Exfoliación articular

Tipo de junta de intemperismo

Articulaciones de exfoliación que envuelven Half Dome en el Parque Nacional Yosemite , California.

Juntas de exfoliación en granito en el Área Natural Estatal Enchanted Rock , Texas, EE. UU. Los bloques desprendidos se han deslizado a lo largo del plano de la junta, que presenta una inclinación pronunciada.

Las juntas de exfoliación o juntas laminares son sistemas de fracturas paralelas a la superficie de la roca, que a menudo provocan la erosión de losas concéntricas.

Características generales

• Generalmente siguen la topografía . ^{[1] [2] [3]}
• Dividir la roca en losas subplanares ^{[ cuando se define como? ] . [3]}
• El espaciamiento entre juntas aumenta con la profundidad desde unos pocos centímetros cerca de la superficie hasta unos pocos metros ^{[3] [4] [5]}
• La profundidad máxima de ocurrencia observada es de alrededor de 100 metros. ^{[3] [4] [5] [6]}
• Las juntas más profundas tienen un radio de curvatura mayor, que tiende a redondear las esquinas del paisaje a medida que el material se erosiona ^{[1] [2] [3] [4] [5]}
• El modo de fractura es de tracción ^{[7] [8]}
• Se encuentran en muchas litologías y zonas climáticas diferentes y no son exclusivas de los paisajes glaciares. ^{[3] [9] [10]}
• La roca madre generalmente está escasamente unida, es bastante isotrópica y tiene una alta resistencia a la compresión . ^{[1] [5] [10]}
• Puede tener curvaturas cóncavas y convexas hacia arriba. ^{[1] [2] [11]}
• A menudo se asocia con formas de compresión secundarias, como arqueamiento, pandeo y carpas en forma de A (losas pandeadas) ^[11]

Formación

A pesar de que se dan en muchos paisajes diferentes, los geólogos aún no han llegado a un acuerdo sobre una teoría general sobre la formación de juntas de exfoliación. Se han sugerido muchas teorías diferentes; a continuación se presenta una breve descripción de las más comunes.

Eliminación de sobrecarga y rebote

Juntas de exfoliación expuestas en un corte de carretera en el Parque Nacional Yosemite , California.

Exfoliación de granito en el Área Natural Estatal Enchanted Rock, Texas, EE. UU.

Esta teoría fue propuesta originalmente por el geomorfólogo pionero Grove Karl Gilbert en 1904. La base de esta teoría es que la erosión de la sobrecarga y la exhumación de roca profundamente enterrada hasta la superficie del suelo permite que la roca previamente comprimida se expanda radialmente, creando tensión de tracción y fracturando la roca en capas paralelas a la superficie del suelo. La descripción de este mecanismo ha dado lugar a términos alternativos para las juntas de exfoliación, incluidas las juntas de liberación de presión o de descarga. Aunque la lógica de esta teoría es atractiva, existen muchas inconsistencias con las observaciones de campo y de laboratorio que sugieren que puede ser incompleta, como: ^{[6] [10] [12]}

• Las juntas de exfoliación se pueden encontrar en rocas que nunca han estado enterradas profundamente.
• Los estudios de laboratorio muestran que la simple compresión y relajación de muestras de roca en condiciones realistas no causa fracturas.
• Las juntas de exfoliación se encuentran más comúnmente en regiones de tensión compresiva paralela a la superficie , mientras que esta teoría requiere que ocurran en zonas de extensión.

Una posible extensión de esta teoría para que coincida con la teoría del esfuerzo de compresión (descrita a continuación) es la siguiente ^[3] (Goodman, 1989): La exhumación de rocas profundamente enterradas alivia el esfuerzo vertical , pero los esfuerzos horizontales pueden permanecer en una masa rocosa competente ya que el medio está confinado lateralmente. Los esfuerzos horizontales se alinean con la superficie actual del suelo a medida que el esfuerzo vertical cae a cero en este límite. Por lo tanto, se pueden generar grandes esfuerzos de compresión paralelos a la superficie a través de la exhumación que pueden conducir a la fractura de la roca por tracción, como se describe a continuación.

Deformación termoelástica

La roca se expande al calentarse y se contrae al enfriarse, y los diferentes minerales que forman rocas tienen tasas variables de expansión /contracción térmica. Las variaciones diarias de temperatura de la superficie de la roca pueden ser bastante grandes, y muchos han sugerido que las tensiones creadas durante el calentamiento hacen que la zona cercana a la superficie de la roca se expanda y se desprenda en placas delgadas (por ejemplo, Wolters, 1969). ^[12] Se ha observado que las grandes fluctuaciones de temperatura diurnas o inducidas por el fuego crean laminación delgada y descamación en la superficie de las rocas, a veces etiquetadas como exfoliación. ^[13] Sin embargo, dado que las fluctuaciones de temperatura diurnas solo alcanzan unos pocos centímetros de profundidad en la roca (debido a la baja conductividad térmica de la roca ), esta teoría no puede explicar la profundidad observada de las juntas de exfoliación que pueden alcanzar los 100 metros. ^{[1] [3] [6] [10]}

Meteorización química

La erosión de los minerales por la penetración del agua puede provocar el descascarado de capas delgadas de roca, ya que el volumen de algunos minerales aumenta con la hidratación . ^[10] Sin embargo, no toda hidratación mineral da como resultado un aumento del volumen, mientras que las observaciones de campo de las juntas de exfoliación muestran que las superficies de las juntas no han experimentado una alteración química significativa, por lo que esta teoría puede rechazarse como explicación del origen de las juntas de exfoliación más profundas y a gran escala.

Esfuerzo compresivo y fractura extensional

Las juntas de exfoliación han modificado las partes cercanas a la superficie de enormes rocas graníticas en el Parque Nacional Yosemite , ayudando a crear las espectaculares cúpulas, incluida la Half Dome que se muestra aquí.

Grandes tensiones tectónicas de compresión paralelas a la tierra (o una superficie libre) pueden crear fracturas de modo de tracción en la roca, donde la dirección de propagación de la fractura es paralela a la mayor tensión de compresión principal y la dirección de apertura de la fractura es perpendicular a la superficie libre. ^{[3] [6] [7] [8] [9] [10] [14]} Este tipo de fracturamiento se ha observado en el laboratorio desde al menos 1900 (tanto en carga de compresión uniaxial como biaxial no confinada; ver Gramberg, 1989). ^[15] Las grietas de tracción se pueden formar en un campo de tensión de compresión debido a la influencia de microgrietas generalizadas en la red de la roca y la extensión de las llamadas grietas de ala desde cerca de las puntas de las microgrietas orientadas preferentemente, que luego se curvan y se alinean con la dirección de la tensión de compresión principal. ^{[16] [17]} Las fracturas formadas de esta manera a veces se denominan clivaje axial, división longitudinal o fracturas extensionales, y se observan comúnmente en el laboratorio durante pruebas de compresión uniaxial. La alta tensión de compresión horizontal o paralela a la superficie puede ser resultado de tensiones tectónicas o topográficas regionales, o por erosión o excavación de sobrecarga.

Teniendo en cuenta la evidencia de campo y las observaciones de ocurrencia, modo de fractura y formas secundarias, las altas tensiones de compresión paralelas a la superficie y la fracturación extensional (hendidura axial) parecen ser la teoría más plausible para explicar la formación de juntas de exfoliación.

Importancia de la ingeniería geológica

Reconocer la presencia de juntas de exfoliación puede tener implicaciones importantes en la ingeniería geológica . La más notable puede ser su influencia en la estabilidad de la pendiente. Las juntas de exfoliación que siguen la topografía de las paredes de los valles inclinados, las laderas de las colinas de roca madre y los acantilados pueden crear bloques de roca que son particularmente propensos a deslizarse. Especialmente cuando la punta de la pendiente está socavada (naturalmente o por la actividad humana), es probable que se deslice a lo largo de los planos de las juntas de exfoliación si la inclinación de la junta excede el ángulo de fricción de la junta. El trabajo de cimentación también puede verse afectado por la presencia de juntas de exfoliación, por ejemplo, en el caso de las presas . ^[18] Las juntas de exfoliación subyacentes a la cimentación de una presa pueden crear un riesgo de fuga significativo , mientras que el aumento de la presión del agua en las juntas puede provocar el levantamiento o deslizamiento de la presa. Finalmente, las juntas de exfoliación pueden ejercer un fuerte control direccional sobre el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes.

Véase también

• Granito exfoliante
• Rosa de Steinerne , ejemplo de monumento rocoso natural causado por exfoliación.

Referencias

1. Gilbert, GK (1904). "Domos y estructuras en domo de la alta Sierra". Boletín de la Sociedad Geológica de América . 15 (1): 29–36. Código Bibliográfico :1904GSAB...15...29G. doi :10.1130/GSAB-15-29.
2. Matthes, FE (1930). "Historia geológica del valle de Yosemite". Servicio Geológico de Estados Unidos . 160 .
3. Goodman, RE (1993). Ingeniería geológica . Nueva York: John Wiley and Sons.
4. Dale, TN (1923). "Los granitos comerciales de Nueva Inglaterra". Boletín del Servicio Geológico de los Estados Unidos . 738 .
5. Jahns, RH (1943). "Estructuras laminares en granitos". Revista de Geología . 51 (2): 71–98. Bibcode :1943JG.....51...71J. doi :10.1086/625130. S2CID  129646638.
6. Holzhausen, GR (1989). "Origen de la estructura laminar, 1. Morfología y condiciones de contorno". Ingeniería geológica . 27 (1–4): 225–278. Bibcode :1989EngGe..27..225H. doi :10.1016/0013-7952(89)90035-5.
7. Bahat, D.; Grossenbacher, K.; Karasaki, K. (enero de 1999). "Mecanismo de formación de juntas de exfoliación en rocas graníticas, Parque Nacional de Yosemite". Revista de Geología Estructural . 21 (1): 85–96. Bibcode :1999JSG....21...85B. doi :10.1016/s0191-8141(98)00069-8. ISSN  0191-8141.
8. Mandl, G. (2005). Juntas de roca . Berlín: Springer-Verlag. ISBN 9783642063916.
9. Bradley, WC (1963). "Exfoliación a gran escala en areniscas masivas de la meseta de Colorado". Boletín de la Sociedad Geológica de América . 74 (5): 519–527. doi :10.1130/0016-7606(1963)74[519:LEIMSO]2.0.CO;2.
10. Twidale, CR (1973). "Sobre el origen de las juntas laminares". Mecánica de rocas e ingeniería de rocas . 5 (3): 163–187. Bibcode :1973RMFMR...5..163T. doi :10.1007/BF01238046. S2CID  129852438.
11. Romani, JR; Twidale, CR (1999). "Fracturas laminares, otras formas de tensión y algunas implicaciones de ingeniería". Geomorfología . 31 (1–4): 13–27. Bibcode :1999Geomo..31...13V. doi :10.1016/S0169-555X(99)00070-7.
12. Wolters, R. (1969). "Zur Ursache der Entstehung oberflächenparalleler Klüfte". Mecánica de rocas e ingeniería de rocas . 1 (1): 53–70. Código Bib : 1969RMFMR...1...53W. doi :10.1007/BF01247357. S2CID  129174541.
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14. Brunner, FK; Scheidegger, AE (1973). "Exfoliación". Mecánica de rocas . 5 (1): 43–62. Código bibliográfico : 1973RMFMR...5...43B. doi :10.1007/bf01246756. ISSN  1434-453X.
15. Gramberg, J. (1989). Una visión no convencional de la mecánica de rocas y la mecánica de fracturas . AABalkema. ISBN 9061918065.
16. Hoek, E.; Bieniawski, ZT (1965). "Propagación de fracturas frágiles en rocas bajo compresión". Revista Internacional de Mecánica de Fracturas . 1 (3): 137–155. doi :10.1007/BF00186851. S2CID  198179354.
17. Fairhurst, C.; Cook, NGW (1966). "El fenómeno de la fractura de rocas en paralelo a la dirección de máxima compresión en las proximidades de una superficie". Actas del 1.er Congreso de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas : 687–692.
18. Terzaghi, K. (1962). "Cimiento de presa sobre granito laminado". Geotechnique . 12 (3): 199–208. Bibcode :1962Getq...12..199T. doi :10.1680/geot.1962.12.3.199. ISSN  0016-8505.

Enlaces externos

• Medios relacionados con Exfoliación de las articulaciones en Wikimedia Commons