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MIN-242 (C2) MECANICA DE ROCAS
PROFESOR : SOLEDAD MAASS V.
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Deformacin
Es la respuesta de un material ante la aplicacin de un esfuerzo.
Se mide en trminos del cambio en forma, tamao, orientacin y ubicacin , antes y despus de la aplicacin del esfuerzo.
Las rocas pueden comportarse de 3 maneras frente a la aplicacin de un esfuerzo
1. Comportamiento elstico
2. Comportamiento plstico
3. Comportamiento elasto-plstico
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Deformacin Elstica
Se dice que un cuerpo es perfectamente elstico cuando la relacin entre esfuerzo y deformacin es constante y el cuerpo puede recuperar su forma original al cesar el esfuerzo deformante.
Lmite elstico
=
Las deformaciones elsticas no producen estructuras geolgicas. Las estructuras geolgicas, son resultados de deformaciones permanentes ( componente plstica de deformacin). Las deformaciones elsticas de las rocas , en donde no se sobrepasa el lmite elstico no se pueden identificar . Un roca se denomina FRGIL cuando tiene un comportamiento elstico. Es decir, cuando tiende a fracturarse perdiendo su cohesin interna.
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Constantes de Elasticidad
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Deformacin Plstica
Es cuando la relacin entre esfuerzo y deformacin no es constante y al retirar el esfuerzo , el cuerpo no logra recuperar su forma original quedando con una deformacin permanente sin fracturarse.
Un roca se denomina DCTIL cuando tiene un comportamiento plstico . Es decir, cuando tiende la capacidad de sufrir deformaciones internas sin fracturarse.
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Deformacin Elasto-plstica
En la prctica las rocas presentan un comportamiento intermedio, deformndose inicialmente de una manera elstica , hasta alcanzar el lmite elstico. A partir de este punto, se produce una deformacin plstica . El comportamiento plstico tambin tiene un lmite , sobre el cual se producen fracturas.
Lmite elstico
Lmite plstico fractura Un roca se denomina FRGIL-DCTIL cuando tiene un comportamiento elasto-plstico , es decir , cuando se observan deformaciones frgiles y dctiles.
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Deformacin
La deformacin de la roca puede implicar uno o varios de los siguientes cambios:
Translacin
Rotacin
Deformacin interna
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Translacin
Todas las partculas del material se desplazan la misma distancia a lo largo de vectores paralelos
Inicial Final
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Rotacin
Todas las partculas del material rotan en torno a un eje de rotacin imaginario en sistema de coordenadas definido.
Inicial
Final
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Deformacin Interna
Las partculas que conforman el material sufren un cambio de posicin , generando una deformacin visible .
Existen 4 tipos de deformacin interna:
Deformacin Homognea
Deformacin Heterognea
Deformacin Continua
Deformacin Discontinua
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Deformacin Homognea
Todas las partculas se deforman de la misma manera , conservando el rea y volumen del material.
Inicial
Final
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Deformacin Heterognea
Las partculas se deforman de manera diferente , y no se conserva el rea y volumen del inicial del material.
Inicial Final
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Deformacin Continua
Las partculas que conforman el material se mantienen unidas. Puede ser una deformacin continua homognea o deformacin continua heterognea.
Inicial Final
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Deformacin discontinua
Existe una discontinuidad que separa las partculas que conforman el material no pudiendo mantenerse unidas.
Inicial Final
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Factores de deformacin
Se refiere a las condiciones ambientales que afectan y condicionan el tipo de deformacin que puede sufrir un determinado material. Si estas condiciones cambian , la resistencia del material tambin cambia.
1. Temperatura
2. Presin
3. Fluido
4. Tiempo y velocidad
5. Material
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Factores de deformacin
Factores de deformacin Aumenta Disminuye
Temperatura Menor resistencia Mayor ductilidad antes de fallar
Mayor Resistencia Mayor fragilidad
Presin Mayor Resistencia Mayor ductilidad antes de fallar
Menor Resistencia Mayor fragilidad
Fluido Aumenta presin confinante. Facilita la deformacin
Disminuye presin confinante.
Tiempo y velocidad A mayor velocidad y menor tiempo:
Menor resistencia Mayor fragilidad
A menor velocidad y mayor tiempo:
Mayor resistencia Mayor ductilidad
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Material
Si un material posee igual resistencia a los esfuerzos a pesar de la direccin de aplicacin de estos, se denomina isotrpico y no tiene direcciones preferenciales de fallamiento.
Si un material posee diferentes resistencias a los esfuerzos dependiendo de la direccin de aplicacin de estos, se denomina anistropo y tiene direcciones preferenciales de fallamiento.
El tipo de roca define la resistencia ante los esfuerzos.
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Esfuerzo Efectivo
Al aplicar un esfuerzo total en una porcin de roca que contenga fluidos, parte de ste ser soportado por el fluido contenido en los poros. Como el fluido soporta parte del esfuerzo, la matriz de la roca slo est afectada por la componente del esfuerzo efectivo.
Para graficar el fenmeno usaremos la definicin de esfuerzos efectivos en suelos. Consideremos un agregado granular, poroso, sujeto a una compresin en todas direcciones, tal que se desarrolla en el fluido intersticial una presin de fluidos p.
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poros
Presin de poros (P)
grano
Cierre de poro en respuesta del esfuerzo compresivo que tiende a juntar las partculas.
En su forma ms simple, la relacin entre estos esfuerzos es:
- p = Donde = esfuerzo efectivo. Para determinar la presin de poros existen instrumentos especficos .
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La presin de fluidos reduce el stress normal que acta en un plano arbitrario, pero no afecta al stress de cizalle.
Si los esfuerzos totales y efectivos son ploteados en un crculo de Mohr, esta relacin se hace evidente.
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Fracturas
Son superficies a lo largo de las cuales el material ha perdido cohesin. Es decir, superficies a lo largo de las cuales una roca o mineral se ha roto. Las fracturas se distinguen por el movimiento relativo que ha ocurrido a lo largo de ellas durante su formacin.
Fracturas de extensin. Presentan movimiento relativo perpendicular a las paredes de la fractura.
Fracturas de cizalle. El movimiento relativo es paralelo a la superficie de fractura.
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Diaclasas
Fracturas que muestran un muy pequeo desplazamiento normal a su superficie y nada o muy pequeo desplazamiento paralelo a las superficies de fractura.
En general no hay evidencia de deslizamiento paralelo al plano.
Set de diaclasas: Muchas diaclasas vecinas que tienen geometra comn conforman colectivamente un set de diaclasas.
Diaclasas sistemticas: Caracterizadas por una geometra ms o menos plana, orientacin regular y paralela y espaciamiento regular.
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Diaclasas
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Diaclasas
Diaclasas no sistemticas: Son curvadas y de geometra irregular. Pueden ocurrir en un set a escala regional. En general, terminan contra diaclasas ms antiguas que comnmente pertenecen a un set sistemtico.
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Diaclasas
Diaclasas de exfoliacin :Fracturas de extensin curvas, subparalelas a la topografa.
En general, son las ms recientes, aunque pueden estar en algunos casos intruidas por diques. Generalmente en rocas plutnicas.
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Diaclasas
Diaclasas columnares: Fracturas de extensin caractersticas de intrusiones gneas tabulares superficiales, diques o filones manto. Las fracturas separan la roca en columnas ms o menos hexagonales o pentagonales orientadas perpendicularmente a la superficie de contacto entre el cuerpo gneo y la roca circundante (de caja).
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Venas o vetillas
Fracturas de extensin rellenas por depsitos minerales.
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Tensin Gash (grietas de tensin):
Fracturas de extensin, usualmente rellenas por minerales, que se pueden formar a lo largo de zonas de cizalle dctil.
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Planos individuales de fracturas no tienen extensin indefinida (ilimitada). Observaciones de terreno indican que una diaclasa puede:
Simplemente desaparecer
Curvarse y desaparecer
Ramificarse y desaparecer
Curvarse en una diaclasa preexistente
Segmentarse en un set en echelon de pequeas fracturas de extensin
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Espaciamiento de las fracturas
El espaciamiento de las fracturas en un set sistemtico puede ser medido en trminos, del promedio de las distancias medidas perpendicularmente a las fracturas, o bien del nmero promedio de fracturas encontradas en una distancia dada (normal a la fractura).
En el primer caso, el espaciamiento queda representado por una distancia (20 cm);
En el segundo caso est representado por la frecuencia de fracturas ((nmero de fracturas)/m).
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Espaciamiento (S): Distancia media perpendicular entre los planos de un mismo set.
Frecuencia (FF): Inverso del Espaciamiento.
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Fallas
Superficie o zona delgada a lo largo de la cual un lado se ha desplazado con respecto al otro, en una direccin paralela a la superficie o zona.
Muchas fallas son fracturas de cizalle frgil (zonas de fracturas de cizalle cercanas).
Algunas, sin embargo, son zonas angostas de cizalle con deformacin dctil, donde el movimiento ocurre sin prdida de cohesin a la escala del afloramiento.
Se usa el nombre falla, para distinguir fracturas de cizalle o zonas que se extienden por varios metros o kilmetros.
A escala centimtrica se denominan fracturas de cizalle y a escala milimtrica o menor, microfallas.
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Fallas Las fallas son rasgos estructurales de primera importancia en la superficie de la tierra. Ellas afectan bloques de corteza que pueden llegar a tener reas de miles o millones de kilmetros cuadrados: incluyen, por ejemplo, lmites de placas de varios miles de kilmetros de largo.
Ref: Twiss y Moores (1992)
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Tipos de Fallas
Una falla divide un macizo rocoso en dos bloques de falla.
Para una falla inclinada los gelogos han adoptado para denominar esos bloques los trminos mineros techo y piso.
Para fallas verticales, los lados se denominan segn los puntos cardinales. En trminos de su inclinacin, las fallas se clasifican como fallas de alto ngulo si el manteo es mayor que 45 , y fallas de bajo ngulo si el manteo es menor.
Las fallas se diferencian, dependiendo de la orientacin del desplazamiento relativo de un bloque con respecto a otro, en tres categoras.
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Fallas de desplazamiento en el rumbo (fallas de rumbo): desplazamiento paralelo al rumbo de la superficie de falla.
Fallas de desplazamiento en el manteo (fallas de manteo): desplazamiento paralelo al manteo de la superficie de falla.
Fallas de desplazamiento oblicuo (fallas oblicuas): el vector desplazamiento est inclinado en la superficie de falla.
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Las fallas en trminos del movimiento relativo pueden ser: Fallas normales: fallas de desplazamiento principal en el manteo, inclinadas, en las cuales el techo se mueve hacia abajo con respecto al piso. Fallas inversas: fallas de desplazamiento principal en el manteo, inclinadas, en las cuales el techo sube con respecto al piso. Fallas de rumbo: fallas donde el vector desplazamiento es horizontal. Pueden ser descritas como dextrales, si mirando desde el bloque opuesto el bloque observado parece desplazado hacia la derecha; o siniestrales, si el bloque opuesto se ve desplazado a la izquierda.
