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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL FUNDAMENTOS DA GEOLOGIA
Emmanuel Nascimento Fred Pessoa Mailson Francisco Santos Thiago Soares
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
RECIFE 2010
Emmanuel Nascimento Fred Pessoa Mailson Francisco Santos Thiago Soares
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
Trabalho acadêmico apresentado como requisito para obtenção de nota parcial da primeira unidade escolar da disciplina de Fundamentos da Geologia, ministrada no curso de Engenharia Civil da Universidade de Pernambuco pela professora Dra Kalinny Lafayette
RECIFE 2010
RESUMO
O estudo teve como objetivo a elaboração de uma pesquisa sobre os principais elementos estruturadores das rochas da crosta terrestre. Para seu desenvolvimento foi realizada uma abordagem teórica sobre o Tema e os principais processos de formação das rochas. Foi feita uma pesquisa em livros e sites relacionados ao assunto geologia estrutural, sua definição, os principais tipos de deformações nas rochas e o comportamento destas em função da variação de pressão e temperatura.
Foram
pesquisados os fatores que ocasionam as dobras e o processo de formação, a escala, partes geométricas, classificação e nomenclaturas dessas. Quanto às falhas foram abordados os principais elementos de que a compõe, sua classificação e sua influência na topografia. Por fim foi realizado um estudo sobre fraturas e suas classificações.
LISTA DE FOTOS
Foto 1
Deformação elástica de uma rocha gnáissica.
13
Foto 2
Deformação plástica de uma rocha.
14
Foto 3
Exemplo de uma dobra
18
Foto 4
Aspecto macroscópico do granito
19
Foto 5
Dobras atectônicas em rochas sedimentares
23
Foto 6
Detalhe de uma dobra normal
25
Foto 7
Detalhe de uma dobra inversa.
25
Foto 8
Detalhe de uma dobra recumbente.
26
Foto 9
Exemplo de uma falha lístricadd.
35
Foto 10
Exemplo de uma falha normal.
37
Foto 11
Exemplo de uma falha inversa.
38
Foto 12
Exemplo de uma falha trasncorrente.
38
Foto 13
Fraturas em arenitos no Arizona.
42
Foto 14
Exemplo de fraturas em rochas.
42
Foto 15
Diáclases paralelas.
43
Foto 16
Diáclases inclinadas.
43
Foto 17
Resfriamento do magma
44
Foto 18
Diáclase por contração.
44
LISTA DE FIGURAS
Figura 1
Transição de um material rúptil para dúctil.
13
Figura 2
Perfil geotécnico do solo.
19
Figura 3
Perfil de uma dobra.
20
Figura 4
Detalhe do plano a de seção da dobra.
20
Figura 5
Elementos de uma dobra.
20
Figura 6
Exemplo de uma dobra.
22
Figura 7
Exemplo de uma dobra.
22
Figura 8
Classificação das dobras com base na linha de charneira.
24
Figura 9
Esquema de uma dobra normal.
25
Figura 10
Esquema de uma dobra inversa.
25
Figura 11
Esquema de uma dobra recumbente.
26
Figura 12
Classificação das dobras com base nos inter-flancos.
26
Figura 13
Esquema do ângulo inter-flancos.
26
Figura 14
Classificação de uma dobra de acordo com a idade da sequência estratigráfica.
27
Figura 15
Esquema de uma dobra simétrica.
28
Figura 16
Esquema de uma dobra assimétrica.
28
Figura 17
Esquema de uma dobra deitada.
28
Figura 18
Esquema de uma dobra isoclinal.
28
Figura 19
Esquema de uma dobra anticlinal simétrica.
29
Figura 20
Esquema de uma dobra anticlinal assimétrica.
29
Figura 21
Esquema de uma dobra anticlinal simétrica deitada.
30
Figura 22
Esquema de uma dobra anticlinal assimétrica deitada.
30
Figura 23
Esquema de uma dobra sinclinal simétrica.
31
Figura 24
Esquema de uma dobra sinclinal assimétrica.
31
Figura 25
Esquema de uma dobra sinclinal simétrica deitada.
32
Figura 26
Esquema de uma dobra isoclinal.
32
Figura 27
Esquema de uma dobra isoclinal deitada.
33
Figura 28
Elementos de uma falha.
34
Figura 29
Classificação das falhas.
36
Figura 30
Sistema de falhas garben e horst.
39
Figura 31
Sistema de falha Graben.
39
Figura 32
Sistema de falha Horst.
40
Figura 33
Escarpa de falha.
40
Figura 34
Escarpa após sofrer erosão e intemperismo.
41
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1
Gráfico de deformação em função da pressão e da temperatura.
12
Gráfico 2
Deformações elásticas, plásticas e de ruptura em função da tensão.
15
Gráfico 3
Deformações com pressão constante e temperatura variável.
16
Gráfico 4
Deformações com relação ao aumento de velocidade das deformações.
17
SUMÁRIO 1
INTRODUÇÃO
2
GEOLOGIA ESTRUTURAL
10
3
DEFORMAÇÕES DAS ROCHAS
10
3.1
REOLOGIA
11
3.2
TIPOS DE DEFORMAÇÕES
13
3.3
VARIAÇÕES DA TEMPERATURA, PRESSÃO E DA VELOCIDADE DE ESFORÇOS
15
4
DOBRAS
18
4.1
ESCALAS DAS DOBRAS
18
4.1.1
Escala Macroscópica
18
4.1.2
Escala Mesoscópica
19
4.1.3
Escala Microscópica
19
4.2
CLASSIFICAÇÃO DAS DOBRAS QUANTO À ORIGEM
21
4.2.1
Tectônicas
21
4.2.2
Atectônicas
22
4.3
CLASSIFICAÇÃO GEOMÉTRICA DAS DOBRAS
23
4.3.1
Classificação com base na linha de chaneira
23
4.3.2
Classificação com base na superfície axial
24
4.4
CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO ÂNGULO INTER-FLANCOS
26
4.5
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À GEOMETRIA
27
4.5.1
Dobra Sinclinal e Anticlinal
27
4.5.2
Dobra simétricas, assimétricas, deitada e isoclinal
27
9
4.6
NOMENCLATURA DAS DOBRAS
28
5
FALHAS
33
5.1
ELEMENTOS DE UMA FALHA
34
5.2
CLASSIFICAÇÃO DAS FALHAS
35
5.2.1
Falha normal ou de gravidade
37
5.2.2
Falha inversa ou de empurrão (Reversa)
37
5.2.3
Falha horizontal ou de cisalhamento (Transcorrente)
38
5.3
SISTEMAS DE FALHAS
39
5.4
EFEITOS DE FALHAS NA TOPOGRAFIA
40
5.4.1
Escarpa ou falha
40
5.4.2
Escarpa de linha de falha
41
5.4.3
Sequência de morros
41
5.4.4
Vale de falha
41
5.4.5
Mudança brusca no solo
41
5.4.6
Omissão de camadas
42
5.4.7
Repetição de camadas
42
6
FRATURAS
42
6.1
TIPOS DE FRATURAS
43
6.1.1
Diáclases
43
6.1.2
Diáclases de tensão
44
7
CONCLUSÃO
45
REFERÊNCIAS
46
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
1
9
INTRODUÇÃO
É sabido que o nosso planeta encontra-se em constante mudança. Em sua maioria, essas modificações são imperceptíveis para a existência humana, pois muitos desses processos demoram milhares a milhões de anos para se realizarem. Tais modificações podem se responsáveis pela formação dos oceanos, nos deslocamentos das grandes massas continentais e na formação de grandes cadeias de montanhas. Para entender essas perturbação faz-se necessário um estudo de como foi formado esses corpos rochosos e classificá-los de forma que se possa definir suas causas, processos e suas características.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
2
10
GEOLOGIA ESTRUTURAL
As forças internas da Terra trazem, em sua dinâmica, resultados que podem ser observados na superfície. A crosta é dotada de dinamismo gerado por esforços resultantes de forças endógenas, as quais provocam deslocamentos de massas rochosas denominadas de movimentos tectônicos, vulcanismos, a formação de grandes cadeias de montanhas, e a formação de rochas dobradas e falhadas.
A Geologia Estrutural, proposta por Charles Lyell em 1873, no seu livro “Princípios de Geologia”, é a ciência que estuda os processos deformacionais da litosfera e as estruturas decorrentes dessas deformações. Têm a missão de investigar as formas geométricas que se desenvolvem em decorrência do dinamismo de nosso planeta, voltado inicialmente para deformações de grandes estruturas. Com a evolução da ciência geológica, passou-se também a estudar as estruturas menores, por vezes microscópicas.
Seus estudos focam basicamente as estruturas dos corpos rochosos de forma global. No que concerne às suas estruturas (geometria e morfologia), sua movimentação (cinemática) e a origem desta movimentação (dinâmica). Do ponto de vista prático e comercial, muitas destas estruturas são responsáveis pelo armazenamento de petróleo, de gás mineral, de água e de minérios. São importantes também em obras de Engenharia Civil, onde o levantamento das estruturas geológicas constitui a base para grandes obras como barragens, pontes, túneis, etc.
3
DEFORMAÇÕES DAS ROCHAS
Um corpo rochoso, uma vez submetido à ação de uma tensão, pode sofrer uma deformação (podendo gerar uma nova forma ou nova geometria) ou uma movimentação de sua estrutura.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
Um
estudo
dessas
11
tensões
permite
compreender
a
distribuição
e
transferência de forças no interior dos corpos rochosos. Já nas deformações, tem como estudo caracterizar e medir essas deformações a fim de classificá-las.
Para a Geologia Estrutural, o conceito de força e esforço está direcionado para a formação de estruturas e para a compreensão dos processos mecânicos envolvidos na dinâmica do nosso planeta.
3.1
REOLOGIA
De acordo com Rômulo Machado e Marcos Egydio Silva, a reologia é a ciência que lida com a deformação e escoamento de corpos. É definida como o estudo da deformação e do escoamento de materiais, devido à força nele aplicada, ou seja, está relacionada com a deformação de sólidos e deformação e escoamento de fluidos líquidos e gasosos.
No nosso caso, a reologia estuda o comportamento físico das rochas a partir da aplicação de forças e de tensões. Em suma, é o estudo da deformação e do fluxo dos corpos rochosos.
As condições físicas que ocorrem durante as deformações são fundamentais para o comportamento do corpo rochoso. Quando as tensões a que as rochas estão sujeitas são superiores à capacidade de resistência das rochas, estas começam a deformar-se. Essa deformação depende da intensidade da força, da sua duração, da sua composição químico/mineralógica e a estrutura da rocha, da pressão de fluidos intersticiais (pressão hidrológica) e da temperatura e pressão que a rocha se encontra.
Estes
parâmetros
criam
diferentes
condições
que
afetam
o
comportamento dos materiais geológicos.
Por este motivo, as deformações podem ser dúcteis (é o material que se deforma, se quebra sob a ação de uma ou mais tensões) e rúpteis (é caracterizado por estiramentos e deformações plásticas á ação de tensões).
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
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O Comportamento rúptil (sob pressões baixas e temperaturas abaixo do ponto de fusão dos minerais) rais) ocorre quando os materiais, nestas circunstâncias, estão muito rígidos, a deformação pode conduzir à fratura dos blocos rochosos, originando falhas.
O Comportamento dúctil (sob pressões elevadas e altas temperaturas) é onde a rocha tende a deformar-se, deformar mas não ocorre fratura, originando dobras como resultado das tensões a que está sujeita.
A mesma rocha pode apresentar comportamento frágil numas circunstâncias, e dúctil noutras, dependendo das condições em que se encontra. No gráfico abaixo está na relação entre a temperatura e a pressão hidrostática sobre a rocha. Nela, é possível observar que com o aumento da temperatura e/ou pressão, o material rochoso passa por algumas transições (passa de rúptil para dúctil).
Os domínios de deformação em função da pressão hidrostática e da temperatura. Linhas BP-AT BP / AP-BT BT representam o comportamento esperado em regimes de alta e baixa gradiente, gradiente respectivamente:
AP = alta pressão AT = alta temperatura BP = baixa pressão BT = baixa temperatura
Gráfico 1: Gráfico de deformação em função da pressão e da temperatura. Fonte: Decifrando a Terra, Cap. 19, 2009.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
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Estas transições podem ser visto na imagem abaixo, onde a transformação de materiais quebradiços (rúptil) para materiais plásticos e elásticos (dúctil).
Figura 1: Transição de um material rúptil para dúctil. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula5.pdf
As zonas dúcteis e dúcteis-rúpteis dúcteis rúpteis em grandes profundidades possuem propriedades equivalentes.
3.2
TIPOS DE DEFORMAÇÕES
Um
corpo o
comportamentos
ao
se
deformar,
mecânicos
distintos.
pode
sofrer
Algumas
distorções, deformações
apresentando podem
ser
recuperáveis, isto é, sob ação de esforços, podem sofrer contração ou extensão, mas quando esses esforços são retirados, o corpo retorna retorna a sua forma e posições originais. Esse tipo de deformação é chamado de elástica.
Exemplo de deformação elástica é a expansão térmica do corpo rochoso. Com o aumento da temperatura, ocorre o alongamento (dilatação). Voltando a temperatura inicial, a rocha roch volta à posição inicial.
Foto 1: Deformação elástica em uma rocha gnáissica.. Fonte: www.pt.wikipedia.org/wiki/Gnaisse
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
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Na deformação elástica, não há ruptura das ligações químicas, apenas um alongamento dessas, pela presença de uma força adicional que se soma as forças eletrostáticas existentes que estão em equilíbrio no material. Assim quando se aplica um esforço externo os átomos se deslocam de suas posições iniciais, porém ao cessar esse esforço eles retornam as suas posições de origem.
A partir de um determinado esforço no corpo rochoso, denominado esforço limite. Caso o esforço aplicado seja retirado, a deformação é restituída apenas parcialmente e permanecendo ainda a distorção, chamada de deformação plástica.
Deformação plástica ocorre quando a tensão não é mais proporcional à deformação ocorrendo então uma deformação não recuperável e permanente. A partir de uma perspectiva atômica, a deformação plástica corresponde à quebra de ligações com os átomos vizinhos originais e em seguida formação de novas ligações com novos átomos vizinhos, uma vez que um grande número de átomos ou moléculas se move em relação uns aos outros; com a remoção da tensão, eles não retornam às suas posições originais, diferentemente do que acontece na deformação elástica.
Um exemplo de deformação plástica são as dobras que pode ser vista na foto 2. As tensões neste caso foram suficientes para superar o esforço limite, formando essa estrutura.
Foto 2: Deformação plástica em uma rocha. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula9.pdf
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
15
O gráfico 2 demonstra demo stra como ocorre os diversos tipos de deformações acima citados. O ponto A indica o limite entre o comportamento elástico e o comportamento plástico. O ponto B é o limite elástico, ou seja, o valor de tensão máximo que o material pode atingir antes de sofrer a ruptura. O ponto C é o ponto de ruptura, onde ocorre a quebra do material.
Gráfico 2: Deformações elásticas, plásticas e de ruptura em função da tensão. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula3analisetensao.pdf www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula3analisetensao.pdf
3.3
VARIAÇÕES DA TEMPERATURA E PRESSÃO E DA VELOCIDADE DE ESFORÇOS
O exame da influência dos fatores que modificam as rochas nos permite classificar em três (quase sempre, os fatores são combinados) que implicam uma u maior importância nesse processo do comportamento dúctil/rúptil. •
Pressão;
•
Temperatura e;
•
Velocidade de Deformação.
A pressão é um fator que influi mais diretamente para as deformações das rochas. As rochas submetidas a pressões elevadas, por longos períodos pe de tempo,
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
16
não apresentam grandes resistências aos esforços, pelo contrário, fluem como se fossem um líquido altamente viscoso. Isto ocorre no manto terrestre que se movimenta lentamente devido às altas pressões que as placas realizam.
Os ensaios laboratoriais boratoriais confirmaram que ao aumento da pressão, a rocha tende a se deformar sem ocorrer a ruptura. Por isso, quando ocorre um aumento da pressão litostática (denomina enomina-se pressão litostática como a pressão exercida pelo peso de uma coluna de rocha que está sobre um determinado ponto em subsub superfície)) tem por efeito tornar as rochas mais resistentes ao fraturamento, fazendo com que a deformação ocorra no campo dúctil (ver gráfico 1).
É sabido que a temperatura no interior aumenta quando vai se aproximando do centro da Terra. De acordo com estudos experimentais realizados a pressões constantes e temperaturas variáveis, o aumento da temperatura faz com que a rocha se deforma mais facilmente. Com o aumento da temperatura, retarda-se retarda ainda mais a ruptura. Esse comportamento é visto no gráfico 3.
Gráfico 3: Deformações com pressão constante consta te e temperatura variável. variável Fonte: Machado; Silva (2009).
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A velocidade ou taxa de deformação corresponde a deformação de rochas durante um intervalo de tempo. Na natureza, através de acréscimos infinitesimais, essas deformações são extremamente lentas. Normalmente essas deformações acontecem com pausas. ausas. Quanto maior o tempo de aplicação do esforço, mais dúctil será a deformação.
Em ensaios laboratoriais, a velocidade influi diretamente na deformação do corpo rochoso. Com o aumento da velocidade de deformação, há uma diminuição considerável da deformação formação plástica, tornando a rocha com mais possibilidades de ocorrer uma ruptura. Conforme diminui a velocidade da deformação, aumenta-se aumenta a taxa de deformação plástica, como mostrado no gráfico 4.
Gráfico 4: Deformações com relação ao aumento de velocidade velocidade das deformações. Fonte: Machado; Silva (2009).
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
4
18
DOBRAS
As dobras são deformações dúcteis que afetam os corpos rochosos da crosta terrestre. Ou seja, quando se ultrapassa o limite de elasticidade dos minerais estes deformam-se permanentemente resultando no encurvamento de superfícies originalmente planas, exemplificada na Foto 3, como exemplo as deformações das rochas vulcânicas e seus equivalentes metamórficos. De acordo com Chiossi (1976), qualquer rocha acamada ou com alguma orientação pode mostrar-se dobrada. Como exemplos podemos citar os filitos, quartzitos ou gnaisse. Essas deformações podem atingir dimensões variadas podendo chegar a quilômetros de amplitude como as cadeias montanhosas.
Foto 3: Exemplo de uma dobra. Fonte: http://e-porteflio.blogspot.com//deformacao-das-rochas.html
4.1
ESCALAS DAS DOBRAS
De acordo com Machado e Silva (2009), podemos dividir o estudo das dobras em três escalas: macroscópica, mesoscópica e microscópica.
4.1.1 Escala Macroscópica
A estrutura observada é o produto da integração e reconstrução de afloramento, sendo representada em perfis ou mapas geológicos (Figura 2).
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
19
Figura 2: Perfil geotécnico do solo. Fonte: www.viacard.pt/arqueologia/images/fig07.jpg
4.1.2 Escala Mesoscópica
A estrutura é visualizada de modo contínuo cont desde amostras na escala de mão até afloramento, ou maior ainda.
4.1.3 Escala Microscópica
A escala de estudo em que a estrutura é observada com o auxílio de microscópico ou lupa (Foto 4).
F Foto 4: a. Aspecto macroscópico do granito; b. Feições microscópicas da amostra anterior. anterior Fonte: www.ppegeo.igc.usp.br/img/revistas/rbg/v38n3/html/3a10f4.jpg
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
4.2
20
ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UMA SUPERFÍCIE DOBRADA
Usa-se o termo estilo para designar um conjunto de feições morfológicas e geométricas associadas a um grupo ou família de dobras. A observação de um estilo deve ser feita num plano perpendicular ao eixo da dobra sendo este denominado como plano de perfil da dobra mostrados nas figuras 3 e 4.
Figura 3: Perfil de uma dobra. Fonte: Machado; Silva (2009).
Figura 4: Detalhe do plano a de seção da dobra. Fonte: Machado; Silva (2009).
Os principais elementos geométricos de uma superfície dobrada estão representados abaixo.
Figura 5: Elementos de uma dobra. Fonte: http://e-porteflio.blogspot.com//deformacao-das-rochas.html
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
21
Linha de charneira: corresponde a linha que une os pontos de curvatura máxima da superfície dobrada. Esta linha pode ser reta ou curva dependendo da geometria da superfície dobrada. Quando esta linha é reta é conhecida como geratriz ou eixo da dobra. De acordo com sua orientação é possível definir a posição espacial da dobra, horizontal, vertical ou inclinada.
Linha de crista: é o elemento geométrico mais elevado de uma dobra. Esta linha em geral não coincide com a linha de charneira das dobras, exceto nos casos de dobras simétricas com superfície axial vertical e eixo horizontal.
Plano ou superfície axial: pode ser definida como uma superfície que divide a dobra o mais simetricamente possível sendo também conhecida por conter o traço axial da dobra.
Flancos ou limbos: superfícies que se estendem por ambos os lados da charneira, ou seja, que são separadas pelo plano axial.
Planos de superfície da crista: corresponde ao plano horizontal que passa pelo ponto mais alto da dobra
4.2
CLASSIFICAÇÃO DAS DOBRAS QUANTO À ORIGEM
As dobras podem ser classificadas de acordo com sua origem em dois tipos: atectônicas relacionadas com a dinâmica externa do planeta e tectônicas relacionadas com a dinâmica interna.
4.2.1 Tectônicas
São formadas em condições variadas de esforços, temperatura e pressão sendo mais relacionadas com processo de evolução da crosta terrestre e em particular com a formação das cadeias de montanhas (MACHADO E SILVA, 2009).
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
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Essas dobras podem ser formadas a partir de dois mecanismos básicos: flambagem e cisalhamento. •
Flambagem: ocorre o encurtamento das camadas perpendiculares a superfície axial das dobras, preservando, porém a espessura e o comprimento das mesmas (Figura 6). Neste processo ocorre o deslizamento entre as camadas superpostas em função da heterogeneidade litológica que de acordo com Machado e Silva (2009) resulta em diferenças mecânicas importantes que irão controlar a geração de dobras, sobretudo em níveis superiores da crosta e que vão diminuindo com a profundidade em função do aumento da temperatura e pressão.
•
Cisalhamento: neste processo os planos de deslizamentos são ortogonais ou oblíquos às camadas (Figura 7) ocasionando deformações na espessura e comprimento das mesmas. As zonas de charneiras são em geral mais espessas e os flancos adelgaçados.
Figura 6: Exemplo de uma dobra. Fonte: Machado; Silva (2009).
Figura 7: Exemplo de uma dobra. Fonte: Machado; Silva (2009).
4.2.2 Atectônicas
São formadas em camadas próximas à superfície ou na própria superfície em condições semelhantes às do ambiente e são desencadeadas pela força da
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
23
gravidade, ou seja, de movimentos localizados (deslizamentos, acomodações, escorregamentos, etc.). São caracterizadas por possuírem pouca expressão se comparadas com as formações tectônicas. A foto abaixo ilustra uma dobra atectônica. Nela podemos observar que as dobras são restritas a parte inferior das camadas.
Foto 5: Dobras atectônicas em rochas sedimentares na região de Punta Arena, Sul do Chile Fonte: Machado; Silva (2009).
4.3
CLASSIFICAÇÃO GEOMÉTRICA DAS DOBRAS
A classificação de uma dobra pode ser feita a partir da posição espacial de seus elementos geométricos (linha de charneira e superfície axial), na combinação entre estes elementos, na variação da superfície dobrada e combinando estas classificações com critérios geométricos ou estratigráficos.
4.3.1 Classificação com base na linha de charneira
Essa classificação permite dividir as dobras em dois grupos: com linha de charneira reta e com linha de charneira curva. As dobras com linhas de charneira
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
24
retas podem ser divididas em três tipos principais: horizontais, verticais e inclinadas (Figura 8). São consideradas dobras horizontais quando o caimento do eixo situa-se entre o intervalo de 0° a 10°, inclinadas de 10° a 80° e verticais de 80° a 90°.
Figura 8: Classificação das dobras com base na linha de charneira. a. horizontal; b. vertical; c. inclinada Fonte: Machado; Silva (2009).
4.3.2 Classificação com base na superfície axial
Esta classificação pode ser feita em relação à simetria da dobra ou em relação à sua posição no espaço. De acordo com Machado e Silva (2009) no primeiro caso a superfície axial corresponde a uma superfície bissetora, com as dobras sendo divididas em dois grupos: simétricas e assimétricas. No segundo caso as dobras podem ser definidas como normais, inversas e recumbentes.
As dobras normais possuem suas superfícies axiais sub-verticais, ou seja, com ângulo entre 80° e 90° (Figura 9 e Foto 6).
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
Figura 9: Esquema de uma dobra normal. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula9.pdf
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Foto 6: Detalhe de uma dobra normal. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula9.pdf
As dobras inversas ou inclinadas possuem suas superfícies axiais com ângulo entre 10° e 80° (Figura 10 e Foto 7).
Figura 10: Esquema de uma dobra inversa. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula9.pdf
Foto 7: Detalhe de uma dobra inversa. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula9.pdf
As dobras recumbentes ou sub-horizontais possuem suas superfícies axiais com ângulo entre 10° e 80° (Figura 11 e Foto 8). Se gundo Machado e Silva (2009), as dobras recumbentes de grandes dimensões são referidas como nappes e são comuns em cadeias de montanhas como os Alpes e Himalaia. Neste tipo de dobra ocorre a inversão estratigráfica de um de seus flancos.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
Figura 11: Esquema de uma dobra recumbente. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula9.pdf
4.4
26
Foto 8: Detalhe de uma dobra recumbente. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula9.pdf
CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO ÂNGULO INTER-FLANCOS
Podemos classificar as dobras de acordo com o ângulo interno formado pelos seus flancos através de duas tangentes que passam pelos pontos de inflexão da superfície dobrada (Figuras 12 e 13) sendo classificadas como:
Suaves com ângulos de 180° a 120°; Abertas com ângulos de 120° a 70°; Fechadas com ângulos de 70° a 30°; Apertadas ou cerradas com ângulos de 30° a 0.
Figura 12: Classificação das dobras com base nos inter-flancos. Fonte: Machado; Silva (2009).
Figura 13: Esquema do ângulo inter-flancos. Fonte: Machado; Silva (2009).
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
4.5
27
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À GEOMETRIA
4.5.1 Dobra Sinclinal e Anticlinal
Esta classificação está relacionada com a idade da rocha e o sentido de abertura da concavidade. Na dobra anticlinal a concavidade é voltada para baixo, ou seja, possui uma característica convexa. Logo, as camadas mais antigas são encontradas no seu núcleo. Na dobra sinclinal ocorre o inverso. A concavidade está voltada para cima possuindo camadas mais novas no seu interior. A figura abaixo ilustra essa classificação.
Figura 14: Classificação de uma dobra de acordo com a idade da sequência estratigráfica. Fonte: http://e-porteflio.blogspot.com//deformacao-das-rochas.html
4.5.2 Dobra simétricas, assimétricas, deitada e isoclinal
Simétrica: possui os dois flancos com o mesmo ângulo de mergulho (Figura 15);
Assimétrica: ocorre quando os flancos mergulham formando ângulos diferentes (Figura 16);
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
Figura 15: Esquema de uma dobra simétrica. Fonte: Fred Pessoa.
28
Figura 16: Esquema de uma dobra assimétrica. Fonte: Fred Pessoa.
Deitada:: esta dobra possui um plano axial essencialmente horizontal (Figura 17);
Isoclinal:: ocorre quando os dois flancos mergulham a ângulos iguais e na mesma direção (Figura 18). 18)
Figura 17: Esquema de uma dobra deitada. Fonte: Fred ed Pessoa.
4.6
Figura 18: Esquema de uma dobra isoclinal. Fonte: Fred Pessoa.
NOMENCLATURA DAS DOBRAS
Com
base
nas
classificações
anteriores
é
possível
elaborar
uma
nomenclatura para os diversos tipos de dobras. A seguir são apresentados alguns exemplos.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
29
Anticlinal simétrica: possui flancos com o mesmo ângulo de mergulho e uma dobra convexa para cima apresentando materiais mais antigos na sua porção interior (Figura 19).
Material mais antigo
Figura 19: Esquema de uma dobra anticlinal simétrica. Fonte: Fred Pessoa
Anticlinal assimétrica: possui flancos com ângulos de mergulho diferentes e uma dobra convexa para cima também apresentando materiais mais antigos na sua porção interior (Figura 20).
Material mais antigo
Figura 20: Esquema de uma dobra anticlinal assimétrica. Fonte: Fred Pessoa
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
30
Anticlinal simétrica deitada: possui o plano axial horizontal e as camadas internas mais antigas (Figura 21).
Material mais antigo
Figura 21: Esquema de uma dobra anticlinal simétrica deitada. Fonte: Fred Pessoa
Anticlinal assimétrica deitada: possui também o plano axial horizontal, porém os flancos mergulham em ângulos diferentes (Figura 22).
Material mais antigo
Figura 22: Esquema de uma dobra anticlinal assimétrica deitada. Fonte: Fred Pessoa
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
31
Sinclinal simétrica: possui flancos com mesmo ângulo de mergulho e uma dobra côncava para cima apresentando materiais mais jovens na sua porção interior (Figura 23).
Material mais antigo Figura 23: Esquema de uma dobra sinclinal simétrica. Fonte: Fred Pessoa
Sinclinal assimétrica: possui flancos com ângulos de mergulho diferentes e uma dobra côncava para cima apresentando materiais mais jovens na sua porção interior (Figura 24).
Material mais antigo Figura 24: Esquema de uma dobra sinclinal assimétrica. Fonte: Fred Pessoa
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
32
Sinclinal simétrica deitada: possui o plano axial horizontal e as camadas internas mais jovens (Figura 25).
Material mais antigo
‘ Figura 25: Esquema de uma dobra sinclinal simétrica deitada. Fonte: Fred Pessoa
Isoclinal: os dois flancos possuem o mesmo ângulo de inclinação e direção (Figura 26).
Material mais antigo Figura 26: Esquema de uma dobra isoclinal. Fonte: Fred Pessoa
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
33
Isoclinal deitada: possui o plano axial horizontal além de possuir os dois flancos com o mesmo ângulo de inclinação e direção (Figura 27).
Material mais antigo
Figura 27: Esquema de uma dobra isoclinal deitada. Fonte: Fred Pessoa
5
FALHAS
As falhas resultam de deformações rúpteis nas rochas da crosta terrestre. São expressas por superfícies descontínuas com deslocamento diferencial de poucos centímetros a centenas de quilômetros.
A condição básica para a existência de uma falha é que tenha ocorrido deslocamento ao longo da superfície. O relevo oriundo de falhas é, em geral, estruturado, bem refletido em fotos aéreas e imagens de satélites. Elas são encontradas em vários ambientes tectônicos, sendo associadas a deformações compressivas, distensivos e cisalhantes. Muito comuns em cadeias de montanhas, podendo ser rasas ou profundas. Nas rasas, afetam as camadas da superfície, enquanto que nas profundas podem atravessar toda a litosfera.
As regiões brasileiras que apresentam maior intensidade de falhamento são aquelas onde predominam rochas metamórficas antigas do embasamento ou rochas pré-cambrianas. Ocorrem também falhas sedimentares e vulcânicas das bacias sedimentares, porém em menor escala.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
5.1
34
ELEMENTOS DE UMA FALHA
A posição no espaço da superfície de uma falha é fundamental para a sua classificação. Suas partes constituintes estão descritas abaixo e ilustradas na figura 28. •
Plano de falha – É o plano correspondente à superfície por onde ocorreu o deslocamento entre os blocos e no mesmo sentido da falha.
•
Linha de falha – É a linha de interseção entre o plano de falha e a superfície do terreno.
•
Teto ou capa – É a parte que se desloca acima do plano de falha da rocha.
•
Muro ou lapa – É a parte que se desloca abaixo do plano de falha.
•
Brechas de falhas – Quando há movimentação geológica de grande intensidade os blocos podem se afastar. Assim, pode ocorrer dois casos: a cimentificação, assim o material tem maior resistência; ou pode haver fragmentação do material pelo contato entre as superfícies, causando um ponto de maior vulnerabilidade.
•
Rejeito – É a medida do deslocamento entre os blocos.
Figura 28: Elementos de uma falha. Fonte: http://w3.ualg.pt/1_INTRODUCAO/16_Tectonica/Falha.jpg
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
5.2
35
CLASSIFICAÇÃO DAS FALHAS
Nas superfícies de fratura, ocorrem movimentos relativos entre dois blocos, e com isso, podem-se identificar alguns elementos geométricos característicos. A classificação geométrica leva em conta o mergulho do plano de falha, a forma da superfície de falha e o movimento relativo entre os blocos e tipo de rejeito.
O mergulho da superfície de falha é uma classificação que divide a falha em dois grupos: falhas de ângulo alto (quando o mergulho do plano de falha é superior a 45º) e falhas de baixo ângulo (quando esse ângulo é inferior a 45º).
A forma da superfíce de falha divide as falhas em planares e em curvas. Uma falha é considerada planar quando a variação da direção da superfície é menor ou igual a 5%, chamada de vertical ou inclinada. As falhas curvas são denominadas falhas lístricas e variam desde uma falha de alto ângulo até de baixo ângulo (ver figura abaixo).
Foto 9: Exemplo de uma falha lístrica. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula7.pdf
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
36
O rejeito é a medida do deslocamento linear de pontos originalmente estavam juntos. Ele pode ser referido como: Rejeito vertical (afastamento vertical dos blocos), Rejeito
horizontal
(afastamento
horizontal
dos
blocos),
Rejeito
direcional
(afastamento paralelamente ao plano de falha) e Rejeito total (afastamento em função de todos os rejeitos citados).
Nos movimentos relativos, as falhas são divididas em três grandes tipos: Falhas normais, falhas inversas e falhas transcorrêntes (ver figura abaixo).
Figura 29: Classificação das falhas. Fonte: http://e-porteflio.blogspot.com/2009/04/deformacao-das-rochas.html
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
37
5.2.1 Falha normal ou de gravidade
São falhas associadas principalmente com as zonas de alívio de tensão. Estas falhas normalmente ocorrem onde a litosfera está estirada ou afinada. São importantes na formação e evolução de bacias sedimentares, sendo comum em regiões com deslizamentos de encostas e taludes. São falhas, em geral, de alto ângulo, em que o teto desceu em relação ao muro. O deslocamento principal é vertical e o componente de movimento é segundo o mergulho do plano de falha (ver figura abaixo).
Foto 10: Exemplo de uma falha normal. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula7.pdf
5.2.2 Falha inversa ou de empurrão (Reversa)
Forma-se, geralmente, em regime de deformação compressivo. É uma falha inclinada com mergulhos normalmente inferiores a 45º. O movimento é preferencialmente horizontal. Neste caso, o teto é quem sobe em relação ao muro, produzidos por esforços de compressão. As falhas inversas sãs muito comuns em cadeias de montanhas nas bordas de placas destrutivas.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
38
Foto 11: Exemplo de uma falha inversa. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula7.pdf
5.2.3 Falha horizontal ou de cisalhamento (Transcorrente)
Neste tipo de falha, os blocos de rocha se movimentam em direções horizontais opostas. Estas falhas se formam quando os pedaços de crosta deslizam uns contra os outros, como num limite de placa transformantes. As falhas transcorrentes ou de rejeito direcional estão associadas a limites de placas litosféricas (ver imagem abaixo).
Foto 12: Exemplo de uma falha trasncorrente. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula7.pdf
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
5.3
39
SISTEMAS DE FALHAS
Os sistemas de falhas podem ser classificados em grabens e horst. Os grabens ou fossas tectônicas são os rebaixamentos ou depressões estruturais alongadas, ocasionadas por falhamentos, ou seja, ocorre o deslocamento do bloco para baixo causando uma depressão. Já os horst ou muralhas são elevações provocadas por falhamentos, neste caso ocorre uma elevação do bloco por compressão. As figuras abaixo ilustram esses sistemas de falhas.
Figura 30: Sistema de falhas garben e horst. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao/estrutural2006/aula8.pdf
Figura 31: Sistema de falha Graben. Fonte: www2.fct.unesp.br/joaoosvaldo/Geomorfologia%20figuras
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
Figura 32: Sistema de falha Horst. Fonte: www2.fct.unesp.br/joaoosvaldo/Geomorfologia%20figuras
5.4
EFEITOS DE FALHAS NA TOPOGRAFIA
5.4.1 Escarpa ou falha
Escarpa é a parte visível da falha, onde espelho de falha está à mostra.
Figura 33: Escarpa de falha. Fonte: www2.fct.unesp.br/joaoosvaldo/Geomorfologia%20figuras
40
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
41
5.4.2 Escarpa de linha de falha
Quando a escarpa regride devido à erosão e a intemperização é chamada de escarpa de linha de falha.
Figura 34: Escarpa após sofrer erosão e intemperismo. Fonte: www2.fct.unesp.br/joaoosvaldo/Geomorfologia%20figuras
5.4.3 Sequência de morros
Uma falha pode passar por um processo de silicificação, originando um alinhamento extremamente resistente.
5.4.4 Vale de falha
Quando uma falha não passa pelo processo da silicificação cria um ponto de fraqueza e dá origem a vales de falhas.
5.4.5 Mudança brusca no solo
As falhas podem separar litologias diferentes, assim como, solo e vegetação.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
42
5.4.6 Omissão de camadas
Numa falha normal pode não se encontrar uma ou mais camadas, pois com a depressão inclinada há uma descontinuidade nas camadas que é preenchida com outro material.
5.4.7 Repetição de camadas
Numa falha inversa pode-se encontrar a sobreposição de camadas repetindose material encontrado em camada mais abaixo.
6
FRATURAS
São definidas como deformações nas rochas ocasionadas por ruptura segundo um plano que separa em duas partes um bloco de rocha ou de camada ao longo do qual não se deu deslocamento (CHIOSSI, 1979, p.128).
Foto 13: Fraturas em arenitos no Arizona. Fonte: www.geoturismobrasil.com/Material.pdf
Foto 14: Exemplo de fraturas em rochas. Fonte: www.geoturismobrasil.com/Material.pdf
As fraturas podem ser definidas de acordo com a seguinte nomenclatura: diáclase, fraturas ou rupturas de causas tectônicas, e junta quando a origem é a contração por resfriamento.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
43
De acordo com Chiossi (1979) o espaçamento entre as diáclases de um bloco rochoso pode variar de metros até poucos centímetros, sendo normalmente fechadas mas que podem ser alargadas pelo intemperismo químico.
6.1
TIPOS DE FRATURAS
6.1.1 Diáclases por esforços de compressão
As diáclases originadas por esforços de compressão são mais freqüentes e ocorrem principalmente por esforços tectônicos. Caracterizam-se por superfícies planas e ocorrem sistemas, cortando-se em ângulo. Nos anticlinais ocorrem principalmente nas partes côncavas dos anticlinais e nas convexas dos sinclinais como ilustrado nas imagens abaixo.
Quando a estrutura da rocha (metamórfica ou sedimentar) for inclinada, podem ocorrer as diáclases paralelas à estrutura ou ainda oblíquas a ela.
Foto 15: Diáclases paralelas. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula6.pdf
Foto 16: Diáclases inclinadas. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula6.pdf
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
44
6.1.2 Diáclases de tensão
O processo de formação ocorre perpendicularmente às forças que tendem a puxar na direção oposta o bloco rochoso. São caracterizadas por superfícies não muito planas e suas origens podem ser: •
Tectônica, sendo mais freqüentes nos anticlinais e sinclinais;
•
Contração ocorre tanto em rochas ígneas como em sedimentares caracterizando-se por vários sistemas entrecruzados. Como exemplos podemos citar as diáclases de contração do basalto, formando colunas prismáticas. Essas diáclases são mais comumente denomindas de juntas.
Foto 17: Resfriamento do magma. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula6.pdf
Foto 18: Diáclase por contração. Fonte: www.geologia.ufpr.br/graduacao /estrutural2006/aula6.pdf
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
7
45
CONCLUSÃO
Tanto obras de infraestrutura quanto imobiliárias são baseadas nos estudos de solos. A importância dos elementos estruturais está associada a resistência dos elementos constituintes do solo pois, obras como túneis e barragens ou cortes rodoviários podem encontrar zonas de fraqueza ou ruptura, causadas por falhas, dobras ou fraturas. Na construção imobiliária, a composição do solo irá determinar as fundações e consequentemente os custos com o empreendimento. Com isso a disposição das camadas do solo é fundamental para viabilizar tecnicamente e financeiramente uma construção. Outro fato importante está relacionado ao crescimento demográfico na região metropolitana do Recife que impulsionou a ocupação de áreas de encostas sendo muitas delas áreas de preservação permanente e impróprias para construção, mas que foram ocupadas de forma irregular. Esta atitude, aliada às chuvas e às especificidades do solo na região metropolitana da cidade do Recife aumenta a frequência de incidência dos deslizamento tornando um fenômeno que seria natural em um problema social. Com isso tudo torna-se de fundamental importância a compreensão do tema abordado por parte do engenheiro.
ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS
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REFERÊNCIAS
CHIOSSI, Nivaldo José. Geologia aplicada à engenharia. 2ª Edição. São Paulo: Grêmio Politécnico, 1979.
E-PORTEFÓLIO. Deformações das Rochas. Disponível em: . Acessado em: 1º de abril de 2010.
LEINZ, Viktor; ESTANISLAU, Sérgio. Geologia Geral. 8ª Edição. São Paulo: Editora Nacional. 1980.
MACHADO, Rômulo; SILVA, Marcos Egydio. Estruturas em rochas. In: Wilson Teixeira; Thomas Rich Fairchild; Maria Cristina Motta de Toledo; Fabio Taioli. (Org.). Decifrando a Terra. 2 ed. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2009, p. 399-420.
POPP, José Henrique. Geologia Geral. 4ª Edição. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos. 1987.
SALAMUNI, Eduardo. Introdução à geologia estrutural - Deformação na crosta Disponível em: . Acesso em: 29 mar. 2010.
_______. Dobras. Disponível em: Acesso em: 29 mar. 2010.
_______. Fraturas: Juntas e falhas. Disponível em: Acesso em: 1 abr. 2010.
_______. Falhas: normais e inversas. Disponível em: Acesso em: 1 abr. 2010.
