Stabilitatea formațiunilor geologice traversate de sonde

Echilibrul natural al unui masiv neatacat

Acest articol e numărul 6 din totalul de 12 articole ale seriei Stabilitatea rocilor

Hits: 43

Având în vedere diversitatea opiniilor, s-a considerat mai logică ipoteza lui M. P. Timbarevici, completată ulterior cu cea a lui P. Khun. Reunirea lor s-a concretizat sub numele de ipoteza Khun-Timbarevici. A se vedea și un curs de mecanica rocilor:

Acceptarea unei ipoteze privind distribuția eforturilor unitare

Ipoteza Khun-Timbarevici consideră că, în cazul masivelor de roci neatacate prin lucrări, pe măsură ce rocile se tasează odată cu creșterea adâncimii, această tasare are loc pe baza posibilității unei scurtări specifice pe direcția verticalei și a unei scurtări sau alungiri specifice împiedicate în plan orizontal. Astfel, într-un sistem de coordonate cu originea într-un punct al masivului considerat, cu axele: z – pe direcția verticală, x și y în plan orizontal, pentru un volum elementar infinit mic, condițiile impuse de acceptarea acestei ipoteze sunt: \epsilon_z \neq \epsilon_x = \epsilon_y = 0. Axele x, y, z reprezintă direcțiile principale de deformare, corespunzătoare cu direcția eforturilor unitare principale. În acest caz, axa z (verticala) e direcția pe care se va exercita efortul unitar principal maxim, \sigma_1=\sigma_z, respectiv cel dat de presiunea litostatică, iar axele x și y reprezintă direcțiile în care se exercită eforturile unitare minime \sigma_2=\sigma_3=\sigma_x=\sigma_y.

Se consideră că până la o anumită adâncime, funcție de caracteristicile rocii, denumită și adâncime critică, va exista proporționalitate între eforturile unitare principale maxime \sigma_1=\sigma_z și \sigma_2=\sigma_3=\sigma_x=\sigma_y, lucru care rezultă din acceptarea unei stări de deformare elastică, în care se respectă condițiile impuse: \epsilon_z \neq 0; \epsilon_x = \epsilon_y = 0.

\epsilon_x=\epsilon_y=\dfrac{1}{\epsilon}[\sigma_x-\mu(\sigma_y+\sigma_z)]=\dfrac{1}{\epsilon}[\sigma_y-\mu(\sigma_x+\sigma_z)]=0

\sigma_x=\sigma_y=\dfrac{\mu}{1-\mu}\sigma_z=\dfrac{\sigma_z}{m-1}=\dfrac{P}{m-1}=\dfrac{\sigma_r H}{m-1}

\dfrac{\sigma_1}{\sigma_3}=\dfrac{\sigma_z}{\sigma_x}=m-1

Se admite că odată cu depășirea adâncimii critice, raportul \dfrac{\sigma_1}{\sigma_3}=\dfrac{\sigma_z}{\sigma_x} începe să varieze prin aceea că mărimea coeficientului Poisson, m, se apropie treptat de valoarea 2, ceea ce indică o tendință de trecere spre o distribuție hidrostatică a eforturilor unitare.

Întreaga ipoteză a avut parte și de verificări experimentale parțiale. În cadrul ei, ipoteza exclude presiunea tectonică remanentă, ce poate avea efecte practice, modificând condițiile acceptate. În formațiunile geologice masive, fără presiuni tectonice remanente, se constată cel mai bine valabilitatea ipotezei. Formațiunile argiloase pot fi considerate astfel.

Consecințe ale ipotezei admise. Starea de echilibru natural

Aspectul macroscopic

Dacă s-ar reproduce, în cadrul unei stări de compresiune triaxială, condițiile de valabilitate ale ipotezei în discuție, respectiv \epsilon_z \neq \epsilon_x = \epsilon_y = 0, și s-ar determina eforturile unitare principale (maxim, \sigma_1 și minim \sigma_3, s-ar obține o înfășurătoare a cercurilor lui Mohr cu diametrul \sigma_1-\sigma_3. O astfel de curbă ar avea o porțiune liniară cu respectarea proporționalității între eforturile principale (maxim și minim), o porțiune neliniară, în care proporționalitatea nu se mai respectă.

S-au obținut informații valoroase prin încercările edometrice, ce au putut da indicații macroscopice asupra transformărilor fizice (structurale) produse în rocă prin depășirea stării de deformare elastică, lucru ce se obține printr-o metodă energetică. S-au putut face aprecieri calitative privind acumularea și cedarea de energie înmagazinată într-un eșantion, dar și cantitative, pe baza energiei înmagazinate și cedate. Diferența dintre lucrul mecanic de încărcare și cel de descărcare reprezintă lucrul mecanic necesar schimbărilor structurale ce apar în eșantion. Existența acestui lucru mecanic denotă faptul că o rocă supusă încercărilor edometrice la valori mari ale eforturilor unitare de compresiune triaxială suferă anumite schimbări structurale, chiar dacă (sau poate tocmai pentru că) scurtarea sau lungirea specifică în plan orizontal sunt împiedicate.

Succesiunea de stări prin care trece o rocă în procesul de tasare  a fost denumită „stări de echilibru natural”. La stări de compresiune triaxială mici, apare doar o deformare elastică în diverse puncte ale eșantionului. Cu cât crește \sigma_1, cu atât crește și reacțiunea orizontală \sigma_2=\sigma_3. Cât timp eforturile unitare din diversele puncte ale materialului nu depășesc coeziunea lui, rezultă doar o deformare elastică, materializată prin raportul \dfrac{\sigma_1}{\sigma_3}, iar curba de echilibru natural va fi liniară. Deformarea are loc pe seama reducerii golurilor (porilor) din rocă. La depășirea unei anumite valori a lui \sigma_1, forțele de coeziune internă a materialului vor fi depășite, moment din care, la nivel structural, apare cedarea materialului și redistribuirea lui în golurile existente. Schimbarea structurii are la bază schimbarea proprietăților mecanice, de unde și caracterul neliniar al curbei de echilibru natural.

Considerații

Mențiuni:
Într-un masiv de roci neatacat, echilibrul natural se manifestă printr-o stare de deformare elastică la nivel structural, până la o anumită adâncime critică, după care apar schimbări structurale.

Schimbările structurale ce au loc reflectă tendința de adaptare a corpului la starea de tensiuni, în sensul că odată cu mărirea stării de tensiune, proprietățile mecanice ale rocilor se îmbunătățesc, iar odată cu depășirea stării elastice de echilibru natural, se produce o cedare a materialului la nivel structural și o redistribuire a lui în golurile existente.

Pentru a se putea aplica o relație liniară în porțiunea neliniară a curbei de echilibru natural, trebuie să se determine tangenta în fiecare punct al acestei curbe. Dar acest mod de a privi lucrurile nu trebuie interpretat ca o extindere a liniarității în domeniul neliniar al curbei de echilibru natural, deoarece parametrii ce caracterizează tangenta la curbă sunt niște funcții de starea de tensiuni.

Deplasare prin serie<< Teorii ale stabilității stărilor de tensiune limităDistribuția eforturilor unitare în jurul găurilor de sondă >>

Eh, cum trecut-au anii... După ce în 1984 am absolvit IPG-ul din Ploiești, următorii patru ani am trecut prin Șantierele de foraj ale Schelei de Foraj Tg. Ocna, din zona Matca-Buciumeni a județului Galați. Apoi, anul 1988 mi-a adus (cu eforturi) un transfer la Mediaș, ca proiectant de foraj al sondelor, în cadrul a ceea ce se numea atunci “Centrul de Cercetare și Proiectare”, care ținea pe vremea aceea de Institutul de la Câmpina. Apoi, lucrurile au luat altă turnură, după anii ‘90, când centrul a trecut sub tutela Romgaz-ului... Ulterior, activitatea de proiectare foraj și ingineria de zăcământ a rămas la Romgaz, iar activitatea de proiectare conducte și altele a trecut la Transgaz. Iar eu am rămas devotat activității de proiectare a forajului sondelor, activitate care iată, cel puțin formal, se apropie de final... Dar pentru că forajul sondelor este un domeniu pasionant, și pentru că scopul unui om în viață ar trebui să fie acela de a evita plictiseala, cred că voi mai rămâne un pic în acest domeniu. Chiar cred că aș avea câte ceva de transmis celor ce vin din urmă... Și pentru că în ultima perioadă am descoperit validitatea filosofiei stoice, nu voi evita subiecte asociate. Ca să nu mai vorbim de faptul că printre alte subiecte pe care le consider de interes se numără evenimentele de tip „lebădă neagră” (cu probabilitate mică de apariție, dar cu impact major), sau problematica automatelor celulare...

Lasă un comentariu