GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

Apuntes de clase

¿Qué es el modulo de young?

• El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento elástico de un material según la dirección donde se aplique la fuerza.

• El módulo de elasticidad (E), también llamado módulo de Young, es un parámetro característico de cada material que indica la relación existente (en la zona de comportamiento elástico de dicho material) entre los esfuerzo unitario(σ) y l la deformación unitaria(E) producidos en el ensayo de tracción

Relación entre el modulo de young y la curva de esfuerzo- deformación

• En muchos casos el módulo de elasticidad es constante durante la zona elástica del material, indicando un comportamiento lineal del mismo (ley de Hooke) e asta zona se le conoce también como proporcional porque el esfuerzo unitario es proporcional al esfuerzo unitario donde su pendiente nos indica el modulo de young.

ZONA DE PROPORCIONALIDAD

Modulo de young de algunas rocas

Unidades de Esfuerzo (σ)La fuerza por unidad de área, o la intensidad de las fuerzas distribuidas sobre una sección dada se conoce como esfuerzo en dicha sección, y se designa con la letra griega σ (sigma). El esfuerzo en un elemento de sección transversal de área A sometido a una fuerza P se obtiene dividiendo la magnitud P de la carga por el área A:

En el sistema ingles, la fuerza P se expresa en libras (lb) o kilolibras (kips) y el área de la sección transversal A en pulgadas cuadradas (in2). El esfuerzo normal σ estará entonces expresado en libras por pulgada cuadrada (psi) o kilolibras por pulgada cuadrada (ksi). En el S.I en newton por metros cuadrados.

Esfuerzo de cizalla y normal por unidad de área

Cuerpos plásticosCuerpo plástico es aquel que al recibir la aplicación de una fuerza temporal de un esfuerzo sufre una deformación permanente cuando se supera su límite de elasticidad de dicho material.

Fluido

Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un esfuerzo de corte, por tanto, en ausencia de este, no habrá deformación. Los fluidos pueden clasificarse de manera general de acuerdo con la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la relación de deformación.

Fluido NewtonianoUn fluido Newtoniano, también llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es proporcional directamente al esfuerzo aplicado.Dicho de otra forma: si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondrá en movimiento sin importar cuán pequeño sea el esfuerzo tangencial y se generará una cierta distribución de velocidad en el fluido. Ese esfuerzo tangencial y el gradiente de velocidad que se produce serán directamente proporcionales, a la constante de proporcionalidad se la define como viscosidad. Los fluidos más comunes tales como el agua, el aire y la gasolina son newtonianos en condiciones normales

Fluido no newtoniano

Un fluido no newtoniano es aquel fluido cuya viscosidad no varía proporcionalmente con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.

Grafico de comportamiento de cuerpos viscosos y plásticos

¿Qué es un gradiente geotérmico?

Es la variación de la temperatura a medida que aumenta la profundidad en la corteza terrestre. Tiene un promedio de 20° a 40°C por km.

Diferencia entre elipsoide de deformación y esfuerzo

El elipsoide de deformación es un grafico que muestra la tendencia de los esfuerzos en un cuerpo.

Elipsoide de deformación en relación con el elipsoide de esfuerzos. Acortamiento máximo

en la dirección del esfuerzo máximo. Alargamiento máximo en la dirección del

esfuerzo mínimo. Las dimensiones se conservan en la dirección del esfuerzo medio.

¿Qué es cizalla pura y simple?Ambos son 2 tipos de deformaciones homogéneas

Cizalla pura: conocido como la deformación homogénea no rotacional. En la Cizalla Pura las líneas materiales paralelas a los ejes principales de la deformación no rotarán, solamente serán elongadas; por ello esas líneas materiales permanecerán paralelas a los ejes principales de la deformación conforme esta; por esta característica se denomina “coaxial” a este tipo de deformación.Cizalla simple: En la Cizalla Simple, las líneas materiales rotan pasando a través de los ejes principales de la deformación. Las únicas líneas materiales que no rotan son aquellas líneas materiales paralelas a la dirección de la cizalla. El campo de deformación producido por la cizalla simple tiene una simetría menor que el producido por la Cizalla Pura

Cizalla pura y simple

Propiedades mecánicas de la rocaLas propiedades importantes de las rocas son:Deformidad: Cuando sometemos una muestra de roca a una carga esta tiende a cambiar de forma, de volumen o bien dos cosas simultáneamente. En cualquiera de estos tres casos la roca se deforma.

Resistencia: En el estudio de las propiedades de resistencia de una roca hay que considerar, en general, tres clases de esfuerzos: comprensión, tensión y cortantes

Permeabilidad: Es la propiedad de algunos materiales de permitir el paso de fluidos a través de ellos sin modificar su estructura interna.

Comportamiento de la roca frente al esfuerzo

Las rocas, como toda la materia, se pueden comportar frente a un esfuerzo de cuatro maneras distintas: RIGIDAMENTE (no se deforman), ELÁSTICAMENTE (se deforman, pero al cesar el esfuerzo, recuperan su forma original), PLASTICAMENTE (se deforman permanentemente), y FRAGILMENTE (se fracturan). Solo estos dos últimos tipos de comportamiento dan lugar a estructuras geológicas.

Esquema del comportamiento de la roca frente al esfuerzo

Relación de esfuerzo y deformación según fuerzas triaxiales

Esfuerzos Triaxiales: Es el que se da en los 3 ejes de una superficie

Esfuerzos triaxiales en materiales isótropos

Los esfuerzos que actúan sobre la superficie de un material isótropo cualquiera que sea la orientación son constantes en magnitud más no en dirección, porque son esfuerzos que se dan en los planos x, y, z. A estos esfuerzos se le conocen como esfuerzos isótropos o hidrostáticos.Estos 3 esfuerzos forman una esfera de deformación porque los esfuerzos son constantes en magnitud.

Esfuerzos triaxiales en materiales anisótropos

Son los esfuerzos que varían en magnitud y dirección para cada orientación de la superficie del material este tipo de esfuerzos se da generalmente en rocas sedimentarias y metamórficas con foliación.Los esfuerzos triaxiales forman el elipsoide de deformación donde hay 3 esfuerzos esfuerzo máximo, esfuerzo medio y mínimo que varían por la magnitud en la que se disponen .

Circulo de MohrEl círculo de Mohr es una representación grafica de los estados de esfuerzo a los que están sometidos los sólidos. El eje X nos entrega los valores de los esfuerzos normales en los puntos en que corta el circulo (ó1 y ó2). La línea paralela al eje Y que pasa por el centro del circulo muestra los esfuerzos de corte máximo y mínimo al intersecarse con lecirculo.

Clasificación dinámica de fallasCuando se supera la capacidad de deformación plástica de una roca se fractura, en este caso, hay dos bloques separados. Pueden ser de dos tipos: fallas y diaclasas.• Falla es una discontinuidad en la que un bloque se desplaza respecto del

otro. Por el plano de la falla.• Diaclasa es cuando los bloques no se desplazan uno con respecto del otro.

Clasificación dinámica o desplazamiento de las fallas

Las fallas, en términos 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 principal. Actua paralelo al buzamiento del plano de la falla

– Fallas inversas: fallas de desplazamiento principal en el manteo, inclinadas, en las cuales el techo sube con respecto al piso. Actua paralelo al buzamiento del plano de la falla

– Fallas verticales: fallas de desplazamiento en el manteo con el plano de falla vertical, que no pueden ser clasificadas como normales o inversas.

– 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 sinistrales, si el bloque opuesto se ve desplazado a la izquierda.

Una falla de rumbo actua paralelamente al rumbo del plano de la falla

• Fallas de empuje o ciego: tipo de falla inversa donde se produce un desplazamiento de rocas de posición estratigráfica menor hacia arriba por encima de los estratos más recientes

Fallas de desplazamiento de rumbo: Son fallas de dirección vertical, fracturación en los bloques donde se desplazan mayormente en forma horizontal. Si el bloque frente al observador que se encuentra mirando de perfil la falla se acerca hacia el es dextral (derecho) si se aleja es sinestral (movimiento izquierdo)

Fallas Gravitacionales: Son las que se producen exclusivamente por efecto de la gravedad, no por la actuación de esfuerzos tectónicos. Pueden darse en distintos contextos geológicos:• En terrenos kársticos, por la disolución del sustrato o colapso de

cavidades.• En regiones volcánicas, por colapso de cámaras magmáticas o

deslizamiento de edificios volcánicos inestables.• En taludes o laderas de fuerte pendiente.

Tipos de fallas

¿Qué son placas tectónicas?Una placa tectónica o placa litosfera es un fragmento de litosfera que se mueve como bloque rígido sin que ocurra deformación interna sobre la astenósfera (manto exterior o superior) de la Tierra.Según la teoría de la tectónica de placas, la corteza terrestre está compuesta al menos por una docena de placas rígidas que se mueven a su aire. Estos bloques descansan sobre una capa de roca caliente y flexible, llamada astenosfera, que fluye lentamente a modo de alquitrán caliente.• El concepto básico de la teoría de la tectónica de placas es simple: el calor asciende. El

aire caliente asciende por encima del aire frío y las corrientes de agua caliente flotan por encima de las de agua fría. El mismo principio se aplica a las rocas calientes que están bajo la superficie terrestre: el material fundido de la astenosfera, o magma, sube hacia arriba, mientras que la materia fría y endurecida se hunde cada vez más hacia al fondo, dentro del manto. La roca que se hunde finalmente alcanza las elevadas temperaturas de la astenosfera inferior, se calienta y comienza a ascender otra vez.

• Este movimiento continuo y, en cierta forma circular, se denomina convección. En los bordes de la placa divergente y en las zonas calientes de la litosfera sólida, el material fundido fluye hacia la superficie, formando una nueva corteza.

La tierra esta en constante dinamismo