Geología Estructural 2012 Mecanismos de deformación Deformación frágil. Criterios de ruptura

Transcripción

1 Geología Estructural 2012 Mecanismos de deformación Deformación frágil. Criterios de ruptura Modos de fracturamiento. Criterios de ruptura para fracturas neoformadas. Envolvente de Mohr. Principio de Navier. Criterio de fractura de Coulomb- Navier. Criterio de Griffith. Zonas de grietas sin cizalla. Regla de Hartman y ley de Anderson para fallas. Cesión en fracturas heredadas. Deslizamiento friccional, asperezas. Leyes de deslizamiento friccional. Primera ley de Amonton, coeficiente de fricción de deslizamiento. Ley de Byerlee. Relación entre la envolvente para fracturas heredadas y neoformadas en el círculo de Mohr para esfuerzos. Rl de los fluidos. Esfuerzo normal efectivo; su expresión en el círculo de Mohr para esfuerzos. Laboratorio de Neotectónica (LANEO)

2 Modos de fracturamiento frente de propagación Modo I Apertura Modo II Deslizamiento Modo III Desgarre

3 Criterios para la ruptura frágil Debemos distinguir entre Fallas neoformadas Fallas heredadas Angelier (1994)

4 Condiciones de ruptura Ecuaciones de Esfuerzo θ = Cos 2θ 2 2 θ = 1-3. Sen 2θ 2 σ 1 θ σ 3 τ θ σ 3 σ θ σ 1 Laboratorio de Neotectónica (LANEO)

5 ESFUERZOS Círculo de Mohr para esfuerzos τ. θ = Cos 2θ 2 2 θ = 1-3. Sen 2θ 2 α 2 θ α σ 3 σ1 σ Laboratorio de Neotectónica (LANEO)

6 Condiciones de ruptura Ecuaciones de Esfuerzo θ = Cos 2θ 2 2 θ = 1-3. Sen 2θ 2 σ 1 θ Cuándo se generarán fallas? Cuándo se generarán diaclasas de apertura? σ 3 τ θ σ θ σ 3 Regla de Hartman: El esfuerzo ppal. es bisectriz a los planos de ruptura conjugados σ 1 Laboratorio de Neotectónica (LANEO)

7 Criterios de ruptura. Fallas neoformadas 2θ σ Allmendinger 1987

8 Criterios de ruptura Fallas neoformadas Envolvente de Mohr 2θ σ

9 Criterios de ruptura Fallas neoformadas 2θ Principio de Navier (1833): 2θ = 90 - θ= 45 - /2 Criterio de fractura de Coulomb-Navier θ = o +. tg o = cohesión tg = coeficiente de fricción interna =

10 Criterios de ruptura Fallas neoformadas Criterio de fractura de Coulomb-Navier θ = o + θ. tg θ = o + θ. Tramo IV: Sin resistencia friccional = 0 Tramo III: Criterio de C-N Tramo II: Esfuerzos negativos. 0. Criterio de Griffith Tramo I: =0 Sin cizalla. Grietas

11 Ley de Anderson Anderson en 1942 definió tres grupos de fallas en función a los esfuerzos principales. Consideró que no existen esfuerzos de cizalla paralelos a la superficie terrestre, por lo que uno de los tres esfuerzos principales debe ser perpendicular a ella. Los otros dos son horizontales. Usando = 30 y la regla de Hartman, predice la orientación de las fallas en función de los esfuerzos.

12 Cesión en fallas heredadas Deslizamiento friccional Fricción es la resistencia al movimiento entre dos cuerpos que se deslizan entre sí a través de una superficie de contacto. Las superficies de falla nunca son perfectamente suaves y planas, especialmente a escala microscópica. Las irregularidades e imperfecciones micro a mesoscópicas, llamadas asperezas incrementan la resistencia al deslizamiento friccional. Allmendimnger 1987

13 Fallas heredadas Leyes de deslizamiento friccional Para que ocurra un desplazamiento apreciable a lo largo de un plano de falla, debe ser superado el coeficiente de fricción a lo largo de ese plano. Las leyes relacionadas a la fricción corresponden a G. Amontons (1699).

14 Leyes de deslizamiento friccional La primera ley de Amonton establece que la fuerza tangencial paralela a la superficie de fractura, necesaria para iniciar el deslizamiento, es directamente proporcional a la fuerza normal a la superficie de fractura. La constante de proporcionalidad ( ms) es el coeficiente de fricción de deslizamiento = s. n Es similar a las condiciones de deslizamiento sobre fallas neoformadas θ = o + θ., con o = 0

15 Fallas heredadas (reactivación). Ley de Byerlee Byerlee (1978) tabuló el coeficiente de resistencia friccional de muchas clases de rocas bajo un esfuerzo normal variado. Bajo esfuerzos normales bajos se ve que = 0,85. n con una alta dispersión debido a las rugosidades de las superficies. Para esfuerzos normales altos esas rugosidades no son tan importantes y la recta responde a = 0,5 + 0,6 n. Yeats et al. 1997

16 Ley de Byerlee La relación de Byerlee para la mayor parte de las rocas es de 0,85 e indica que el coeficiente de fricción de deslizamiento es independiente del tipo de roca. Los fluidos, algunos minerales arcillosos o cualquier cosa que debilite la roca podría causar la cesión a valores más bajos que el predicho.

17 Influencia de anisotropías previas (Fallas heredadas) Círculo de Mohr Allmendinger 1987

18 Rol de los fluidos Hubbert y Rubey (1959) demostraron que los fluidos juegan un importante rol en el fallamiento: el efecto lubricante de los fluidos en una zona de falla es un efecto de flotación que reduce el efecto de cizalla necesario para permitir que la falla se deslice, en la medida que la presión de fluidos reduce el esfuerzo normal sobre el plano de falla. El esfuerzo resultante es el esfuerzo normal efectivo (S) que se puede determinar sustrayendo la presión de fluidos (P) del esfuezo normal ( n ). La presencia de agua sobrepresionada se expresa de la siguiente manera = s. n = s ( n PW) = ss

19 En el círculo de Mohr, la presión de fluidos se expresa haciendo desplazar n = ( )/ 2 (el centro del círculo) a la izquierda, oponiéndose a la presión media. Rol de los fluidos

20 La introducción de fluidos sobrepresionados aumentando la presión de poros mantiene 1-3 constante (el tamaño del círculo de Mohr es el mismo) y desplaza a la izquierda el círculo, (como si nos fuéramos a condiciones más superficiales), pudiendo alcanzar para 3 valores de cero o negativos (esfuerzos tensionales). Rol de los fluidos

21 Rol de los fluidos Ejemplos. En los deslizamientos de tierra o avalanchas. En falla con fluidos sobrepresionados. Bloqueo de fallas por retiro de agua subterránea. Distintas condiciones a lo largo de una misma falla extensa.