensores GAMA e FRX apresentaram altos valores de correlação com os óxidos e índices utilizados na quantificação da intensidade de intemperismo, indicando à viabilidade dos sensores para o cálculo dos índices. Os modelos de quantificação dos índices de intemperismo e dos óxidos apresentaram R² acima de 0,5. A aplicação do modelo do Vis-IR às imagens da AISA permitiu quantificar os óxidos pixel a pixel ao longo do perfil e observar a diferenciação dos horizontes, facilitando a interpretação da análise de intemperismo. Devido à especificidade de cada região espectral para analisar um objeto, a utilização de vários sensores que trabalham em diferentes comprimentos de onda pode ser uma alternativa para a mais rápida avaliação da intensidade de intemperismo ocorrendo em perfis provenientes de diferentes materiais de origem. / The study of weathering is of paramount importance since the chemical breakdown of thermodynamically unstable minerals on the surface of the earth by weathering agents is a fundamental part of the cycling of global elements. This process is responsible for the formation of soils on which all terrestrial life depends, playing a central role in soil fertility control by providing many nutrients that enable plant growth. Currently the analyzes related to weathering are performed through mathematical indexes linked to the presence or absence of certain minerals and observation of the behavior of the chemical elements along the soil profile. There is therefore a need for faster and more effective techniques. The objectives of the present work were to characterize and evaluate the potential of several proximal sensing instruments in the identification of weathering processes in vertical cuts originating from different rock parents in a region of São Paulo, Brazil. Five soil profiles with contrasting source materials (sedimentary and magmatic) were used to evaluate the spectroscopy as a tool capable of identifying changes in the profile during weathering. Soil samples were collected and sent for chemical, physical, mineralogical and spectroscopic analyzes. The proximal sensors analyzes in the laboratory were realized using three sensors, each contemplating a region of the electromagnetic spectrum (x-ray, visible and infrared). In the field, the gamma-ray sensor and the multispectral AISA fênix camera were used to read the entire soil profile developed under sandstone in the spectral regions of visible to shortwave infrared. The elemental, mineralogical and other attributes present in the soil samples collected were evaluated in order to evaluate the weathering intensity of each horizon of the soil profiles. These data were used to describe spectra behavior. The indexes of weathering and the major oxides were quantified from linear and multivariate models using gamma and visible infrared (Vis-IR) data, respectively. The oxides were spatialized in the images of the Fenix AISA sensor for the visual observation of the behavior of the elements and minerals along the profiles. The elemental difference between horizons was calculated from the fluorescence data for comparison with the mass balance calculated by the data provided by the traditional analyzes and the entire spectral region was used separately and together for the segregation of the samples according to with the intensity of weathering. From the behavior of the spectral curves in the region of visible to the medium infrared, it was possible to identify the difference in texture of the horizons, the presence of structural and soil water, the influence of the organic matter and the main minerals that are reflections of the intensity of weathering of each horizon of the analyzed profiles. The data of the GAMA and FRX sensors presented high values of correlation with the oxides and indices used in the quantification of the intensity of weathering, indicating the viability of the sensors for the calculation of the indices. The models for the quantification of the indexes of weathering and oxides presented R² above 0.5. The application of the Vis-IR model to the AISA images allowed quantifying the pixel-to-pixel oxides along the profile and observing the differentiation of the horizons, facilitating the interpretation of the weathering analysis. Due to the specificity of each spectral region to analyze an object, the use of several sensors working at different wavelengths may be an alternative for the faster evaluation of the intensity of weathering occurring in profiles from different source materials.

Tese(Doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 1998. / Submitted by Guilherme Lourenço Machado (gui.admin@gmail.com) on 2011-05-25T12:31:08Z No. of bitstreams: 1 1998_MarciaAbrahaoMoura.pdf: 6090109 bytes, checksum: 48c9b4162b207d4a9e2733d2f59deabb (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(tempestade_b@hotmail.com) on 2011-05-25T18:52:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 1998_MarciaAbrahaoMoura.pdf: 6090109 bytes, checksum: 48c9b4162b207d4a9e2733d2f59deabb (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-25T18:52:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1998_MarciaAbrahaoMoura.pdf: 6090109 bytes, checksum: 48c9b4162b207d4a9e2733d2f59deabb (MD5) / Resumo: O Depósito de ouro Serrinha, localizado no extremo norte do Estado do Mato Grosso, na Província Aurífera Juruena-Teles Pires, associa-se espacial e geneticamente ao Maciço granítico Matupá, de 1872 ±12 Ma, inserido no Domínio Geocronológico Ventuari-Tapajós. O Maciço Matupá apresenta-se no Depósito Serrinha como um corpo de biotita monzogranito, denominado Granito Matupá, equigranular a porfirítico, subsolvus, raramente contendo hornblenda. Magnetita, ilmenita, titanita, zircão, fluorapatita, allanita e monazita são minerais acessórios. Diques de composição riolítica, cogenéticos ao magmatismo granítico, e diques de diabásio, com características químicas de basaltos toleíticos continentais, cortam o Granito Matupá. O Granito Matupá é cálcio-alcalino, metaluminoso a peraluminoso, semelhante aos granitos do tipo I, com SiO2 = 68-75%, MgO/TiO2 = 2,56, K2O/Na2O > 1, A12O3 = 13-14%, CaO = 1-2%, elevados conteúdos de Ba e Sr, quantidades moderadas de Zr e Rb e baixos conteúdos de Nb, Y, Ta, Ga, Zn, F, C e Li. ETR = 250 ppm, Lan/Yhn 30 e Eu/Eu* = 0,35. Assemelha-se a granitos orogênicos, especialmente granitos de arco vulcânico ou pós-colisionais. Sua pressão de cristalização, estimada com base no geobarômetro da hornblenda, situou-se entre 3,3 e 4,5 Kb. Os valores de TDM situam-se entre 2,34 e 2,47 Ga e podem representar a idade de formação de crosta continental considerando-se uma única fonte para o magma granítico original, mas a hipótese de que o magma resultou da mistura de fontes mantélica e crustal não deve ser descartada. O Granito Matupá foi submetido a expressiva alteração hidrotermal de infiltração disseminada no Depósito Serrinha, começando por hidrotermalismo incipiente do biotita granito, seguido de alteração K-silicática, sódica, cloritização, alteração sericítica, piritização e carbonatação. Considerando-se Zr imóvel, AI2O3 e TiO2 foram pouco móveis durante o processo, enquanto FeO, MnO, Fe2O3, CaO, MgO, K2O e Na2O foram muito móveis, resultados condizentes com albitização, sericitização, microclinização, piritização e carbonatação do granito. A clorita é abundante nos fácies hidrotermais do Granito Matupá e constitui três diferentes grupos: grupo A, clorita intermediária entre chamosita e clinocloro; grupo B, clinocloro, e grupo C, chamosita com elevados teores de MnO, entre 2 e 5,5%. Três tipos de titanita ocorrem em Serrinha: titanita magmática, com Al2O3 próximo de 1,7%; titanita hidrotermal do granito pouco hidrotermalizado, com Al2O3 sempre superior a 2%, e titanita hidrotermal de SE IVG, com Al2O3 desprezível e contendo Na2O (0,53 a 0,76%). Dois tipos de epidoto constituem produto de alteração hidrotermal do Granito Matupá: epidoto da série clinozoisita-epidoto, predominante, e epidoto com até 3,5% de MnO, restrito à área II. 1. Fluidos H2O-NaCl-KCl, exsolvidos do magma granítico e aprisionados a 423°C e 1,3 Kbar, foram provavelmente os primeiros a circular no Granito Matupá em Serrinha, seguidos de fluidos H2O-NaCl-CO2-(CH4), CO2 e H2O-NaCl, aprisionados a T = 330°C e P = 0,5 - 1,3 Kbar, provavelmente resultantes de imiscibilidade. A evolução final do sistema hidrotermal foi dominada por mistura de fluidos salinos e meteóricos e circulação de fluido rico em Ca. A mineralização de ouro no Depósito Serrinha é disseminada e se restringe às áreas de intensa alteração hidrotermal do Granito Matupá em que há associação de pirita, sericha, clorita e/ou albita. Magnetita hidrotermal e rutilo acompanham a pirita. O ouro está na forma nativa, incluso ou em fraturas de pirita. Análises de pirita por LAM-ICP-MS resultaram em teores de Au, Ag, Pd e Pt inferiores a 10 ppm. Os valores de isótopos de enxofre obtidos para pirita (+1,3 a +3,5 96o) e os dados de inclusões fluidas são compatíveis com um fluido mineralizante oriundo do próprio magma granítico. O ouro foi inicialmente transportado na forma de complexos cloretados em fluidos quentes, exsolvidos do magma granítico, oxidados, altamente salinos e ácidos. Diminuição da temperatura do fluido durante sua ascensão, imiscibilidade ou aumento de pH pode ter propiciado a precipitação de ouro. A diluição e/ou a desmistura do fluido salino podem ter ocasionado a deposição da segunda geração de Au. O Depósito Serrinha assemelha-se aos depósitos disseminados classificados como do tipo ouro pórfiro. Apesar de o nível de erosão atual diminuir a probabilidade de existir um depósito de grande porte em Serrinha, dados geológicos sobre a Província Aurífera Juruena-Teles Pires permitem sugerir que o modelo proposto para o Depósito Serrinha seja aplicável a outros depósitos de ouro da região. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The Serrinha gold Deposit, northern Mato Grosso state (Brazil), is part of the Juruena-Teles Pires gold Province. The deposit is spatially and genetically related to the Matupá granitic Massif (1872 ±12 Ma), part of the Ventuari-Tapajós geochronological Domain. At the Serrinha Deposit, the Matupá Massif comprises a single biotite monzogranite, called Matupá Granite, which outcrops as isotropic undeformed and little-fractured blocks. The Matupá Granite is subsolvus, medium to coarse grained, equigranular to porphyritic. Hornblende is very rare and magnetite, titanite, zircon, fluorapatite, allanite, monazite and ilmenite are accessory minerals. Comagmatic rhyolitic dikes and younger diabase dikes crosscut the granite. The Matupá Granite is calc-alkaline, metaluminous to peraluminous, similar to I-type granites developed in orogenic terrains, specially volcanic arc and post-collisional settings. The biotite granite is characterized by 68-75 w.t.% SiO2, 13-14 w.t.% A12O3, high MgO/TiO2 ratio (2.56), K2O/Na2O ratio higher than 1,1-2 w.t.% Ca, high Ba and Sr, medium Zr and Rb, low Nb, Y, Ga, Zn, F, Sn, W, Cu, Mo, Ta, Cl and Li contents. ETR = 250 ppm, La/Yb ratios 30 and Eu/Eu* ratio 0.35. The crystallization pressure of the Matupá Granite, based on hornblende geobaromether, was 3.3 to 4.5 Kb. ТDM values lie between 2.34 and 2.47 Ga and may represent the continental crust crystallizing age = -2.7 a -4.3), considering a unique source for the original granitic magma, but the hypothesis of mixing mantelic and crustal sources cannot be disregarded. The Matupá Granite was submitted to a pervasive hydrothermal alteration at the Serrinha Deposit, beginning with an incipient hydrothermal alteration, followed by K-silicatic, sodic, chloritic, sericitic and pyritic alterations, with final carbonatization. Considering Zr as having been immobile during the alteration, A12O3 and TiO2 were less mobile while FeO, MnO, Fe2O3, CaO, MgO, K2O and Na2O were mobile, results compatible to the hydrothermal processes that took part in Serrinha. Chlorite is a widespread secondary mineral at the deposit and comprises three different groups: group A, intermediary between clinochlore and chamosite; group B, clinochlore, and group C, chamosite with high manganese content (2 - 5.5 w.t.% MnO). Three types of titanite were identified: magmatic (near 1.7 w.t.% A12O3); hydrothermal titanite developed during the incipient hydrothermal alteration of the granite (A12O3 > 2 w.t.%) and hydrothermal titanite associated to the sodic assemblage (near zero Al2O3 and 0.53 to 0.76 w.t.% Na2O). Two epidote types were formed during alteration: epidote from clinozoisite-epidote series, widespread, and epidote containing up to 3.5 w.t.% MnO, restricted to II. 1 area. H2O-NaCl-KCl fluids, interpreted to have been exsolved from the granitic magma, and entrapped at 423 °C and 1.3 Kbar, were probably the earliest fluids that circulated through the Matupá Granite in the Serrinha Deposit. The early fluids were superimposed by lower temperature and pressure (330°C and 0.5 to 1.3 Kbar ) H2O-NaCl-CO2-(CH4), CO2 e H2O-NaCl fluids, probably derived from imiscibility. The final evolution of the hydrothermal system was dominated by mixing of saline and meteoric fluids and by circulation of low temperature Ca-enriched fluids. The gold mineralization is disseminated and restricted to the intense hydrothermal alteration areas where it is associated to pyrite, sericite, chlorite and/or albite. Hydrothermal magnetite and rutile occur with pyrite. Gold is in the native form, included or filling fractures in pyrite. LAM-ICP-MS analysis in pyrite grains show Au, Ag, Pd and Pt values below 10 ppm. 34S data of pyrite (+1.3 to +3.5 %o) together with fluid inclusion data are consistent with a mineralizing fluid exsolved from the crystallizing magma. Gold was iniatially transported as chlorine complexes in a hot, saline, acid and oxidized fluid. Decreasing in temperature during the fluid ascent, imiscibitity process or pH increase could have enhanced gold precipitation. Dilution and/or unmixing of the saline fluid can have been responsible for the deposition of the second generation of gold. Serrinha gold Deposit is similar to disseminated deposits genetically related to granite magmas classified as porphyry gold. Nevertheless, the present deep erosion level in the region, probably located at the root of the hydrothermal system, does not favor the presence of a giant Au deposit at Serrinha.