Esfuerzo y Fallamiento en el laboratorio y en...
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Esfuerzo y Fallamiento en el laboratorio y en
campo
Varias partes tomadas de P. Kapp, U. of Arizona
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Nuevamente exploramos las condiciones para que la roca falle (e.g., fractura), y la orientación de los planos potenciales de fractura así como las condiciones de deslizamiento en fracturas previas. 1. Ley de Fractura de Coulomb 2. Ley de Byerlee
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Los estudios experimentales son fundamentales para entender las condiciones bajo las cuales una roca falla.
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Diferentes estados de esfuerzo manejados en el laboratorio y su representación
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Experimentos típicos de deformación
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Estado de esfuerzos hidrostático en el Círculo de Mohr
Igual magnitude del esfuerzo en cualquier dirección
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Pruebas de resistencia a la compresión: objetivo
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#1#2
#3
Pruebas de resistencia a la compresión: Método
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Pruebas de resistencia a la compresión: Resultados.
Envolvente lineal de fallamiento. Las fracturas forman ángulos consistentemente de 25 a 35 grados a partir de σ1
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σc = esfuerzo de corte crítico requerido para fractura σ0 = cohesión tanφ = coeficiente de fricción interna (φ = 90 - 2θ) σN = esfuerzo normal
Ley de Coulomb
σc = σ0 + tanφ(σn)
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Pruebas de resistencia a la Tensión sin presión confinante. Método: Similar a las pruebas compresivas Resultados: (1) Las rocas son mucho más débiles en Tensión que en Compresión (2) Las fracturas se orientan paralelas a σ1 (i.e. θ = 0)
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Pruebas Combinadas de Resistencia Tensión + Compresión Resultado: La envolvente de Falla es parabólica 0 < θ < 30
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Envolventes de Falla para diferentes rocas: notar que la pendiente de la envolvente es similar para la mayoría de las rocas
σc = σ0 + tanφ(σn)
σc = esfuerzo de corte crítico requerido para fractura σ0 = cohesión tanφ = coeficiente de fricción interna (φ = 90 - 2θ) σN = esfuerzo normal
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Ley de Byerlee Pregunta: ¿Cuánto esfuerzo de corte se requiere para que exista movimiento en fracturas preexistentes, sometidas a un nivel de esfuerzo normal dado? Respuesta: Similar a la Ley de Coulomb pero sin cohesión Envolvente de fricción deslizante: σc = tanφ(σN), donde tanφ es el coeficiente de fricción deslizante.
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Fracturas preexistentes con orientación adecuada pueden fallar antes de que se forme
una nueva fractura
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Al aumentar la presión de los fluídos en la roca ¡favorecemos el fallamiento!
-También puede conducir a fallamiento a la tensión a una mayor profundidad en la corteza
Esfuerzo efectivo = σn –presión de fluído (poro)
¿Y qué pasa con la presión de los fluídos? El caso de la presión de poro
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¿Qué es? σ1 es paralelo a la estructura. ¿Qué sugiere este modelo sobre la magnitud del esfuerzo efectivo? ¿Qué mecanismo puede ayudar a producir esta estructura en el interior de la corteza?
Fractura de Tensión rellenada durante la dilatación
Muy bajo
Que haya una alta presión de fulídos para contrarrestar el esfuerzo litostático
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¿Qué ocurre a presiones confinantes grandes?
Envolvente de falla de Von Mises - Los planos de Falla ocurren a 45 grados de σ1
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Ver Liga: Criterios de Fractura