Critério constitutivo para o deslizamento com atrito ao longo da falha sísmica

A dinâmica de propagação da ruptura durante terremotos é um dos assuntos mais relevantes e complexos em Sismologia. Um critério constitutivo para a falha que descreva corretamente a relação das variáveis estáticas (tensões normais e tangenciais) com as variáveis cinéticas (deslocamentos e velocidades) na interface é necessário para efetuar uma análise dinâmica confiável. A fim de determinar um critério constitutivo para o deslizamento com atrito ao longo da falha sísmica, primeiramente apresentam-se métodos para caracterizar as superfícies deslizantes e discutem-se os principais critérios constitutivos que têm sido usados. Também são apresentados os resultados de um estudo experimental realizado, evidenciando, para sólidos metálicos em contato, uma lei constitutiva de variação do atrito com a velocidade. Um modelo numérico tridimensional baseado no Método dos Elementos Discretos (DEM) é usado para representar a região de rocha adjacente à falha. O modelo consiste de uma estrutura tridimensional periódica com massas concentradas nos nós, interconectadas por elementos visco-elásticos unidimensionais. Inicialmente, de acordo com modelos usuais em Sismologia, admite-se que o material é elástico, linear e homogêneo. Em uma segunda análise, a influência da não-homogeneidade do material é avaliada considerando que a massa específica, o módulo de Young e o coeficiente de atrito são campos aleatórios Gaussianos correlacionados. Na análise seguinte, o efeito da fratura na região de rocha adjacente à falha é também numericamente avaliado. Por fim, a influência de ruptura de micro-asperezas nas superfícies deslizantes é analisada. Através de simulação de Monte Carlo, as relações constitutivas macro (ou globais) para a falha são obtidas, admitindo como leis constitutivas micro (ou locais) os dois critérios mais usados em Sismologia: a lei de variação do atrito com a velocidade e a lei de variação do atrito com o deslizamento. Quando os blocos de rocha são admitidos serem elásticos e homogêneos não há um efeito de escala. Novamente, quando a rocha é considerada não-homogênea não há um efeito de escala significativo, apenas pequenas variações nos parâmetros das leis constitutivas macro em relação às leis micro são percebidas, exceto pela influência do campo aleatório do coeficiente de atrito, o qual apresenta um efeito de escala perceptível. A ocorrência de fratura nas proximidades da falha não causa modificações significativas nas leis constitutivas macro, apenas causa algumas oscilações em torno da lei sem fratura. Finalmente, obtém-se um critério constitutivo macro que leva em consideração a ruptura por cisalhamento das micro-asperezas nas superfícies deslizantes. O modelo é chamado lei modificada de variação do atrito com a velocidade e é considerado um critério constitutivo mais geral.

Avaliação de ameaças e risco geotécnico aplicados à estabilidade de taludes

Esta dissertação apresenta alguns critérios para avaliação de ameaças e risco geotécnico aplicados à estabilidade de taludes. Inicialmente apresenta-se uma visão geral dos problemas envolvidos com a análise de risco geotécnico, a importância da análise probabilística e a sua comparação com a determinística, e as opções de gerenciamento descritas na literatura. Estas análises envolvem conceitos de probabilidade, estatística, geotecnia, geologia, meio ambiente e legislação, além do interesse público e defesa civil. Assim, são definidos os conceitos estatísticos envolvidos nessa área multidisciplinar, como variabilidade espacial, coeficiente de correlação entre os parâmetros de entrada do modelo, distância de autocorrelação, escala de flutuação e incertezas (de parâmetros, humanas e dos modelos). Os métodos probabilísticos de cálculo do fator de segurança, a probabilidade de ruptura e o índice de confiabilidade são revisados. Utilizou-se o método de Monte Carlo nas análises através do uso de um programa comercial. O método tem sido adotado por diversos pesquisadores por ser direto, eficiente para problemas matematicamente complexos e não ter a complexidade matemática de outros métodos. A metodologia de análise de ameaças e risco geotécnico foi aplicada a um talude modelo, similar aos taludes de colúvio de basalto encontrados nas partes inferiores da Escarpa dos Aparados da Serra em Santa Catarina Os resultados obtidos, a partir de dados experimentais disponíveis, foram o fator de segurança determinístico mínimo (1,20) e o fator de segurança médio obtido pelo método de Monte Carlo (1,205), índice de confiabilidade de 2,64 e probabilidade de ruptura de 0,41%. Foi discutida também a aceitabilidade do fator de segurança médio da análise probabilística, comparando-se os resultados obtidos com valores aceitos em obras similares.

Comparação estratigráfica e isotópica (Sm-Nd) das regiões do Cerro Morado e La Torre, bacia de Ischigualasto-Villa Unión, noroeste argentino

A bacia de Ischigualasto-Villa Unión (Stipanicic e Bonaparte, 1972), que consiste de uma bacia alongada no sentido NW-SE e preenchida por rochas sedimentares Triássicas, foi gerada durante o Eo-Triássico pela reativação de descontinuidades crustais pré-existentes, associadas ao Gondwanides, na região central andina. Esta limitada a oeste, pelo vale do Rio Bermejo, no qual se encontra a zona de sutura do Vale Fértil, que se caracteriza pela borda ativa da bacia. Aqui, apresentar-se-á uma revisão da estratigrafia da bacia de Ischigualasto-Villa Unión, detalhando-se duas áreas chaves do registro estratigráfico inferior da bacia, na região do Cerro Morado e La Torre. Nestas áreas utilizou-se de técnicas estratigráficas e isotópicas (Sm-Nd em rocha total), com o objetivo de estabelecer uma correlação entre seus registros estratigráficos e suas áreas-fonte, além de caracterizar o comportamento tectônico. Ambos os perfis apresentam na porção inferior o preenchimento por um sistema aluvial-fluvial (Formação Tarjados sensu Romer & Jensen, 1966), subdividido em 4 associações de fácies: leques aluviais, canais fluviais, barras longitudinais e planície de inundação; e, na porção superior, o preenchimento por um sistema lacustre-deltáico (Formação Los Chañares sensu Frenguelli, 1944, no Cerro Morado e, Formação Lomas Blancas sensu Bossi e Herbst, 1968, em La Torre), subdividido em 4 associações de fácies: lacustre, pró delta, frente deltáica e planicie deltáica. Sobre as últimas unidades ocorre um lacólito de diabásio (Formação Los Baldecitos) A formação Tarjados apresenta as maiores idades TDM na região do Cerro Morado, variando entre 1,33 e 1,60 Ga, enquanto que em La Torre os valores oscilam entre 1,03 e 1,30 Ga. Isso é interpretado aqui como uma variação da área fonte entre as duas regiões na época de sua sedimentação, cujas regiões poderiam estar compartimentadas em termos tectônicos a época de sua deposição. A formação Los Chañares possui idades TDM variando entre 0,90 e 1,36 Ga, e a formação Lomas Blancas possui idades TDM entre 0,99 e 1,35 Ga, com dominância de valores próximos a 1 Ga nos dois blocos. Os diabásios da formação Los Baldecitos possuem idades TDM entre 0,51 e 0,33 Ga, cujo dado é interpretado com uma extração mantélica próxima a 130 Ma de um manto modificado pela orogenia do Ciclo Gondwânico, ou até mesmo pelo processo de slab break-off da crosta oceânica consumida pela colisão do micro-continente Cuyania com a proto-margem do Gondwana (Ramos, 1999). Todas as rochas dessa formação obtiveram valores de Epsilon Nd positivos. A integração dos dados estratigráficos e isotópicos nos permite interpretar as duas áreas como meio-grábens distintos na etapa inicial de preenchimento, em função da discrepância entre as idades TDM entre as áreas. A partir da transgressão lacustre as áreas-fonte são uniformizadas e o alto estrutural pré-existente é transgredido.

Avaliação ambiental sedimentar em área de perfuração exploratória marítima, bacia de campos, Rio de Janeiro-Brasil

Através do banco de dados referente a granulometria (cascalho, areia, silte e argila), carbonato biogênico, carbono orgânico total (COT) e argilo-minerais (caulinita, esmectita, ilita e gibsita) do projeto MAPEM- Monitoramento Ambiental em Atividades de Perfuração Exploratória Marítima (Águas Rasas), foi realizado este estudo visando avaliar os efeitos da perfuração dos poços BO-022H e BO-023H, localizados em talude continental superior, região sul da Bacia de Campos, Brasil, a 50 km da cidade de Cabo Frio, a 250m de profundidade. A promissora atividade de exploração e produção de petróleo e gás no Brasil tem exigido estudos detalhados do ambiente marinho, estes por sua vez deverão considerar desde a técnica de perfuração até a minuciosa alteração causada no substrato sedimentar. Nesta perspectiva foram coletadas amostras de sedimentos superficiais na região no em torno da área perfurada. Durante o cruzeiro I foram coletadas 48 amostras, no cruzeiro II, três meses após a perfuração, foram coletadas 61 amostras e no cruzeiro III, 22 meses após a perfuração, foram coletadas 54 amostras. Paralelamente foram amostradas 6 estações de controle. A preocupação é compreender quais são as alterações ambientas causadas pela perfuração, para isso as análises dos sedimentos geraram informações sobre a composição granulométrica, o teor carbonato biogênico e carbono orgânico total, e, composição mineralógica (argilo-minerais). Essas variáveis comparadas à variação espacial (área de monitoramento/estações de referência) e temporal (3 cruzeiros oceanográficos) permitiram compreender como o substrato sedimentar marinho reagiu a atividade de perfuração. Com o background da área, para os três cruzeiros oceanográficos, definiu-se os níveis médios das variáveis analisadas, identificando sinais de contaminação pela atividade de perfuração. Estes resultados demostram que a atividade de perfuração não promoveu alterações significativa nas propriedades sedimentares, que a variação dos valores de backgrounds, do cruzeiro II para o cruzeiro III, permaneceram muito próximo daqueles do cruzeiro I. Entre os argilo-minerais, a esmectita e a ilita , aumentaram, porém no cruzeiro III, os valores sofrem redução ficando muito próximo daqueles do cruzeiro I.

Interpretação integrada de sísmica de alta-resolução e da morfologia submarina da costa de fiordes na patagônia central - Chile

Este estudo apresenta o uso integrado da sísmica de alta resolução e da morfologia submarina para interpretar a evolução do ambiente glacimarinho da costa de fiordes da Patagônia Central, Chile. Foram analisados registros de perfilador de fundo e subfundo 3,5 kHz e modelos submarinos 3D de sete fiordes adjacentes ao campo de gelo Patagônico Sul (Eyre, Falcon, Penguin, Europa Peel, Calvo e Amalia) e parte do canal Icy. Os registros, com cerca de 300 km de levantamento acústico, foram obtidos pelo Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile (SHOA), durante o cruzeiro de investigação científica Campo de Hielo Sur, realizado em 1995. Foram identificadas as principais fácies acústicas e geoformas sedimentares. A morfologia submarina e das bacias subaéreas adjacentes foi analisada com a elaboração de modelos tridimensionais subaéreos e submarinos e de perfis batimétricos longitudinais a partir de cartas náuticas, também do SHOA. Foram utilizadas imagens Landsat ETM+ na interpretação da geomorfologia glacial da área de entorno subaérea dos fiordes. O eixo longitudinal dos fiordes exibe morfologia irregular com bacias profundas e mostra fácies acústicas associadas ao sistema de depósitos de zonas de linha de encalhe (grounding line), às línguas de gelos flutuantes, e aos icebergs e ao gelo marinho. Refletores acústicos distinguem duas fácies principais, segundo sua configuração interna e geometria externa: caóticas e estratificadas. A geometria dos depocentros e as características dos refletores acústicos indicam a importante influência da batimetria e da topografia pré-existentes na dinâmica das geleiras e nos conseqüentes processos de sedimentação. Devido às grandes profundidades das bacias, as frentes das geleiras poderiam ser flutuantes ou aterradas ao fundo marinho. Em todo o caso, predomina um regime glacial onde o gelo está perto do ponto de fusão. É sugerido que os fiordes estudados resultam de um continuum de formas e de processos, que vão dos lineamentos e sistemas de falhas pré-existentes e controlados tectonicamente desde o Mioceno Inferior (ca. 25 milhões de anos AP), processos de denudação fluvial e de vertentes, vales fluviais modificados glacialmente e, finalmente, canais e fiordes erodidos pela ação do gelo. A tectônica originou uma topografia favorável para o desenvolvimento das geleiras, ocorreram processos de retroalimentação positiva entre aumento o da precipitação e expansão do campo de gelo no lado oeste da cordilheira. Provavelmente, as geleiras durante o Último Máximo Glacial não foram suficientemente espessas para aprofundar os fiordes, tampouco para dragar seus depósitos sedimentares para fora deles. Os processos de deposição de sedimentos caóticos acusticamente visíveis ocorreram durante o recuo das geleiras, já no Holoceno, onde elas alcançaram pontos de estabilidade, ajudadas pela morfologia dos fiordes, mesmo em águas profundas. Os depósitos estratificados localizados nas bacias intra-sills e em maiores profundidades, por sua vez, tiveram sua origem, provavelmente, das partes flutuantes do gelo, onde predominam os processos de desprendimento de icebergs (calving) e também do gelo marinho. Nessas mesmas bacias, depósitos mais profundos, não visíveis ao sistema de alta-resolução, poderiam estar preservados no fundo, pois não foram erodidos pelos sucessivos ciclos de avanço e recuo das geleiras, contendo assim informações sobre a evolução do campo de gelo ao longo do Quaternário.

Metodologia Samário/Neodímio : uma abordagem analítica simplificada e alguns exemplos aplicativos

O presente trabalho discorre sobre o desenvolvimento de uma nova técnica para análise isotópica de Sm-Nd com uso de um traçador combinado de Nd145/Sm149 e de somente a coluna primária, que envolve apenas razões que não requerem correção por interferência isobárica. O trabalho divide-se em duas partes: (i) na primeira parte está apresentado um breve histórico da aplicação da metodologia Sm/Nd e a sua prática rotineira nos laboratórios de geocronologia; (ii) na segunda parte, a nova metodologia Sm/Nd proposta envolvendo calibrações de um traçador combinado de Nd145 e Sm149 e os resultados obtidos nas análises de 3 amostras pré-selecionadas, incluindo uma amostra de referência (BHVO-2) e um teste da validade da técnica de se traçar uma amostra em alíquota. A razão Sm147/Sm149 e as razões de Nd (Nd143/Nd145, Nd143/Nd146 e Nd145/Nd146) nas amostras foram analisadas simultaneamente utilizando um arranjo triplo de filamento (Ta, Re, Ta). A presença de outros ETR não interferiu na eficiência de ionização, sendo as emissões do Sm e do Nd praticamente simultâneas. Esse fato implica que para corrigir o fracionamento observado na razão Sm147/Sm149 pode ser usada a razão Nd143/Nd146 = 0,7101232. A correção de fracionamento, como é empregado no método convencional, reduz os erros nos cálculos das concentrações de Sm e Nd. A razão Nd143/Nd144 normalizada, necessária para idades modelo ou isócrona, é derivada da multiplicação da razão Nd143/Nd145 obtida na amostra natural normalizada para Nd145/Nd146 = 0,482620 por um fator constante de 0,348404. Esse valor de normalização estabelecido é baseado em 45 análises independentes em duas amostras de referência laboratorial (SPEX e Johnson Mattey) obtidas no modo dinâmico de análise utilizando um espectrômetro de massa da VG Sector equipado com 9 coletores A razão Nd143/Nd144 calculada e a idade modelo TDM são plenamente concordantes quando comparadas aos valores obtidos pelo método convencional. Algumas restrições podem surgir quando os valores de Sm e Nd obtidos nas alíquotas forem comparados com os resultados obtidos da amostra total. Pequenas discrepâncias, provavelmente atribuíveis à não homogeneização da solução final, podem ser irrelevantes, uma vez que as razões Sm147/Nd144 e Nd143/N144d derivada estão dentro dos erros experimentais (2s). Para laboratórios de geocronologia com um espectrômetro de massa equipado com pelo menos 5 coletores e com o método Rb/Sr implementado, a nova metodologia proposta para o método Sm/Nd constitui-se em uma alternativa de aplicação quase imediata, desde que a solução de traçador combinado Nd145 e Sm149 esteja bem calibrada e a coluna de resina catiônica tenha resolução adequada para eficiente separação dos elementos terras raras.

Simulação física de processos gravitacionais subaquasos: uma aproximação para o entendimento da sedimentação marinha profunda

O tema turbiditos tem causado muita controvérsia nos últimos anos. A nosso ver, isto ocorre principalmente devido à diminuição das pesquisas sobre os mecanismos que envolvem a iniciação, o transporte e a deposição deste tipo de rocha. A proposta deste trabalho é avaliar o potencial da simulação física de correntes de turbidez em prever e explicar feições sedimentares em seus depósitos. Foi escolhido como protótipo um sistema turbidítico antigo situado na margem oriental brasileira. A geometria complexa do protótipo foi simplificada para construção do modelo nas instalações do Pavilhão Fluvial do Instituto de Pesquisas Hidráulicas. Foram desenvolvidos doze ensaios onde as observações realizadas sofisticaram-se a partir dos conhecimentos adquiridos nas etapas anteriores. Como resultado dos experimentos identificaram-se novos aspectos geométricos e dinâmicos das correntes de densidade não-conservativas e suas conseqüências na sedimentação. Constatou-se um caráter ondulatório no fluxo, que teve sua origem associada à geração de ondas internas às correntes associadas ao desprendimento de vórtices a partir da cabeça da corrente e sua propagação ao longo da porção superior da corrente. Esta dinâmica implica mudanças na taxa de sedimentação ou mesmo erosão pela corrente, associadas a variações da amplitude e freqüência daquelas ondas. Na cabeça da corrente, verificou-se uma distribuição homogênea de sedimento em suspensão desde a base até o topo da corrente. No corpo ela se divide em duas camadas, uma basal com maior concentração de sedimentos e outra, superior marcada pela expansão do fluxo. Nas quebras de declive do modelo, que ocorrem no meio do canal e no ponto em que a corrente perde o confinamento, foram observadas acelerações localizadas no fluxo. Dentre os parâmetros analisados nos experimentos, constatou-se que a vazão de alimentação tem grande influência nas características dos depósitos. De um modo geral, um aumento da vazão implica um deslocamento do pico deposicional no sentido da corrente e um aumento no conteúdo de frações mais grossas. Constatou-se, nos sedimentos depositados no canal, uma distribuição seqüenciada de formas de leito, que varia entre ripples de crista reta e ripples lingüóides. Reconheceu-se uma correlação entre a amplitude e o comprimento nestas formas de leito. Identificou-se em todos os casos em que houve o extravasamento da corrente a formação de ripples na lateral do canal com cristas lineares que indicam uma direção do fluxo próxima à que ocorre no canal. Foram desenvolvidos depósitos alongados no sentido do fluxo na área onde a corrente perde o confinamento. Observou-se uma grande similaridade entre os depósitos gerados nos experimentos e aqueles identificados em sistemas turbidíticos atuais e do registro geológico, tanto em afloramentos como em dados de subsuperfície.

Implementação de um protótipo de uma aplicação multimídia sobre a Ilha Rei George, Antártica

Esta dissertação aborda a implementação de um protótipo de aplicação multimídia referente à Ilha Rei George (61º 50’ S, 57º 30’ W e 62º 15’ S, 59º 00' W), Antártica. Nessa ilha o Brasil mantém sua única estação polar, onde realiza parte das pesquisas do Programa Antártico Brasileiro (PROANTAR). O presente trabalho visa reduzir a carência por materiais didáticos em língua portuguesa sobre as regiões polares e aborda aspectos gerais da biota, geografia física (geologia, climatologia e oceanografia) e geografia humana (história de ocupação, turismo, pesquisa e impactos gerados pela presença humana). O público alvo são pessoas com nível de instrução de ensino médio incompleto ou níveis mais avançados. O conteúdo é apresentado de forma a cativar a atenção do usuário, sem exageros estéticos. A fim de obter material para subsidiar o projeto, foram realizados registros por meio de fotografias, gravações em vídeo e entrevistas durante os trabalhos de campo na ilha, realizados no verão de 2004. Além dos registros em campo, são apresentados materiais didáticos tais como textos, ilustrações e animações em 3D. Parte do material gerado está disponível para utilização posterior em outros projetos O ambiente de desenvolvimento utilizado para a aplicação foi o Macromedia Director, para Apple Macintosh. O produto do projeto é um protótipo que pode ser distribuído em mídia removível, CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) ou DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory) e é encontrado como um encarte no final desta dissertação. A informação compilada e reunida na aplicação permite ao público acesso a dados atualizados sobre o ambiente antártico de forma simples, didática e interativa. O trabalho esclarece as relações entre a Antártica e o mundo, principalmente no que faz referência à ilha Rei George, buscando a valorização das regiões polares.

Caracterização hidrológica e geoquímica das áreas adjacentes aos bancos oceânicos do nordeste brasileiro

O objeto deste trabalho é fornecer dados hidrológicos com fins de caracterização e monitoramento da região da Cadeia Norte do Brasil e da Cadeia de Fernando de Noronha, assim como levantar e sistematizar informações sobre a geoquímica dos diversos tipos de sedimentos encontrados na plataforma continental externa adjacente ao banco Aracati, contribuindo para o levantamento dos potenciais sustentáveis de exploração dos recursos vivos da Zona Econômica Exclusiva. A área em estudo compreende a sub-área II, setor 1 e parte do setor 2, e está localizada entre 1oN e 5oS de latitude e entre 30o e 40oW de longitude, abrangendo uma área de aproximadamente 400.000 km2. Foram analisadas amostras coletadas em 8 estações resultando em 20 amostras de sedimentos nos anos de 1997 (verão), 1998 (outono) e 2000 (primavera) e 34 estações que originaram 272 amostras de água na primavera de 2000. As concentrações máximas dos parâmetros analisados, com exceção do fosfato, nas amostras de água se localizam na região próxima à costa. Detectou-se na área uma termoclina bem marcada, sendo mais profunda na primavera. A camada de mistura é bastante homogênea, sendo porém, mais espessa na primavera. O pH detectado encontra-se na faixa alcalina sendo os maiores valores de pH detectados na primavera. Verifica-se, um máximo de salinidade na camada de inicio da termoclina sazonal. Não verificou-se na área condição anaeróbica na coluna d’água. A distribuição de fosfato, nitrato e silicato, apresenta-se de forma muito semelhante, sendo que na primavera essas concentrações são maiores, nas camadas superficiais. Na cobertura sedimentar da plataforma continental adjacente aos bancos da cadeia norte do Brasil, encontro-se areia quartzosa, areia carbonática, fragmentos de concha, Lithothanmium e Halimedas. Os fragmentos de concha apresentaram as maiores concentrações totais de metais, enquanto Lithothanmium apresentou o maior teor de carbonato. Há uma forte correlação entre ferro e manganês na amostras de água e em todas as frações de sedimentos analisadas, sendo que nestas a relação média entre estes elementos é da ordem de 1:25. Existe forte correlação entre cromo e carbonato nas amostras que apresentam teor de carbonato maior que 20%. As amostras de areia quartzosa, fragmentos de concha e Halimedas, apresentam-se muito semelhantes quanto à distribuição de ferro, manganês, zinco e cromo. Existe forte correlação nas amostras de sedimento, assim como nas amostras de água, entre ferro, manganês, zinco, correlacionando-se também nas amostras de sedimento com o chumbo. As 8 concentrações de metais nas amostras de água apresentaram-se relativamente baixas em se comparando com as amostras de sedimento. Nas amostras de água as concentrações de cromo e chumbo estão abaixo do limite de detecção.