Fractura (geologia)

Uma fratura é qualquer separação em uma formação geológica, como uma falha comum que divide a rocha em duas ou mais partes. Uma fratura, às vezes, forma uma profunda fissura ou fenda na rocha. As fraturas são geralmente causadas por estresse que excede a resistência da rocha, fazendo com que a rocha perca a coesão ao longo de seu plano mais fraco. As fraturas podem fornecer permeabilidade ao movimento de fluidos, como água ou hidrocarbonetos. Rochas altamente fraturadas podem produzir bons aquíferos ou reservatórios de hidrocarbonetos, uma vez que podem possuir permeabilidade significativa e porosidade de fratura.

Deformação frágil

As fraturas são formas de deformação frágil. Existem dois tipos de processos primários de deformação frágil. A fratura elástica resulta em articulações. Fraturas por cisalhamento são as primeiras quebras iniciais resultantes de forças de cisalhamento que excedem a força coesiva naquele plano.
Após essas duas deformações iniciais, vários outros tipos de deformação quebradiça secundária podem ser observados, tais como deslizamento por atrito ou fluxo cataclástico em juntas ou faltas reativadas.

Causas

As fraturas nas rochas podem ser formadas devido à compressão ou tensão. Fraturas devido à compressão incluem falhas de pressão. As fraturas também podem resultar de esforços de cisalhamento ou tração. Alguns dos principais mecanismos são expostos seguidamente.

Modos

Existem três modos de fraturas que ocorrem, independentemente do mecanismo:
Modo de abertura - Resultante de um esforço de tração normal ao plano da fratura.
Modo deslizante - Resultante de uma tensão de cisalhamento atuando paralelamente ao plano da trinca e perpendicular à frente da trinca.
Modo de rasgamento - Resultante de uma tensão de cisalhamento que age paralelamente ao plano da rachadura e paralela à frente da fratura.

Fraturas de tração

Esta deformação cria a propagação de fraturas em rochas anteriormente não perfuradas, quando a rocha é submetida a tensão de tração. No caso de um campo de tensão homogêneo, a fissura se propagará na direção perpendicular à menor tensão principal.
Engenheiros estudando elasticidade descobriram que o estresse devido a uma carga distante da região de interesse está concentrado em torno de falhas materiais. A. W. Griffith usou esse exemplo e aplicou o conceito de concentração de tensão às extremidades das fraturas. Griffith afirmou que todo material tem microfissuras ou falhas onde a concentração de tensão ocorre naturalmente, e que estas eram as falhas onde, sob estresse crescente, as fraturas se propagam. [3] Como resultado, essas falhas pré-existentes foram denominadas rachaduras de Griffith e permitem a suposição conceitual de que as rochas são relativamente fracas.
Partindo deste pressuposto, o desenvolvimento da fratura por tração pode ser examinado.
A primeira forma é em alongamento axial. Neste caso, a tensão de tração remota é aplicada, permitindo que microtrincas se abrem levemente por toda a região de tração. À medida que essas rachaduras se abrem, as tensões nas pontas da fissura se intensificam, eventualmente excedendo a resistência da rocha e permitindo que a fratura se propague. Isso pode ocorrer em épocas de erosão rápida e sobrecarregada. A dobragem também pode proporcionar tensões, tal como ao longo do topo de um eixo de dobras anticlinal, onde as forças de tração associadas ao estiramento da metade superior das camadas durante a dobragem podem induzir fraturas de tração paralelas ao eixo de dobragem.
A fratura por tensão também pode ser induzida por cargas compressivas aplicadas ao longo de um eixo, o que resulta em divisão longitudinal. Nesta situação, minúsculas fraturas de tração se formam paralelamente ao eixo de carregamento, no entanto, a carga força qualquer outra microfratura fechada. Para imaginar isso, imagine um envelope com o carregamento a partir do topo. Uma carga é aplicada na borda superior, os lados do envelope se abrem para fora, mesmo que nada esteja puxando sobre eles. Deposição e compactação rápidas podem, algumas vezes, induzir essas fraturas.
Para Fraturas Griffith, existem várias equações-chave, tais como: [ KI = Δσ (πa) ½ ] quando KIC = KI a fratura é propagada, onde KI é a concentração de tensão na ponta da fratura, Δσ é a diferença na tensão aplicada ao longo da área da fratura e a tensão in-situ, é a metade do comprimento da fratura. [ W (x) = 4 ∙ ((1 - ν2) / E) ∙ Δσ ∙ (a2 - x2) ½ ] onde W (x) é a largura da fratura na distância x do centro, ν é a razão de Poisson, (E) é o Módulo de Elasticidade de Young, (Δσ) é a diferença na tensão aplicada ao longo da área da fratura e do estresse in-situ, e é a metade do comprimento da fratura.
Outro mecanismo de fratura por tração é o fraturamento hidráulico. Em um ambiente natural, isso ocorre quando uma combinação de compactação rápida de sedimentos e expansão de fluido térmico faz com que a pressão do fluido de poros ultrapasse a pressão da tensão normal menos principal. Quando isso ocorre, uma fratura por tensão se abre perpendicularmente ao plano de menor tensão.
As fraturas por tração são quase sempre referidas como juntas, que são fraturas em que não se observa deslizamento ou cisalhamento apreciável.

Tipos de fissuras

Descrever fissuras pode ser difícil, especialmente sem recursos visuais. A seguir estão as descrições de geometrias típicas de juntas de fraturas naturais que podem ser encontradas em estudos de campo:
Estruturas plumose são redes de fratura que se formam em uma variedade de escalas, e se espalham para fora a partir de uma origem comum. A origem da fissura representa um ponto no qual a fratura começa. A zona de espelho é a morfologia conjunta mais próxima da origem que resulta em superfícies muito lisas. As zonas de neblina existem na margem das zonas de espelho e representam a zona onde a superfície da junta fica ligeiramente mais áspera. As zonas trincadas predominam após as zonas de névoa, onde a superfície da junta começa a ficar bastante áspera. Esta severidade da zona de penetração designa as farpas, que são as curvas afastadas do eixo da pluma.
As fissuras ortogonais ocorrem quando as articulações dentro do sistema ocorrem em ângulos mutuamente perpendiculares entre si.
Juntas conjugadas ocorrem quando as fissuras se cruzam em ângulos significativamente menores que noventa graus.
Fissuras sistemáticas são sistemas conjuntos nos quais todas as juntas são paralelas ou subparalelas e mantêm aproximadamente o mesmo espaçamento entre elas.
Juntas Colunares são juntas que cortam a formação verticalmente em colunas tipicamente hexagonais. Estes tendem a ser resultado de resfriamento e contração em intrusões hipabíssicas ou fluxos de lava.
Fissuras por dessecação são juntas que se formam em uma camada de lama quando ela seca e encolhe. Como as juntas colunares, elas tendem a ter forma hexagonal.
Fissuras sigmoidais são fissuras que correm paralelas umas às outras, mas são cortadas por juntas sigmoidais, estendidas entre elas.
As juntas de cobertura são juntas que geralmente formam uma superfície próxima e, como resultado, são paralelas à superfície. Estes também podem ser reconhecidos como fissuras de esfoliação.
Em sistemas de juntas onde juntas relativamente longas cortam o afloramento, as juntas de passagem atuam como juntas mestras e as fissuras curtas que ocorrem entre elas são juntas cruzadas.
Efeito de Poisson é a criação de fraturas de contração vertical que são resultado do alívio da sobrecarga sobre uma formação.
Juntas pinadas são juntas que se formam imediatamente adjacentes e paralelas à face de cisalhamento de uma falha. Essas juntas tendem a se fundir com as falhas em um ângulo entre 35 e 45 graus em relação à superfície da falta.
Juntas de liberação são juntas de tração que se formam quando uma mudança na forma geológica resulta na manifestação de tensão local ou regional que pode criar fraturas de tração.
Juntas concorrentes que exibem um padrão de escada são regiões interiores com um conjunto de juntas que são razoavelmente longas, e o conjunto conjugado de juntas para o padrão permanece relativamente curto e termina na junta longa.
Às vezes, as articulações também podem exibir padrões de grade, que são conjuntos de fratura que apresentam fraturas mutuamente transversais.
Um escalão escalonado ou escalonado representa um conjunto de fraturas por tração que se formam dentro de uma zona de falha paralela uma à outra.

Falhas e fraturas por cisalhamento

As falhas são outra forma de fratura em um ambiente geológico. Em qualquer tipo de falha, a fratura ativa sofre falha de cisalhamento, pois as faces da fratura deslizam em relação uma à outra. Como resultado, essas fraturas parecem representações em grande escala das fraturas dos modos II e III, mas isso não é necessariamente o caso. Em uma escala tão grande, uma vez que a falha de cisalhamento ocorre, a fratura começa a curvar sua propagação na mesma direção das fraturas por tração. Em outras palavras, a falha tipicamente tenta se orientar perpendicularmente ao plano de menor tensão principal. Isso resulta em um cisalhamento fora do plano em relação ao plano de referência inicial. Portanto, estes não podem necessariamente ser qualificados como fraturas do Modo II ou III.
Uma característica adicional e importante das fraturas no modo de cisalhamento é o processo pelo qual elas geram fendas nas asas, que são trincas de tração que se formam na ponta de propagação das fraturas por cisalhamento. Quando as faces deslizam em direções opostas, a tensão é criada na ponta, e uma fratura do modo I é criada na direção do σh-max, que é a direção da máxima tensão principal.
Critérios de falha de cisalhamento é uma expressão que tenta descrever a tensão na qual uma rotura de cisalhamento cria uma fratura e separação. Este critério é baseado em grande parte fora do trabalho de Charles Coulomb, que sugeriu que, enquanto todas as tensões são compressivas, como é o caso da fratura de cisalhamento, a tensão de cisalhamento está relacionada com a tensão normal por: σs = C + μ (σn-σf), onde C é a coesão da rocha, ou a tensão de cisalhamento necessária para causar falha, dado que a tensão normal ao longo desse plano é igual a 0. μ é o coeficiente de atrito interno, que serve como uma constante de proporcionalidade dentro da geologia. σn é a tensão normal através da fratura no instante da falha, σf representa a pressão do fluido de poro. É importante salientar que a pressão do fluido de poros tem um impacto significativo na tensão de cisalhamento, especialmente onde a pressão do fluido de poros se aproxima da pressão litostática, que é a pressão normal induzida pelo peso da rocha sobrejacente.
Esta relação serve para fornecer o envelope de falha de coulomb dentro da Teoria de Mohr-Coulomb.
O deslizamento por fricção é um aspeto a ser considerado durante a fratura por cisalhamento e falha. A força de cisalhamento paralela ao plano deve superar a força de atrito para mover as faces da fratura uma sobre a outra. Na fratura, o deslizamento por fricção tipicamente tem apenas efeitos significativos na reativação das fraturas por cisalhamento existentes. Para mais informações sobre forças de atrito, veja atrito.
Uma ideia importante ao avaliar o comportamento de atrito dentro de uma fratura é o impacto das asperezas, que são as irregularidades que se destacam das superfícies ásperas das fraturas. Uma vez que ambos os rostos têm saliências e peças que se destacam, nem toda a face da fratura está realmente tocando a outra face. O impacto cumulativo das asperezas é uma redução da área real de contato, que é importante quando se estabelecem forças de atrito.

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Fonte: https://wikipedia.org