VIII9 SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

SAO PAULO - S P

27 de novembro a 01 de dezembro

1972

SISMOGENESE E NEOTECTONICA DO SUL-DO BRASIL.

(ESTADO DE SAO PAULO)

TEMA : II

a

Alfredo Jose Simon Bjtrnberg

SISMOG2NESE E NEOTECTONICA DO SUL DO BRASIL

(ESTADO DE SAO PAULO)

1.

Introducao

2.

Sismogenese

3.

Subpressoes Provocadas em Reservatorios Artificiais e

Falhamentos.

4.

Camadas Profundas com Subpressoes Elevadas.

5.

Fatores Tectonicos

6.

Resumo e Conclusoes

7.

Consideracoes Finals

8.

Bibliografia

Geol.Alfredo J.S.Bjdrnberg*

Professor Titular de Geologia Aplicada da Escola de Engenharia deSao Carlos da Universidade de Sao Paulo.Chefe da Divisao de Geologia Aplicada da Promon Engenharia S.A.

J

1.

Introdugao

Em epocas recentes , tem ocorrido muitos terremotos, atribuidos

indiretamente a causas artificiais ou seja, a atividade humana.

f ponto pacifico que os abalos sismicos tem como origem primaria,

deslocamentos de blocos crustais que se atritam em regi6es

falhadas. Portanto, os terremotos estao condicionados as regi6es

fraturadas, de reconhecida fraqueza , onde a cr6sta terrestre e

mais delgada e onde ha tambem atividade vulcanica.

Os nucleos dos continentes , formados por rochas antiquissimas

(Pre-Cambrianas ), sao geralmente isentos de sismos, bem como de

modernas atividades vulcanicas , pois a crSsta nessas areas e

muito espessa . Tais areas sa'o denominadas escudos cristalinos.

Praticamente , todo o territorio brasileiro se situa sobre um

escudo deste tipo; o que tambem ocorre em partes dos territ6rios

africano , indiano, canadense, etc.

Atualmente , mesmo sobre areas estaveis como estas, tem havido

abalos de media a grande magnitude , cuja causa a atribuida ao

enchimento de reservatorios ou a injegoes de 113quidos nas

profundezas do subsolo . Este assunto merece atengao especial, se

considerarmos que enormes reservatorios de agua estao surgindo

ao longo de caudais brasileiros, como consequencia da execugao

de projetos hidroeletricos de vulto.

Na literatura especializada sobre o assunto, alem de numerosos

exemplos relacionando atividades sismicas com o preenchimento de

reservatorios d'agua ( Healy, Rubey , Griggs e Raleigh, 1968),

informa-se que os sismos resultantes podem atingir magnitudes da

ordem de 6 . 0 e consequentemente acarretar prejuizos importantes,

inclusive a propria destruigao da barragem (Narain e Gupta, 1968).

A atividade sismica so atinge magnitudes elevadas , quando o nivel

do relservatorio sobe a 100m ou mais de altura. A altura da

.2.

coluna d'agua a fator importante como elemento deflagrador do

abalo, muito mais que o proprio volume de agua do reservatorio

(Rothe, 1969).

Contrariamente ao que ocorre com os sismos naturais, os abalos

artificiais vao gradualmente aumentando de magnitude numa certa

regiao ate atingir um maximo (Lane, 1971). Quanto mais assismica

a regiao, tanto mais demorado o processo. Apos ter sido atingido

um maximo, a sismicidade sofre diminuigio marcante apos alguns

anos (Rothe, 1969).

Ha indicios de que a ocorrencia de sismos provocados artificialmente

exigem condig6es geologicas especiais , pois ha reservat6rios de

alto nivel d'agua onde no ocorreram terremotos.

0 fissuramento do macigo de fundacao parece ter importincia na

deflagradao de abalos sismicos, o que permite a circulacao de

agua sob pressa'o em zonas profundas.

2.

Sismogenese

Ultimamente, os estudos sobre a origem dos terremotos sofreram

uma rapida evolugao , tanto no que diz respeito as observago-es,

quanto em relagao as investigacoes teoricas e experimentais

utilizadas.

Atualmente acredita-se que, em certa epoca geologica, a partir

de um unico continente (Pangeia), ocorreu uma separagao gradual

de grandes blocos da crosta, devida a um deslocamento lento de

camadas subcrustais denominadas placas. Segundo investigacoes

recentes, tais placas se deslocam a partir de uma faixa de

atividade vulcanica e tectonica (Figura 1), geralmente localizada

em area oceanica (dorsais oceanicas).

As placas se afastam perpendicularmente das dorsais em movimento

irregular, umas se deslocando mais que as outras , havendo entre

I

.3.

Figuras 1 e 2

ZONA AROUEADA DO CONTINENTE OCEANO DORSAL OCEANICAIV / „

TRANSFORM FAULTS

FALH A INVERSA

COMPRESSAO HORIZONTAL(ENCURTAMENTOCRUSTAL)

FALHA NORMAL

'4 I

AROUEAMENTOABERTURA POR TRA^AO

FALHA TRANSCORRENTE

de

a3

1173

6'i

Fioura 2

.4.

cada placa e a vizinha grandes fraturas denominadas "transform

faults", focos de atividades vulcanicas e sismicas (Hammond,

1971).

Acredita -se que tais fraturas se prolongam dos oceanos para o

interior dos continentes . Como exemplo brasileiro , pode-se citar

o Vale do Paraiba e a Serra do Mar , cuja orientadao e a mesma

que a das fraturas oceanicas ja mencionadas de mesma latitude,

orientadas aproximadamente a N70E.

As tensoes responsaveis pelos fraturamentos citados, se desenvolvem

devido as correntes conveccionais do manto, camada subcrustal de

aproximadamente 2.900km de espessura . Estas correntes movem-se

lentamente , transferindo as placas e a crosta dois tipos

principais de esforgos : os esforgos tangenciais e os esforgos

normais . Os primeiros Sao os responsaveis pela movimentagao

horizontal dos blocos , e os segundos determinam os arqueamentos

crustais ( Figura 1 ). Dessa forma , desde apocas remotas , a cr6sta

vem sofrendo fraturamentos recorrentes, ate mesmo em areas

estaveis como as do Escudo Cristalino do Brasil , ja referido

anteriormente.

Em ordem decrescente de importancia , os falhamentos no Sul do

Brasil ( Bacia do Parana) sao: transcorrentes , normais e inversos

( representados na Figura 2).

Excetuando -se os inversos , quando se verifica encurtamento de uma

regia'o terrestre , os demais falhamentos inicialmente necessitam

de espago para onde os blocos crustais possam se deslocar. Por

outras palavras , os falhamentos transcorrentes e normais so se

desenvolvem em areas de arqueamento da crosta, uma vez que tal

tectonismo e o unico capaz de gerar as condigoes adequadas ja

referidas.

As camadas da Bacia do Parana, regionalmente se inclinam de SE

para NW , ou seja, da borda litoranea rumo a calha do rio de

mesmo nome . Acredita -se que a parte mais perturbada esteja a

leste, onde o arqueamento 9 mais ativo, porque all' se encontram

. 54

zonas de cisalha..,ento tectonico de mais de um quilometro de

largura, apresentando rejeitos (deslocamentos ) de varias centenas

de metros. Para o interior, os rejeitos sao de menor amplitude,

indicando condi. G6es de arquc,.,,,ae,,to ;;ienos exageracias.

Como existe uma correlagao direta entre os terremotos e os

falhamentos crustais, a previsao dos sismos em determinada area

associa-se diretamente as condicoes tect6nicas dessa mesma area.

Isto quer dizer,que os maiores abalos deverio ocorrer na borda

da referida bacia sedimentar.

3.

Subpressoes Provocadas em Reservatorios Artificiais e Falhamentos

Quando a agua penetra nos intersticios de uma rocha, ha uma

redugao das tenses princirais (Hubbert e Rubey, 1959), que atuam

nos pianos de fratura. Esse fato podera ser interpretado num

diagrama de Mohr como um deslocamento dos circulos para a

esquerda

Se o deslocamento for suficiente para atingir a envoltoria

critica de cisalhamento, este ocorrera devido a subpressa-o

elevada. Esta situagao tambem podera ser representada pela

equacao modificada de Mohr-Coulomb (Evison, 1970):

-5 = Q + (\,- - kk) tg 6 em que

C,: coesac

1N= tensio normaln

U= pressao neutra

tg,6= coeficiente de atrito

Entretanto, deve-se considerar que tanto a carga da agua como a

pressao neutra desenvolvida sob os reservatorios artificiais

sao insuficientes para produzir o falhamento.

Ha sempre necessidade de se contar com tenso-es naturais elevadas

I

. 6 0

para que ocorra um terremoto, e estas surgem devido a condicoes

tectonicas especiais,como referimos anteriormente.

Outro fato a ser considerado a de que o foco sismico geralmente

se localiza a alguns quilometros de profundidade , onde a carga

produzida pela agua do reservatorio ja se encontra muito

diminuida. Deve-se lembrar tambem que a agua teria que penetrar

naquela profundidade para produzir pressoes neutras atuantes.

Isto so podera ocorrer ( contando -se exclusivamente com agua

proveniente da superficie) pela abertura da crosta, portanto

nos locais de maior arqueamento crustal.

4.

Camadas Profundas com Subpress6es Elevadas

A maioria dos derrames basalticos da Bacia do Parana (parte

central ), se apoia sobre as camadas do Arenito Botucatu. Esta

rocha , de alta porosidade e permeabilidade , esta confinada entre

camadas impermeaveis em profundidade ; e, devido a sua inclinagao

de cerca de 13' para o interior da Bacia do Parana ( Considerando-

se a parte NW da mesma ), forma importante aquifero , normalmente

com caracteristicas artesianas.

Pode -se deduzir que na calha do Rio Grande, em confluencia com o

Rio Parana , a subpressao devera ser de aproximadamente 150kg/cm2.

Conforme citamos anteriormente, esta seria por si so suficiente

para deflagrar abalos sismicos em condicoes tectonicas favoraveis.

Um pequeno acrescimo de subpressao da ordem de 5kg/cm2, quando

do enchimento do reservatorio , no alteraria o quadro geral do

problema . Deduz-se dai, que o fator subpressao , produzido pelo

enchimento do reservatorio , no sera responsavel por novos

abalos nessa regiao.

A SE, fora da bacia sedimentar , sobre rochas metamorficas e

igneas do Complexo Cristalino , existem zonas cisalhadas de ate

centenas de metros de largura, extendendo-se a varios quilometros

. 7 .

de profundidade , que poderao ligar-se hidraulicamente a um

determinado reservat6rio , alcangando ni'veis profundos e causando

subpress6es elevadas sob a area de inundaga-o ou em regi6es pr6ximas

a mesma.

Nesse caso , o enchimento do reservatorio poderia conduzir a uma

completa mudanga no quadro geologico e ecologico da regio, com

a possibilidade de serem deflagrados terremotos . Entretanto, como

ja foi apontado anteriormente, isto so seria possivel havendo

espago e tens6es adequadas para o deslocamento dos blocos.

A tabela I mostra a frequencia em porcentagem de sismos em varias

areas do territorio brasileiro . Apesar desses dados terem sido

obtidos atraves de informacoes verbais, passiveis de imprecis6es,

eles nos dao uma ideia sobre a possibilidade da ocorrencia

futura de terremotos nessas areas.

Informacoes sobre os efeitos dos variossismos do centro-norte da

Bacia do Parana permitem-nos assumir valores de aceleragio

horizontais da ordem de 0,005g a 0,03g no se prevendo terremotos

naturais de maior magnitude nessa area; as razoes serio

apontadas mais adiante.

5.

Fatores Tect6nicos

Cerca de 300 medidas estruturais realizadas nos macigos basa1ticos

da regiao de Sao Jose do Rio Preto ate a confluencia do Rio Grande

e Rio Parana deram em media fraturamentos predominantes em tres

direg6es:

1- N1OW a N20E

2- N70W a EW

3- N70E a EW

Verticais e subverticais predominantemente

Em varios casos detectaram -se estrias de atrito nas fraturas

subverticais e subhorizontais dos basaltos e dos sedimentos

.8.

TABELA I

Frequencia de Abalos em Varias Re,:-I''6es do Brasil

Minas Gerais - 23%

Ceara 16,5%

Mato Grosso - 15,0%

Rio Grande do Norte - 9,8%

Goias - 6,5%

Rio de Janeiro - 6,5%

Sa`o Paulo - 6,5%

Bahia - 6,5%

Pernambuco - 4,9%

Rio Grande do Sul - 1,6%

Maranhao - 1,6%

Espirito Santo - 196%

.9.

cenozoicos do leito do referido rio. A orientagao principal das

estrias em questao a N60W. Face a esses dados estruturais

torna-se clara a atuagao de tenses compressivas horizontais nas

direg6es aproximadas de N60W e N30E conforme criterio de

Badgley (1959).

Assim, na regiao mencionada as condigoes tectonicas , mesmo na

superficie do terreno , sao de confinamento crustal, com baixa

probabilidade de terremotos.

Entretanto, deve-se observar que, ao longo do Rio Grande, ha

trechos em que a erosao escavou profundo canal, as vezes com

varias dezenas de metros abaixo das margens . Tensoes residuais,

de carater horizontal, nesta faixa/podera-o provocar o deslocamento

de blocos do macigo rochoso em diregao as areas erodidas,

principalmente onde houver desmontes artificiais do macigo rochoso

pelo use de detonagoes. Nesse caso, a expansao dos gases do

explosivo nas fissuras diminue o atrito entre blocos do macigo,

facilitando sua movimentagao (Deere, 1972).

A NE, na borda da Bacia do Parana, a posigao das fraturas

cisalhantes segue aproximadamente o mesmo esquema mencionado

anteriormente ; entretanto , o maior grau de fraturamento ocorre

no quadrante NE-SW o que levou Wernick ( 1972 ) a situar os

principais esforgos compressivos da area aproximadamente a N60E.

A leste do Estado, repete-se novamente a padronagem de fraturas

da parte norte, com dois conjuntos de maior frequencia um

aproximadamente a N70E e outro a N30W . Ambos os sistemas tem

aproximadamente a mesma frequencia , ora predominando um, ora o

outro, em regi6es vizinhas.

Entretanto , os cisalhamentos mais longos se desenvolvem na

diregao N70E.

6.

Resumo e Conclus6es

.10.

6.1.

0 fator mais importante que conttibue para a ocorrencia de abalos

sismicos numa dada regiao e o estado de tensao dos macigos

rochosos da area considerada.

6.2.

Os abalos sismicos sao deflagrados , onde ocorrem arqueamentos da

crosta com a abertura de espago para a movimentacao de blocos

crustais. Nessas regioes a normal r3 apresentar valores baixos,

inclusive negativos , e a diferenga entre V1 e qJ3 atinge valores

tais, que o circulo de Mohr intercepta a envoltoria critica de

cisalhamento.

6.3.

Com o enchimento de um reservatorio sobre uma area arqueada, onde

existem falhamentos normais, V1 (vertical), que ja possue

valores elevados , a acrescido da cat-ga d ' agua contida no

reservatorio , constituindo um fator a mais a deflagar abalos.

Entretanto , constitue entre nos fator de pequena importancia,

pois a carga de enchimento a uma fraga"o diminuta da carga do

macigo rochoso envolvido no processo.

6.4.

A agua dos reservatorios que se encontram sobre falhamentos pode

penetrar por essas fraturas a grandes profundidades ( dezenas de

quilometros ), desenvolvendo press6es neutras elevadas que

diminuem os valores de 7n nos pianos cisalhantes , inclusive em

zonas profundas que se encontram fora da area do reservatorio,

deflagrando abalos sismicos. Medidas de levantamento ("up lift")

dessas regioes apos o enchimento do reservatorio dao indicag66es

importantes sobre a atuagao das press6es neutras induzidas na

area investigada.

6.5.

Ao norte do Estado de Sao Paulo , sobre sedimentos e efusivas

basicas da Bacia do Parana , as investigag6es estruturais indicam

no haver condigoes de sismicidade artificial. As razoes sao as

seguintes:

6.5.1.

Existencia de subpressoes naturais elevadas no Arenito Botucatu

sotoposto e intercalado nas efusivas basicas.

6.5.2.

A orientagao das fraturas indica valores muito proximos entre }rle T'3 na regiao considerada , nao havendo possibilidade de

refissuramento nem condign"es para grandes deslocamentos crustais

em virtude do fraco arqueamento da regiao.

6.5.3.

Ao longo do Vale do Paraiba e a Leste do Estado, o arqueamento

e mais intenso e as zonas fraturadas e cisalhadas sobre rochas

igneas e metam6rficas ( Complexo Cristalino) oferecem melhores

condigoes para a infiltragao de agua e desenvolvimento de

subpress6es elevadas , havendo maior probabilidade de ocorrencia

de sismos artificiais.

7.

Consideracoes Finais

A previsao de terremotos produzidos artificialmente ainda se baseia

em dados extremamente precarios , devendo -se instalar com a maior

antecipagao possivel estagoes sismicas na area de implantacao de

barragens.

Investigag6es geologicas estruturais de detalhe deverao ser

efetuadas em todas as areas de reservatorio e a jusante , incluindo

falhamentos que possam estar diretamente ligados ao mesmo.

As investigagoes de subsuperficie deverao incluir medidas da

tensao residual da rocha em profundidade e medidas de

permeabilidade do macigo rochoso nas areas falhadas do reservatorio

e suas adjacencias.

Com os conhecimentos atuais, sabemos que as informacoes obtidas

atraves das investigag6es propostas anteriormente no serao

,12.

suficientes para prever a ocorrencia de abalos, em geral, numa

certa regigo, ou numa regiao de implantacao de reservatorio.

Porem, o que necessitamos no momento sao de elementos cdpdzes

de nos orientar no estabelecimento de correlag6es e interpretagooes

que,num futuro proximo,nos indicariam melhor quaffs os problemas

a serem enfrentados durante o enchimento de reservatorios, e os

eventos que poderao ocorrer face aos dados conhecidos,

Acreditamos que investigacoes pre e pos-construtivas nos darao

a experiencia necessaria para prever intensidades e locacao deabalos sismicos dentro de um esquema mais realistico.

.13.

Bibliograf=..

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