Esfuerzo y Fallamiento en el laboratorio y en

campo

Varias partes tomadas de P. Kapp, U. of Arizona

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

Los estudios experimentales son fundamentales para entender las condiciones bajo las cuales una roca falla.

Diferentes estados de esfuerzo manejados en el laboratorio y su representación

Experimentos típicos de deformación

Estado de esfuerzos hidrostático en el Círculo de Mohr

Igual magnitude del esfuerzo en cualquier dirección

Pruebas de resistencia a la compresión: objetivo

#1#2

#3

Pruebas de resistencia a la compresión: Método

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

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)

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)

Pruebas Combinadas de Resistencia Tensión + Compresión Resultado: La envolvente de Falla es parabólica 0 < θ < 30

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

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.

Fracturas preexistentes con orientación adecuada pueden fallar antes de que se forme

una nueva fractura

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

¿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

¿Qué ocurre a presiones confinantes grandes?

Envolvente de falla de Von Mises - Los planos de Falla ocurren a 45 grados de σ1

Ver Liga: Criterios de Fractura