Fracturamiento de Rocas
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GEOLOGIA ESTRUCTURAL
CONCEPTOS BASICOS
La deformación de un cuerpo es el cambio de su forma o volumen
bajo la influencia de fuerzas externas; en la corteza terrestre pueden
ser ante todo elásticas y residuales.
Elasticidad. Es una propiedad de los cuerpos sólidos, los que puedenmodificar forma y volumen bajo la influencia de efectos físicos, y
recobrar completamente su estado geométrico al eliminarlos.
Deformación elástica. Es la que adquiere un cuerpo sólido que al
dejar de obrar los efectos físicos recupera su forma original. Durante
todas las deformaciones existe un límite de elasticidad que si se
supera, surge una deformación residual que no desaparece
completa o parcialmente al eliminar las fuerzas que la han causado.
Deformaciones residuales: Las deformaciones residuales comunes en la corteza
terrestre pueden ser plásticas o frágiles. Será plástica cuando esta deformación se
revele sin interrupción de la continuidad del material y se forme como el resultado de
la acción de fuerzas externas, o será frágil si las deformaciones conducen a la
destrucción del cuerpo sin una deformación plástica notable.
COMPORTAMIENTO DE LAS ROCAS
Fuerzas y mecanismos de deformación de las rocas. Puede hablarse de fuerzas
dirigidas y no dirigidas; las dirigidas o de superficie, son más importantes en ingeniería
que en geología; estas pueden ser de tensión, compresión y cizalladura. La torsión es
un caso particular de la cizalladura en tres dimensiones
Las no dirigidas son las fuerzas de gravedad o de volumen más
importantes en geología que en ingeniería. Puede tratarse de la
presión confinante, sea ella litostática o hidrostática y en general de
fuerzas asociadas a la gravedad, que actúan sobre cada partícula
elemental de la masa.
Deformación de las rocas. Las deformaciones de las rocas pueden
denominarse según el origen de los esfuerzos o forma de aplicación de
las cargas:
Por su origen. Pueden ser tectónicas o no tectónicas. Las
deformaciones tectónicas están asociadas al movimiento de las placas
de la corteza terrestre, mientras las no tectónicas están asociadas a los
efectos gravitacionales de las masas de tierra y a las cargas que
soportan las rocas por esfuerzos dinámicos externos diferentes a los
movimientos tectónicos.
Por el tiempo de aplicación de las cargas. Las deformaciones puedenser permanentes o temporales. Las deformaciones permanentes
pueden ser, según el comportamiento del material, viscosa, plástica,
viscoelástica y viscoplástica, mientras la deformación temporal,
asociada a esfuerzos que no son permanentes, puede ser de tipo
elástica o inelástica,
FACTORES DE PLASTICIDAD Y RIGIDEZ DE LAS ROCAS. Son los factores
que influencian el comportamiento mecánico de la roca, a saber:
La temperatura: El aumento de temperatura le da plasticidad a la roca
mientras que su disminución la hace rígida. La temperatura aumenta
con la profundidad,
La presión confinante. Con la profundidad aumenta la presión confinantey las rocas, que en la superficie son rígidas, en la profundidad pueden
comportarse plásticamente. Así aumenta el esfuerzo de ruptura y se
facilita la deformación dúctil,
Contenido en fluido de la roca. La arcilla seca es rígida pero mojada es
plástica. Por analogía la humedad disminuye la rigidez de las rocas y
aumenta su plasticidad. La presencia de fluidos como el incremento de la
temperatura, aumenta el campo de deformación reduciendo la
respuesta elástica y desplazando el límite de rotura a esfuerzos cada vez
mayores,
Tiempo de actuación de la fuerza. Se asocia a éste factor la velocidad de
deformación de las rocas; si la velocidad de deformación es alta y por lo
tanto el tiempo breve, el material responde con rigidez, en el caso
contrario responderá plásticamente. Debe tenerse en cuenta que la
unidad de tiempo geológico es el millón de años
Composición y estructura de la roca. Este factor alude a la isotropía oanisotropía del material. Por la isotropía la roca puede ser competente y
tener la capacidad de absorber esfuerzos sin deformarse, por
consiguiente es rígida; por la anisotropía es lo contrario pues se deforma
expresando su plasticidad
MECANISMOS DE DEFORMACIÓN DE LAS ROCAS
Movimientos intergranulares. Los desplazamientos entre granosminerales son función del tamaño de los granos, de su forma cristalina,
y de su grado de consolidación y cementación.
Movimientos intragranulares. Se asocian a la deformación interna de la
red cristalina, con las que se provocan microfracturas a favor de las
cuales se produce el desplazamiento de las caras contiguas de los
minerales.
Disolución y recristalización. Fenómeno debido a la presión y
temperatura elevadas a las cuales se someten los minerales
componentes; el mecanismo es equivalente al proceso de fusión-
solidificación del agua en hielo, por variaciones de la temperatura
arriba y abajo del punto de congelación
Deformación elástica. Es la que se da en la profundidad
al paso de ondas sísmicas y de marea, en la cual el suelo
recupera la forma después del efecto.
Deformación plástica. Son los pliegues producidos en las
rocas que han sido sometidas a esfuerzos más allá de la
zona elástica y antes del límite plástico.
Ruptura. Generación de fallas y diaclasas, cuando los
esfuerzos en el material superan el límite plástico.
DEFORMACIONES DE LA CORTEZA TERRESTRE
Los movimientos de la corteza pueden ser abruptos o lentos.
Movimientos abruptos. Son los que se acompañan de terremotos
y de desplazamientos en la corteza de hasta 6 metros; crean
hundimientos, levantamientos o desplazamientos transversales de
bloques, o como mínimo, el arqueamiento de la corteza en un
área de influencia de varios km. a la redonda.
Movimientos lentos. Son los que de modo continuo se suceden en
un período largo de años y con pequeñas velocidades, de tal
manera que en el largo plazo se pueda advertir la deriva de un
bloque o una zona, o la aparición de un arqueamiento de la
corteza. A veces los movimientos se notan en construcciones
emplazadas sobre fallas pero, por regla general, suponen
levantamientos geodésicos..
ESTRUCTURAS Y DEFORMACION TECTONICAS
Las rocas están sometidas a fuerzas-esfuerzos tectónicas quetienden a deformarlas originando nuevas estructuraspermanentes: pliegues y fallas. Procesos de diastrofismo. Lasrocas se deforman al ser sometidas a una fuerza externa(esfuerzo: fuerza/superficie) con un cambio de volumen, deforma o fracturación.
Los esfuerzos pueden ser de dos tipos:
Litostáticos: peso de las capas superiores.
Tectónico: o diferencial: producen deformación en la roca detres
formas:
Tensión: producen estiramiento.
Compresión: producen acortamiento.
Cizalla: causan deslizamiento o traslaciones.
Las rocas pueden deformarse de varias formas:
1.- Elástica: aquella en la cual al cesar el esfuerzo se recupera la
forma: sísmicas
2.- Plástica: al cesar el esfuerzo la roca queda deformada: pliegues,
esquistos ..
3.- Frágil: la roca se fractura o rompe: fallas y diaclasas.
Factores que influyen en la deformación de la roca:
- Temperatura: a mayor temperatura la roca es más plástica.
Presión litostática: a mayor profundiad. Litostática mayor
deformación elástica.
Contenido en agua: aumenta la plasticidad de la roca a bajas
presiones. Arcilla sin agua es frágil y con agua es muy plástica.
Velocidad de deformación: si es lenta y continua la roca se
comporta como plástica y si es rápida se comporta con frágil.
Composición de la roca: las arcillas son plásticas y las calizas-
granitos frágil.
PLIEGUES
Son arrugas producidas en las rocas mientras se encuentran en su
estado plástico; sus dimensiones van de centímetros a cientos de
km.. Los pliegues se producen preferentemente en los bordes
compresivos de las placas, es decir, en las zonas de subducción, y
en general a importante pro Muchas rocas que en la superficie
terrestre se comportan frágilmente, pasan en la profundidad al
comportamiento dúctil, plegándose frente a esfuerzos de
compresión y cizalla, ya que la mayor presión y temperatura que
existen en el subsuelo, favorecen la deformación plástica de las
rocas.
La ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones
metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden
deformarse sosteniblemente sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho
material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los
materiales no dúctiles se clasifican de frágiles
Son ondulaciones que se producen en la roca como
consecuencia de la respuesta plástica al ser sometida a
esfuerzos de compresión o cizalla. Se dan en rocas
estratificadas o con foliación: sedimentarias o metamórficas.
Elementos de un pliegue:
Charnela: zona de máxima curvatura
del pliegue.
Núcleo: parte más interna del pliegue.
Flancos: cada uno de los dos planos
del pliegue: derecho e izquierdo.
Plano axial: divide al pliegue en dos
partes. Une todas las charnelas.
Eje del pliegue: línea del plano axial
con la charnela del pliegue.
Vergencia: buzamiento del plano axial.
Cabeceo: ángulo que forma el eje del
pliegue con el plano horizontal.
Dirección: es el ángulo formado por el
eje del pliegue y el norte.
TIPOS DE PLIEGUE
Clases:
Monoclinal: es una inflexión de las capas.
Anticlinal: flancos divergentes desde la charnela. Material más
antitguo en el centro.
Sinclinal: flancos convergentes hacia la charnela. Material más
joven en el centro del pliegue
DIRECCION Y SENTIDO
Dirección: Línea recta sobre la que se mueve un punto, que
puede ser recorrida en dos sentidos opuestos. En los mapas, la
dirección se puede definir indicando el ángulo que forma la línea
de la trayectoria con un eje N-S.
Sentido: Es cada una de las trayectorias u orientaciones opuestas
de una misma dirección. ¿Dirección significa lo mismo que
sentido?
Hay alguna diferencia si decimos N 90° E y N 90° O?
PLANOS
Contacto entre diferentes tipos de roca, Contactos litológicos:
relaciones geométricas entre cuerpos de rocas
PLANOS DE ESTRATIFICACION
Estratificación: plano o conjunto de planos paralelos que limita
diferentes capas.
PLANOS. ELEMENTOS DE PLIEGUES
Superficie no materealizadas
PLANOS. FALLAS
Fallas, superficie de fracturas con movimiento relativo
entre bloques
PLANOS. DIACLASAS
Diaclasas: Sin movimiento relativo entre bloques.
ORIENTACION DE LOS ELEMENTOS GEOLOGICOS
Dado que la mayor parte de los elementos geológicos son
tridimensionales, además de la dirección respecto del Norte, es
necesario establecer la orientación del objeto respecto de un plano
horizontal, es decir la inclinación del elemento medido.
En geología la orientación se hace mediante la medición del RUMBO
y BUZAMIENTO.
ESTRATO O CAPA
Unidad litología que se distingue de forma visual. Tiene un carácter
homogéneo, y esta separado de los adyacentes por planos de
estratificación ( techo y muro de La capa)
DIRECCION DE UN PLANO
RUMBO
Es el ángulo horizontal formado entre la línea de rumbo y el
norte magnético, la línea de rumbo queda definida por la
intersección del plano en cuestión y un plano horizontal
El rumbo se puede representar con valores de 0° a 90°,
indicando si el ángulo con respecto al norte es hacia el
este (E) o hacia el oeste (O), o bien, con valores de 0 a
360º, dependiendo del tipo de brújula que se utilice.
BUZAMIENTO
Es la línea de máxima pendiente del plano en cuestión
y es siempre perpendicular al rumbo. Es el ángulo
vertical formado entre el plano en cuestión y un plano
horizontal imaginario (utilizado para medir el rumbo),
Dirección perpendicular al rumbo Plano vertical
Línea de máxima pendiente Los ángulos de
buzamiento varían entre 0 y 90º, y es necesario
determinar en qué sentido se inclina el plano, es
decir, hacia dónde se introduce el plano en el terreno
BUZAMIENTO APARENTE DE UN PLANO
ESPESOR DE UN ESTRATO
ESPESOR APARENTE DE UN ESTRATO
CONCEPTOS BASICOS
REPRESENTACION EN PLANOS
Tipos de Notaciones
Existen diversas maneras para anotar el rumbo y manteo de un plano
Cuadrante
Azimut y Cuadrante
Dip /Dip Direction
Azimut (Mano derecha)
REPRESENTACION DE PLANOSEl rumbo se da en grados hacia el este u oeste o norte –
sur.
Se indica el buzamiento (manteo) hacia donde cae la
capa
El rango de posibles direcciones de manteo es dividido en
4 cuadrantes ((NE, SE, NW y SW)
REPRESENTACION DE PLANOS
NOTACION AZIMUTAL ( CUADRANTE)
Todas las posibles direcciones esta en un circulo de
360°.
El norte se asigna como 000° a 360°.
Siempre se utilizan tres digitos
REPRESENTACION DE PLANOS
NOTACION AZIMUTAL (MANO DERECHA)
Similar a la anterior, solo que no se especifica la
dirección de manteo.
Se mide en dirección horaria.
REPRESENTACION DE PLANOS
DIP/DIP DIRECTION (MANTEO/DIRECCION DE MANTEO)
En esta notación se mide la dirección de máxima
pendiente (perpendicular al rumbo) y el manteo
El plano queda descrito sin necesidad de indicar hacia
donde cae el manteo (buzamiento)
EJEMPLO
Rumbo y buzamiento: N 45 E/ 60 NW
Notación azimutal ( Cuadrante) 045°/ 60 NW
Mano derecha: 225/60
DIP/ DIP DIRECCION: 60/315
REPRESENTACION EN PLANOS
NotaciónDatos
UtilizadosVentajas Desventajas
CuadranteN30ºW/
25ºNE
Rumbo
ManteoFácil Orientación
Dato NO
numérico
Azimut
(Cuadrante)
150º/
25ºNE
Rumbo
ManteoX
No num.
Marea
Azimut (Mano
Derecha)
330º/
25º
Rumbo
ManteoSolo Núm.
No num.
Marea
Dip / Dip
Direction
25º/
60º
Manteo,
Dir. de manteo
Software, Fácil
Orientación Solo
Núm.
X