Control of pore geometry on the strenght, elastic anisotropy and acoustic emission output of vesicular lavas from Nevados de Chillán volcanic complex
Date
2025
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Abstract
La resistencia y rigidez de las lavas, así como su tendencia a fracturarse y desarrollar redes de flujo permeables, están controladas por su heterogeneidad microestructural. En lavas andesítico–dacíticas vesiculares del Complejo Volcánico Nevados de Chillán (CVNCh), Chile, se demuestra que la resistencia a la compresión uniaxial (UCS) y el módulo de Young (E) dependen no solo de la porosidad conectada, sino también de la distribución, orientación, tamaño y razón de aspecto de los poros. Se ensayaron probetas cilíndricas con poros alineados de manera paralela, perpendicular e inclinada respecto a la dirección de carga, mediante pruebas de compresión uniaxial instrumentadas con monitoreo de emisiones acústicas (AE). La fábrica de poros se cuantificó a partir de análisis bidimensionales (cortes transparentes e imágenes superficiales) y tridimensionales (microtomografía computarizada de rayos X, micro-CT). La carga aplicada perpendicularmente al eje mayor de los poros produce los valores menores de resistencia y rigidez, además de activar emisiones acústicas a bajos esfuerzos. En cambio, la carga paralela al eje mayor induce daño a mayores esfuerzos, alcanza una resistencia relativamente superior y culmina con la falla macroscópica acompañada de una mayor tasa de emisiones acústicas (AE) concentradas cerca del esfuerzo peak. Cuando la carga se aplica con una inclinación respecto al eje mayor de los poros, se observan patrones intermedios de AE. Estas observaciones concuerdan con la teoría de nucleación y propagación de microfracturas controlada por la concentración de esfuerzos alrededor de los poros. Si bien la porosidad ejerce un control de primer orden sobre la magnitud global de la resistencia y la rigidez, se concluye que la orientación preferencial, la razón de aspecto y la variabilidad direccional de los poros modulan de manera fundamental el modo de falla, la evolución del daño y las propiedades mecánicas de la roca. En términos aplicados, este marco permite anticipar direcciones preferenciales de debilidad y la evolución del daño previo a la falla, contribuyendo a la evaluación de la estabilidad mecánica de domos de lava, diques y conos de escoria compuestos por materiales altamente porosos.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2025.
Keywords
Microstructural heterogeneity, Pore Geometry, Uniaxial Compressive Strength, Nevados de Chillán, Lava flow