articulación de exfoliación

Tipo de junta de intemperie

Articulaciones de exfoliación envolviendo 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 junta de pronunciado descenso.

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

Características generales

• Comúnmente siguen la topografía . ^{[1] [2] [3]}
• Divida la roca en subplanares ^{[ cuando se define como? ]} losas. ^[3]
• El espacio entre las 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 por tracción ^{[7] [8]}
• Ocurren en muchas litologías y zonas climáticas diferentes, no exclusivas de los paisajes glaciares. ^{[3] [9] [10]}
• La roca huésped generalmente está escasamente articulada, 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 asociado con formas de compresión secundaria como arqueamiento, pandeo y tiendas de campaña A (losas pandeadas) ^[11]

Formación

A pesar de su ocurrencia común en muchos paisajes diferentes, los geólogos aún tienen que llegar a un acuerdo sobre una teoría general de la formación de juntas de exfoliación. Se han sugerido muchas teorías diferentes; a continuación se muestra 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.

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 tensiones 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 estar incompleta, como por ejemplo: ^{[6] [10] [12]}

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

Una posible extensión de esta teoría para que coincida con la teoría de la tensión de compresión (que se describe a continuación) es la siguiente ^[3] (Goodman, 1989): La exhumación de rocas profundamente enterradas alivia la tensión vertical , pero las tensiones horizontales pueden permanecer en un macizo rocoso competente desde el medio está confinado lateralmente. Las tensiones horizontales se alinean con la superficie actual del terreno a medida que la tensión vertical cae a cero en este límite. Por lo tanto, durante la exhumación se pueden generar grandes tensiones de compresión paralelas a la superficie que pueden provocar una fractura de 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 la 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 losas delgadas (por ejemplo, Wolters, 1969). ^[12] Se han observado grandes fluctuaciones de temperatura diurnas o inducidas por incendios que crean laminaciones delgadas y descamaciones en la superficie de las rocas, a veces denominadas exfoliación. ^{[13] Sin embargo, dado que las fluctuaciones diurnas de temperatura 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 mineral por la penetración del agua puede provocar la descamación de finas capas de roca, ya que el volumen de algunos minerales aumenta con la hidratación . ^[10] Sin embargo, no toda la hidratación mineral produce un aumento de 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 una explicación para el origen de la hidratación a gran escala y más profunda. articulaciones de exfoliación.

Esfuerzo compresivo y fractura por extensión.

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

Grandes tensiones tectónicas de compresión paralelas a la superficie terrestre (o libre) pueden crear fracturas en 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 fractura se ha observado en el laboratorio desde al menos 1900 (tanto en cargas de compresión no confinada uniaxial como biaxial; ver Gramberg, 1989) . ^[15] Se pueden formar grietas de tracción en un campo de tensión de compresión debido a la influencia de microfisuras generalizadas en la red de roca y la extensión de las llamadas grietas de ala desde cerca de las puntas de las microfisuras orientadas preferentemente, que luego se curvan y se alinean con la dirección de la Principio de tensión de compresión. ^{[16] [17]} Las fracturas formadas de esta manera a veces se denominan escisión axial, división longitudinal o fracturas extensionales, y se observan comúnmente en el laboratorio durante las pruebas de compresión uniaxial. Los esfuerzos de compresión horizontales o paralelos a la superficie pueden ser el resultado de esfuerzos tectónicos o topográficos regionales , o de la 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 fractura por extensión (escisión axial) parecen ser la teoría más plausible que explica la formación de juntas de exfoliación.

Importancia de la ingeniería geológica

Reconocer la presencia de juntas de exfoliación puede tener implicaciones importantes en ingeniería geológica . Lo más notable puede ser su influencia sobre la estabilidad de las pendientes. Las juntas de exfoliación que siguen la topografía de las paredes inclinadas de los valles, las laderas de las colinas 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 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. Los trabajos de cimentación también pueden verse afectados por la presencia de juntas de exfoliación, por ejemplo en el caso de presas . ^[18] Las juntas de exfoliación subyacentes a los cimientos de una presa pueden crear un riesgo importante de fuga , mientras que el aumento de la presión del agua en las juntas puede provocar el levantamiento o el 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.

Ver también

• granito exfoliante
• Steinerne Rose , ejemplo de monumento rocoso natural provocado por la exfoliación.

Referencias

1. Gilbert, GK (1904). “Cúpulas y estructuras de cúpulas de la Sierra alta”. Boletín de la Sociedad Geológica de América . 15 (1): 29–36. Código Bib : 1904GSAB...15...29G. doi :10.1130/GSAB-15-29.
2. Matthes, FE (1930). "Historia geológica del valle de Yosemite". Profesional del Servicio Geológico de EE. UU . 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 Estados Unidos . 738 .
5. Jahns, RH (1943). “Estructuras laminares en granitos”. Revista de Geología . 51 (2): 71–98. Código bibliográfico : 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. Código Bib : 1989EngGe..27..225H. doi :10.1016/0013-7952(89)90035-5.
7. , D.; Grossenbacher, K.; Karasaki, K. (enero de 1999). "Mecanismo de formación de juntas de exfoliación en rocas graníticas, Parque Nacional Yosemite". Revista de Geología Estructural . 21 (1): 85–96. Código Bib : 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 del empalme de láminas". Mecánica de rocas e ingeniería de rocas . 5 (3): 163–187. Código Bib : 1973RMFMR...5..163T. doi :10.1007/BF01238046. S2CID  129852438.
11. Romani, JR; Twidale, CR (1999). "Fracturas de láminas, otras formas de tensión y algunas implicaciones de ingeniería". Geomorfología . 31 (1–4): 13–27. Código Bib : 1999Geomo..31...13V. doi :10.1016/S0169-555X(99)00070-7.
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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 sobre la mecánica de rocas y la mecánica de fracturas . AABalkema. ISBN 9061918065.
16. Hoek, E.; Bieniawski, ZT (1965). "Propagación de fracturas frágiles en roca sometida a compresión". Revista Internacional de Mecánica de Fracturas . 1 (3): 137-155. doi :10.1007/BF00186851. S2CID  198179354.
17. Fairhurst, C.; Cocinero, NGW (1966). "El fenómeno de la división de la roca paralela a la dirección de máxima compresión en las cercanías de una superficie". Actas del 1er Congreso, Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas : 687–692.
18. Terzaghi, K. (1962). "Cimentación de presa sobre lámina de granito". Geotecnia . 12 (3): 199–208. Código bibliográfico : 1962Getq...12..199T. doi :10.1680/geot.1962.12.3.199. ISSN  0016-8505.

enlaces externos

• Medios relacionados con las articulaciones de exfoliación en Wikimedia Commons