Deformação das rochas - Falhas e Dobras

Deformação das rochas e o seu comportamento mecânico

As rochas sedimentares e magmáticas quando submetidas a condições de pressão e temperatura diferentes das que presidiram à sua génese, podem sofrer deformação.
Assim, origina-se uma alteração das rochas pela acção de forças de tensão exercidas sobre o material rochoso, com origem na mobilidade da litosfera e no peso de camadas suprajacentes. De acordo com a Teoria da Tectónica de Placas, a litosfera encontra-se fracturada em placas, podendo estas convergir, divergir ou deslizar entre si estando as rochas que as compõem sujeitas assim, a fortes estados de tensão.
A tensão é a força exercida por unidade de área. Em resposta a um estado de tensão as rochas deformam-se, podendo ocorrer a alteração de volume ou alteração da forma das rochas ou, como é comum, alterar simultaneamente os seus volume e forma. As deformações mais comuns apresentam-se sob o aspecto de dobras e falhas. As rochas estão sujeitas a vários tipos de tensões – tensão de compressão, tensão de distensão (ou tensão de torção) e tensão de cisalhamento.


Os materiais rochosos podem apresentar diversos tipos de deformações em resposta às tensões que suportam. Assim, as deformações podem ser elásticas, plásticas ou deformações por ruptura.

As deformações elásticas são proporcionais ao esforço aplicado e são deformações reversíveis, ou seja, quando a força de tensão que provocou a deformação elástica é retirada, o material rochoso volta ao seu estado inicial. Um exemplo de deformação elástica é a sofrida por uma mola ou elástico quando sujeito a tensões.

Quando o limite de elasticidade das rochas é ultrapassado, estas entram em ruptura ou passam a sofrer deformações plásticas, que são irreversíveis, ficando o material rochoso permanentemente deformado. São deformações contínuas, não se verificando descontinuidade entre as partes contíguas do material deformado, tal como acontece nas dobras.

Se o limite de plasticidade das rochas for ultrapassado, estas passam a sofrer deformações por ruptura. As deformações por ruptura são irreversíveis e descontínuas, pois não se verifica continuidade entre as partes contíguas do material rochoso formado, tal como acontece nas falhas. Um exemplo de deformação por ruptura acontece, por exemplo, com o pau de giz quando sujeito a tensão.

O tipo de comportamento que as rochas apresentam, quando estão sob o efeito de tensões, pode ser frágil - quando entram em ruptura, originando falhas - ou dúctil - quando dificilmente entram em ruptura e experimentam deformações permanentes, originando dobras.


De uma forma geral, o comportamento das rochas face às tensões é um comportamento frágil, pois o material rochoso é pouco plástico, entrando facilmente em ruptura, principalmente quando se encontra próximo da superfície.
O comportamento das rochas pode tornar-se dúctil se expostas a temperaturas e pressões elevadas em zonas mais profundas. Em situações extremas de pressão e temperatura, o material rochoso comporta-se de forma semelhante a fluidos muito viscosos.

O comportamento que as rochas apresentam é influenciado pelas condições em que as deformações se processam (tipo de tensão, temperatura, conteúdo em fluidos, tempo de actuação da tensão e composição e estrutura das rochas):

- A tensão que actua sobre as rochas pode ser confinante (litostática) ou dirigida (não litostática). A tensão confinante resulta do peso das camadas suprajacentes e aumenta a ductibilidade da rocha, tornando-a mais resistente à ruptura. A tensão dirigida ocorre quando um corpo está sujeito a forças de intensidade diferente em diversas direcções.

- O aumento da temperatura aumenta a plasticidade das rochas. Como a temperatura aumenta com a profundidade, tal como a pressão, as rochas mais profundas manifestam um comportamento mais dúctil.

- As rochas com um maior conteúdo em fluidos apresentam uma maior plasticidade.

- O tempo de actuação das forças sobre as rochas pode, em princípio, aumentar a sua plasticidade se for longo.

- Alguns aspectos estruturais das rochas podem aumentar a sua plasticidade, como, por exemplo, a xistosidade (termo que será explicado posteriormente).

Os mecanismos de deformação das rochas estão associados, normalmente, a diferentes tipos de limites tectónicos.

No limite tectónico convergente, actua uma tensão de compressão, que altera o volume das rochas, reduzindo-o. Neste caso, se o comportamento da rocha for frágil, origina-se uma falha compressiva; se o comportamento for dúctil, forma-se uma dobra.

No limite tectónico divergente, actua uma tensão de distensão ou de torção, que altera a forma da rocha, alongando-a ou fracturando-a. Se o comportamento da rocha for frágil, forma-se uma falha distensiva; se o comportamento for dúctil ocorre estiramento.

No limite tectónico transformante, actua uma tensão de cisalhamento, que provoca movimentos paralelos em sentidos opostos. Ocorre quando a rocha é fracturada em finas camadas, que deslizam umas em relação às outras.


É de realçar que o comportamento frágil ou dúctil de uma determinada rocha depende das condições ambientais, nomeadamente das condições de pressão e temperatura. A mesma rocha pode ser frágil a pequena profundidade e dúctil a grande profundidade. Por exemplo, o vidro, quando aquecido, torna-se moldável, isto é, adquire um comportamento dúctil.

Estruturas geológicas originadas por deformação: Dobras e Falhas

Falha:

Deformação descontínua que ocorre quando o limite de plasticidade do material rochoso é ultrapassado, verificando-se a fractura das rochas, acompanhada pelo deslocamento dos blocos fracturados um em relação ao outro. Resultam de tensões compressivas, distensivas ou de cisalhamento quando as rochas manifestam um comportamento frágil.

Numa falha há a considerar os seguintes elementos:
- Plano de falha, que é uma superfície não necessariamente plana, definida pela fractura e pelo movimento dos blocos. A sua inclinação pode variar entre 0o e 90o. Quando o plano, devido à deslocação dos blocos, se apresenta polido, denomina-se espelho de falha.

- Lábios de falha, que são os dois blocos deslocados. Os lábios de falha diferenciam-se, segundo o seu movimento relativo, em lábio superior ou levantado (fica a um nível superior) e lábio inferior ou descaído (fica a um nível inferior).

- Tecto, corresponde ao bloco que se situa acima do plano de falha.

- Muro, corresponde ao bloco que se situa abaixo do plano de falha.

- Rejecto ou rejeição da falha, que é a menor distância entre dois pontos que estavam juntos antes da fractura e do deslocamento.

- Linha de falha, que é a interacção do plano de falha com a superfície do terreno ou com qualquer um dos estratos.

- Escarpa de falha, corresponde ao ressalto topográfico produzido pela falha, ou seja, é a superfície elevada produzida pela ruptura e deslocação dos blocos de falha.

Os principais tipos de falha, de acordo com a inclinação do plano de falha e com o movimento dos lábios, são:

- Falha inversa ou compressiva, também designada falha de compressão ou cavalgante. Forma-se, normalmente, quando o material rochoso está sujeito a uma tensão compressiva, como acontece em zonas de colisão de placas tectónicas. Neste tipo de falha, o bloco descaído situa-se por baixo do plano da falha. Os lábios da falha formam entre si um ângulo agudo.

- Falha normal ou distensiva, que se forma, normalmente, quando o material rochoso está sujeito a uma tensão distensiva, como acontece em zonas de separação de placas tectónicas, continentais ou oceânicas. Neste tipo de falha, um dos lábios (tecto) apresenta-se descaído relativamente ao outro (muro), formando entre si um ângulo obtuso. O plano da falha prolonga-se por baixo do bloco descaído.

- Falha de desligamento, também denominada falha deslizante ou de deslizamento. Formam-se, geralmente, quando o material rochoso está sujeito a uma tensão de cisalhamento. São frequentes em certas zonas oceânicas das placas litosféricas, como é o caso das falhas transformantes que podem ser responsáveis pelo desligamento verificado nos riftes. Neste tipo de falha, os blocos sofrem movimentos horizontais e paralelos à direcção do plano de falha (deslizamentos).

A posição das falhas no espaço pode definir-se de acordo com a direcção e a inclinação do plano de falha.

A direcção da falha é dada pelo ângulo formado por uma linha horizontal do plano de falha com a linha N-S geográfica.

A inclinação é determinada pelo ângulo formado entre o plano de falha e uma superfície horizontal. As falhas podem surgir associadas e com configurações geográficas denominadas por fossas tectónicas ou grabens e maciços tectónicos ou horsts.

Quando a depressão ocupa uma extensa superfície, designa-se bacia de afundimento. Entre as falhas célebres figura a de Santo André na Califórnia, com a qual se relacionam os sismos ocorridos nessa região. Fossas dispostas em escadaria originaram a fossa tectónica do Vale do Reno, assim como o Mar Vermelho, o Mar Morto e as depressões do Vale do Rifte da África Oriental. Em Portugal Continental, são significativas, entre outras, as falhas de Chaves-Régua-Lamego, Bragança-Vilariça-Longroiva e Caminha-Monção.

NOTA: Abaixo da falha é sempre muro!

Dobra:

Deformação que ocorre nas rochas e que resulta do arqueamento de camadas rochosas, inicialmente planas, com comportamento dúctil, pela acção de tensões compressivas. Estas deformações podem ser macro ou microscópicas. As dobras formam-se no interior da crusta ou do manto de forma lenta e gradual, emergindo à superfície devido aos movimentos tectónicos e à erosão.

Os elementos de dobra, que caracterizam a geometria das dobras, são:

- os flancos, ou vertentes da dobra, porções de menor curvatura;

- a charneira, que corresponde à zona de convergência das camadas de cada flanco, ou seja, a linha que une os pontos de máxima curvatura de uma dobra;

- o núcleo, formado pelas camadas mais internas da dobra;

- o plano ou superfície axial, plano que contém as charneiras dos diferentes estratos dobrados, dividindo a dobra em dois flancos sensivelmente iguais:

- o eixo da dobra, que corresponde ao ponto de intersecção do plano axial com a charneira.

As dobras podem ser classificadas segundo a sua disposição espacial e segundo a idade das rochas que as constituem:

- De acordo com a disposição espacial das dobras, estas podem ser denominadas dobras antiforma, com concavidade voltada para baixo, dobras sinforma, com concavidade voltada para cima, ou dobras neutras, cuja abertura se orienta lateralmente (com eixo vertical).

- De acordo com a idade das rochas que as constituem, estas podem ser designadas por rochas anticlinais, quando as rochas mais antigas se encontram no núcleo da antiforma, ou por rochas sinclinais, quando as rochas mais recentes se localizam no núcleo da sinforma.

Numa dobra, a posição das camadas rochosas no espaço pode ser definida pela direcção e pela inclinação das camadas. A direcção da camada é dada pelo ângulo formado pela directriz (definida pela intersecção do plano da camada com o plano horizontal) com a direcção N-S geográfica dada pela bússola. A inclinação dos estratos, correspondente ao ângulo formado pela pendente (linha de maior declive) com o plano horizontal, é determinada com clinómetros.



Curiosidade: Entre as estruturas dobradas é frequente distinguir formações, originadas por erosão, denominadas domas, em que a parte central é ocupada pelos estratos mais antigos, e bacias ou cuvettes, em que a parte central é ocupada pelas camadas mais recentes. Quanto à simetria, as dobras, quando mantêm a espessura dos estratos, denominam-se isopacas; se os estratos se encontram deformados, as dobras denominam-se anisopacas.

O estudo de dobras e falhas assume particular interessa geológico, porque a sua caracterização contribui, por exemplo, para a compreensão e interpretação do relevo, para compreensão da história geológica de uma determinada área e para localização de estruturas geológicas de interessa económico.

NOTA: Para justificar que uma dobra é antiforma, sinforma ou neutra é preciso referir a orientação da concavidade. Ex: a uma dobra neutra pois a concavidade encontra-se virada para o lado esquerdo.