Conceito de Esforço (Stress)

Regiões estáveis da crosta terrestre

As regiões estáveis são aquelas onde um elemento rochoso localizado a uma certa profundidade é submetido apenas à pressão exercida pelo material sobrejacente (pressão litostática). Neste caso, o esforço é isotrópico, do tipo hidrostático: num determinado ponto da crosta, a sua intensidade é a mesma em qualquer direção.

O esforço isotrópico pode ser representado por uma esfera centrada no ponto considerado. Frequentemente, a pressão litostática (ou de confinamento) é representada por σ1 (sigma um).

Deve-se notar que regiões atualmente estáveis podem ter sido ativas no passado e vice versa.

Regiões tectonicamente ativas da crosta terrestre

Nas regiões tectonicamente ativas, o esforço imposto sobre um elemento rochoso varia em função da direção em torno do ponto considerado. Além da pressão litostática, a rocha é submetida a esforços de origem tectônica.

São esforços anisotrópicos, triaxiais, e podem ser representados por elipsóide do esforço ou tensão.

Conceitos básicos de stress

O estado de tensão propicia deformação ou movimentação (cinemática) e resulta na forma final (geometria) da rocha. Os objetos podem ter contato físico ou interagir à distância em um campo de força.

A força (F) é um vetor quantidade, o qual tem magnitude (comprimento) e direção. A magnitude é medida usando-se a unidade métrica padrão Newton (N), onde 1N = 1kgm/s².  A força pode mudar a velocidade ou a forma dos objetos.

A força ou tração é o agente responsável pelos movimentos das rochas submetendo-as a solicitações diversas. Caso a solicitação seja tangencial ocorre o cisalhamento, que pode ser subdividido em componente normal (σ_n) e componente de cisalhamento (σ_s).

A intensidade da força (ou tração) depende da área da superfície por onde é distribuída.

Stress é um vetor quantitativo chamado tração, definido como uma força (F) por unidade de área (A). Stress significa “tensão“ ou “esforço”. A tensão é a força/área (N/m²) necessária para produzir deformação (strain).

Um corpo rochoso está submetido a dois esforços, o litostático (similar à força da gravidade) e o tectônico. Ambos podem ser representados por elipsóides de tensão.

Stress e pressão são quantidades físicas iguais, mas têm diferentes contextos de uso.

•        Quando usar stress (σ): esforço direcional, materiais resistentes ao cisalhamento e todas as rochas e sedimentos.

•        Quando usar pressão (P): campo de esforços hidrostáticos, materiais com resistência ao cisalhamento negligenciável e qualquer fluido ou gás.

Stress de um ponto

As rochas e minerais em subsuperfície experimentam esforços em todas as direções.

 Esses esforços dão surgimento a um campo de stress ou estado de stress que atua em um dado ponto dentro da rocha.

O stress de um dado ponto não pode ser descrito a partir de um único vetor de tração, como ocorre no stress de superfície, mas é definido por um número infinito de vetores de tração de todas as orientações possíveis.

Em geral no interior de um grande corpo geológico, a orientação do stress varia de lugar para lugar, dependendo de vários fatores (espessura da crosta, reologia do material, natureza de estruturas pretéritas, existência de descontinuidades). Essa variação é conhecida como campo de tensão, que pode ser representado e analisado pelo digrama da trajetória de stress.

Nestes diagramas as linhas mostram a contínua variação na orientação do stress principal, considerando que σ₁ (S_max) sempre é perpendicular a σ₃ (S_min).

Os eixos do elipsoide (esforços principais) são, de maneira geral, definidos como

•        σ1 – eixo maior, ou esforço principal máximo, que corresponde sempre a uma compressão;

•        σ2 – eixo intermediário, ou esforço principal intermediário, que, dependendo do caso, pode corresponder a uma compressão ou tração.