Analise da deformação

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Geologia Estrutural 
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CAP. 5 - ANÁLISE DA DEFORMAÇÃO 
 
5.1 - Teoria da Deformação Descontínua 
 
5.1.1 - Introdução 
 
 O estudo da deformação descontínua tem, nas últimas décadas, adquirido uma 
importância muito grande na aplicação dos fundamentos da Geologia Estrutural em 
diversas áreas do conhecimento humano e de interesse social: mineração, engenharia 
civil, problemas ambientais e de ocupação do meio físico, prospecção hidrogeológica, 
sismologia, etc. 
 
 Diversos experimentos de laboratório tem permitido significativos avanços no 
entendimento dos processos relacionados ao fraturamento de corpos rochosos. Novas 
abordagens têm sido introduzidas pelos estudos de fraturamento hidráulico, 
relacionados à energia geotermal e à exploração de combustíveis fósseis. 
 
 É necessário, em primeiro lugar, que se entenda os fundamentos dos 
mecanismos de ruptura, os quais já foram objeto de discussões em capítulos 
anteriores. Já foi visto que as rupturas ocorrem, em experimentos de laboratório, 
quando os esforços aplicados ultrapassam os limites de elasticidade dos corpos 
rochosos, podendo passar por um campo, de variável extensão, de deformação 
plástica. Deve-se recordar, também, que existem, experimentalmente, dois valores de 
esforço limites na relação stress-strain: 
• yield stress: limite de elasticidade do material 
• failure stress: limite de ruptura do material (brittle strenght) 
 
 
5.1.2- O fraturamento e suas relações com o esforço 
 
 Estudos experimentais sobre materiais isotrópicos (Figs. 3.1 e 3.2 de Nicolas) 
permitem visualizar o desenvolvimento de fraturas e sua relação com as pressões. 
 
 Analisando a Figura 3.1, nota-se que: 
• fraturas de tensão aparecem, paralelas ao eixo do cilindro (σ1), para valores 
de esforço de 0.1 Mpa (Fig. 3.1a); 
• fratura isolada, de cisalhamento, aparece inclinada ao eixo do cilindro (σ1), 
com movimentação paralela à superfície da fratura, para valores de stress 
de 3.5 Mpa (Fig. 3.1b); 
• fraturas conjugadas aparecem, para valores de esforço de 100 Mpa (Fig. 
3.1c), simetricamente inclinadas ao eixo do cilindro (σ1), formando com 
este um ângulo que aumentará progressivamente até um valor máximo de 
450; 
• para maiores valores de esforço, a deformação se torna penetrativa para a 
escala de observação: em escala mesoscópica, assemelha-se à deformação 
dúctil, porém em escala microscópica a deformação é produzida por 
movimentos descontínuos. 
 
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 A Figura 3.2 mostra que, com o aumento da pressão de confinamento, tanto o 
limite do campo elástico como o campo da deformação dúctil aumentam. 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.1.3- O fraturamento e suas relações com a profundidade 
 
Em ensaios de laboratório é possível ser calculado o esforço cisalhante (shear 
stress) correspondente ao ponto de ruptura de um material sob investigação, com o 
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aumento da pressão de confinamento. Isso pode ser feito através de diagramas como o 
da Figura 3.2, mencionada anteriormente, ou pelo diagrama de Mohr estudado no 
capítulo anterior (Fig. 2.16- Nicolas) 
 
 
 
 
Para materiais isotrópicos, é possível se estabelecer uma curva experimental 
de ruptura para um material, medindo a resistência máxima do mesmo sob diferentes 
profundidades em rochas secas. Essa curva, já mencionada no capítulo anterior, é 
chamada de envoltória de Mohr, e representa os esforços cisalhantes máximos 
suportados por um material no momento da ruptura. 
 
 
5.1.4- Fraturamento em presença de pressão de fluido 
 
 Em condições naturais as rochas têm fluidos nos poros. Esses espaços podem 
ser primários (vesículas, espaços intergranulares em rochas sedimentares, etc.) ou 
induzidos por deformação (microfissuras, fraturas, falhas, etc.) 
 
 A pressão hidrostática esperada nos poros de uma rocha à uma profundidade 
qualquer, é a pressão de uma coluna d’água que se estenderia daquela profundidade 
até a superfície. Assim a pressão hidrostática no poro, em qualquer profundidade, 
seria da ordem de 40 % da pressão litostática, tomando o valor médio da densidade da 
coluna de 2,5 g/cm3. 
 
 Pressões de poros maiores que a hidrostática podem ser geradas por diversos 
mecanismos, tais como: desidratação rápida de sedimentos por soterramento ou por 
efeito tectônico, desidratação de minerais por metamorfismo, etc. 
 
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A Fig. 3.7 - Nicolas mostra o efeito da pressão parcial de fluido sobre o 
fraturamento. Se uma pressão de fluido for criada no meio, o centro do diagrama de 
Mohr, representando o estado de esforço na ausência de pressões de fluido, se move 
para a esquerda ao longo do eixo das abcissas (esforço normal). Esse movimento é 
caracterizado na Fig. 3.7 pelo valor PF. Como um resultado dessa variação, o círculo 
do diagrama de Mohr representando o estado de esforço na presença de fluido tocará a 
curva da envoltória de Mohr e a ruptura do material pode ser prevista. 
 
 
 
Se, no estado inicial, o raio do diagrama de Mohr for grande, um pequeno 
aumento na pressão de fluido será suficiente para causar a ruptura, movendo o círculo 
de Mohr para o contato com a envoltória em um ponto onde a inclinação da curva é 
baixa (Fig. 3.7a). O ângulo α é então grande e o fraturamento ocorre por 
cisalhamento. 
 
Se, ao contrário, o raio inicial for pequeno, a pressão de fluido deverá ser tal 
que se aproxime da pressão confinante para causar o fraturamento. Nesse caso o 
deslocamento do círculo representativo será significante e o mesmo tangenciará a 
envoltória perto de sua origem, numa região de inclinação forte da curva. O ângulo α 
será pequeno e o fraturamento será por extensão e não mais por cisalhamento (Fig. 
3.7b). 
 
Portanto, rochas porosas, onde reações de desidratação ou fusões parciais 
produzem uma pressão de fluido próxima da pressão sólida, podem chegar ao 
fraturamento qualquer que seja a profundidade. Quando os fluidos influenciam o 
processo, o fraturamento não está restrito à baixas profundidades. 
 
5.1.5- Transição frágil-dúctil 
 
 A maioria das rochas possuem microcavidades ou fissuras. Se forças agem 
sobre elas, os esforços se concentram nas terminações dessas cavidades. A partir 
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desses locais se propagarão microfraturas, principalmente paralelas à direção do eixo 
de maior esforço (σ1), como mostrado na Fig. 3.9 - Nicolas. 
 
 O número de microfraturas e suas dimensões tendem a aumentar com o 
aumento da pressão confinante. Aumentam também, gradativamente com a pressão 
confinante, o ângulo formado pelas fraturas e o eixo maior do esforço (σ1). A ruptura 
ocorre quando as microfissuras se juntam para formar fraturas contínuas no material. 
 
 
 
 
 
 Com o aumento da pressão confinante, começam a aparecer os primeiros 
sinais de deformação plástica (slip, twining, kinking, etc.) 
 
 Portanto as rupturas em altas pressões de confinamento são precedidas de um 
período de lenta propagação de fraturas e por comportamento plástico. Com o 
estabelecimento do fraturamento vêm os líquidos que exercem um papel importante, 
modificando as condições físicas do meio e introduzindo a deformação dúctil. 
 
 
6.1.6- Estruturas geradas 
 
6.1.6.1- Introdução 
 
As manifestações mais comuns da deformação descontínua incluem a geração 
de falhas e fraturas, que se diferenciam pela intensidade dos deslocamentos. As 
estruturas descontínuas caracterizadas por nenhum ou quase nenhum deslocamento 
paralelo à superfície são as juntas e fraturas. As falhas, por sua vez, correspondemàquelas descontinuidades com razoáveis deslocamentos paralelos às superfícies. 
 
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Nesse item serão analisados os principais elementos geométricos das 
estruturas descontínuas, suas principais terminologias, classificações, interpretações, 
aplicações e relevância do estudo. 
 
6.1.6.2- Relevância do estudo da deformação descontínua 
 
 Como já mencionado anteriormente, o estudo da deformação descontínua 
representa um papel importante na aplicação da geologia estrutural em diversos 
campos do conhecimento humano, se constituindo, portanto, em uma relevante 
ferramenta acadêmica dentro do contexto social. 
 
 Como exemplos dessas aplicações podem ser citados: 
 
 Construção civil: as estruturas descontínuas são muito úteis no 
estabelecimento da principais direções de fraqueza de maciços rochosos e na 
determinação de fatores de segurança de obras de engenharia (pontes, barragens, etc.). 
Ex.: UHE de Tucurui. 
 
 Geologia econômica: as estruturas rúpteis são importantes palcos de 
percolação de soluções mineralizantes na formação de diversos depósitos minerais. 
Além disso, o fraturamento tende a aumentar as porosidades efetivas dos corpos 
rochosos, contribuindo sobremaneira para a acumulação de hidrocarbonetos e água 
subterrânea. 
 
 Geologia regional: o estudo das estruturas descontínuas contribui para o 
entendimento dos aspectos geométricos da deformação de uma dada área, do seu 
arranjo estratigráfico e do sistema de esforços responsáveis pela arquitetura tectônica 
regional. Essas informações são de suma importância no entendimento dos processos 
que atuaram na edificação de importantes setores crustais. 
 
 
6.1.6.3- Estudo das falhas 
 
6.1.6.3.1- Elementos geométricos: descrições e definições (Fig. 5.1) 
 
1- Superfície de falha: é a superfície de descontinuidade ao longo da qual os blocos se 
movimentam; 
2- Traço de falha: é a projeção da superfície de falha na superfície do terreno. É a 
linha de representação da falha em mapas; 
3- Escarpa de falha: parte da superfície de falha que se projeta na superfície; 
4- Flats: patamares, porções horizontalizadas das superfícies de falhas; 
5- Ramps: rampas, porções mais inclinadas das superfícies de falhas; 
6- Cut of line: linha de corte, interseção de elementos de referência (camadas, veios, 
etc.) com a superfície de falha. É o traço desses elementos sobre o plano de falha; 
7- Tip line ou tip point: linha ou ponto de terminação da falha. O tip point é a 
projeção da tip line na superfície; 
8- Teto e piso (capa e lapa): o teto é o bloco sobre a superfície da falha (no sentido do 
mergulho da falha) e piso é o bloco abaixo da falha; 
9- Estrias de falha: linhas (lineações) que podem marcar a superfície da falha durante 
a movimentação. Indicam a direção do movimento; 
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10- Fibras: minerais fibrosos que podem se cristalizar nas superfícies das falhas em 
função das modificações de P e T; 
11- Ressaltos: pequenos dentes gerados sobra a superfície da falha durante a 
movimentação dos blocos. São úteis na interpretação do sentido da movimentação; 
12- Slickenside: o conjunto do plano de falha com as estrias, ressaltos, etc.; 
13- Throw e heave: o throw é a componente vertical e o heave é a componente 
horizontal do rejeito da falha, ambos medidos sobre o plano da falha; 
14- hade: é o complemento do ângulo de mergulho do plano de falha. 
 
Fig. 5.1 - Alguns elementos geométricos das falhas. (a) bloco diagrama 
mostrando teto, piso, escarpa de falha (E.F.), cut of line (C.O.L.), flat (F) e ramp 
(R); (b) tip point e tip line; (c) heave (h) e throw (v). 
 
 
 6.1.6.3.2- Classificações 
 
 Várias propostas de classificação das falhas têm sido divulgadas na literatura. 
Aqui serão abordadas apenas algumas dessas classificações, as de caráter mais 
descritivo e relevantes para o objetivo desse estudo. 
 
 Classificação de Anderson 
 
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 Trata-se de uma classificação baseada na relação das falhas com o elipsóide de 
esforço à elas associados. A Fig. 7.34 (Hobbs) descreve os pontos fundamentais dessa 
proposta: 
 
 Falhas normais (normal faults): vertical = σ1 
 horizontais = σ2 e σ3 
 Falhas inversas (reverse fauts): vertical = σ3 
 horizontais = σ1 e σ2 
 Falhas transcorrentes (transcurrent faults): vertical = σ2 
 horizontais = σ1 e σ3 
 
 Classificação geométrica: baseada na relação com os esforços aplicados 
 
Falhas extensionais = falhas relacionadas a esforços distensivos 
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Falhas de contração = falhas relacionadas a esforços compressivos 
Falhas direcionais = falhas associadas a movimentação lateral 
 sinistrais (levógeras) : associadas a binários anti-horários 
 dextrais (destrógeras) : associadas a binários de sentido horário 
 
 Classificação baseada na direção do movimento (estrias) Fig.5.2. 
 
Falhas de rejeito direcional (transcorrentes): movimentação paralela ao plano da 
 falha 
Falhas de rejeito de mergulho: movimentação paralela ao mergulho do plano de falha 
Falha de rejeito oblíquo: movimentação em direção intermediária entre a direção e o 
 mergulho do plano de falha. 
 
 
 
Fig. 5.2 – Direções das estrias indicando falhas de rejeito direcional (1), 
 de rejeito de mergulho (2) e de rejeito oblíquo (3). 
 
 
 Classificação baseada no sentido do movimento (Fig. 5.3) 
 
Falhas normais : o teto desce em relação ao piso 
Falhas inversas : o teto sobe em relação ao piso 
Falhas direcionais = movimentos horizontais 
 sinistrais (levógeras) : movimento no sentido anti-horário 
 dextrais (destrógeras) : movimento no sentido horário 
 
 
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Fig. 5.3 - Classificação de falhas em relação ao sentido do movimento. (a) falhas 
extensionais ou normais, (b) falhas de contração ou inversas, (c) falha direcional sinistral 
e (d) falha direcional dextral. 
 
 
 
 Classificação quanto à inclinação do plano de falha 
 
Falhas verticais (Fig. 5.4 a) 
Falhas de alto ângulo (600 - 900 ) (Fig. 5.4 b) 
Falhas de médio ângulo (300 - 600 ) (Fig. 5.4 c) 
Falhas de baixo ângulo (00 - 300 ) (Fig. 5.4 d) 
Falhas horizontais (Fig. 5.4 e) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (a) (b) (c) (d) (e) 
 
Fig. 5.4 – Classificação de falhas baseada na inclinação do plano de falha. 
 
 
 
 Classificação quanto à retilineidade do traço da falha (em seção) - Fig. 5.5 
 
Falhas retas: a superfície de falha é plana e o traço da falha em seção é reto 
Falhas lístricas: a superfície da falha é ondulada e o traço da falha em seção é curvo 
 
 
 
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 Fig. 5.5 - Falha reta (a) e falha lístrica (b). 
 
Obs.: As falhas retas normalmente estão associadas à 
homogeneidade do campo reológico e são rasas, enquanto as falhas 
lístricas são produto da heterogeneidade do campo reológico 
(profundas) 
 
 
 
 
 
 6.1.6.3.3- Deslocamentos das Falhas 
 
 Os movimentos ao longo de planos de falhas podem ser translacionais (t) ou 
rotacionais (r), dependendo do fato de que as linhas retas situadas nos blocos opostos 
da superfície de falha e que eram paralelas antes do falhamento conservem (t) ou não 
conservem (r) esse paralelismo depois do falhamento. 
 
 Na natureza, via de regra, todas as falhas possuem os dois movimentos 
combinados. Se o movimentorotacional for muito pequeno ele pode ser desprezado 
por comparação com o translacional. 
 
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O rejeito de uma falha é o movimento relativo de pontos previamente 
adjacentes nos lados opostos da superfície de falha, sendo medido sobre 
essa superfície. Pode-se enumerar diversas componentes do rejeito da 
falha e a Fig. 8.4 (Ladeira) resume essas nomenclaturas. 
 
 
 
 
 
 
 6.1.6.3.2- Feições Associadas às Falhas (Fig. 5.6) 
 
 
? Roll over → antiforme formado no bloco do teto pelo movimento da falha; 
? Horse → é uma fatia aprisionada entre duas falhas convergentes; 
? Hangingwall sinform (sinforme do teto) → sinforme localizado no teto da 
falha normal e criado pela rotação dos blocos; 
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? Detachment fault → superfície de movimentação principal, localizada na 
porção mais profunda dos blocos, para onde convergem as falhas menores; 
? Decollement fault → falha de descolamento. Mesma definição do 
detachment, para o caso de existir um controle reológico no 
desenvolvimento da falha; 
? Estrutura duplex → estrutura formada por falhas isoladas por duas falhas 
maiores denominadas falha do teto (roof fault) e falha do assoalho (floor 
fault); 
? Back thrust → retro empurrão, empurrões que se desenvolvem em sentido 
contrário ao empurrão principal; 
? Estrutura pop up → fatia crustal separada por uma falha inversa e um 
retro-empurrão (falhas divergentes); 
? Zona triangular → fatia crustal isolada entre duas falhas inversas e um 
retro-empurrão; 
? Thrust sheets → lasca de empurrão ou escamas de empurrão, fatias 
isoladas entre duas falhas inversas; 
? Thrust nappes → napes de cavalgamento, lascas de empurrão alóctonas, 
com deslocamentos superiores a 10 km; 
? Leque imbricado → conjunto de falhas inversas que convergem para baixo 
e se abrem para cima. Na base, normalmente, ocorre uma zona de 
deslocamento; 
? Blind thrust → empurrões cegos, zonas de empurrão que não alcançam a 
superfície do terreno. 
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Fig. 5.7 - Algumas feições associadas às falhas e associações de falhas. 
 
 
 Outras associações de falhas 
 
 
 Fig. 5.8 - Estruturas imbricadas. Leque imbricado de ponta (leading imbricate) 
 e leque imbricado de cauda (trailing imbricate) 
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 Fig. 5.9 - Estrutura de horst e graben com falhas retas. 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 5.10 - Graben simétrico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 5.11 - Estrutura de hemi-graben. 
 
 
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 Fig. 5.12 - Sistema de falhas sintéticas. Propagação no sentido do piso. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.13 - Sistema de falhas antitéticas. Falhas se desenvolvem no sentido do 
teto. 
 
 
 
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 Fig. 5.14 - Sistema de falhas em dominó. 
 
6.1.6.3- Estudo das Juntas 
 
6.1.6.3.1- Conceito: Juntas são fraturas que se apresentam obedecendo um 
arranjo regular através de superfícies paralelas ou subparalelas, ao longo das quais a 
movimentação é desprezível. 
 
Sistema de Juntas: duas ou mais famílias de juntas intercruzadas, isolando 
blocos poliédricos, cujas formas e dimensões dependem das orientações e 
espaçamentos entre as famílias de juntas. 
 
Clivagem de fratura: pode ser considerada como um caso particular de uma 
família de juntas, cujos planos mostram espaçamentos inferiores a 2 cm. 
 
6.1.6.3.2- Classificações das Juntas 
 
1- Em relação à outras estruturas planares 
 
? juntas direcionais → paralelas às direções das feições planares 
? juntas de mergulho → paralelas à direção do mergulho das feições 
 planares 
? juntas oblíquas → ocupam posições intermediárias entre a direção e 
 o mergulho das feições planares 
? juntas de acamamento → caso particular de juntas paralelas aos 
 planos de acamamento 
 
 
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 Fig. 5.15 - Relação das juntas com superfícies dobradas. (a) famílias de juntas 
desenvolvidas sobre uma camada de rocha; (b) e (c) juntas longitudinais, transversais e 
diagonais. (Fig. 5.1 - Nicolas) 
2- Em relação às dobras (Fig. 5.15) 
 
• juntas longitudinais → paralelas aos eixos das dobras 
• juntas transversais → transversais aos eixos das dobras 
• juntas diagonais → oblíquas aos eixos das dobras 
 
3-Em relação ao arranjo geométrico (Fig. 5.16) 
 
• juntas concêntricas 
• juntas radiais 
• juntas escalonadas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) juntas concêntricas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(b) juntas radiais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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(c) juntas escalonadas 
 
Fig. 5.16 - Juntas classificadas quanto ao arranjo geométrico. 
4- Em relação à origem (Fig. 5.17) 
 
? juntas extensionais: juntas de distensão, de partição, de extensão, ou 
juntas dilatacionais → planos normais à direção de σ3 
 
? juntas de cisalhamento: geralmente conjugadas, formando ângulos 
em torno de 60o , podem mostrar pequenos deslocamentos 
 
? juntas híbridas: combinam cisalhamento com extensão 
 
 
5-Outras denominações 
 
? juntas de resfriamento: relacionadas à redução de volume nos 
resfriamentos de lavas; 
? juntas de dissecação: se instalam em sedimentos que secam 
progressivamente (gretas de contração); 
? juntas hexagonais: (disjunção colunar), formam colunas de seções 
hexagonais, normalmente em arenitos e basaltos. Estão 
relacionados à homogeneidade do material. 
Juntas híbridas Juntas de cisalhamento 
Juntas extensionais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fig. 5.17 – Classificação de juntas em relação à origem 
	CAP. 5 - ANÁLISE DA DEFORMAÇÃO 
	 Classificação de Anderson 
	Falhas de contração = falhas relacionadas a esforços compressivos 
	Falhas direcionais = falhas associadas a movimentação lateral 
	Falhas inversas : o teto sobe em relação ao piso 
	6.1.6.3.2- Classificações das Juntas