semana 2 propiedades mec. de rocas

FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS

CURSO: GEOLOGIA ESTRUCTURAL

DOCENTE: MG.ING. ANDRÉS MIRANDA LOZANO

CICLO: MARZO-JULIO, 2015

2015-I

FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS

SEMANA : 2

DEFORMACION

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

• Los cambios de temperatura modifican la resistencia de las rocas y de los materiales.

• En general se sabe por ejem. Que el acero caliente sufre deformación plástica mucho mas fácil que en frío.

• Para su explicación nos valemos del siguiente diagrama:

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

12 10 8 6 4 2

1000

2000

3000

4000

5000

6000 E

sfu

erzo

Co

mp

ren

sivo

Kg

/cm

2

Porcentaje de acertamiento (%)

Límite de elasticidad

Límite de elasticidad

Mármol de Yule

El experimento se hizo a una presión de confinamiento 10000 Atm.

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

• Para una deformación en caliente del 10% de acortamiento, se necesita un esfuerzo compresivo de más o menos de 3500 Kg/cm2.

• En cambio para este mismo experimento en frío, se necesita un esfuerzo de 5000 Kg/cm2.

• Para una deformación (x), se necesita menos esfuerzo cuando la muestra está caliente que a la temperatura ambiente.

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

Conclusión:• Es evidente que la deformación plástica es

mucho menor cerca de la superficie de la tierra donde la presión de confinamiento y la temperatura son bajas.

• En cambio a mayores profundidades donde la temperatura y la presión de confinamiento son más altas, la deformación plástica es mayor.

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EL TIEMPO, FATIGA Y REPTACIÓN

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EL TIEMPO: FATIGA Y REPTACIÓN

• Los esfuerzos que se pueden aplicar unas pocas veces sin causar ruptura, pueden si se repiten muchas veces producir por ejemplo un esfuerzo de 2400 Kg/cm2, repetido unas 100000 veces pueden no causar ruptura; pero si este mismo esfuerzo se repite 1 000 000 de veces puede causar ruptura.

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EL TIEMPO: FATIGA Y REPTACIÓN

Límite de Fatiga o Límite de Resistencia:Es el esfuerzo límite por debajo de la cual la muestra puede soportar centenares de millones de repeticiones del esfuerzo sin fracturarse.Reptación:La reptación se define como la lenta deformación producida por pequeños esfuerzos actuando sobre largos periodos de tiempo.

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EL TIEMPO: FATIGA Y REPTACIÓN

• La reptación resulta de la deformación producida por esfuerzos debajo del límite de elasticidad.

• En otras palabras se puede decir que la reptación es el efecto combinado de una deformación plástica y de una deformación permanente.

• Ver diagrama:

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GRAFICA

• A medida que aumenta el tiempo la muestra se deforma más.

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RESISTENCIA FUNDAMENTAL

• Se define como el esfuerzo que un material es capaz de soportar sin limitación de tiempo bajo condiciones físicas dadas (temperatura, presión, soluciones) sin sufrir ruptura o deformarse continuamente.

• Lamentablemente no se tiene datos exactos sobre este aspecto.

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LAS SOLUCIONES

• Se ha llegado a la conclusión desde hace varios años, que gran parte de la deformación de las rocas tienen lugar mientras existan en los poros de los mismos, soluciones capaces de reaccionar químicamente. Esto ocurre sobre todo en las rocas metamórficas en las cuales se produce una recristalización completa, las soluciones disuelven los minerales antiguos y se forman minerales nuevos.

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LAS SOLUCIONES

Ejemplo: • Se toma como muestra una pieza de alabastro

(variedad de yeso). Este se sometió a 205 Kg/cm2 de esfuerzo y a una temperatura de 24° C.

• Ver gráfico:• Cuando las rocas tienen soluciones se

deforman más rápidamente.

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SOLUCIONES

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ANISOTROPÍA E ISOTROPÍA

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ANISOTROPÍA E ISOTROPÍA

Anisotropía:Un material es anisótropo cuando sus propiedades dependen de la orientación según la cual se hace la medición de ellas.Isotropía:Un material es isótropo cuando sus propiedades no dependen de la dirección según la cual ellas son medidas.

Es decir, cuando una propiedad tiene el mismo valor

independiente de la dirección según la cual se hace la medida.

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HETEROGENEIDAD

• Cualidad de un material heterogéneo o formado por elementos de distinta clase o naturaleza.

• mezcla de materiales de naturaleza diferente.

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ANISOTROPIA Y HETEROGENEIDAD

• Los experimentos que hemos visto sobre materiales isótropos, es decir con rocas cuyas propiedades eran uniformes en todas las direcciones.

• Las rocas que presentan estratificación, bandeamiento o foliación no son isótropos. La resistencia de tales rocas depende de la orientación del esfuerzo aplicadas a la estructura planar de las mismas.

• Ejem: Bajo compresión un cilindro cortado perpendicular a la foliación es más resistente que el mismo cilindro (muestra de roca) paralela a la foliación y bajo tensión es opuesta.

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MECANICA DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

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MECANICA DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

• Esta parte tiene que ver con la deformación plástica

¿ Cómo pueden las rocas sólidas deformarse sin La aparición de fracturas, es decir plástica?¿ Qué sucede en el interior de las rocas?Se considera tres procesos:1.- Movimiento intergranular2.- Movimiento intragranular3.- Movimiento de recristalización

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MECANICA DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Movimiento Intergranular:Los movimientos intergranulares indican desplazamientos entre los granos individuales.Ejem: Las rocas intrusivas están constituidas principalmente por cuarzo, feldespatos, micas, anfiboles, piroxenos y también las areniscas estan constituidas por lo general de granos de cuarzo.

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MECANICA DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

• Si las rocas son sometidas a determinados esfuerzos los granos y cristales se pueden mover independientemente. Esto es lo que se conoce con el nombre de movimiento intergranular. Los granos individuales mantienen su forma y tamaño.

• La deformación de esta forma puede compararse con el cambio de forma sufrido por una masa en movimiento de perdigones. Es decir que cada grano puede moverse y rotar en relación con los granos vecinos.

• En otras clases de rocas (rocas graníticas) los granos mayores pueden moverse y romperse en granos esféricos mas pequeños dando lugar a lo que se denomina granulación.

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MECANICA DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Movimientos Intragranulares:Estos son muy importantes en la deformación plástica de los metales. Los desplazamientos se efectúan en el interior de los cristales y el movimiento tiene lugar a lo largo del plano de deslizamiento.Algunos minerales carecen de estos planos, en otros hay uno solo paralelo al cual hay otros planos adicionales. En otros minerales hay varios planos de deslizamiento.

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MECANICA DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Movimiento Intragranular: (continuación)La estructura atómica controla la posición y el número de planos de deslizamiento, en consecuencia estos planos están en relación con la simetría del cristal. Hay dos clases de movimientos intragranulares:1.- Deslizamiento por traslación2.- Deslizamiento por maclado

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

Movimiento por Traslación:Las traslaciones pueden entenderse como movimientos directos sin cambios de orientación, es decir, mantienen la forma y el tamaño de los objetos trasladados.

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

Movimiento por Maclado:Es un movimiento de planos de átomos en la red, paralelo a un plano específico, de maclaje, de manera que la red se divide

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MECANICA DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Recristalización:

Es otro mecanismo que ayuda a la deformación plática.

Bajo condición de diferentes presiones, la solución y la recristalización pueden obrar de tal manera que la roca se acorte en una dirección y se alargue en otra.

Este proceso se puede explicar por el principio de KIECKE que dice: “las soluciones en los poros de las rocas disuelven aquella porción de roca sometida al mayor esfuerzo, en cambio en la parte de la muestra sometida all menor esfuerzo se produce la precipitación”.

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MECANICA DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Recristalización: (continuación)De esta manera el cristal cambia de forma. Si todos los cristales de la roca se deforman de esta manera, la masa total se deformará por consiguiente.

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DEFORMACION EN LA CAPA EXTERIOR DE LA TIERRA

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DEFORMACION EN LA CAPA EXTERIOR DE LA TIERRA

• Las rocas de la corteza terrestre son afectadas por tres tipos principales de deformación:

1.- Deformación elástica2.- Deformación Plástica3.- Ruptura

F

F

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DEFORMACION EN LA CAPA EXTERIOR DE LA TIERRA

• Los esfuerzos ocasionados por ejem. Por el paso de las ondas sísmicas producen deformaciones elásticas, pero desde el momento que el efecto no es permanente, estas deformaciones no son observables por el geólogo estructural.

• La deformación plástica esta comprendida en los plegamientos, en el desarrollo, de ciertos clivajes y en el cambio de forma de algunos materiales de roca.

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DEFORMACION EN LA CAPA EXTERIOR DE LA TIERRA

• Los estratos horizontales son deformados en plegamientos y aunque esto implica el deslizamiento de un estrato sobre otro, cada estrato se deforma plásticamente.

• Aun grandes cuerpos de roca como de granitos, si son sometidos a esfuerzos suficientes pueden deformarse plásticamente.

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DEFORMACION EN LA CAPA EXTERIOR DE LA TIERRA (continuacion)

• Otro caso de deformación plástica es el producido en los pliegues, en donde rocas solidas pueden fluir desde los limbos del pliegue y concentrarse cerca de los ejes.

• Otro ejemplo de deformación plástica tenemos a los domos de sal.• En la formación de fallas, diaclasas y clivajes; intervienen la

ruptura. En algunos casos los bloques se deslizan visiblemente unos contra otros, para formar las fallas; pero si no existe ese movimiento diferente, las rupturas toman el nombre de diaclasas y en alguno casos clivajes.

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PLIEGUES

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PLIEGUES

• Son ondulaciones que presentan las rocas de la corteza terrestre, alcanzan su mayor desarrollo en formaciones estratificadas, tales como rocas sedimentarias o volcánicas o sus equivalentes metamorfisiadas.

• Pero cualquier roca estratificada o foliada tal como un gabro bandeado o un Neiss granitico pueden mostrar pliegues.

• Las dimensiones de los pliegues son muy variables, hay pliegues de Cm, m, Km y los pliegues de dimensiones continentales, tienen centenares de Km de ancho.

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POSICION DE LOS ESTRATOS

• Rumbo.- Es la dirección de una línea formada por la intersección del plano de estratificación y un plano horizontal imaginario. Esta dirección se refiere con relación al NM.

• Buzamiento (DIP).- Es el ángulo de inclinación formado por el plano de estratificación y el plano horizontal imaginario. Este ángulo se mide en un plano vertical y es perpendicular al rumbo.

• Dirección de Buzamiento.- Es el sentido de la inclinación del estrato (hacia donde se inclina el estrato).

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POSICION DE LOS ESTRATOS

Gráficos:

Estrato Horizontal Estrato Vertical

RumboBuzamiento

Dirección de Buzamiento

60o

N

S

EO

60o

Estructura

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

POSICION DE LOS ESTRATOS

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BUZAMIENTO REAL BUZAMIENTO APARENTE

RH

A

GRAFICA

D

E

B

C

!a b

a

M

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BUZAMIENTO REAL BUZAMIENTO APARENTE

DEMOSTRACION:

tg != a tg . a cos (b T) 1).- tg ! = a 2).- tg = a De (1): tg !. a AD = DE ………….(3) De (2): tg . a AB = BC ………….(4) Pero BC = DE , por // entre // De (3) y (4) se tiene: tg !. a AD = tg . a AB tg ! = a tg . a

tg != a tg . a cos b

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INFLUENCIA