I ASOCIACION GEOLOGICA ARGENTINA, REV. XLIII (2): 140-152 ISSN 0004-4822

MESOESTRUCTURAS FORMADAS EN EL CAMPO DEL COMPORTAMIENTO RIGIDO, ABRA DE LA VENTANA, SIERRAS AUSTRALES DE BUENOS AIRES

Luciano R. Di Nardo y Luis V. Dimieri

RESUMEN Se realiz6 e1 estudio geometrico de todas aquellas estructuras mesosc6picas desarrolladas en e1

campo del comportamiento rigido, tales como: fracturas, diaclasas, fallas, vetas escalonadas, etc., a 10 largo del Abra de la Ventana, Sierras Australes de Buenos Aires.

Se deterrninaron las resistencias de las litologlas involucradas, como asl tambien algunos parime­tros flsicos (porosidad, densidad). Se estim6 la orientaci6n y magnitud del campo de esfuerzos regionales ac­tuante en funci6n de los angulos diedrales agudos (28) entre fracturas conjugadas, y considerando como variables a la resistencia de los distintos grupos litol6gicos, a la variaci6n del esfuerzo diferencial y a la pre­sion de fluidos.

La variacion del Angulo diedral agudo entre fracturas conjugadas es directa consecuencia de las di­feremes resistencias de las rocas. La variacion del Angulo diedral para una misma litologia se explica como un cambio en la magnitud del esfuerzo diferencial respecto del punto de aplicaci6n de la fuerza. Todos los valores de los angulos diedros entre fracturas conjugadas medidosen el terreno indican que el esfuerzo prin­cipal minimo es siempre tensional, situaci6n que evidenciaria la influencia de la presi6n de fluidos 9omo fun­damental en la generaci6n y propagaci6n de fracturas.

ABSTRACT Structural elements such as fractures, joints, faults, en echelon veins, etc., were analysed at Abra de

la Ventana, Sierras Australes de Buenos Aires, Argentina. Stress-strain parameters were measured from rock samples of each Fortnation outcroping in the area

considered as well as others physical properties. Based on the acuate dihedral angle (28) between conjugate fractures and knowing the rocks

strength, estilUating the differential stress (en-a3) and considering the influence of the regional stress in the area.

The angle 28 is directly related to the different rocks strength. For a given rock type, a 28 variation could be the result of stresses decreasing with distance and time respect to the point of force application. The minimum principal stress is tensional and then pore pressure is essential in the generation and propagation of fractures.

INTRODUCCION

El amilisis de la georrietria de las estructuras producto del comportamiento rigido de los ma­teriales permitiria establecer la orientaci6n de los esfuerzos actuantes, su variaci6n en el tiem­po y los posibles mecanismos que intervienen en la generaci6n de tales estructuras. Para esto fue necesario realizar mediciones sistematicas de los elementos estructurales presentes, a sa­ber: fracturas, diaclasas, fallas, vetas, cordones de fracturas, vetas escalonadas, etc., y ademas determinar el valor de la resistencia y el grado de deformaci6n de los materiales rocosos me­diante ensayos especificos. Tambien fue de in­teres conacer caracteristicas tales como densi­dad, porosidad, composici6n de las muestras de mea en estudio, asi como tambicn espcsor de estratos, altemancia de distintas litologias, etc.

El estudio abarc6 los afloramientos de las Formaciones Bravard, Naposm, Providencia y Lolen a 10 largo del Abra de la Ventana, Sierras Australes de Buenos Aires. De acuerdo a Ha­rrington (1947) tales unidades estratignificas pertenecen al Grupo Ventana al cual Ie asigna una edad Dev6nica. Autores como Kilmurray (1975) y Varela (1978) proponen esquemas es­tratigraficos diferentes. No obstante, recientes estudios realizados sobre trazas f6siles de la Formaci6n Naposm (Buggisch, 1986; Dimieri y Japas, 1986) nos llevarian a considerar a esta Formaci6n como de edad Ordovicica.

MATERIALES Y METODOS

El area de estudio se dividi6 en seis zonas numeradas en orden creciente de oeste a este,

Lamina I: a) Muestras ensayadas ala compresi6n inconfinada. N,>tese cI angulo (J entre la fractura y la direcci6n de carga (fleeha) para las distintas muestras. b) Vetas de cuarm en una ehar­ncla anticlinal. La pinula marca el norte. Las vetas dcllipo ac (juego 1) son las mas importantes. Si bien eSle juego desplaza Iigeramenle a los juegos 2 y 3, su rclaci6n lemporal es incierta dado que la veta presenla pequefias fracluras que indicarfan un despla/,3mielllO posterior al desarrollo de la misma. l'\otese que los juegos 1,2 y 3 se intersectan sin mostrar desplazamiento alguno en el extrema dereeho de la foto. c) Fallas que afeclan cllirnbo nonnal de un sinclinal volcado (Fonnaeion Naposta). Las fallas son vertieales y el desplazamiento aparente es de unos 4 m. d) Frae­turas escalonadas en una chamela anticlinal (Fonnaci6n Naposta). La pfnula marca cl norte, cllapiz marca la posicion del eje del pliegue. El sentido de la cizalla (marcado con flechas) cs iz­quierdo. La orientacion de estos indicadores cinematicos es de 40" a/,imuL

L. R. Di Nardo y L. V. Dimieri

incluyendo cada zona varias estaciones de me­dici6n (figura 1). Los afloramicntos permitieron la medici6n de la estratificaci6n y de las fmctu­ras, tarea que comenz6 a principios de 1985, re­alizandose varias campanas a la region estudia­da.

En 10 que respecta a la denominaci6n y com­posici6n de las distintas Formaciones se siguen los lineamientos establesidos por Harrington (1947). Se utilizaron tecnicas de medici6n de elementos estructurales de uso comun ya des­criptas en la literatura (Hobbs et al., 1976). En el prescnte trabajo se puso en practica metodo­logfa especial que ayuda a la interpretacion de las mediciones y a la caracterizaci6n de las es­tructuras, basadas en publicaciones especfficas mas recientes. En casos muy particulares se em­ple6 metodologfa de analisis propia de los auto­res.

La medici6n se efectu6 con brujula y cinta metrica y el trabajo, en general, se apoyo en ho­jas topograficas 1:50.000, fotomosaico 1:50.000 y hoja geol6gica 1:200.000. Las posiciones de los elementos cstructurales quedaron estableci­das mediante unas 400 mediciones aproximada­mente. De cada Formaci6n se tomaron muestras representantivas para realizar ensayos a la com, presi6n inconfinada. A tal fin se prepararon dos probetas cubicas por Formaci6n siguiendo la Norma IRAM 1510. Se cortaron en una maqui­

na de avance mecanico con disco de diamante y gasoil de lubricante. Las caras de las probetas cubicas se orientaron paralelas y perpendicula­res a la anisotropfa dominante. Las probetas se encabezaron con una mezcla de azufre (70 %), arena (15 %) y grafito (15 %), y se ensayaron a la compresi6n inconfinada en estado seco en un aparato Amsler de una capacidad maxima de 200 toneladas, a una velocidad de aplicacion de 25 kg por segundo. La deformaci6n se midi6 con flexfmetro de 0,01 mm de precisi6n y las probetas se ensayaron hasta la rotura.

Asimismo se determinaron los valores de densidad, la relaci6n de vacios, y la porosidad pesando las probetas en aire y en agua y asu­miendo valores de peso especifico para las TO­

cas en consideraci6n (figura 2). Para comple­mentar la informaci6n obtenida desde un punto de vista cualitativo, se realizaron determinacio­nes de la resistencia de las rocas in situ utilizan­do para ello un escler6metro (martillo a resorte que mide la dureza por rebote) calibrado para hormig6n.

RESULTADOS

Los valores de densidad calculados (cuadro I) son altos, tfpicos de un agregado de composi­ci6n silicea con relaci6n de vacios extremada­

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Figura 1: Ubicaci6n del area de estudio, Abra de la Ventana, Sierras Australes de Buenos Aires.

142

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Asociaci6n Geol6gica Argentina

mente baja. Para calcular los valores de porosi­dad se asumi6 un peso especifico de 2,67 para las muestras de Lolen debido a su contenido micaceo, y de 2,65 para las muestras de las res­tantes formaciones.

La determinaci6n de la resistencia a la com­presion (cuadro I) se efectu6 con el esfuerzo axial aplicado en forma perpendicular al plano de discontinuidad mas visible de la raca, es de­cir la estratificaci6n para las Formaciones Bra­vard, Naposta y Providencia, y la foliaci6n para Lolen. En todos los casos la rotum de las probe­tas fue instantanea y explosiva. Los resultados se graficaron como curvas de esfuerzo-defor­maci6n para las distintas muestras (figura 3). En las mismas se observa que la., tocas de las For­maciones Bravard, Naposta y Providencia muestran un comportamiento elastico con un punto de fractura bien definido, dando un alto nivel de resistencia y una baja deformaci6n es­pecifica (aproximadamente 1,8 %). Las mues­tras de la Formaci6n Lolen presentan una curva acostada a bajo nivel de esfuerzo, indicativa del cierre de los pIanos de discontinuidad que ca­racterizan a estas racas. EI nivel de resistencia es un 50 % menor que para las anteriores For­maciones y la deformaci6n especifica alcanza un promedio de 2,6 %. Los valores obtenidos con escler6metro muestran tendencias similares a las anteriores. La figura 4 muestra los resulta­dos obtenidos de los parametros mencionados para las distintas Formaciones al efecto de com­pararlos entre s1.

Si tenemos en cuenta el angulo formado par los pIanos de fracturas visibles, desarrollados en las probetas ensayadas, respecto de la carga axial (e) vemos que para las rocas mas resisten­tes dicho angulo tiende a 0°, mientras que para las rocas menos resistentes (Formaci6n Lolen) tal angulo es del orden de los 30° (cuadro I, lamina Ia). Esto demuestra el desarrollo de frac­turas del tipo cizalla para las menos resistentes.

Los principales tipos de mesoestructuras me­didos fueron fracturas sistematicas identificadas como diacIasas, vetas de cuarzo (1<imina Ib), fa­lias de pequefia escala (lamina Ie), cordones de fracturas escalonadas (lamina Id), tomandose las mismas casi exclusivamente sobre los lim­bos normales de los pliegues, totalizando unas 400 mediciones aparte de las de superficie de estratificaci6n.

Los datos de las mediciones de fracturas se proyectan estereograficamente, Red de Lam­bert, hemisferio inferior, utilizando el metodo de polos a pIanos (Hobbs et al., 1976); se re­

aliz6 un diagrama por zona y se proyectaron to­do tipo de fracturas incIuyendo kind bands (fi­gura 5a-f). Cabe mcncionar que los diagramas con las letras a, b. c, dye incluyen datos de las Formaciones cuya composici6n es cuarcitica, y el diagrama f incluye datos de la Formaci6n Lolen. En un diagramaaparte (figura 5g) se proyectaron los rumbos de fractums y veta.., es­calonadas halladas s610 en las cuarcitas del area en estudio.

En todos los diagramas de la figura 5 se oh­serva que la fracturaci6n dominante de cizalIa (delimitada con Hneas) esta orientada con rum­bo noreste-suroeste y es de posici6n vertical a altamente buzante tanto al noroeste como al su­reste. Con respecto a las fracturas y vetas esca­lonadas se nota una direcci6n dominante en los 40° y los 80° azimut (Hneas gruesas en la figura 5g). Se observ6 que en estas estructuras predo­minan los juegos de cizalla izquierda.

Algunas de las estructuras aqui mencionadas han sido ya tratadas por otros autores, entre ellos, Amos y Urien (1968), LIambias y Prozzi (1975), Rossello y Massabie (1981), Massabie y Rossello (1984), Dimieri (en prensa), y por 10 tanto no son objeto de descripciones de detalle en la presente cOnTribuci6n.

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Figura 2: Valores de porosidad y densidad, GJU[X) Ventana (Gs: peso especifico, B: Bravard, N: Na[X)stii, P: Providen

cia, L: Lolen).

143

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L. R. Di Nardo y L. V. Dimieri

DISCUSION

Introduccion

Las fracturas mesosc6picas son de sumo in­teres por ser ejemplos de estructuras desarrolla­das durante la deforrnaci6n rigida de las rocas y por su utilidad en el anaIisis de 1a evoluci6n es­tructural de los materiales. Tambien permiten localizar la posici6n de las componentes de los esfuerzos principales actuantes.

El analisis estereogrMico de las orientacio­nes de los principales juegos de fracturas (figu­ra 5) indica que estan arregladas con una si­metria definida respecto de los elementos de las estructuras de plegamiento presentes tales como superficie de estratificaci6n buzante y eje de pliegue (figura 6), caracteristica ya mencionada por DtNardo y Dimieri (1984).

En este anaIisis s610 se consideraran los jue­gos de fracturas predominantes cuya orienta­ci6n geneml es noreste-suroeste y que presentan una simetrfa vinculada con las estructuras de plegamiento, de tal manera que se los puede de­

riaciones en las trayectorias de los esfuerzos en el plano horizontal.

Resulta diffcil identificar un unico par como fracturas conjugadas entre si debido a la alta densidad de fracturaci6n y a la mencionada va­riaci6n en la orientaci6n de las fracturas; por es­to se consider6 adecuado establecer como angu­10 diedro agudo (28) entre pIanos de fracturas conjugadas al valor dado por la dispersi6n maxima de los polos de tales fracturas (figura Sa-f).

En la figura 7 se observa que existe una ten­dencia decreciente del valor maximo del angulo diedral (28) a medida que pasamos de la zona I a la V; en la zona VI se obtuvo un valor maxi­mo de angulo diedro (28) de unos 60°, el mayor de toda el area.

Consideraciones teoricas fa Los distintos rangos de valores del angulo

diedro agudo (28) entre fracturas conjugadas estan relacionados con tres variables: a) la resis­tencia de la roca, b) la magnitud del esfuerzo

Cuadro I: Parametros ffsicos y de resistencia del Grupo Ventana, Sierras Australes de Buenos Aires.

FORr'ACI6N (HARRINGTDrJ. 1947) ,

Bravard Naposta Provi denci a Lolen

LnOLOGIA IXlMINANTI: cuarcitas cuarci ta<; CLlarc; tas arenisca micaceil

\~)JESTRA NQ I II I II I II I II

DENSIDAD APARENIT SECA (0, T/(1 3 ) 2.600 2.607 2.574 2.585

PESO ESPECfFICO ASLl1lIXl (GS) 2.65 2.65 2.65 2.67

RELACl6N DE VACIOS (e, PROMEDlO) 0.0194 0.0166 0.0297 0.0328

, POROSIDAD (%, PROMEDIO) 1.9 1.6 2.9 3.2

RESISTENCIA A ~ C?1PRESI6N 1122 855* 1252 1133 1023 1214 396 573UNIAXIAL (a, K m)

D:FORr'ACI6N ESPECfFlCA (c, %) 1.50 .-­ I. 65 1.90 2.20 I. 75 2.75 2.40

ANGULO DEL PLAOO IE ROTURA 0-5 0-5 0-5 20-40(g, GRAIXlS)

RESISITNCIA IN SIlY CON ESCLE­ --­ 700 600 350RCMETRO (a, KG!CM )

I RESISTENCIA A LA TENSI6N ESTlMA-DA APROX, COMJ 1/8 DE LA RES IS­ 140 140 140 70 TENCIA A LA COMPRESI6N (a, KG!rn')

* Antes del ensayo la muestra presentaba una fractura importante que provoc6la rotura prematura.

finir como juegos conjugados con angulos die­ diferencial (0'1-0'2) Y c) la presi6n de fluidos drales agudos (28) que van de un maximo hasta atendiendo a su variaci6n entre estratos y con el llegar a cero (caso de fracturas de extensi6n). tiempo (Hancock y Khadi, 1978). Se observa una pequefla rotaci6n en la direc­ a) Si consideramos rocas de distintas resis­ci6n de estos juegos de fracturas y una marcada tencias frente a un mismo nivel de esfuerzos di­variaci6n de los angulos diedmles de los mis­ ferenciales observamos que las de menor resis­mos en cada una de las zonas en que fue dividi­ tencia se fracturan presentando un angulo die­da el area en estudio (figura 7). La rotaci6n en dro mayor. Como muestra la figura 8a, las rocas la direcci6n mencionada podria vincularse a va- con alta resistencia presentan un 28 cercano a

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Asociaci6n Geol6gica Argentina

0°, las intermedias un 28 de aproximadamente 30:' y las debiles un 2a cercano a 60~, siempre considerando un mismo nivel de esfuerzos dife­renciales. La presenci~ de fracturas conjugadas con angulos diedros (-8) de distinto valor para cada tipo litologico puede significar que el va­lor del esfuerzo diferencial (i.e., el diametro del cfrculo de Mohr) sea siempre el mismo pero su magnitud variara, es decir, la magnitud de (Jl y (J3 sera giferente al momenta de rotura de las distintas rocas. Esto se puede apreciar c1ara­mente si expresamos al esfuerzo diferencial co­mo multiplo de 1a resistencia a la tension de las rocas (n.

b) Para un mismo tipo de roca el cfrculo de Mohr sera tangente a la envolvente en distintos puntos de acuerdo al valor del esfuerzo diferen­cia!. Por consiguiente vernos que a mayor mag­nitud del esfuerzo diferencial (SI- ~3) se van a producir fracturas conjugadas con angulos die­dros mayores, y si el esfuerzo diferencial dismi­nuy~, 28 decrece (figura 8b). El esfuerzo dife­rencial es una magnitud que varia con la distan­cia al punta de aplicacion del esfuerzo regional, pudiendose generar, para una misma litologfa, fracturas de cizalla, hibridas y de extensi6n (en esc orden) a medida que aumenta la distancia al punto de aplicacion de la fuerza.

c) Un profundo conocimiento del efecto de la presion de fluidos sobre las distintas estructu­ras que se desarrollan en la corteza terrestre

constituini uno de los pilares fundamentales pa­ra el entendimiento cientffico de los procesos que las originaron.

El valor de la presion de fluidos, en el mo­mento de la aplicacion de los esfuerzos y su va­riacion en el tiempo bajo el e'sfuerzo aplicado, resulta de primordial importancia ya que prove­yendo suficiente presion de fluidos (superior a la hidrosmtica), se producira la fracturacion de la roca (fracturacion hidraulica), se reducira a cero la friccion entre partfculas imposibilitando fenomenos de consolidacion y de disolucion por presion, se eliminara la friccion en los pla­nos de fracturas, fallas, superficies de estratifi­cacion y otras discontinuidades facilitando enormemente desplazamientos en fallas (Hub­bert y Rubey, 1959), y posibilitando el plega­miento por flexura ya que la presion de fluidos se opone al esfuerzo Sn (componente normal al plano de discontinuidad, Price, 1975) y a la co­hesi6n entre partfculas (Phillips, 1972).

Las cuencas sedimentarias presentan valores de A, la raz6n entre la presion hidrosmtica y la litosmtica (Iv=Wcru), superiores a la presi6n hi­drostatica normal (0,44) pudiendo llegar esta, de acuerdo a 10 medido en cuencas sedimenta­rias actuales, a valores de 0,8 y aun mayores, cercanos a 1,0; es decir que la presion de flui­dos puede igualar a la presi6n vertical dada por la carga de sedimentos (Hubbert y Rubey, 1959). Esta presion de fluidos se mantiene alta

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DEFORMACION ESPECIFICA. £. %

Figura 3: Curvas esfuerzo-defonnaci6n. Grupo Ventana.

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en la masa de sedimentos min posteriormente a su litificacion, siendo variable de acuerdo al ri­po de sedimento y a las posibilidades de drenaje en el tiempo.

Las evidencias de fluidos prcsentes en 1a ma­sa rocosa rigida estan dadas poria presencia de vetas, crecimiento de minerales en fracturas abiertas, zona de brecha en fallas, cementacion en brechas, etc.

Los esfuerzos principales <Tl, 0"2 y 0"3 quedan reducidos pOl' e1 valor de la presion de flllidos de manera que los esfuerzos efectivos se expre­san como O"I':O"I-Il; 0"2':0"2-1.1. y 0"3':0"3-1l. El efecto de este concepto en el diagrama de Mohr consiste en desplazar los circulos hacia el ori­gen de coordenadas en una magnitud igual al valor de 1.1. (Secor, 1965). POI' 10 tanto el diame­tro del circulo de Mohr dado pOl' (0"1·0"3) no varia, pero este puede llegar a ser tangente a la envoivente situacion que representa la fractura­cion del material (figura 8c). De tal manera un analisis en terminos de esfuerzos totales podria indicar estabilidad, pero hecho en terminos de esfllerzos efectivos se ingresaria en el campo de la fracturacion.

En la Figura 9 se resumen los principales conceptos respecto de las relaciones que existen

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entre las magnitudes de los esfuerzos efectivos principales maximo, intermedio y minimo y sus orientaciones respecto de los valores del angulo diedro agudo (26) entre fracturas conjugadas.

Las fracturas de extension se desarrollan per­pendicularrnente a 0"3', con 28 igual a 0°. El plano de fractura contiene a los esfuerzos 0"1' Y 0"2'. Las fracturas conjugadas con un angulo diedro entre 0° y 60° se denominan hibridas 0

de transicion entre la cizalla y la extension. Cuando el angulo diedro es superior a los 60° las fracturas son de cizalla propiamente dichas (Hancock, 1985).

A partir de la medici6n de los angulos die­dros en el terreno, segun Price (1975), es posi­ble estimafJa magnitud de (0"1' -0"3') expresado como multiplo del valor de la resistencia a la tensi6n de las rocas (T). De tal manera:

- si (0"1'·0"3') es menor que 4T entonces 26 =0° (fracturas de extensi6n).

- si (0"1'-0"3') se ubica entre 4 T Y 8 T enton­ces 28 varia entre 1° Y 60° (fracturas en la zona de transicion cizalla-extension)

- si (0"1' ·0"3') es mayor que 8T entonces 28 60° (fracturas de cizalla).

Si el angulo diedro 28 medido es inferior a 45° significa que el esfuerzo diferencial (0"1'­0"3') es inferior al 5,6T. POI' otra parte, un angu­10 diedro inferior a 45° implica que el esfuerzo normal efectivo a la fractura (mf) es tensional, pOl' consiguiente la componente principal del desplazamiento es de tipo dilatacional (Price, 1977).

Debcmos destacar que las fracturas de exten­si6n (28 = O~ pueden originarse 0 propagarse en estratos que contienen fluidos a alta presi6n aun cuando el esfuerzo principal mInima es compresivo (Engelder, 1985).

ApIicacion de losconceptos teoricos en las Sierras Australes

Los conceptos basicos de mecanica de rocas mencionados anteriormente son los que tienen aplicacion como fundamento para explicar el origen de las estructuras presentes en el area in­vestigada.

En vista de los juegos de fracturas conjuga­.. das considerados en este estudio surge que el

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... eje principal maximo de los esfuerzos podria OC ubicarse en dos posiciones, una cercana a la ho­

rizontal (para las fracturas hko, Figura 6e) y otra BRAVARO NAPOSTA PROVIOENCIA LOLE N

ccrcana a la vertical (para las fracturas ok!, fi­gura 6d). En ambos casos estamos ante fractu­

Figura 4: Resistencia maxuna, defonnaci6n a la rotura y ras producidas en el campo de la extensi6n-ci­mOdulo de elasticidad, Grupo Ventana.

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zalla (hibridas). En lafigura 6b y c vemos que el esfuerzo principal minimo (cr3) permanece perpendicular al plano de la fractura de exten­sian, plano que contiene a los esfuerzos princi­pales maximo e intermedio (crl y 0'2). Por 10 tan-to .£es casi horizontal y, principalmente, para­lelo al eje de los pliegues dado que la fractura­cian del tipo ac es dominante. Tales fracturas de extension generan un desplazamiento cuya componente principal es dilatacional. De todas maneras tal desplazamiento, y la deformaci6n que provoca, serfa de muy bajo orden (Segall y Pollard,1983).

La relacian de resistencias entre las rocas de las distintas Formaciones (figura 4) y los angu­los diedros (26) maximos medidos para cada Formacian (figura 7) estan en concordancia con 10 esperado teoricamente, es decir, que las For­maciones constituidas por rocas resistentes (Bravard, Naposta y Providencia) presentan fracturas conjugadas con valores 2El menores que los que se observan en la Formacion Lolen. Si el valor del esfuerzo diferencial (cr1' -cr3 ') que afecta a los distintos grupos litol6gicos al momento de la fractura fuera constante enton­ees, para producir fracturas conjugadas con angulos diedros diferentes en rocas de distinta resistencia, necesitamos que la magnitud de los esfuerzos principales maximo (crl') y minimo

(cr3 ') sea distinta al momenta de producirse la fractura de cada unidad litologica, por 10 tanto la fracturaci6n de las rocas de distinta resisten­cia esta separada en el tiempo. Con valores in­dividuales de (crl') y (cr3') altos se fracturarfa en primer lugar la roca menos resistente, y dismi­nuyendo ambos valores a la vez (I.e., conser­vando conStante al esfuerzo difereneial, hecho que trae aparejado la disminuci6n del confina­miento), se fracturarfa la roca mas rcsistente con angulos diedros conjugados (26) mas pe­quenos (figura 8a).

Ahora bien, si consideramos la variaci6n de los angulos diedros en una misma litologia (los angulos diedros disminuyen cuando pasamos de la Formacion Bravard a la Formacion Providen­cia, figura 7) vemos que podemos explicar tal fen6meno si admitimos que la fuerza que pro­duce la fraeturacion proviene del suroeste ya que, de tal manera, generariamos fracturas con­jugadas con angulos diedros que van disminu­yendo de valor a medida que nos alejamos de la zona de aplicaei6n de la fuerza.

En la zona de estudio el valor del esfuerzo diferencial (crl'·cr3') puede ser estimado en fun­cion del angulo diedro (26) entre fracluras con­jugadas' (price, 1977). Por consiguiente, para las

Formaciones resistentes (con angulos diedros maximos de 45~, el esfuerzo diferencial tendria un valor estimado igual 0 menor que 5,6T; para el caso de las TOcas menos resistentes (Forma­cion Lolen con angulos diedros maximos de 60°) el valor estimado serfa igual 0 menor que 8T.

Si utilizamos los valores de la resistencia a la tensi6n obtenidos te6ricamente a partir de los ensayos ala compresi6n inconfinada (cuadro I), tenemos que: .

. para Lolen, «(1\'.<J3 ') =8T =8x70 kg/cm2 =

2560 kg/cm

- para Bravard, Naposta y fr0videncia, (9"1'. cr3') =5,6T =5,6 x 140 kg/cm =784 kg/cm luego, si promediamos, la magnitud del esfuerzo diferencial regional maximo actuante en la zona es del orden de los 650 kg/cm

2.

La presencia de fracturas de extension (26 = 0°) impliea en primer lugar que el esfuerzo dife­rencial que las origina es igual 0 menor a 4T; en segundo lugar que, necesariamente, el esfuerzo principal minimo (cr3) debe ser tensional. El significado ffsico de S3 tensional esta asociado en forma ineludible cOii la presencia de fluidos a alta presi6n. Por 10 tanto todo el analisis de las fracturas deberia hacerse en terminos de esfuer­zos efectivos.

Ya vimos que para producir fracturas conju­gadas con angulos diedros menores a 60° es ne­cesario tener un esfuerzo principal minimo igual a cero 0 francamente tensional (figura 9). Al hacer el analisis en terminos de esfuerzos efectivos vemos que la presion de fluidos se opone al csfuerzo principal minima logrando que el mismo sea, localmente, nulo 0 tensional. En el area de estudio la presion de fluidos podria llegar a valores maximos tal que A= 1+T, dado que asf seria compatible con el desarrollo de fracturas conjugadas con 26 inferiores a 60° (Price, 1977).

La presencia de vetas, cordones de vetas es­calonadas y pequenas fallas con brechas eemen­tadas son indicadores de la presencia de fluidos en el macizo TOCOSO del Abra de la Ventana.

Las vetas y fracturas escalonadas se han ini­ciado en una zona de cizalla, gradando en gene­ral a fractura neta. Las vetas escalonadas son planares y muy rara vez muestran alguna pe­quena distorsion sigmoidal, indicando en gene­ral una unica pulsaci6n de los esfuerzos en su formaci6n.

La presencia de zonas de falla compuestas por material brechoso indica una fracturacion hidraulica de las paredes a ambos lados de la

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@ ZONA n°

• FRACTURA

o FRACTURA CON BRECHA

x BANDA KINK

~ FRACTURA ESCALON ADA

[\, EJE DE PUEGUE

Figura 5: Orienlaci6n de fracturas par zona, Grupo Venlana, a-f: polos a planas, los numeros en el centro de los diagramas indican canlidad de mediciones, las Ifneas de trazos limitan las zonas de maxima dispersi6n de polos de la fracturacion dominanle; g: rumbas dc fracluras y vetas escalonadas, las Ifneas diametralcs indican la direccion principal del juego, las !ineas pequclias que atraviesan a las anteriores indican la posicion de las fracturas y velas propiamcnte dichas,

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Asociaci6n Geol6gica Argentina

Figura 6: Simetria de las fracturas principales, Abra de la Ventanl a) ejes de simetria respecto del plegamiento, b) fracturas de extensi6n (be), c) fracturas de extensi6n (ae), d) fracturas conjugadas (hko) con angulo 28 en c. fracturas conjugadas (old) con angulo 28 en a. (Tornado de Hancock, 1985).

superficie de la fractura en propagacion, debido a la abrupta cafda en la presion de fluidos a 10 largo de la superficie de fractura.

La densidad de fracturacion es grande en ca­pas de alta resistencia y de pequeno espesor en relacion con capas de la misma resistencia pero de mayor espesor.

£1 desarrollo de zonas de cizalla, cordones de fracturas y vetas escalonadas se manifiesta en las Formaciones Bravard, Naposta y Provi­dencia, rocas mas resistentes, mientras que en la Formacion Lolen la deformacion se produce principalmente con el desarrollo de clivaje. Conviene agregar que 1a interaccion agua-roca se considera un mecanismo importante en el de­sarrollo del clivaje a pocos kilometros de pro­fundidad (Engelder y Marshak, 1985).

Se observa un muy marcado paralelismo en­tre la posicion de algunas fracturas y la posicion de las estructuras de tipo kink band, negativos (i.e., indican acortamiento de los pIanos de la anisotropfa existente), que afectan al clivaje de la Formacion Lolen; esta evidencia podrfa indi­car que estos kinks se desarrollarfan en el cam­po del comportamiento rfgido (Hancock, 1985).

CONCLUSIONES

Las rocas cuarcfticas de las Formaciones Bravard, Naposta y Providencia son dos veces mas resistentes que las areniscas micaceas de la Formacion Lolen.

Los sistemas dominantes de fracturas con­jugadas, de posicion general suroeste­noreste, presentan una simetrfa respecto

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• EJE PLiEGUE

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60. 220 ~ ..J

200 ~

180

\I III IV V VI ZONA n°

Figura 7: Azimut de fracturas y angulos diedrales maximos, Grupo Ventana. Las zonas I a V incluyen afloramientos de las Formaciones cuarcfticas de Bravard. Napostii y Provideneia. la zona VI incluye afloramientos de la Formaci6n Lolen. Los

valores ubicados en el centro de la figura para cada zona indican los angulos diedrales maximos.

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L. R. Di Nardo y L. V. Dimieri

de la superficie de estratificaci6n y del eje del pliegue.

Los angulos diedros agudos (20) de las frac­turas conjugadas de las rocas de la zona en .estudio no son similares debido a la distinta resistencia de los materiales: en las cuarcitas los angulos diedros son menores que en las areniscas micaceas.

El esfuerzo regional actuante en la zona de es­tudio tendria direcci6n, sentido y mag­nitud definidos: la direcci6n estaria dada por indicadores cinematicos y serfa suroeste-noreste (240°-60° azimut); el sentido estaria dado por la variaci6n an­gular entre fracturas conjugadas de una misma litologia y serfa suroeste atenuandose hacia el noreste; y el orden

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Figura 8: Analisis de la relaci6n entre el esfucrzo diferencial y la presi6n de fluidos versus el angulo diedral 28 utilizando drculos de Mohr (f: resistencia a la tension, R: resistente, D: deb~, m: p~si6n de fluidos)..a) lnfluencia de la res~stencia; b) mfluencla del esfuerzo diferenclal; c) mfluencla de la presion de fluidos. (Modificado de Hancock y Khadi, 1978).

de magnitud del esfuerzo diferencial ac­tuante estaria dado enfunci6n de la resis­tencia a la tensi6n de las rocas y de los angulos diedros agudos (20) entre frac­turas conjugadas y seri~, como promedio, del orden de 650 kg/em .

Para todas las fracturas conjugadas con­sideradas (con angulos diedros menores de 60°) el esfuerzo principal minimo «J3) es tensional, y para aquellas donde el angulo diedro es menor a 45° el esfuerzo normal al plano de fractura (CJTl) es ten­sional; el significado fisico de estas con­diciones s6lo puede explicarse con­siderando el efecto de la presi6n de fluidos, que podria alcanzar una magnitud equivalente a una vez la resistencia a la tensi6n de la roca en exceso de la presi6n litostatica (A.= 1+T).

La presencia de fluidos a una presi6n superior a la normal en el macizo rocoso esta evidenciada por vetas, cordones de vetas escalonadas y fallas con brechas cemen­tadas. Tales brechas son el producto tipico del fen6meno de fracturaci6n hidciulica.

La influencia de la presi6n de fluidos no estarfa circunscripta s6lo al comportamiento rfgido de los materiales, par el contrario su presencia seria fundamental para ex­plicar fen6menos tal como, por ejemplo, el deslizamiento entre capas que posibilite el plegamiento de las racas por medio del mecanismo de deslizamiento flexural.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece especialmente a Paul Hancock por haber brindado impartantes sugerencias que encauzaron nuestros pensamientos. El Departa­mento de Geologia de la Universidad del Sur provey6 apoyo logistico para las campaflas. Los ensayos de resistencia se realizaron en los labo­ratorios de Ensayos de Materiales y Mecanica de Suelos y Vias de Comunicaci6n del Departa­mento de Ingenierfa de la Universidad Nacional del Sur; se agradece al personal de dichos labo­ratorios por la colaboraci6n prestada. La Comi­si6n de Investigaciones Cientificas de la provin­cia de Buenos Aires financi6 parte de este tra­bajo con subsidio expte. NQ 2109-2986/83.

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fi;.:ura 9: Geometria de las fracturas, angulos 28 y posicion de los esfuerzos (crl', (J2' y cr3: esfuerzos principales efeetivos; -:- -~':;\encia a la tension; <IT\': esfuerzo normal efectivo). a) geometrfa de las fracturas principalesdel Abra de la Ventana; : ~:'-:16n entre los esfuerzos principales efectivos y el angulo 28. (Modificado de Hancock y Khadl, 1978).

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Recibido: 5 de abril, 1987 Aceptado: 8 de junio, 1988

LUCIANO RAFAEL DI NARDO Universidad Nacional del Sur

Departamento de Ingenieria

LUIS VICENTE DIMIERI Universidad Nacional del Sur

Departamento de GeologIa CONICET

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