Dano microscópico e deterioração de folhelho carbonáceo em região fria submetido a ciclos de congelamento e descongelamento

Os processos de congelamento e descongelamento desempenham um papel crucial na causa de deformação significativa e danos a rochas macias em camadas na região fria devido às flutuações de temperatura diárias e sazonais. No entanto, o mecanismo de elevação por geada das rochas e seus comportamentos mecânicos em escala meso ainda requerem investigações adicionais. Para isso, focamos em folhelho carbonáceo reportado em uma região fria de alta altitude, em termos de composição mineral, conteúdo e microestrutura. A resistência e falha das interfaces de grãos minerais (MG) são estudadas usando testes de flexão em três pontos, a fim de explorar a evolução da resistência à fratura em modo I e a resistência à tração com o modelo de Dugdale-Barenblatt e o modelo de distribuição de Weibull. Os resultados indicam que o dano do folhelho envolve a iniciação e propagação de redes de microfraturas nas interfaces de MG de argila (planos de estratificação), impulsionadas pela pressão de elevação por geada em escalas macroscópica e microscópica. Esse processo causa a desagregação de alguns MGs, resultando em superfícies de fratura com uma estrutura plana distintiva. A hidrofobicidade dos MGs de argila, as resistências interfaciais e as estruturas de microfraturas contribuem para os danos por congelamento e descongelamento. À medida que o número de ciclos de congelamento e descongelamento aumenta, a área efetiva por unidade diminui, levando a uma diminuição exponencial na resistência à fratura em modo I e na resistência à tração nas interfaces de MG. Aproximadamente 67% de degradação da resistência ocorre após 14 ciclos de congelamento e descongelamento. Isso fornece uma base teórica e métodos experimentais para uma melhor compreensão dos comportamentos de dano e deterioração de rochas macias em camadas na região fria sob ciclos naturais de congelamento e descongelamento.