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- Characterisation of the mechanical and physical properties of rocks composing Azorean central volcanoesPublication . Pereira, Maria Luísa de Melo Madeiras Pires; Zanon , Vittorio; Fernandes, Maria Isabel Gonçalves; Pappalardo, LuciaA presente tese tem como principal objetivo determinar as propriedades físicas e mecânicas das rochas vulcânicas constituintes dos vulcões centrais da ilha de São Miguel (Açores, Portugal), em particular do Fogo (Água de Pau) e das Sete Cidades. A investigação segue uma abordagem dupla, dividindo-se em: (a) caracterização de lavas açorianas inalteradas e (b) avaliação dos efeitos da alteração hidrotermal. O trabalho desenvolvido procura colmatar uma lacuna no conhecimento das rochas vulcânicas dos Açores, que são tipicamente estudadas do ponto de vista geoquímico e petrográfico, permanecendo pouco caracterizadas relativamente ao seu comportamento mecânico e físico, sobretudo quando alteradas hidrotermalmente. A primeira parte da tese estabelece um estudo abrangente de rocha intacta em lavas com diferentes composições e texturas. Utilizando métodos laboratoriais padrão, foram determinadas as seguintes propriedades: porosidade efetiva, massa volúmica seca e saturada, coeficientes de absorção capilar de água, velocidades de ultrassons, resistência à tração indireta, resistência à compressão confinada e não confinada, módulo de Young, coeficiente de Poisson, coesão e ângulo de atrito interno. As características microestruturais, como a distribuição do tamanho de poros, o raio médio dos poros e a porosidade, foram analisadas com recurso a técnicas avançadas de imagem, incluindo microtomografia de raios X, microscopia eletrónica de varrimento e porosimetria por intrusão de mercúrio. Os resultados revelam que o comportamento mecânico das lavas açorianas é influenciado pela sua microestrutura. As lavas de textura maciça, com porosidade baixa a média, exibem uma ampla gama de valores de deformabilidade e resistência, devido à variabilidade na distribuição de fissuras e, possivelmente, de microfissuras. Por outro lado, as lavas vesiculares são menos competentes, menos rígidas e apresentam absorção capilar de água moderada, sendo a resistência e as propriedades hidráulicas controladas pelo tamanho dos poros. Bandas porosas localizadas e porosidades médias nas lavas maciças promovem um comportamento transicional entre o apresentado para texturas de baixa porosidade e vesiculares, associado a um enfraquecimento global da rocha e a uma maior absorção capilar de água. A composição mineralógica também desempenha um papel, embora menos significativo do que a porosidade. As lavas traquíticas apresentam menor densidade, velocidade de ultrassons e rigidez, iniciam a fraturação mais cedo, contudo atingem Tensões máximas distintas em função de componentes texturais e de alteração. Todas as rochas lávicas estudadas mantêm um comportamento frágil até pressões de confinamento de 30 MPa, apresentando rotura por tração. As observações microestruturais demonstram que a propagação de fraturas é favorecida pelas fronteiras de fenocristais e de poros, em especial pelos de maiores dimensões. Os provetes vesiculares, confinados a 10 MPa, exibem plasticidade após atingirem a tensão de cedência, embora preservando o carácter frágil. Os ensaios triaxiais fornecem novos parâmetros de resistência ao corte das lavas açorianas, determinados através do critério de Mohr-Coulomb. A aplicação do critério de Hoek–Brown demonstra que mesmo unidades geotécnicas consideradas “duras” sofrem uma redução substancial de resistência e do módulo de deformabilidade quando se considera uma fraturação moderada do maciço rochoso. De forma geral, os dados obtidos evidenciam que as lavas açorianas, embora mecanicamente competentes, são sensíveis à heterogeneidade microestrutural, o que afeta a sua resistência perante perigos sísmicos, vulcânicos e eventos associados a forte precipitação. Por exemplo, a saturação das rochas lávicas levou a uma diminuição de 33% na resistência à tração. A segunda parte da tese aborda a alteração hidrotermal, que produz resultados contraditórios, dependendo das condições locais dos sistemas vulcânico-hidrotermais. Foi realizada uma análise crítica com dados de sistemas geotérmicos e vulcões globais para contextualizar os resultados locais. Esta revisão da literatura evidencia que a alteração argílica e zeolítica, mesmo que subordinada, tende a enfraquecer as rochas, enquanto a alteração silícica e a propilítica de alta temperatura podem aumentar a resistência, dependendo sempre de a rocha hospedeira ser fragmentária ou densa. De forma a avaliar a alteração em rochas açorianas, foi realizada uma experiência de campo que procurou induzir alteração em lavas frescas previamente caracterizadas, enterrando-as no solo numa zona de desgaseificação difusa (Caldeiras da Ribeira Grande, Vulcão do Fogo). Os dados microestruturais e químicos indicam alterações limitadas após um período de quatro meses, devido à estrutura maciça das lavas. Em alternativa, foram analisados os detritos de furação (cuttings) do campo geotérmico da Ribeira Grande através de picnometria e microtomografia de raios X. Os resultados demonstram que as lavas do reservatório, apesar da alteração hidrotermal na zona da clorite, mantêm uma matriz de baixa porosidade, sendo a permeabilidade do sistema assegurada através de descontinuidades à escala do maciço rochoso. Por sua vez, os tufos brechóides da caprock apresentam impermeabilidade resultante do preenchimento dos poros por minerais secundários, o que reduz significativamente a conectividade porosa. Os dados obtidos nesta tese ampliam a compreensão do comportamento físico e mecânico das rochas vulcânicas açorianas, tanto em estados inalterados como alterados. A integração de ensaios em rocha intacta com análises microestruturais fornece novos dados sobre as rochas lávicas dos Açores e estabelece referências para as propriedades de rochas vulcânicas a nível global. Além disso, os valores obtidos servem como variáveis de entrada para futuros modelos vulcanológicos, relevantes tanto para a instabilidade de vertentes vulcânicas como para o movimento do magma em profundidade. Como resultado, este trabalho tem implicações diretas em futuras caracterizações geotécnicas e de reservatórios geotérmicos, na avaliação de perigos vulcânicos e na análise da estabilidade de vertentes em contextos vulcânicos, tanto à escala local como global.