Estudos experimentais realizados por alguns autores abordaram os mecanismos de deformação nas gipsitas, tais como o fluxo plástico e a dissolução por pressão. Ainda assim, é pequeno o conhecimento do comportamento mecânico das rochas de gipso. Nesta tese foram estudados os mecanismos de deformação lenta em gipsitas bandadas da Formação Santana da Chapada de Araripe com uso da técnica de emissão acústica. Adotou-se este procedimento como técnica indireta de detecção do processo de microfissuramento, para evitar mudanças que ocorrem na microestrutura durante seu descarregamento e preparação de amostras para sua observação por técnicas diretas. Realizaram-se ensaios de fluência de curto e longo prazo numa prensa hidráulica servocontrolada MTS 815 e em conjunto modulares (torres individuais) em um laboratório de fluência especialmente equipado. Encontrou-se que o mecanismo do microfissuramento está fortemente influenciado por processos de cicatrização durante ensaios de fluência de longo prazo. Devido ao processo de cicatrização da microfissura, a fluência terciaria nunca foi alcançada, mesmo em corpos de prova carregados com até 95% da resistência à compressão uniaxial. Nesta tese outros resultados importantes foram alcançados como: identificar que o fenômeno de microfissuramento para a rocha em questão é detectado por fenômenos de emissão acústica de freqüências intermediárias (de 100 a 400 kHz) e constatar que o efeito Kaiser se manifesta neste tipo de rochas de modo inequívoco para solicitações rápidas, enquanto após ensaios de fluência de longa duração, não mais se manifesta, por causa da cicatrização. Ou seja, corpos de prova submetidos mais uma vez à compressão uniaxial após o descarregamento, voltam a apresentar eventos de emissão acústica e, conseqüentemente, a geração de novas microfissuras. Este fato somente pode ser explicado por um processo de cicatrização da microfissura durante a fluência de longo prazo. Esta cicatrização, devido a fenômenos físico-químicos, apresentou outros indícios como um aumento no módulo de elasticidade após ensaios de fluência, quando comparado aos valores antes do ensaio, e mesmo um endurecimento (aumento da resistência à compressão uniaxial) também após a fluência. Esclareceu-se também de modo inequívoco que o descarregamento provoca o progresso do microfissuramento. Além dos sinais característicos do microfissuramento, constatou-se que o módulo de elasticidade, medido nos mesmos níveis de tensão, é mais alto antes que depois do descarregamento. O decréscimo de rigidez é indício do processo de dano por microfissuramento. / Experimental studies by several authors have shown some of the key deformation mechanisms in gypsum, such as plastic flow and pressure dissolution. Even so, there is still sparse knowledge about the mechanical behavior of natural gypsum rocks. Creep mechanisms of the banded gypsum rock of Santana Formation from the Chapada do Araripe (Santana Formation) in creep tests were studied with acoustic emission technique correlating the stress levels related to microcracking to the energy release associated with these mechanisms. This procedure was adopted as an indirect technique of detection of the microcracking process, to prevent changes that occur in the microstructure during unloading and in sample preparation for its observations with direct techniques. Short and long-term creep tests were carried out in an MTS 815 servo-controlled testing system and in modular sets (single towers) in a specially equipped creep laboratory. It was found that the microcrack mechanism is strongly influenced by healing processes during long-term creep. Due to the microcrack healing process, tertiary creep was never reached, even in specimens loaded with up to 95% of the uniaxial compressive strength. In this thesis other important results were reached as: to identify that the microcracking phenomenon for the rock in question is detected by acoustic emission phenomena of intermediate frequencies (from 100 to 400 kHz) and to evidence that the Kaiser effect unequivocally manifests in this type of rock when subjected to quick loads, while after long-term creep tests, it is no longer evidenced on account of healing. In other words, the specimens subjected once again to uniaxial compression after unloading, again show acoustic emission events and therefore the generation of new microcracks. This fact can only be explained by a microcrack healing process during long-term creep. This healing, due to physical-chemical phenomena, presented other indications as an increase in the modulus of elasticity after creep tests, when compared to the values before the test, and even a hardening (increase of the uniaxial compressive strength) also after the creep. It was also clarified in unequivocal way that the unloading provokes microcracking progress. In addition to the microcracking characteristic indications, it was found that the modulus of elasticity, when measured at the same stress levels, is higher before unloading than after the unloading. The stiffness decrease is indication of the microcracking damage process.

Estudos experimentais realizados por alguns autores abordaram os mecanismos de deformação nas gipsitas, tais como o fluxo plástico e a dissolução por pressão. Ainda assim, é pequeno o conhecimento do comportamento mecânico das rochas de gipso. Nesta tese foram estudados os mecanismos de deformação lenta em gipsitas bandadas da Formação Santana da Chapada de Araripe com uso da técnica de emissão acústica. Adotou-se este procedimento como técnica indireta de detecção do processo de microfissuramento, para evitar mudanças que ocorrem na microestrutura durante seu descarregamento e preparação de amostras para sua observação por técnicas diretas. Realizaram-se ensaios de fluência de curto e longo prazo numa prensa hidráulica servocontrolada MTS 815 e em conjunto modulares (torres individuais) em um laboratório de fluência especialmente equipado. Encontrou-se que o mecanismo do microfissuramento está fortemente influenciado por processos de cicatrização durante ensaios de fluência de longo prazo. Devido ao processo de cicatrização da microfissura, a fluência terciaria nunca foi alcançada, mesmo em corpos de prova carregados com até 95% da resistência à compressão uniaxial. Nesta tese outros resultados importantes foram alcançados como: identificar que o fenômeno de microfissuramento para a rocha em questão é detectado por fenômenos de emissão acústica de freqüências intermediárias (de 100 a 400 kHz) e constatar que o efeito Kaiser se manifesta neste tipo de rochas de modo inequívoco para solicitações rápidas, enquanto após ensaios de fluência de longa duração, não mais se manifesta, por causa da cicatrização. Ou seja, corpos de prova submetidos mais uma vez à compressão uniaxial após o descarregamento, voltam a apresentar eventos de emissão acústica e, conseqüentemente, a geração de novas microfissuras. Este fato somente pode ser explicado por um processo de cicatrização da microfissura durante a fluência de longo prazo. Esta cicatrização, devido a fenômenos físico-químicos, apresentou outros indícios como um aumento no módulo de elasticidade após ensaios de fluência, quando comparado aos valores antes do ensaio, e mesmo um endurecimento (aumento da resistência à compressão uniaxial) também após a fluência. Esclareceu-se também de modo inequívoco que o descarregamento provoca o progresso do microfissuramento. Além dos sinais característicos do microfissuramento, constatou-se que o módulo de elasticidade, medido nos mesmos níveis de tensão, é mais alto antes que depois do descarregamento. O decréscimo de rigidez é indício do processo de dano por microfissuramento. / Experimental studies by several authors have shown some of the key deformation mechanisms in gypsum, such as plastic flow and pressure dissolution. Even so, there is still sparse knowledge about the mechanical behavior of natural gypsum rocks. Creep mechanisms of the banded gypsum rock of Santana Formation from the Chapada do Araripe (Santana Formation) in creep tests were studied with acoustic emission technique correlating the stress levels related to microcracking to the energy release associated with these mechanisms. This procedure was adopted as an indirect technique of detection of the microcracking process, to prevent changes that occur in the microstructure during unloading and in sample preparation for its observations with direct techniques. Short and long-term creep tests were carried out in an MTS 815 servo-controlled testing system and in modular sets (single towers) in a specially equipped creep laboratory. It was found that the microcrack mechanism is strongly influenced by healing processes during long-term creep. Due to the microcrack healing process, tertiary creep was never reached, even in specimens loaded with up to 95% of the uniaxial compressive strength. In this thesis other important results were reached as: to identify that the microcracking phenomenon for the rock in question is detected by acoustic emission phenomena of intermediate frequencies (from 100 to 400 kHz) and to evidence that the Kaiser effect unequivocally manifests in this type of rock when subjected to quick loads, while after long-term creep tests, it is no longer evidenced on account of healing. In other words, the specimens subjected once again to uniaxial compression after unloading, again show acoustic emission events and therefore the generation of new microcracks. This fact can only be explained by a microcrack healing process during long-term creep. This healing, due to physical-chemical phenomena, presented other indications as an increase in the modulus of elasticity after creep tests, when compared to the values before the test, and even a hardening (increase of the uniaxial compressive strength) also after the creep. It was also clarified in unequivocal way that the unloading provokes microcracking progress. In addition to the microcracking characteristic indications, it was found that the modulus of elasticity, when measured at the same stress levels, is higher before unloading than after the unloading. The stiffness decrease is indication of the microcracking damage process.

Em nível microscópico, as rochas apresentam microdefeitos que agem como concentradores locais de tensão, favorecendo a ocorrência de ruptura frágil. O entendimento desse processo requer análises experimentais em rochas submetidas a tensões de tração. O ensaio de compressão diametral é uma alternativa apropriada, pois não apresenta as dificuldades envolvidas no ensaio de tração direta. A propagação de microfissuramento em materiais frágeis produz liberação de energia na forma de ondas elásticas chamadas de emissões acústicas (EA). O monitoramento com EA permite acompanhar a propagação de dano no corpo de prova (CP), sem perturbá-lo. Nesta pesquisa, CPs de mármore e monzogranito são submetidos a ensaios de compressão diametral com deslocamentos monotônicos e cíclicos, com controle de deslocamento. Aplica-se a técnica de EA, em conjunto com análises petrográficas, análises das curvas de força versus deslocamento e exame visual, para caracterizar o seu processo de microfissuramento. A localização tridimensional das fontes de EA foi realizada inicialmente utilizando-se o software AEwin® da PASA. Foi desenvolvido um programa de localização aprimorado que incorpora o cálculo da velocidade de propagação das ondas (vp) média para cada instante em que uma fonte é localizada. O novo programa (Crack Location by Acoustic emission with P Wave Velocity determination, CLAPWaVe) mostra um claro decréscimo da velocidade de propagação com o aumento do dano. O programa desenvolvido (CLAPWaVe) mostrou melhor ajuste e maior coerência com a literatura e com a condição final rompida dos CPs do que o software AEwin. Em mármore e monzogranito o microfissuramento se inicia a 25-30% e 75-85% do carregamento de pico, respectivamente, e localiza-se na vizinhança do centro do CP. Em ambas as rochas se acumulou, também, dano na região dos apoios do CP, associado à transferência de carregamento do berço ao CP. Antes do pico de carregamento, o microfissuramento tornou-se mais denso e localizado no centro e nos apoios do CP, embora a região central ainda concentre a maior parte. Após o pico, o microfissuramento acumulou-se em uma das faces do CP, progredindo até a outra face. O monzogranito apresentou ruptura progressiva do CP, enquanto que no mármore a maior parte da superfície de ruptura já está desenvolvida imediatamente após o pico. Durante o ensaio em ambas as rochas, no núcleo central foram registradas as menores velocidades vp do CP. Na região dos apoios, embora tenha havido microfissuramento, registraram-se as maiores velocidades vp no CP, pois o confinamento produzido pelo contato com o berço aumentou localmente a rigidez do CP. A distribuição não homogênea de vp no CP revelou que a consideração desse parâmetro como constante e igual à condição intacta ao longo do ensaio, como comumente encontrado na literatura, não representa a condição real do CP danificado. O microfissuramento no monzogranito se propaga principalmente através dos cristais de quartzo, seguindo um caminho tortuoso subparalelo à direção de carregamento e liberando altos níveis de energia absoluta. No mármore, a propagação segue os planos de clivagem da calcita, liberando níveis baixos de energia absoluta. Os histogramas da distribuição espacial da resistência em ambas as rochas mostraram bom ajuste a uma distribuição de Weibull, porém o monzogranito mostrou melhor ajuste e menor variabilidade que o mármore. As análises dos sinais no domínio das frequências mostraram que o microfissuramento é caracterizado por emissões de banda larga. / At microscopic level, rocks exhibit microflaws, which act as local stress concentrators, favoring the occurrence of brittle failure. The understanding of this process requires experimental analyses of rock specimens under tensile stresses. The diametral compression test is an adequate alternative for such a studies, because it does not present the difficulties of direct tension tests. Crack propagation in brittle materials releases energy as transient elastic waves known as acoustic emission (AE). Monitoring with AE enables an insight into the cracking process without affecting the integrity of the sample. In this work, marble and monzogranite specimens were subjected to monotonic and cyclic displacementcontrolled diametral compression tests. The AE monitoring technique was applied in conjunction with petrographic analyses, interpretation of the load versus displacement curves and visual examination of the samples for the characterization of their cracking process. The three-dimensional localization of the AE sources was initially carried out by using the software AEwin® from PASA. An improved localization software, which considers the P-wave velocity variation along the damage process (vp) for each AE source was developed. The developed software (Crack Location by Acoustic emission with P Wave Velocity determination, CLAPWaVe) has shown greater consistency with literature and the final cracked samples and better accuracy than AEwin. Microcracking in monzogranite and marble initiated at 25-30% and 75-80% of the peak load, respectively, and is located at the center of the specimen. In addition, both rocks showed concentrated microcracking close to the region of contact between the specimen and the loading platens, related to the loading transference along the loading edge. Before peak load, microcracking becomes denser and localized at the center and the contact region of the specimen, although, the central region still concentrates the main portion of the damage. After the peak load, new microcracks were first concentrated on one of the faces at the center of the specimen and then propagated through its thickness all the way to the other face. The progressive failure in monzogranite extended through to the end of the test, while in marble the main portion of the failure surface of the specimen developed just after peak. During the whole test in both rocks, the lowest velocities (vp) of the specimen were recorded in the central core. Although microcracking was induced at the contact region, the highest velocities vp of the specimen were registered there, because of the confinement effect produced by the platens, which lead to a local increase in the stiffness of the specimen. The non-homogeneous distribution of vp in the specimen has revealed that the utilization of this parameter as a constant and equal to the value measured in the specimen before testing (as usually adopted in the literature), does not represent the real condition of the damaged specimen. In monzogranite, microcracks propagate mainly through quartz crystals, following a tortuous path subparallel to the loading direction, by releasing high-level of absolute energy, while in marble the propagation of microcracks follows the cleavage planes of calcite, by releasing low-level of absolute energy. The histograms of spatial strength distribution in both rocks have shown good adjustment to a Weibull distribution, but monzogranite exhibited a more accurate adjustment with lower variability than marble. The analysis of signals in the frequency domain showed that the microcracking is characterized by wide band emissions.

Em nível microscópico, as rochas apresentam microdefeitos que agem como concentradores locais de tensão, favorecendo a ocorrência de ruptura frágil. O entendimento desse processo requer análises experimentais em rochas submetidas a tensões de tração. O ensaio de compressão diametral é uma alternativa apropriada, pois não apresenta as dificuldades envolvidas no ensaio de tração direta. A propagação de microfissuramento em materiais frágeis produz liberação de energia na forma de ondas elásticas chamadas de emissões acústicas (EA). O monitoramento com EA permite acompanhar a propagação de dano no corpo de prova (CP), sem perturbá-lo. Nesta pesquisa, CPs de mármore e monzogranito são submetidos a ensaios de compressão diametral com deslocamentos monotônicos e cíclicos, com controle de deslocamento. Aplica-se a técnica de EA, em conjunto com análises petrográficas, análises das curvas de força versus deslocamento e exame visual, para caracterizar o seu processo de microfissuramento. A localização tridimensional das fontes de EA foi realizada inicialmente utilizando-se o software AEwin® da PASA. Foi desenvolvido um programa de localização aprimorado que incorpora o cálculo da velocidade de propagação das ondas (vp) média para cada instante em que uma fonte é localizada. O novo programa (Crack Location by Acoustic emission with P Wave Velocity determination, CLAPWaVe) mostra um claro decréscimo da velocidade de propagação com o aumento do dano. O programa desenvolvido (CLAPWaVe) mostrou melhor ajuste e maior coerência com a literatura e com a condição final rompida dos CPs do que o software AEwin. Em mármore e monzogranito o microfissuramento se inicia a 25-30% e 75-85% do carregamento de pico, respectivamente, e localiza-se na vizinhança do centro do CP. Em ambas as rochas se acumulou, também, dano na região dos apoios do CP, associado à transferência de carregamento do berço ao CP. Antes do pico de carregamento, o microfissuramento tornou-se mais denso e localizado no centro e nos apoios do CP, embora a região central ainda concentre a maior parte. Após o pico, o microfissuramento acumulou-se em uma das faces do CP, progredindo até a outra face. O monzogranito apresentou ruptura progressiva do CP, enquanto que no mármore a maior parte da superfície de ruptura já está desenvolvida imediatamente após o pico. Durante o ensaio em ambas as rochas, no núcleo central foram registradas as menores velocidades vp do CP. Na região dos apoios, embora tenha havido microfissuramento, registraram-se as maiores velocidades vp no CP, pois o confinamento produzido pelo contato com o berço aumentou localmente a rigidez do CP. A distribuição não homogênea de vp no CP revelou que a consideração desse parâmetro como constante e igual à condição intacta ao longo do ensaio, como comumente encontrado na literatura, não representa a condição real do CP danificado. O microfissuramento no monzogranito se propaga principalmente através dos cristais de quartzo, seguindo um caminho tortuoso subparalelo à direção de carregamento e liberando altos níveis de energia absoluta. No mármore, a propagação segue os planos de clivagem da calcita, liberando níveis baixos de energia absoluta. Os histogramas da distribuição espacial da resistência em ambas as rochas mostraram bom ajuste a uma distribuição de Weibull, porém o monzogranito mostrou melhor ajuste e menor variabilidade que o mármore. As análises dos sinais no domínio das frequências mostraram que o microfissuramento é caracterizado por emissões de banda larga. / At microscopic level, rocks exhibit microflaws, which act as local stress concentrators, favoring the occurrence of brittle failure. The understanding of this process requires experimental analyses of rock specimens under tensile stresses. The diametral compression test is an adequate alternative for such a studies, because it does not present the difficulties of direct tension tests. Crack propagation in brittle materials releases energy as transient elastic waves known as acoustic emission (AE). Monitoring with AE enables an insight into the cracking process without affecting the integrity of the sample. In this work, marble and monzogranite specimens were subjected to monotonic and cyclic displacementcontrolled diametral compression tests. The AE monitoring technique was applied in conjunction with petrographic analyses, interpretation of the load versus displacement curves and visual examination of the samples for the characterization of their cracking process. The three-dimensional localization of the AE sources was initially carried out by using the software AEwin® from PASA. An improved localization software, which considers the P-wave velocity variation along the damage process (vp) for each AE source was developed. The developed software (Crack Location by Acoustic emission with P Wave Velocity determination, CLAPWaVe) has shown greater consistency with literature and the final cracked samples and better accuracy than AEwin. Microcracking in monzogranite and marble initiated at 25-30% and 75-80% of the peak load, respectively, and is located at the center of the specimen. In addition, both rocks showed concentrated microcracking close to the region of contact between the specimen and the loading platens, related to the loading transference along the loading edge. Before peak load, microcracking becomes denser and localized at the center and the contact region of the specimen, although, the central region still concentrates the main portion of the damage. After the peak load, new microcracks were first concentrated on one of the faces at the center of the specimen and then propagated through its thickness all the way to the other face. The progressive failure in monzogranite extended through to the end of the test, while in marble the main portion of the failure surface of the specimen developed just after peak. During the whole test in both rocks, the lowest velocities (vp) of the specimen were recorded in the central core. Although microcracking was induced at the contact region, the highest velocities vp of the specimen were registered there, because of the confinement effect produced by the platens, which lead to a local increase in the stiffness of the specimen. The non-homogeneous distribution of vp in the specimen has revealed that the utilization of this parameter as a constant and equal to the value measured in the specimen before testing (as usually adopted in the literature), does not represent the real condition of the damaged specimen. In monzogranite, microcracks propagate mainly through quartz crystals, following a tortuous path subparallel to the loading direction, by releasing high-level of absolute energy, while in marble the propagation of microcracks follows the cleavage planes of calcite, by releasing low-level of absolute energy. The histograms of spatial strength distribution in both rocks have shown good adjustment to a Weibull distribution, but monzogranite exhibited a more accurate adjustment with lower variability than marble. The analysis of signals in the frequency domain showed that the microcracking is characterized by wide band emissions.