Oppsummering og diskusjon

O termo “liquefação” foi definido por Youd (1973) como a “transformação de um material granu- lar de um sólido para um estado liquefeito em consequência do aumento da pressão da água nos poros”. Porém, na forma como é empregado nos estudos de sismicidade e mecânica de solos, o termo em geral engloba fenômenos relacionados porém distintos. Na discussão a seguir, serão consideradas as classificações propostas por Lowe (1975), Allen (1984) e Owen (1987) para os mecanismos de deformação em sedimentos inconsolidados.

Lowe (1975) associa a formação de estruturas de deformação sinsedimentar a processos de escape de água ocorridos durante a consolidação (definida como a expulsão do excesso de água dos poros e compactação do sedimento). O autor denomina as estruturas formadas em resposta a esses processos como estruturas de

perda d’água (water-escape structures) e distingue três mecanismos básicos de escape de fluidos do sedimento: 1. Infiltração (seepage): movimento lento para cima de fluidos em vazios preexistentes ou fluxo rápido

em sedimentos compactos e confinados, de forma que o arrasto do fluido sobre os grãos é negligível; não forma estruturas, a não ser que as taxas de fluxo se tornem altas, aproximando-se do estado fluidizado ou liquefeito.

2. Liquefação (liquefaction): ocorre quando um sedimento metaestável ou inconsolidado experimenta

uma perda súbita de resistência mecânica, associada ao colapso da trama dos grãos e um aumento rápido mas temporário da pressão do fluido nos poros, transformando um sedimento sustentado por grãos numa suspensão sustentada por líquido; em geral, o fluxo do fluido e as pressões de poros elevadas se dissipam rapidamente, e se reestabelece uma trama sustentada pelos grãos.

3. Fluidificação*(fluidization): ocorre quando um fluido percolando verticalmente por um agregado granular exerce suficiente força de arrasto para levantar ou suspender os grãos contra a força da gravidade. À medida que a velocidade de fluxo do fluido aumenta, um valor crítico é atingido em que a força de gravidade é contrabalançada pelo arrasto do fluido; esta velocidade é chamada de velocidade de fluidificação mínima ou incipiente. Excedida essa velocidade, a camada se expande, a porosidade aumenta e a trama do sedimento deixa de ser sustentada pelos grãos e se torna sustentada pelo fluido. Em velocidades maiores, o sedimento pode entrar completamente em suspensão.

Lowe (1975) considera 3 modos diferentes de deformação da mistura sedimento-água:

1. Comportamento hidroplástico, que caracteriza sedimentos suportados por grãos com limite de

elasticidade significativo e velocidades de fluidos nos poros abaixo daquelas requeridas para fluidificação. O limite de elasticidade elevado pode ser gerado por forças coesivas, como em argilas, ou por resistência friccional, em areias e cascalhos bem compactados.

2. Comportamento liquefeito, que envolve o fluxo de sedimentos carentes de resistência coesiva e

friccional. As velocidades relativas de fluido nos poros são inferiores às necessárias para a fluidificação de todas as frações exceto as mais finas. Este comportamento pode caracterizar sedimentos muito pouco compactados de qualquer granulometria.

* Embora o termo seja traduzido como “fluidização” em alguns trabalhos em português (e. g. Fernandes e Coimbra 1993; Fragoso César et al. 2001; Rossetti 2001), a palavra não ocorre nos principais dicionários de língua portuguesa; dessa forma, no intuito de se evitar um anglicismo, optou-se por “fluidificação”.

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3. Deformação fluidificada, que ocorre a velocidades relativas do fluido nos poros acima daquelas

requeridas para a fluidificação de grande parte do sedimento. O fluxo fluidizado é tipicamente turbulento, e as estruturas primárias são obliteradas; elutriação de partículas móveis é usual.

A figura 37 sumariza os mecanismos de deformação propostos por Lowe (1975).

Figura 37

Definição, características gerais e forma de identificação dos principais mecanismos de deformação de sedimentos inconsolidados, segundo Lowe (1975). U₀ = velocidade de fluidificação mínima. Nesta figura e nas figuras 38 e 40 mecanismos indicados sob uma mesma cor são correspondentes

Allen (1984) dá o nome genérico de liquidificação* (liquidization) à transição de estado que pode ser sofrida pelos sedimentos, passando de um estado similar a um sólido para um similar a um líquido viscoso, por perda de resistância mecânica. O autor distingue dois mecanismos principais de liquidificação, os quais correspondem de forma bastante próxima aos mecanismos equivalentes propostos por Lowe (1975):

1. Liquefação (liquefaction): é a quebra da trama do sedimento a um tal grau que os grãos não

são mais suportados mutuamente, mas se tornam dispersos no fluido dos poros. O autor identifica três tipos principais de liquefação:

a. liquefação estática: aquela ocasionada por um aumento suficiente da pressão estática de

fluidos nos poros numa massa estacionária de grãos sem coesão;

b. liquefação dinâmica: aquela causada por uma única aplicação de um impulso ou carga

suficientemente grande;

c. liquefação cíclica: aquela causada pela aplicação repetida de uma carga reversível. 2. Fluidificação (fluidization): é causada por fluido sendo forçado para cima através da massa

de grãos até que o peso das partículas seja compensado pelo arrasto do fluido; os grãos então deixam de ser mutuamente sustentados e o material se expande. A fluidificação exige um suprimento externo de fluido (enquanto na liquefação qualquer fluido que penetre a massa de grãos o faz de forma passiva e não influencia a mudança de estado do sedimento). O autor distingue dois tipos básicos de fluidificação :

a. fluidificação estacionária: aquela em que uma corrente de fluido é forçada para cima

através de uma massa estática de grãos sustentada a partir de baixo;

b. fluidificação translacional: aquela em que o material fluidificado apresenta movimento

horizontal.

A figura 38 sumariza os mecanismos de liquidificação propostos por Allen (1984).

Figura 38

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Owen (1987) nota que, para que um material que normalmente se comporta como um sólido exiba um comportamento similar ao de um líquido, é necessário que ocorra a ação de algum processo, por ele denominado um mecanismo de deformação, ou seja, “um mecanismo cuja ação possibilita que a deformação ocorra” (Owen 1987), e distingue entre mecanismos de deformação plástica e mecanismos de deformação viscosa. Estes últimos são os mesmos propostos por Allen (1984), com o acréscimo de dois mecanismos que ocorrem em materiais coesivos (principalmente argilas): comportamento tixotrópico e alta sensibilidade.

O mecanismo de deformação precisa ser iniciado por um agente desencadeador (trigger) externo (Owen 1987). O autor ressalta ainda que, em muitas circunstâncias, a mera ação de um mecanismo de deformação pode causar pouca ou nenhuma deformação; em geral, é necessária a ocorrência de um esforço atuando enquanto o mecanismo de deformação opera. O estilo das estruturas de deformação vai depender da geometria inicial do sedimento e de características do mecanismo de deformação, mas é determinado principalmente pela orientação dos esforços deformantes. O sistema físico responsável por esses esforços pode ser chamado de um sistema de forças motrizes (driving force system). A figura 39 sumariza os mecanismos de deformação e sistemas de forças motrizes propostos por Owen (1987) e os principais agentes desencadeadores mencionados na literatura; agentes desencadeadores serão discutidos em mais detalhe no item 2.4.9 (infra, pág.110).

Figura 39

Sumário dos mecanismos de deformação e sistemas de forças propostas por Owen (1987) e principais agentes desencadeadores mencionados na literatura; os números diante dos agentes desencadeadores correspondem às seguintes referências: 1, Owen (1987); 2, Lowe (1975); 3, Jolly & Lonergan (2002); 4, Greb & Archer (2007); 5, Røe & Hermansen (2006); 6, Rijsdjik et al. (1999); 7, Eberth et al. (2010); 8, Seiler & Chan (2008); 9, Cita et al. (1996); 10, Alvarez et al. (1998).

A partir do mecanismo de deformação e do sistema de esforços atuando sobre o sedimento, Owen (1987) propõe uma classificação genética da deformação em sedimentos inconsolidados, mas admite que o sistema possui problemas, sendo o principal a dificuldade de atribuir uma classificação genética inambígua e acurada à deformação. Embora a identificação dos sistemas de esforços atuando sobre o sedimento durante a deformação seja relativamente simples, o mecanismo de deformação é mais difícil de identificar: não há meios aceitos de se distinguir os diversos processos de deformação em sedimentos coesivos, e os processos de liquefação e fluidificação são comumente confundidos na literatura. A figura 40mostra o sistema de classificação proposto pelo autor.

Figura 40

Esquema simplificado para classificação das principais estruturas de deformação em sedimentos inconsolidados, segundo Owen (1987). Embora contemple também a deformação de materiais coesivos, como argilas, o sistema é voltado principalmente para a deformação em sedimentos arenosos.

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