ΦΥΣ16 - Τάση και παραμόρφωση

1

Τάση και παραµόρφωση

Αλέξανδρος Χατζηπέτροςusers.auth.gr/ac

2

Πώς παραµορφώνονται τα πετρώµατα;

� Οι τεκτονικές δυνάµεις δρουν συνεχώς στη λιθόσφαιρα και προκαλούν τη συµπίεση, τον εφελκυσµό, τη θραύση και την πτύχωση των πετρωµάτων.

� Η ενεργειακή πηγή είναι η θερµότητα της Γης, η οποία µετατρέπεται σε µηχανική ενέργεια.

12:06 chatzipetros.weebly.com

2

3

Τάση

� Η οµογενής τάση είναι η συνθήκη κατά την οποία η τάση που ασκείται σε ένα σώµα είναι ίση σε όλες τις κατευθύνσεις.� Στα πετρώµατα είναι επίσης και περιοριστική

τάση, επειδή κάθε σώµα πετρώµατος στη λιθόσφαιρα περιορίζεται από τα άλλα πετρώµατα γύρω του.

� Η διαφορική τάση είναι η τάση που δεν είναι ίση σε όλες τις διευθύνσεις.


4

∆ιαφορικές τάσεις

� Υπάρχουν τρία είδη διαφορικών τάσεων:

� Εφελκυστική τάση, που επιµηκύνει το πέτρωµα.

� Συµπιεστική τάση, που επιβραχύνει το πέτρωµα.

� ∆ιατµητική τάση, που προκαλεί πλάγια παραµόρφωση.


3

Απαραµόρφωτο πέτρωµα

Εφελκυστική τάση Συµπιεστική

τάση

∆ιατµητική τάση

12:06 chatzipetros.weebly.com 5

6

Το ελλειψοειδές των τάσεων


4

7

Στάδια παραµόρφωσης

� Όταν ένα πέτρωµα υπόκειται σε πιέσεις, τότε περνά από τρία στάδια παραµόρφωσης µε την αύξηση της τάσης:� Ελαστική παραµόρφωση είναι µία αναστρέψιµη

αλλαγή στον όγκο ή στο σχήµα ενός πετρώµατος.

� Πλαστική παραµόρφωση είναι µία µη αναστρέψιµη αλλαγή στο σχήµα και / ή στον όγκο ενός πετρώµατος που ξεπέρασε το ελαστικό όριο.

� Θραυσιγενής παραµόρφωση είναι η θραύση του πετρώµατος όταν ξεπεραστεί τόσο το ελαστικό, όσο και το πλαστικό όριο παραµόρφωσης.


Γενικά, η παραµόρφωση δίνεται από τον παρακάτω τύπο:

L0: αρχικό µήκος

L1: τελικό µήκος

Σε ένα στερεό η παραµόρφωση υπολογίζεται από τον τύπο:

V0: αρχικός όγκος

V1: τελικός όγκος12:06 chatzipetros.weebly.com 8

5

Ελαστικό όριο

Θραύση

Παραµόρφωση

Τάση

Παραµένουσα παραµόρφωση


10

Πλαστική παραµόρφωση και θραύση

� Ένα θραυσιγενές (εύθραυστο) σώµα παραµορφώνεται µε διάρρηξη.

� Όσο ψηλότερη είναι η θερµοκρασία, τόσο περισσότερο πλαστικό και λιγότερο θραυσιγενές γίνεται το σώµα.

� Τα πετρώµατα είναι θραυσιγενή στην επιφάνεια της Γης, αλλά στο βάθος, όταν η θερµοκρασία ανέβει λόγω της γεωθερµικής βαθµίδας, γίνονται πλαστικά.


6

Θραυσιγενή πετρώµατα: πολύ µικρή πλαστική παραµόρφωση πριν τη θραύση.

Πλαστικά πετρώµατα: µεγάλη πλαστική παραµόρφωση πριν τη θραύση.


12

Περιοριστική τάση

� Η περιοριστική τάση είναι µία οµοιόµορφη συµπίεση του πετρώµατος, η οποία οφείλεται στο βάρος όλων των υπερκείµενων πετρωµάτων (λιθοστατική πίεση).

� Η υψηλή λιθοστατική πίεση αποτρέπει τη δηµιουργία ρωγµώσεων και έτσι ελαττώνει τις θραυσιγενείς ιδιότητες.

� Αυτός είναι ένας ακόµη λόγος γιατί τα πετρώµατα µπορούν να πτυχωθούν.


7

13

Θραύση

� Όλα τα άτοµα ενός στερεού µεταδίδουν την τάση που ασκείται σε αυτή.

� Όταν η τάση ξεπερνά τη δύναµη των δεσµών µεταξύ των ατόµων τότε ένα από τα παρακάτω µπορεί να συµβεί:� Τα άτοµο µετακινούνται σε µία άλλη θέση του

κρυσταλλικού πλέγµατος για την ανακούφιση της πίεσης (µεταµόρφωση).

� Οι δεσµοί διαρρηγνύονται και συµβαίνει θραύση.


14

Ρυθµός παραµόρφωσης

� Ο ρυθµός παραµόρφωσης περιγράφει την παραµόρφωση ενός πετρώµατος µε το χρόνο.

� Ο ρυθµός παραµόρφωσης είναι ο ρυθµός µε τον οποίο ένα πέτρωµα αλλάζει το σχήµα του ή τον όγκο του.

� Όσο χαµηλότερος είναι ο ρυθµός παραµόρφωσης, τόσο περισσότερο ευνοείται η πλαστική παραµόρφωση.


8

Χαµηλή θερµοκρασία, υψηλός ρυθµός παραµόρφωσης

Υψηλή θερµοκρασία, υψηλός ρυθµός παραµόρφωσης

Υψηλή θερµοκρασία, χαµηλός ρυθµός παραµόρφωσης


16

Ενισχύοντας την πλαστικότητα

� Οι υψηλές θερµοκρασίες, οι υψηλές οµογενείς τάσεις και οι χαµηλοί ρυθµοί παραµόρφωσης (χαρακτηριστικά του βαθύτερου φλοιού και του µανδύα):

� Ελαττώνουν τις θραυσιγενείς ιδιότητες.

� Ενισχύουν τις πλαστικές ιδιότητες.


9

17

Η σύσταση επηρεάζει την πλαστικότητα (1)

� Η σύσταση ενός πετρώµατος επηρεάζει τις ιδιότητές του.� Ο χαλαζίας, ο γρανάτης και ο ολιβίνης είναι πολύ

θραυσιγενείς.

� Οι µαρµαρυγίες, η άργιλος, ο ασβεστίτης και η γύψος είναι πλαστικά.

� Η παρουσία νερού σε ένα πέτρωµα µειώνει τη θραυστικότητα και αυξάνει την πλαστικότητα.� Το νερό επηρεάζει τις ιδιότητες αδυνατίζοντας τους

χηµικούς δεσµούς στα ορυκτά και σχηµατίζοντας υµένες γύρω από τους κρυστάλλους.12:06 chatzipetros.weebly.com

18

Η σύσταση επηρεάζει την πλαστικότητα (2)

• Τα πετρώµατα που παραµορφώνονται σχετικά εύκολα µε πλαστική παραµόρφωση είναι οι ασβεστόλιθοι, τα µάρµαρα, οι σχιστόλιθοι και οι φυλλίτες.

• Τα πετρώµατα που συνήθως παραµορφώνονται µε θραυσιγενή αντί για πλαστική παραµόρφωση είναι οι ψαµµίτες, οι χαλαζίτες, οι γρανίτες, οι γρανοδιορίτες και οι γνεύσιοι.


10

19

Αντοχή των πετρωµάτων (1)

� Η αντοχή των πετρωµάτων στη Γη δεν αλλάζει οµοιόµορφα µε το βάθος.

� Υπάρχουν δύο µέγιστα στο γράφηµα αντοχής µε βάθος.� Η αντοχή εξαρτάται από τη σύσταση, την θερµοκρασία και την

πίεση.

� Τα πετρώµατα στο φλοιό είναι πλούσια σε χαλαζία, έτσι οι µηχανικές ιδιότητες του χαλαζία παίζουν σηµαντικό ρόλο στην αντοχή του φλοιού.

� Η αντοχή αυξάνει µέχρι το βάθος των 15 km. Πάνω από τα 15 km τα πετρώµατα θραύονται και παραµορφώνονται µε θραυσιγενή παραµόρφωση.


20


� Κάτω από τα 15 km οι διαρρήξεις γίνονται λιγότερο συχνές επειδή ο χαλαζίας γίνεται πιο ασθενής και τα πετρώµατα γίνονται γρήγορα πλαστικά.

� Τα πετρώµατα στο µανδύα είναι πλούσια σε ολιβίνη. Ο ολιβίνης έχει µεγαλύτερη αντοχή από το χαλαζία και έτσι η αλλαγή των ιδιοτήτων (θραυσιγενής – πλαστική) απαντάται σε βάθος 40 km.


11

Αντοχή του πετρώµατος

Βάθος

Μετάβαση θραυσιγενούς-πλαστικής παραµόρφωσης στο φλοιό

Μετάβαση θραυσιγενούς-πλαστικής παραµόρφωσης στο

µανδύα

Βάση του φλοιού

Λιθόσφαιρα

Ασθενόσφαιρα

ΦΛΟΙΟΣ

ΜΑΝ∆ΥΑΣ


22


� Στους περίπου 1.300oC, η αντοχή των πετρωµάτων είναι πάρα πολύ µικρή.

� Η θραυσιγενής παραµόρφωση δεν είναι πλέον δυνατή. Η διακοπή των θραυσιγενών ιδιοτήτων σηµαίνει τη µετάβαση από τη λιθόσφαιρα στην ασθενόσφαιρα.


12

23

Απότοµες κινήσεις

� Οι απότοµες κινήσεις προκαλούνται από τη θραύση των πετρωµάτων και την κίνηση κατά µήκος των διαρρήξεων.� Η τάση συσσωρεύεται αργά έως υπερνικηθεί η

τριβή, οπότε και παρατηρείται απότοµη ολίσθηση

� Η µεγαλύτερη κάθετη µετατόπιση που παρατηρήθηκε ποτέ ήταν στο σεισµό της Αλάσκας το 1899 µε µέγιστη τιµή τα 15 m.


24

Βαθµιαίες κινήσεις

� Οι βαθµιαίες κινήσεις είναι η αργή ανύψωση, καταβύθιση ή οριζόντια µετατόπιση τεµαχών.

� Οι τεκτονικές κινήσεις είναι βαθµιαίες.

� Η κίνηση επάνω σε ρήγµατα είναι συνήθως, αλλά όχι πάντα, απότοµη.


13


26

Ενδείξεις παραµόρφωσης

� Η τεκτονική γεωλογία είναι η µελέτη της παραµόρφωσης των πετρωµάτων.

� Σύµφωνα µε το νόµο της αρχικής οριζοντιότητας τα ιζηµατογενή στρώµατα αποτίθενται σε οριζόντια θέση.

� Αν παρατηρηθούν κεκλιµένα, προκύπτει ότι µεσολάβησε µία τεκτονική παραµόρφωση.


14

27

Κλίση και παράταξη

� Η κλίση ενός επιπέδου είναι η γωνία που σχηµατίζει το δεδοµένο επίπεδο µε το οριζόντιο επίπεδο.

� Η παράταξη ενός επίπεδο είναι το αζιµούθιο (η γωνία µε το Βορρά) που σχηµατίζει η τοµή του δεδοµένου επιπέδου µε το οριζόντιο επίπεδο.



15


ΦΥΣ16 - Τάση και παραμόρφωση

Documents

Transcript of ΦΥΣ16 - Τάση και παραμόρφωση