GEOLOGIA ESTRUCTURAL.pdf

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RED N

RED NACIONAL UNIVERSITARIAACIONAL UNIVERSITARIA

SYLLABUS

Facultad de Ciencias y Tecnología

Ingeniería de Gas y Petróleo Ingeniería de Gas y Petróleo

TERCER SEMESTRE

Gestión Académica I/2012 Gestión Académica I/2012

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UDABOL

UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01 Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01

VISION

VISION DE

DE LA

LA UNIVERS

UNIVERSIDAD

IDAD

Ser la Universidad líder en ca

Ser la Universidad líder en calidad educativa.lidad educativa.

MISION DE L

MISION DE LA UNIVERSIDAD

A UNIVERSIDAD

Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al

servicio de la sociedad. servicio de la sociedad. MENSAJE AL ESTUDIANTE MENSAJE AL ESTUDIANTE:: ��

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UDABOL

UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01 Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01

VISION

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UNIVERSIDAD

IDAD

Ser la Universidad líder en ca

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MISION DE L

MISION DE LA UNIVERSIDAD

A UNIVERSIDAD

Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al

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SYLLABUS SYLLABUS Asignatura:

Asignatura: GEOLOGIA ESTRUCTURALGEOLOGIA ESTRUCTURAL

Código: Código: GLG 205GLG 205 Requisito: Requisito: GLG 200GLG 200 Carga Horaria: Carga Horaria: Créditos:

Créditos: 3 Horas y 10 minutos3 Horas y 10 minutos

Docente:

Docente: Ing. Norma Z. RodriguezIng. Norma Z. Rodriguez

Aramayo Aramayo

I.-

I.- OBJETIVOOBJETIVOS S DE DE LA LA ASIGNATURA:ASIGNATURA: •

• Establecer la importancia y aplicabilidad de la Geología Estructural en la Carrera de Ingeniería enEstablecer la importancia y aplicabilidad de la Geología Estructural en la Carrera de Ingeniería en

Gas y Petróleo. Gas y Petróleo.

•

• Interpretar la Geología estructural de BoliviaInterpretar la Geología estructural de Bolivia •

• Evaluar, mediante problemas y ejercicios los mecanismos de deformación de las rocas, y laEvaluar, mediante problemas y ejercicios los mecanismos de deformación de las rocas, y la

aplicación de la brújula a prob

aplicación de la brújula a problemas de tectónica para la confección de planos.lemas de tectónica para la confección de planos.

•

• Desarrollar en los alumnos la capacidad para identificar e interpretar las estructuras que desplazan,Desarrollar en los alumnos la capacidad para identificar e interpretar las estructuras que desplazan,

deforman y modifican la posición especial de las rocas de la corteza y comprender su significado e deforman y modifican la posición especial de las rocas de la corteza y comprender su significado e importancia geológica, económica y Petrolífera.

importancia geológica, económica y Petrolífera.

•

• Interpretar y comprender los procesos geológicos que originan las estructuras que afectan lasInterpretar y comprender los procesos geológicos que originan las estructuras que afectan las

rocas de la

rocas de la corteza. Describir y discutir los modelos tectónicos globales.corteza. Describir y discutir los modelos tectónicos globales.

•

• Analizar las magnitudes sobre esfuerzos y Analizar las magnitudes sobre esfuerzos y deformacionesdeformaciones •

• Conocer la situación tectónica de Conocer la situación tectónica de Bolivia.Bolivia. •

• Conocer los mapas geológicos de Conocer los mapas geológicos de BoliviaBolivia •

• Utilizar brújulas, notaciones y GPS, en el estudio y la solución de prUtilizar brújulas, notaciones y GPS, en el estudio y la solución de pr oblemas estructurales.oblemas estructurales. II.

II. PROGRAMA PROGRAMA ANALÍTICO ANALÍTICO DE DE LA LA ASIGNATURAASIGNATURA

UNIDAD I: CONCEPTOS Y MECANISMOS GENERALES DE LA DEFORMACION DE LAS ROCAS UNIDAD I: CONCEPTOS Y MECANISMOS GENERALES DE LA DEFORMACION DE LAS ROCAS

TEMA 1: CONCEPTOS Y OBJETIVOS TEMA 1: CONCEPTOS Y OBJETIVOS

1.1.1.- Introducción 1.1.1.- Introducción

1.1.2.- Definición y conceptos 1.1.2.- Definición y conceptos 1.1.3.- Relación con otras

1.1.3.- Relación con otras técnicastécnicas

1.1.4.- Objetivos Generales de la Geología Estructural 1.1.4.- Objetivos Generales de la Geología Estructural

TEMA 2: CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES Y SUS MEDICIONES TEMA 2: CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES Y SUS MEDICIONES

1.2.1.- Definición de Estructuras Geológicas 1.2.1.- Definición de Estructuras Geológicas 1.2.2.- Posiciones de las

1.2.2.- Posiciones de las Estructuras GeológicasEstructuras Geológicas 1.2.3.- Instrumentos de Medición

1.2.3.- Instrumentos de Medición

TEMA 3: PRINCIPIOS MECANICOS APLICADOS A LA FORMACION DE LAS ROCAS TEMA 3: PRINCIPIOS MECANICOS APLICADOS A LA FORMACION DE LAS ROCAS

1.3.1.- La Corteza Terrestre 1.3.1.- La Corteza Terrestre 1.3.2.- Fuerza 1.3.2.- Fuerza 1.3.3.- Fuerzas Diferenciales 1.3.3.- Fuerzas Diferenciales 1.3.4.- Esfuerzo 1.3.4.- Esfuerzo

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1.3.5.- Fuerza Litostática 1.3.6.- Deformación.

UNIDAD II: ANALISIS DE ESTRUCTURAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS TEMA 4: PLIEGUES Introducción 2.4.1.- Descripción de pliegues 2.4.2.- Asociación de pliegues 2.4.3.- Representación de pliegues 2.4.4.- Mecánica de plegamiento

2.4.5.- Causas de la formación de pliegues

TEMA 5: FALLAS

Introducción

2.5.1.- Elementos de una falla 2.5.2.- Características de una falla 2.5.3.- Fallas activas e inactivas

2.5.4.- Clasificación de fallas de acuerdo a su movimiento 2.5.5.- Asociaciones de fallas

TEMA 6: DIACLASAS, CABALGAMIENTOS, DOMOS

2.6.1.- Diaclasas 2.6.2.- Cabalgamientos 2.6.3.- Domos

UNIDAD III: CAUSAS PARA LA FORMACION DE PLIEGUES Y FALLAS TEMA 7: ORIGEN POR PROCESOS TECTONICOS

3.7.1.- Introducción 3.7.2.- Procesos tectónicos a. Compresión horizontal b. Tensión horizontal c. Intrusión de magma d. Intrusión de sal

e. Fuerzas verticales de origen no especificado

TEMA 8: PROCESOS NO TECTONICOS

3.8.1.- Introducción

3.8.2.- PROCESOS NO TECTONICOS

a. rasgos estructurales formados cerca de la superficie, bajo la influencia de la gravedad

a.1 Reptación de ladera a.2 Estructuras de Colapso a.3 Cambers

a.4Estructura de inclinación y falla a.5 Comba

a.6 Deslizamiento de tierra

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b. Los relacionados con procesos químicos b.1Procesos químicos

c. Relacionado con congelación c.1. Glaciación

c.2. Deformación contemporánea

UNIDAD IV: LA GEOLOGIA ESTRUCTURAL Y SU RELACION CON EL PETROLEO TEMA 9: DEFINICIONES Y RELACIONES

4.9.1.- Clasificación de los Fenómenos Estructurales 4.9.2.- Métodos en la Geología estructural

4.9.3.- La geología estructural y el petróleo Origen y formación del petróleo

Estructuras de acumulación del petróleo Trampas estratigráficas

Trampas estructurales

TEMA 10: TRAMPAS PETROLIFERAS

4.10.1.- Trampas petrolíferas

4.10.2.- Exploración de depósitos hidrocarburíferos.

UNIDAD V: ANALISIS Y SOLUCION DE PROBLEMAS GEOLOGICOS ESTRUCTURALES PRACTICOS

TEMA 11: EJERCICIOS DE LABORATORIO

5.11.1.- Perfil Topográfico Plano Topográfico Escala Cartográfica

Elaboración de un Perfil a Partir de un Mapa Topográfico 5.11.2.- Elaboración de estratos Verticales, Horizontales y inclinados

III.- BIBLIOGRAFIA BASICA Y COMPLEMENTARIA

 Geología Estructural, Marland P. Billings, editorial EUDEBA, Cuarta Edición, Bs. As. Argentina 1974.

 Geología Estructural, L. U. de Sitter, Editorial OMEGA, Cuarta Edición, Barcelona 1976.

 Geología Estructural, V. Belousov, Editorial MIR, Segunda Edición, Moscú 1979

 Elementos de Geología Estructural, Sherbon Hills, Editorial ARIEL, España Barcelona, 1977

 La aplicación de la proyección estereográfica en geología estructural, Phillips F., Blume, 1975.  SERGEOTECMIN - YPFB, "Mapa Geológico de Bolivia”, 2001

 COMIBOL, “Mapa de Yacimientos Mineros” 1980

 Prefectura Dptal. de Oruro, “Mapa de provincias Políticas de Bolivia” 2003

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IV. PLAN CALENDARIO

SEMANA DEL AL ACTIVIDADES OBSERVACIONES

1ra. 05-mar 10-mar Avance de materia 2da. 12-mar 17-mar Avance de materia 3ra. 19-mar 24-mar Avance de materia 4ta. 26-mar 31-mar Avance de materia 5ta. 02-abr 07-abr Avance de materia

6ta. 09-abr 14-abr Avance de materia Inicio Primera Evaluación Parcial Presentación de Notas 7ma. 16-abr 21-abr Avance de materia Conclusión Primera Evaluación_Parcial Presentación de Notas

8va. 23-abr 28-abr Avance de materia 9na. 30-abr 05-may Avance de materia 10ma. 07-may 12-may Avance de materia 11ra. 14-may 19-may Avance de materia

12da. 21-may 26-may Avance de materia Inicio Segunda Evaluación Parcial Presentación de Notas 13ra. 28-may 02-jun Avance de materia Conclusión Segunda Evaluación_Parcial Presentación de Notas 14ta. 04-jun 09-jun Avance de materia

15ta. 11-jun 16-jun Avance de materia 16ta. 18-jun 23-jun Avance de materia 17ma. 25-jun 30-jun Avance de materia

18va. 02-jul 07-jul Inicio Evaluación Final Presentación de Notas 19na. 09-jul 14-jul Conclusión Evaluación Final Transcripción de Notas 20va. 16-jul 21-jul Evaluación del segundo turno/Cierre de Gestión Transcripción de Notas 21ra. 23-jul 25-jul Cierre de gestión

FERIADOS

6 de abril Viernes Santo 1 de mayo Día del Trabajo

7 de junio

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V. CONTROL DE EVALUACIONES 1°evaluación parcial Fecha Nota 2°evaluación parcial Fecha Nota Examen final Fecha Nota APUNTES

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UNIDAD 1: CONCEPTOS Y MECANISMOS GENERALES DE LA DEFORMACION DE LAS ROCAS

TEMA 1: CONCEPTOS Y OBJETIVOS Generalidades 1.1.1.- Introducción

1.1.2.- Definición y Conceptos 1.1.3.- Relación con otras Ciencias

1.1.4.- Objetivos Generales de la Geología Estructural

Generalidades.-Las ciencias de la tierra, en especial la geología tiene gran influencia en el desarrollo de la sociedad, la misma fue creciendo paulatinamente, de las aplicaciones tradicionales más conocidas como son la investigación, exploración y explotación de los recursos naturales como los minerales, petróleos a estudios completos de obtención de aguas subterráneas. Actualmente la importancia de la geología abarca en el planteamiento, diseño y construcción de las obras de ingeniería. En síntesis, el estudio de la influencia de la misma como componente fundamental del "medio físico" sobre el que se desarrollan los procesos naturales cuyo estudio ha adquirido en nuestros días una importancia extraordinaria.

En nuestro caso en la carrera de Ingeniería Petrolera, las materias Geológicas juegan un papel esencial en el aprendizaje de los alumnos, porque en el transcurso de sus estudios adquieren diversos conocimientos que sirve para un buen desempeño profesional.

De acuerdo a los antecedentes, “El Ingeniero Petrolero debe tener la capacidad de interpretar los datos recibidos de parte de los Geólogos, Geofísicos, Químicos y Físicos, y desarrollar métodos óptimos para el desarrollo de los yacimientos haciendo uso de todas las tecnologías que tenga al alcance.”

1.1.1.- INTRODUCCION

La Geología Estructural constituye uno de los pilares del conocimiento Geológico, su papel y significado ha variado a lo largo del tiempo presentado gran cantidad de sinónimos que actualmente llevan, en ocasiones, a cierto grado de confusión y cuya utilización suele depender del uso y la costumbre en las diferentes escuelas geológicas. El origen de la geología estructural viene de la Geodinámica, una de las tres ramas en las que se dividió la Geología a principios del Siglo XIX y que ha perdurado hasta mediados del siglo presente, las otras dos ramas serían la Geognosia y Geología Histórica.

La Geodinámica es la rama encargada de la descripción de los procesos exógenos y endógenos que daban lugar a las estructuras y a los relieves de la tierra.

La confusión acarreada por un término que abarcaba objetivos tan poco definidos y tan diversos hizo que se acuñasen dos nuevos términos que son sinónimos y que sirvieron para delimitar el cuerpo de doctrina que conocemos en la actualidad como Geología Estructural. Por un lado el término Tectónica (del griego tektos, constructor, arquitecto) fue

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definido por Nauman (1850) y por otro lado el del la Geología Estructural (del latín struere, construir= que fue creado por Geikie (1905) tiene la misma raíz, indicando que su objetivo es común.

1.1.2.- DEFINICION Y CONCEPTOS

Una definición de los límites exactos de la geología estructural es un asunto académico de poca importancia práctica. Sin embargo un autor debe tomar decisiones arbitrarias sobre esta materia. Debe decidir por ejemplo qué temas están dentro de los campos de la estratigrafía y de la sedimentación y cuales interesan primordialmente al geólogo estructural. Se sugiere (Billings M.) que el origen de aquellos rasgos relacionados con los procesos de sedimentación no es parte de la geología estructural. Así, el origen de la estratificación y de las estructuras primarias (Ondulitas, laminación entrecruzada, etc.) le compete al sedimentólogo. Al geólogo estructural, sin embargo, le interesan estas características como herramientas para resolver las estructuras principales, que se pueden confundir con estructuras tectónicas. Además, la clasificación de las fallas es un problema perenne (perpetuo, eterno, inmortal, etc)

La geología estructural es el estudio de la arquitectura de la tierra, en tanto es determinada por movimientos terrestres. Tectónica y geología tectónica son términos sinónimos de la geología estructural.

Foto 1.- Relieve terrestre

Los movimientos que afectan las rocas sólidas resultan de fuerzas dentro de la tierra, que causan:

• Pliegues. Ondulación de una capa o estrato de amplitud y forma variable, que según sean las capas más antigua o más recientes, que se encuentran en el núcleo del pliegue tenemos un anticlinal o sinclinal,

• Diaclasa. Una fisura en la roca. Litoclasa,

• Fallas. Ruptura de una superficie en dos o más bloques dislocados por movimientos diferenciales de desplazamiento más o menos vertical. Hay fallas de pocos centímetros a metros, pero también hay otros a lo largo de las cuales se han producido dislocaciones de miles de metros de rechazo, y

• Clivaje. El movimiento del magma, debido a que con frecuencia está íntimamente asociado con el desplazamiento de rocas sólidas, es también un tema que está dentro del dominio de la geología estructural

Breves Conceptos

Geología estructural: Es el estudio de la disposición que por deformación adoptan masas de rocas sometidas a la acción de fuerzas tectónicas y procesos geológicos endógenos

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Estrato.- Masa de roca en forma de capa, de espesor aproximadamente uniforme, que constituye los terrenos sedimentarios. Se denominan concordantes a los que se superponen paralelos entre si; a los que forman ángulo con ellos discordantes.

Tectónica: Parte de la Geología, que se ocupa de la estructura de la corteza terrestre, en especial de las líneas de perturbación, plegamiento, etc., y de los movimientos que son causa del relieve superficial de la corteza (epirogénesis, orogénesis, sismos, tectogénesis)

1.1.3.- RELACION CON OTRAS TECNICAS

Los problemas estructurales en el trabajo de campo es con frecuencia, solamente una fase de una investigación geológica amplia, por ende la Geología Estructural está íntimamente relacionada con muchas otras ramas de las geociencias.

Es fútil tratar de estudiar la estructura de las formaciones sedimentarias plegadas y falladas, sin poseer un conocimiento de:

• Estratigrafía, esa fase de la geología que trata de la secuencia en la cual las formaciones han sido depositadas.

• La sedimentación, que trata de la deposición de las rocas estratificadas, puede ofrecer muchas evidencias sobre los acontecimientos tectónicos en áreas adyacentes a las cuencas en las cuales se acumula las rocas sedimentarias.

• Paleontología, la ciencia que estudia los seres vivos de épocas pasadas con objeto de reconstruir la constitución y la forma de vida de esos animales y plantas para sí elaborar una ordenación sistemática de los mismos y una datación de su desarrollo) que es el estudio de los fósiles, es indispensable al geólogo estructural que trabaja en rocas que contienen restos orgánicos.

• Petrología, ciencia que estudia la génesis de las rocas o petrogénesis.

• Petrogénesis, proceso de formación de rocas. Una materia que incluye la descripción sistemática de las rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias,

• Fisiografía, es el estudio de la superficie de la tierra, para el geólogo estructural que estudia regiones de la actividad tectónica reciente, donde la topografía es una expresión bastante directa de la estructura. Aun en aquellas áreas donde la evolución tectónica ceso hace mucho tiempo, fisiográfica puede dar indicios importantes al geólogo estructural.

• La geofísica, la aplicación de la física a los problemas terrestres, se ha empleado con éxito en la resolución de muchos tipos de problemas estructurales. Además, es una fuente de nuestra información sobre el interior de la tierra, la fuente de la energía tectónica.

• La sismología, es una rama de la geofísica que trata de las terremotos y de la propagación de ondas elásticas a través de la tierra nos da la información más completa sobre el vasto interior terrestre que yace debajo de la delgada capa superficial visible para el geólogo estructural.

• La geoquímica la aplicación de los principios de la química a los problemas de la tierra, es especialmente significativa para el geólogo estructural que se ocupa del tema metamorfismo.

• La oceanografía especialmente la fase conocida como la geografía submarina está descubriendo muchos hechos excitantes sobre la topografía y la compasión de los fondos de los océanos hechos ya están revolucionando nuestra ideas sobre la estructura de la corteza terrestre.

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Es evidente en consecuencia, que la geología estructural está íntimamente entrelazada con otras fases de la geología y en algunos casos, con otras ciencias. Por lo tanto, el geólogo estructural debe estar familiarizado con el alcance y contenido de estos campos relacionados. No obstante, un estudio sistemático de estos campos esta fuera de las finalidades de este texto de ayuda para el estudiante.

Fig. 1.- Modelo Idealizado de un Pozo Petrolífero

Geología Estructural y el Petróleo

La estructura, es también el objetivo de sus investigaciones que al final deberá definirse con la interpretación de la tan anhelada trampa donde se puedan encontrar los hidrocarburos. Sin embargo muchas de estas tareas son efectuadas con estoicismo digno de admiración, puesto que para lograr las mismas es necesario soportar las inclemencias del tiempo, vencer la fatiga de subir quebradas y trepar cerros escarpados superando los peligros que siempre están al acecho. La presencia de errores de concepción provocados por la ausencia de reconocimiento del terreno o bien a que el tipo de estructura se ha elegido, sin tener en cuenta condiciones que un estudio geotécnico hubiera puesto en manifiesto.

1.1.4.- OBJETIVOS DE LA GEOLOGIA ESTRUCTURAL

El geólogo estructural se ocupa de tres problemas u objetivos estructurales; a.- ¿Cual es la estructura?,

b.- ¿Cuando se desarrolló?

c.- ¿Bajo qué condiciones físicas se formó? a.- Primer objetivo

En general, la primera pregunta se debe responder antes. Es esencial determinar la forma y tamaño de los cuerpos de roca.

¿Son grandes masas tabulares, más o menos horizontales, que cubren decenas de kilómetros cuadrados? ¿Son masas tabulares que han sido plegadas con una longitud de onda de varios kilómetros y una amplitud de miles de metros? ¿O son grandes cuerpos cilíndricos de miles de metros de diámetro dos o tres kilómetros de profundidad?

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El trabajo geológico de campo es indispensable para muchas de estas investigaciones, y este hecho es el que distingue a la mayoría de las fases de la geología de muchas de las otras ciencias. Debido a que la ubicación correcta de afloramientos es de mayor importancia, resulta esencial contar con mapas precisos. Se dispone de mapas topográficos para las regiones, y por medio de la topografía el drenaje, los caminos, cultivos, ferrocarriles, etc. es posible una ubicación exacta.

En años recientes, las fotografías aéreas verticales se han ido haciendo cada vez más importantes en el trabajo geológico de campo. Estas fotografías, tomadas directamente desde arriba, son en su esencia, mapas. En algunos aspectos son superiores a los mapas topográficos, porque no solamente muestran todas las características naturales artificiales con gran exactitud, sino que revelan también muchos rasgos tales como los árboles, los bosques, campos abiertos y cercas que están generalmente indicados en mapas topográficos. Sin embargo, no tiene líneas de nivel; además, en zonas montañosas, la escala no es constante. En regiones de los cuales no se dispone de mapas o de fotografías aéreas apropiadas, puede ser necesario que el geólogo prepare su propio mapa de base, generalmente por los métodos de la plancheta. El estudio de la técnica de los métodos de campo esta fuera al alcance de esta materia, pero este tema esta tratado adecuadamente en otras materias y libros.

El éxito del trabajo geológico de campo consiste en la acumulación de hechos significativos. En cada afloramiento, el geólogo registra cualquier dato que sea pertinente para su problema, y lo ideal sería que no visitara nunca un afloramiento por segunda vez. En particular, esto es cierto en áreas de difícil acceso, pero aun en regiones accesibles el trabajo de debe planear de tal modo que resulte innecesario una segunda visita a un afloramiento.

El levantamiento geológico, cuando se hace bien, demanda habilidad y criterio (luego experiencia). Esta tarea requiere observación perspicaz y el conocimiento de los datos que son significativos. A medida que el trabajo de campo progresa y se comienza a desplegar el panorama geológico mayor, son esenciales la experiencia y el criterio para que el geólogo pueda evaluar con propiedad el vasto número de hechos reunidos en miles de afloramientos. Sobre todo, el geólogo de campo debe usar el método de la “hipótesis múltiples de trabajo” para deducir la estructura geológica y, mientras va desarrollando su tarea y progresa, debe concebir tantas interpretaciones como sean consistentes con los hechos conocidos. Debe entonces formular pruebas para esas suposiciones, verificándolas con datos ya obtenidos, o haciéndolo en el futuro con nuevos antecedentes. Muchas de estas interpretaciones serán abandonadas, se desarrollaran otras nuevas, y aquellas aceptadas finalmente pueden parecerse muy poco a las hipótesis consideradas al comienzo del trabajo de campo.

Nada es más ingenuo que creer que un geólogo de campo debe reunir solamente “hechos”, cuya explicación debe hacerse posteriormente. Mediante sus innumerables interpretaciones de ensayo, el geólogo de campo conocerá como evaluar los hechos; además, estas hipótesis lo conducirán a afloramientos críticos que, de otra manera, podría no haber visitado nunca. Por el contrario, el geólogo de campo no debe permitir nunca que sus hipótesis temporarias se conviertan en teorías dominantes, haciéndolo incapaz de ver hechos contradictorios.

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progresivamente mayor de nuestros datos se recoge de las profundidades de la tierra por medios indirectos. El geólogo de petróleo, en particular, ha obtenido grandes cantidades de datos estructurales del estudio de perforaciones y de datos geofísicos. En realidad, durante las últimas décadas se ha desarrollado todo un nuevo campo de la ciencia; la Geología del Subsuelo, la misma no solo implica a la geología estructural, sino también paleontología, sedimentación y métodos geofísicos.

Las fotografías aéreas son no solo de gran valor como mapas de base sobre los cuales se representan los datos geológicos, sino que en muchas áreas muestran en forma notable la estructura. Rasgos estructurales tales como pliegues, diaclasas, fallas y estructuras de rocas plutónicas, pueden ser observados claramente. Además, en circunstancias favorables se pueden obtener datos cuantitativos sobre la posición de la estratificación. En estudios de reconocimiento de regiones poco conocidas, las fotografías aéreas son indispensables, y aun en regiones que han sido estudiadas varias veces se pueden observar rasgos estructurales previamente insospechados. El uso de las fotografías aéreas en el trabajo geológico está dedicado en otra materia.

b.- Un segundo objetivo

El segundo objetivo del geólogo estructural es relacionar la estructura con alguna cronología. Una fase de este estudio es determinar la secuencia en la cual se desarrollaron los rasgos estructurales. Por ejemplo, puede, encontrar un anticlinal, una falla y un dique

¿Cuáles son sus edades relativas?

El anticlinal puede ser el más antiguo y el dique el más joven. Es también posible que la falla sea la más antigua y el anticlinal el más joven. Hay también otras posibilidades. En algunas áreas, la secuencia puede ser extremadamente compleja.

El geólogo estructural está interesado no solo en la secuencia de los eventos tectónicos en el área que está estudiando, sino que también quiere integrarlos con la historia geológica de la tierra en su totalidad. Quiere datar su estructura, es decir, determinar el periodo geológico en el cual se formó, o, mejor, aún, determinar en qué parte del periodo geológico se desarrolló. En la práctica, datar detalladamente es a menudo muy difícil. En rocas más jóvenes que el comienzo del periodo Cámbrico, los fósiles son una ayuda inapreciable para correlacionar eventos geológicos.

c.- Tercer Objetivo

Un tercer objetivo es determinar los procesos físicos que produjeron la estructura observada.

¿Cuáles fueron la Temperatura y la Presión en el tiempo en que se formo la estructura, y cuál fue la distribución de los esfuerzos?

Como se ha señalado es necesario contestar preguntas como éstas antes de tratar de inferir las causas últimas. Sin deducir la distribución de los esfuerzos en el momento en que se formo la estructura, es difícil decidir si un pliegue dado fue el resultado de la contracción de la tierra, de corrientes de convección subcrustales, o de la inyección forzada del magma. Estos estudios implican conocimientos de dinámica. Por desgracia, este enfoque ha sido calamitosamente descuidado en geología estructural.

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La geología experimental proporciona datos significativos para la comprensión de los procesos tectónicos. En muchos de estos estudios han sido investigadas las propiedades físicas de las rocas, pero por lo general no ha sido posible simular condiciones naturales. Sin embargo, se han efectuado unos pocos experimentos en los cuales las condiciones de laboratorio se aproximaban estrechamente a las que se encuentran en la naturaleza. En otro tipo de experimento se ha intentado reproducir estructuras geológicas en pequeños modelos, u observar las estructuras que resultan de la aplicación de fuerzas conocidas. Un ejemplo clásico es la formación de pliegues cuando se comprimen lentamente capas de materiales apropiados con un pistón movible. No obstante, la significación de muchos de estos experimentos es cuestionable, porque en muchos casos el investigador cambio repetidamente, ya sea los materiales o las condiciones del experimento, hasta que obtuvo los resultados que deseaba. Es posible, sin embargo mediante el uso de seguros principios de ingeniería, construir modelos pequeños en escala que simulen las condiciones naturales.

En Síntesis:

Estudio de la estructura de la corteza terrestre o de una determinada región, mediante el siguiente procedimiento:

a) Levantamiento de las foliaciones (planos geológicos)

b) Análisis de la deformación tectónica de las rocas presentes c) Reconocimiento de las estructuras tectónicas en un sector (fallas, diaclasas)

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TEMA 2: CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES Y SUS MEDICIONES 1.2.1.- Definición de Estructuras Geológicas

1.2.2.- Posiciones de las Estructuras Geológicas 1.2.3.- Instrumentos de Medición

1.2.1.- DEFINICIONES DE ESTRUCTURAS GEOLOGICAS

De acuerdo al los procesos geológicos que tuvieron lugar en nuestro planeta, se observan estructuras resultantes, esencialmente observables en las rocas de nuestra corteza terrestre.

Las Foliaciones, que en esencia son planos de orientación de varios tipos presentes en

las rocas solidas. Las mismas se clasifican de acuerdo a su origen en Foliaciones Primarias y Secundarias:

Fig. 2.- Clasificación de foliaciones

Las foliaciones primarias de origen sedimentario (estratificación y las estructuras sedimentarias), de origen magmático (flujos laminar del magma o planos de origen tectónico y grietas de enfriamiento).

Es decir, que antes de la litificación se forman las foliaciones primarias. Las fuerzas tectónicas afectan las rocas después de la litificación. Además en varios sectores del mundo se encuentran más de una fase tectónica. Significa que los planos secundarios (Diaclasas, Fallas, esquistosidad) tienen su origen después de la litificación, pero puede ser que eso ocurrió en distintas épocas.

Otras foliaciones de origen no-tectónico: Grietas de enfriamiento, Estructuras sedimentarias como grietas de resecación. Para estudios en la geología estructural es muy importante diferenciar entre foliaciones primarias y estructuras generadas por fuerzas tectónicas (foliaciones Secundarias).

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Los pliegues, Son ondulaciones

producidas en las rocas mientras se encuentran en su estado plástico;

Fig. 3.- Pliegues

Sus dimensiones van de centímetros a cientos de km. Los pliegues se producen preferentemente en los bordes compresivos de las placas, es decir, en las zonas de subducción, y en general a importante profundidad. Muchas rocas que en la superficie terrestre se comportan frágilmente, pasan en la profundidad al comportamiento dúctil, plegándose frente a esfuerzos de compresión y cizalla, ya que la mayor presión y temperatura que existen en el subsuelo, favorecen la deformación plástica de las rocas. Para un tipo de roca dado el estudio de la geometría de los pliegues puede informarnos de modo aproximado sobre el mecanismo de formación y la profundidad a que se ha originado

1.2.2.- CARACTERISTICAS ESPACIALES DE LAS ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS Las estructuras geológicas como ser las foliaciones ypliegues presentan características

espaciales las mismas son:

a. Rumbo.

El rumbo se puede definir como línea que resulta por la

intersección del plano

geológico por un plano

horizontal. Se puede

imaginarse una superficie de

agua (que es siempre

horizontal), se hunde el plano hasta la mitad, la línea hasta donde se mojo el plano será

el rumbo Fig. 4.- Identificación del Rumbo

b. Buzamiento

El buzamiento o manteo es el

ángulo entre el plano

geológico y el plano horizontal. c. Dirección de Inclinación

La dirección de inclinación marca hacia donde se inclina el plano, o la proyección horizontal de la línea del

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FIG. 6.- IDENTIFIACION DE RUMBO, BUZAMIENTO Y DIRECCION DE INCLINACION EN UN ESTRATO 1.2.3.- INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

La brújula Brunton o brújula de geólogo, es un equipo diseñado para obtener orientaciones gracias al campo magnético terrestre, posee una aguja imantada que se dispone en la misma dirección que las líneas de magnetismo natural del planeta. Este equipo se usa para medir orientaciones geográficas, triangular una ubicación, medir lineaciones estructurales, planos y lugares geométricos de estructuras geológicas.

Fig. 7.- Partes de una Brújula

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Para la lectura de la dirección en la brújula existe 2 métodos muy utilizados el Azimutal ,

que parte del 0º a 360º en sentido horario (circulo completo) y el Rumbal , que parte el

circulo en 4 cuadrantes partiendo en 0º en el Norte y Sur respectivamente hasta 90º al Este y Oeste.

CIRCULO COMPLETO TIPO AMERICANO

dir / mt

dir= dirección de inclinación (puede ser 0-360º)

mt= manteo (puede ser 0-90º)

N rb E; mt di N rb W; mt di rb: rumbo entre 0-90º mt: manteo entre 0-90º di: dirección de inclinación en letras

Procedimiento de toma de datos con la brújula.

El método de obtención de datos se lo realiza de la siguiente forma:

Foto 3.- Medición del rum bo de una estructura geológica

PROCEDIMIENTO

• Colocar la brújula junto a la roca en dirección del rumbo de la misma (no despegar la parte lateral de la roca) • Nivelar de forma horizontal la brújula

con la ayuda de la burbuja del nivel esférico

• Una vez nivelada esperar un tiempo hasta que la aguja se inmovilicé.

• Anotar la lectura de la aguja imantada (Blanca), de forma azimutal o rumbal: Ejemplo

Azimutal: N 30º; N 120º; N 250º Rumbal: N 30º E; S 60º E; S 70ºW

(20)

Medición del Buzamiento.

Fig. 6.- Medición del Buzamiento

PROCEDIMIENTO

• Se ubica la línea máxima de pendiente de la estructura geológica, en donde se ubica la brújula de forma lateral (del lado de la escala de clinómetro).

• Con ayuda del vernier del clinómetro nivelar el mismo.

• Anotar la lectura obtenida en la escala del clinómetro.

• Estimar la dirección del Bz. de la misma forma de la lectura del rumbo.

Datos Técnicos.

Existen lamentablemente varias maneras para definir un plano geológico. En la misma manera no hay un concepto único en las notaciones. Importante es el uso correcto de un tipo de notaciones, sin mezclar con los demás. Se prefiere notaciones simples para no complicar el traspaso a la computadora.

Existen dos tipos de notaciones de datos técnicos:

a) Circulo completo: dirección de inclinación/manteo (ej. 320/65)

Fig. 7.- Circulo completo

El tipo de notación más fácil y más eficiente. Solo dos números permiten la descripción de cualquier plano:

Dip direction/Bz

Dip direction = valor azimutal de la dirección de la inclinación

Bz = Ángulo de la inclinación de la estructura con un plano horizontal.

Ej.: 120/80º

Este tipo de notación es fácil y rápido por tener solo dos números. Es muy recomendable usar este tipo de notación. No hay tantos errores a gracias de una definición fácil y única.

(21)

El tipo de notación tipo americano: Rumbo/Bz dir

Rumbo = dirección de la estructura en cuadrantes.

Bz dir = Ángulo de la inclinación de la estructura con un plano horizontal, además de la dirección de la inclinación. Ej.:

N 60º E/80º SE

El uso de este tipo de notación siempre necesita atención y sería mejor verificar los datos tomados o traspasados

(especialmente en la tarde). Fig. 8.- Circulo por cuadrantes

(22)

TEMA 3: PRINCIPIOS MECANICOS APLICADOS A LA FORMACION DE LAS ROCAS 1.3.1.- La Corteza Terrestre 1.3.2.- Fuerza 1.3.3.- Fuerzas Diferenciales 1.3.4.- Esfuerzo 1.3.5.- Presión Litostática 1.3.1. LA CORTEZA TERRESTRE

En la corteza terrestre la materia se manifiestan en sus tres estados; el estado Solido ,

que es el más relacionado a los estudios de la geología estructural, por ser este el estado que caracteriza a la corteza terrestre. Los estados Liquido y Gaseoso son importantes

solamente por su existencia en los poros y en las fracturas de las rocas, llegando a modificar el comportamiento de la materia solida.

La propiedad principal que identifica a los sólidos es la Rigidez . A su vez la materia solida

en la corteza terrestre se subdivide en:

• Materia Solida Cristalina . Donde se observa que la red de átomos perfectamente ordenados y que siguen las leyes de cristalografía. Ej.: el Cuarzo Si O 2

• Materia Solida No Cristalina . Donde no existe un ordenamiento en los átomos. Y pueden ser de dos clases: Amorfos, sin forma. Ej.: el Ópalo Si O2: Vidrios, son líquidos pero sobre enfriados. Ej.: la Obsidiana

La materia solida en la corteza está constituido por rocas ya sean estas ígneas, metamórficas y sedimentarias. A la geología estructural le interesan las propiedades mecánicas de las rocas y no la génesis de estas, aunque es necesario indicar que su origen determina indirectamente las propiedades que influyen en el comportamiento de estas.

1.3.2 FUERZA

Se define fuerza como una magnitud vectorial que tiende a producir un cambio en el movimiento de un cuerpo o en su estructura interna, es decir, tiende a producir una deformación.

Cuerpo:

Se puede graficar, mediante el símbolo de una flecha definida por su dirección y magnitud. Existiendo las siguientes fuerzas:

• Las Fuerzas No Equilibradas . Producen un cambio en el movimiento de un cuerpo.

(23)

V1 V2 V3

Incrementa la velocidad, o sea tiene Aceleración

• Las Fuerzas Equilibradas . No producen cambios en el movimiento del cuerpo.

V1 V2 V3

Velocidad constante, o sea no tiene Aceleración

Estructura Interna:

Debido a su carácter vectorial, varias fuerzas actuando sobre un mismo punto pueden combinarse o sumarse en una sola y similarmente una fuerza puede considerarse que está compuesta de varias y puede descomponerse en ellas.

Hay dos tipos de fuerzas: del cuerpo (o másicas) y de superficie.

• Las fuerzas del cuerpo o másicas, están en relación directa con la masa del cuerpo al cual se aplican, aunque su origen puede ser debido a causas externas. Son fuerzas del cuerpo las inducidas por la gravedad, la centrífuga o las creadas por campos magnéticos, por ejemplo. Sólo la gravedad es importante en los procesos que dan lugar a deformaciones de las rocas.

• Las fuerzas de superficie, dependen siempre de causas externas al cuerpo y no guardan ninguna relación con la masa del mismo. Se llaman así porque se puede considerar que son aplicadas a una superficie del cuerpo. Las fuerzas de superficie se subdividen en simples (Tracción y Compresión) y compuestas (Acción de Cupla y Torsión). (Ver Fuerzas Diferenciales)

Ejemplos:

Si se saca una muestra de roca estratigráfica en forma de prisma, se observara como influye la génesis en el comportamiento mecánico de las rocas, si a esta le aplicamos una fuerza de tracción:

Si la fuerza es perpendicular a los estratos el

(24)

1.3.3. FUERZAS

1.3.3. FUERZAS DIFERENCIALESDIFERENCIALES..

Se llaman fuerzas diferenciales cuando las fuerzas que actúan sobre una superficie de un Se llaman fuerzas diferenciales cuando las fuerzas que actúan sobre una superficie de un cuerpo no son de igual magnitud en todos sus planos.

cuerpo no son de igual magnitud en todos sus planos.

Sobre un determinado cuerpo de roca pueden existir los siguientes tipos de acciones de Sobre un determinado cuerpo de roca pueden existir los siguientes tipos de acciones de fuerzas

fuerzas diferencialesdiferenciales..

CLASIFICACION DE FUERZAS DIFERENCIALES CLASIFICACION DE FUERZAS DIFERENCIALES

a)

a) Cuerpo de roca sometida aCuerpo de roca sometida a Tracción oTracción o Tensión

Tensión . Cuando la roca está sujeta a. Cuando la roca está sujeta a

fuerzas externas que tienden a dividirla. fuerzas externas que tienden a dividirla.

b)

b) Cuerpo de roca sometida aCuerpo de roca sometida a Compresión Compresión ..

Cuando está sujeta a fuerzas externas Cuando está sujeta a fuerzas externas que tienden a comprimirla.

que tienden a comprimirla. c)

c) Cuerpo de roca sometida a laCuerpo de roca sometida a la Acción deAcción de Cupla

Cupla . Cuando se aplica fuerzas externas. Cuando se aplica fuerzas externas

de igual magnitud sobre un mismo plano, de igual magnitud sobre un mismo plano, pero no a lo largo de una misma recta. pero no a lo largo de una misma recta. Ocasionan rotación.

Ocasionan rotación. d)

d) Cuerpo de Roca sometida aCuerpo de Roca sometida a Torsión Torsión ..

Cuando la roca es sometida a la acción Cuando la roca es sometida a la acción de fuerzas externas que actúan en de fuerzas externas que actúan en direcciones opuestas, pero en distintos direcciones opuestas, pero en distintos planos. Ocasionan r

planos. Ocasionan retorcimienetorcimiento.to.

Unidades de Medida. Unidades de Medida.

La fuerza en los sistemas Cegesimal e Internacional no es una unidad fundamental, sino La fuerza en los sistemas Cegesimal e Internacional no es una unidad fundamental, sino que la unidad fundamental es la masa (gr y kg respectivamente). La Unidad de fuerza en que la unidad fundamental es la masa (gr y kg respectivamente). La Unidad de fuerza en cada uno se define como

cada uno se define como “la fuerza que es necesario aplicar a un cuerpo de masa“la fuerza que es necesario aplicar a un cuerpo de masa unidad para que adquiera una aceleración igual a una unidad de longitud por cada unidad para que adquiera una aceleración igual a una unidad de longitud por cada unidad de tiempo elevada al cuadrado”

unidad de tiempo elevada al cuadrado” ::

En

En el el Sistema Sistema Cegesimal Cegesimal (c.g.s), (c.g.s), es es la la dina: dina: 1 1 dina dina = = 1 1 gr gr · · cm/segcm/seg22

En

En el el Sistema Sistema Internacional (S.I. Internacional (S.I. ó ó M.K.S.) M.K.S.) es es el el newton newton (N): (N): 1 1 newton newton = = 1 1 kg kg · · m/segm/seg22 Para

Para conversiones conversiones se se tienen tienen la la siguiente siguiente igualdad: igualdad: 1 newton 1 newton = = 105 105 dinas.dinas. En el Sistema Técnico o Terrestre la fuerza es una unidad fundamental, a diferencia de En el Sistema Técnico o Terrestre la fuerza es una unidad fundamental, a diferencia de los dos

(25)

“1 kilo fuerza o kilopondio se define como la fuerza con la cual la Tierra atrae en “1 kilo fuerza o kilopondio se define como la fuerza con la cual la Tierra atrae en cualquier lugar del mundo a un cuerpo cuya masa es de 1 kg”

cualquier lugar del mundo a un cuerpo cuya masa es de 1 kg” (en el Sistema (en el Sistema

Internacional). Internacional).

Esa fuerza le haría adquirir una aceleración de 9,81 m/seg

Esa fuerza le haría adquirir una aceleración de 9,81 m/seg 22_{si cayera libremente en el}_{si cayera libremente en el}

vacío. La equivalencia con el S.I. es la siguiente: vacío. La equivalencia con el S.I. es la siguiente:

1 kilo fuerza = 9,81 newton 1 kilo fuerza = 9,81 newton Esto es debido a que un newton es la fuerza necesaria para someter a una masa de 1 kg Esto es debido a que un newton es la fuerza necesaria para someter a una masa de 1 kg a una aceleración de 1 m/seg

a una aceleración de 1 m/seg22_{y un kilo fuerza es la fuerza necesaria para someter a una}_{y un kilo fuerza es la fuerza necesaria para someter a una}

masa de 1 kg a una aceleración de 9,81 m/seg masa de 1 kg a una aceleración de 9,81 m/seg22_..

La masa es una unidad secundaria en el Sistema Técnico: la

La masa es una unidad secundaria en el Sistema Técnico: la Unidad Técnica de Masa Unidad Técnica de Masa

(U.T.M.) se define como la masa de un cuerpo que pesa 9,81 kilos fuerza en cualquier (U.T.M.) se define como la masa de un cuerpo que pesa 9,81 kilos fuerza en cualquier lugar del mundo, es decir:

lugar del mundo, es decir:

1 U.T.M. = 9,81 kg (masa). 1 U.T.M. = 9,81 kg (masa). 1.3.4. ESFUERZO.

1.3.4. ESFUERZO.

El esfuerzo («stress») se define como la fuerza por unidad de superficie que soporta o se El esfuerzo («stress») se define como la fuerza por unidad de superficie que soporta o se aplica sobre un plano cualquiera de un cuerpo.

aplica sobre un plano cualquiera de un cuerpo.

σ

σ = dF/dS = dF/dS

Es decir, es la relación entre la fuerza aplicada (dF) y la superficie sobre la cual se aplica Es decir, es la relación entre la fuerza aplicada (dF) y la superficie sobre la cual se aplica (dS).

(dS).

Es importante comprender esta relación entre fuerza aplicada y superficie sobre

Es importante comprender esta relación entre fuerza aplicada y superficie sobre la que sela que se aplica: una fuerza aplicada a un cuerpo es la misma con independencia de la superficie aplica: una fuerza aplicada a un cuerpo es la misma con independencia de la superficie del mismo sobre la cual se aplique. De hecho, se aplica a todo el cuerpo y, por tanto, a del mismo sobre la cual se aplique. De hecho, se aplica a todo el cuerpo y, por tanto, a todas las infinitas superficies contenidas en él, aunque nosotros podemos considerar su todas las infinitas superficies contenidas en él, aunque nosotros podemos considerar su efecto sobre una o varias en particular. En cambio, esa misma fuerza no genera el mismo efecto sobre una o varias en particular. En cambio, esa misma fuerza no genera el mismo esfuerzo sobre cada una de las

esfuerzo sobre cada una de las superficies del cuerpo, pues al variar la superficies del cuerpo, pues al variar la superficiesuperficie, varía la, varía la relación fuerza / superficie, que es el esfuerzo (Figuras 10 - 11).

relación fuerza / superficie, que es el esfuerzo (Figuras 10 - 11).

Figura 10.- El daño producido por el

Figura 10.- El daño producido por el jugador dejugador de

futbol americano al contrario, ejerciendo la

misma fuerza (su peso), depende de la

superficie sobre la que ésta sea aplicada.

Figura 11.- Un buen ejemplo del concepto de esfuerzo. Para la misma

fuerza ejercida, una mayor superficie produce un menor esfuerzo en el

hielo evitando el accidente.

(26)

El esfuerzo es la acción y reacción mutua, a lo largo de una superficie por efecto de la El esfuerzo es la acción y reacción mutua, a lo largo de una superficie por efecto de la aplicación de una fuerza externa.

aplicación de una fuerza externa.

A lo largo de cualquier plano imaginario (s1, A lo largo de cualquier plano imaginario (s1, s2, s3) dentro de un cuerpo de roca, por s2, s3) dentro de un cuerpo de roca, por efecto de la acción de fuerzas externas efecto de la acción de fuerzas externas aplicadas (F), se originan esfuerzos internos aplicadas (F), se originan esfuerzos internos en la roca. Las cuales pueden ser de 2 tipos: en la roca. Las cuales pueden ser de 2 tipos:

•

• Esfuerzos Normales Esfuerzos Normales (En o(En o _σ_σ)).. Perpendicular al plano o superficie. Perpendicular al plano o superficie. •

• Esfuerzos de Cizalla Esfuerzos de Cizalla (Ec o(Ec o _τ_τ)).. Llamadas también esfuerzos de Llamadas también esfuerzos de corte paralelo al plano o

corte paralelo al plano o superficie.superficie.

Fig. 12.- Clases de

Fig. 12.- Clases de EsfuerzosEsfuerzos

En el caso general, un vector esfuerzo que actúa sobre un plano lo hace oblicuamente a En el caso general, un vector esfuerzo que actúa sobre un plano lo hace oblicuamente a él.

él.

Un esfuerzo que actúe perpendicularmente a un plano se denomina esfuerzo normal, y Un esfuerzo que actúe perpendicularmente a un plano se denomina esfuerzo normal, y uno que actúe paralelamente a un plano, esfuerzo de cizalla. Un vector esfuerzo oblicuo uno que actúe paralelamente a un plano, esfuerzo de cizalla. Un vector esfuerzo oblicuo puede descomponerse en uno perpendicular al plano y en otro paralelo a él. Fig. 12

puede descomponerse en uno perpendicular al plano y en otro paralelo a él. Fig. 12

Esta descomposición da lugar a las componentes del esfuerzo, que se llaman Esta descomposición da lugar a las componentes del esfuerzo, que se llaman respecti

respectivamente vamente normales y normales y de cizalla y de cizalla y se denotan se denotan con las con las letras griegasletras griegas σσ (sigma) y (sigma) y ττ

(tau) respectivamente. Dado que vamos a operar siempre con esfuerzos compuestos, el (tau) respectivamente. Dado que vamos a operar siempre con esfuerzos compuestos, el

esfuerzo normal

esfuerzo normal es el que tiende a comprimir o separar, según sea compresivo o es el que tiende a comprimir o separar, según sea compresivo o

tensional, las dos partes del cuerpo que quedan a ambos lados del plano sobre el que tensional, las dos partes del cuerpo que quedan a ambos lados del plano sobre el que actúa. En cambio, el

actúa. En cambio, el esfuerzo de cizalla esfuerzo de cizalla tiende a romper el cuerpo por ese plano y a tiende a romper el cuerpo por ese plano y a

desplazar las dos mitades del cuerpo una junto a la otra. desplazar las dos mitades del cuerpo una junto a la otra. No confundir esfuerzo como sinónimo de fuerza.

No confundir esfuerzo como sinónimo de fuerza.

Unidades de Medida. Unidades de Medida.

Las unidades de esfuerzo se definen como la unidad de fuerza en cada sistema dividida Las unidades de esfuerzo se definen como la unidad de fuerza en cada sistema dividida por la unidad de superficie:

por la unidad de superficie: En el Sistema Cegesimal, es

En el Sistema Cegesimal, es lala baria baria : : 1 1 baria baria = = 1 1 dina/cmdina/cm22

Esta unidad representa un esfuerzo demasiado pequeño para ser usada en geología, Esta unidad representa un esfuerzo demasiado pequeño para ser usada en geología, utilizándose generalmente sus múltiplos denominados bar y kilobar:

utilizándose generalmente sus múltiplos denominados bar y kilobar: 1 bar = 10

1 bar = 1066_barias_barias

1 kbar = 10

1 kbar = 1033_{bar = 10}_{bar = 10}99_barias_barias

En el Sistema Internacional, la unidad es el

En el Sistema Internacional, la unidad es el pascal pascal (Pa): (Pa): 1 1 pascal pascal = = 1 1 newton/mnewton/m22

Esta unidad es también pequeña, por lo que se usan sus múltiplos megapascal y Esta unidad es también pequeña, por lo que se usan sus múltiplos megapascal y

S1 S1 S1 S1 En En S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 S1 F F F F F F F F Ec Ec En En Ec Ec

(27)

1 MPa = 106_Pa

1 GPa = 109_Pa

Para conversiones se tienen que: 1 Pa = 10 barias, 1 MPa = 10 bars 1 GPa = 10 kbars.

Una unidad de esfuerzo usada a veces en Geología es la atmósfera, que es el esfuerzo ejercido sobre su base por una columna de mercurio de 76 cm de altura, que equivale:

1 Atm = 1,033 kilos fuerza/cm2

Corresponde aproximadamente a la presión atmosférica media al nivel del mar. Su

equivalencia es la siguiente: 1 Atm = 1,01337 bars

Que son aproximadamente 1 bar = 0,1 MPa.

1.3.5 FUERZA LITOSTATICA

Dado que existen fuerzas del cuerpo y fuerzas de superficie, los esfuerzos causados por esas fuerzas serán de distintos tipos. En Geología, nos interesan los esfuerzos causados en las rocas por la gravedad y los que son causados por fuerzas independientes de la masa del cuerpo en cuestión, es decir, fuerzas de superficie, tal como las habíamos definido previamente. La gravedad crea el esfuerzo llamado presión litostática, que es el esfuerzo que sufre un determinado punto de la Tierra debido al peso de las rocas que tiene encima.

Fig. 13.- Fuerza litostática hace que disminuya su volumen de los cuerpos

Puede establecerse una comparación con la presión hidrostática en los líquidos, que es igual al esfuerzo creado por la columna de líquido que hay encima de un determinado punto del mismo. La presión hidrostática es igual en todas las direcciones, de forma que no sólo actúa en la vertical. Esto puede comprobarse sumergiendo un pequeño globo esférico inflado de gas en una piscina o tanque: el globo va perdiendo volumen al ser sumergido, debido a la presión que ejerce el líquido, pero su forma sigue siendo esférica, lo que indica que se comprime en todas direcciones por igual.

(28)

A > Prof. > Presión Litostática

Se supone que la presión litostática origina un aumento en la densidad de las rocas y una disminución en el volumen.

La presión litostática se calcula mediante la fórmula: P l =ρ · g · z

Donde ρ es la densidad media de las rocas que hay por encima del punto, g el valor de la

aceleración de la gravedad y z la profundidad.

Por Ejemplo, a 1 km de profundidad, asumiendo una densidad media de las rocas de 2,6 gr/cm3_{, la presión litostática será:}

P l = 2,6 gr/cm3_{· 981 cm/seg}2_{· 10}5_{cm = 2550,6 · 10}5_{barias = 255 bars.}

La presión litostática en la base de una corteza continental normal de unos 35 km de espesor es, aproximadamente, de 10 kbars o 1 Gpa.

La presión litostática no suele ser de tipo hidrostático, salvo que las rocas se comporten como líquidos, lo cual sucede en los magmas. En general, por tanto, el esfuerzo en la dirección vertical al que está sometido un punto de la Tierra en profundidad, es igual a la presión litostática, mientras que el esfuerzo en cualquier otra dirección, suele ser diferente. Las diferencias dependen mucho de las propiedades mecánicas de las rocas y, así, a grandes profundidades, donde las rocas están muy calientes y sometidas a una gran presión, se comportan casi como líquidos y, por ello, las diferencias de presión en unas direcciones u otras son mínimas.

En general, se admite que las deformaciones son tan lentas en Geología, que puede considerarse que en un instante dado, los cuerpos están en equilibrio. Puede, por tanto, aplicárseles la tercera ley del movimiento de Newton, según la cual, para un cuerpo en reposo o en movimiento constante, para cada acción (fuerza) existe una reacción igual en magnitud y dirección y de sentido contrario. Por lo tanto, se puede considerar siempre el esfuerzo como causado por una pareja de fuerzas compuestas, tensiónales o compresivas, o bien una cupla, actuando sobre una superficie.

Esto vale para la presión litostática y para los esfuerzos causados por fuerzas de superficie. Las rocas en el interior de la corteza terrestre están permanente y constantemente sujetas a la acción de fuerzas de las más diversas índoles, a esto se lo conoce como fuerza litostática o presión litostática, que simplemente, es la presión no dirigida que ha determinada profundidad ejerce el peso de una columna de rocas supra yacentes.

(29)

1.3.5 DEFORMACION.

“La deformación de un cuerpo es el cambio de su forma o volumen

bajo la influencia de fuerzas externas”

Fig. 14.- Proceso de deformación de un cuerpo

Cuando fuerzas externas están actuando sobre un cuerpo, decimos que el cuerpo está sometido a esfuerzo. El cambio en la forma del cuerpo debido al esfuerzo es llamado deformación.

El cuerpo experimenta normalmente tres etapas: inicialmente deformación elástica, luego deformación plástica y finalmente deformación frágil (fractura).

LAS TRES ETAPAS DE LA DEFORMACION

(30)

• Deformación elástica.

Cuando se aplica esfuerzo al cuerpo, este presenta una deformación elástica. Si el esfuerzo es liberado el cuerpo retorna a su forma y tamaño original.

• Deformación plástica.

Durante todas las deformaciones existe un límite de elasticidad que si se supera, el cuerpo pasa a la etapa de una deformación plástica. Si el esfuerzo es liberado veremos que el cuerpo no regresa a su forma y tamaño original. Así el cuerpo ha experimentado una deformación permanente.

• Fractura.

Sin embargo, si el esfuerzo se incrementa, el cuerpo eventualmente se fracturará. En Geología la deformación que ocurre antes de la fractura (deformación elástica y plástica) es llamada deformación dúctil . Cuando el material se fractura, decimos que ha

experimentado deformación frágil .

Esta deformación que ocurre en la naturaleza depende de varios factores:

La temperatura

El aumento de temperatura le da plasticidad a la roca mientras que su disminución la hace rígida. La temperatura aumenta con la profundidad. Ej.:

Fig. 16.- Vela aplicada a un esfuerzo

 Se aplica esfuerzo a una vela a

temperatura ambiente, la misma presenta rotura (deformación frágil)

Si aumentamos la temperatura 45º C 

volvemos a aplicar el esfuerzo a la vela presenta una deformación plástica (dúctil)

Fig. 17.- Vela aplicada a un esfuerzo

Factores de plasticidad y rigidez de las rocas.

Son los factores que influencian el comportamiento mecánico de la roca, a saber:

La presión confinante.

Con la profundidad aumenta la presión confinante y las rocas, que en la superficie son rígidas, en la profundidad pueden comportarse plásticamente. Así aumenta el esfuerzo de ruptura y se facilita la deformación dúctil.

Contenido en fluido de la roca.

La arcilla seca es rígida pero mojada es plástica. Por analogía la humedad disminuye la rigidez de las rocas y aumenta su plasticidad.

La presencia de fluidos como el incremento de la temperatura aumenta el campo de deformación, reduciendo la respuesta elástica y desplazando el límite de rotura a esfuerzos

(31)

El tiempo de actuación de la fuerza.

Se asocia a éste factor la velocidad de deformación de las rocas; si la velocidad de deformación es alta y por lo tanto el tiempo breve, el material responde con rigidez, en el caso contrario responderá plásticamente.

Debe tenerse en cuenta que la unidad de tiempo geológico es el millón de años.

Composición y estructura de la roca.

Este factor alude a la isotropía o anisotropía del material. Por la isotropía la roca puede ser competente y tener la capacidad de absorber esfuerzos sin deformarse, por consiguiente es rígida; por la anisotropía es lo contrario pues se deforma expresando su plasticidad.

(32)

UNIDAD 2: ANALISIS DE ESTRUCTURAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS TEMA 4: PLIEGUES Introducción 2.4.1.- Descripción de pliegues 2.4.2.- Asociación de pliegues 2.4.3.- Representación de pliegues 2.4.4.- Mecánica de plegamiento

2.4.5.- Causas de la formación de pliegues

INTRODUCCION

El Pliegue producto del plegamiento , es una deformación de las rocas, generalmente

sedimentarias, en la que elementos de carácter horizontal, como los estratos o los planos de esquistosidad (en el caso de rocas metamórficas), quedan curvados formando ondulaciones alargadas y más o menos paralelas entre sí.

Los pliegues se originan por esfuerzos de compresión sobre las rocas que no llegan a romperlas. En cambio, cuando sí lo hacen, se forman las llamadas fallas.

Foto 4.- Pliegues

Por lo general se ubican en los bordes de las placas tectónicas y obedecen a dos tipos de fuerzas:

 Fuerzas Laterales , originados por la propia interacción de las placas

(convergencia) y

 Fuerza Verticales , como resultado del levantamiento debido al fenómeno de

subducción a lo largo de una zona de subducción más o menos amplia y alargada, en la que se levantan las cordilleras o relieves de plegamiento.

(33)

Fig. 18.- Tipo de esfuerzo Vs Tipo de Deformación

2.4.1. DESCRIPCION DE LOS PLIEGUES

Elementos de un pliegue:

Fig. 18.- Pliegue y sus partes

• Charnela.Zona de mayor curvatura del pliegue.

• Línea de charnela. Línea que une los puntos de mayor curvatura de una

superficie del pliegue, también recibe el nombre de eje del pliegue .

• Plano axial. Plano que contiene todas las líneas de charnela y divide al pliegue en

(34)

• Núcleo. Parte más comprimida y más interna del pliegue.

• Flancos. Mitades en que se divide un pliegue con el plano axial.

• Angulo de Vergencia. Angulo que forma el plano axial con relación a dirección

norte – Sur.

2.4.2. ASOCIACION DE LOS PLIEGUES Características de un pliegue:

Fig. 19.- Inmersión del pliegue Fig. 20.- Dirección y Buzamiento

• Inmersión.Angulo que forman una línea de charnela y el plano horizontal. • Dirección.Ángulo formado entre un eje del pliegue y la dirección norte - sur. • Buzamiento.Ángulo que forman las superficies de los flancos con la horizontal.

Tipos de pliegues

Los pliegues se pueden clasificar atendiendo a varias características:

A. Por su forma

Fig. 21.- Pliegue por su forma

Anticlinales: curvados hacia arriba (forma de A). El núcleo se encuentra en la parte inferior y es el estrato más antiguo del pliegue.

Sinclinales: curvados hacia abajo (forma de U). El núcleo se encuentra en la parte superior y es el estrato más moderno del pliegue.

(35)

B. Por su simetría

Fig. 21.- Pliegue por su forma

o Simétricos con respecto al plano axial o Asimétricos con respecto del plano axial. C. Por la inclinación del plano axial

Fig. 22.- Rectos Fig. 23.- Inclinados y Recumbentes

o Rectos: el plano axial se encuentra en posición vertical. o Inclinados: el plano axial se encuentra inclinado. (A)

o Recumbentes: el plano axial se encuentra muy inclinado u horizontal. En

estos casos se puede producir una inversión del registro estratigráfico. (B)

D. Por el espesor de sus capas

o Isópacos: sus capas tienen un espesor uniforme.

o Anisópacos: Sus capas no tienen un espesor uniforme.

(36)

E. Por el ángulo que forman sus flancos

Fig. 22.- Rectos

o Isoclinales: sus

flancos son paralelos. (Oº)

o Apretados: los

flancos forman un ángulo agudo. (0-30º Apretados; 30º-70º Cerrados)

o Suaves: los

flancos forman un ángulo obtuso. (70º-120º Abierto; 120º-180º Suave)

Asociaciones de pliegues

Los pliegues no se suelen encontrar aislados, sino que se asocian. Las asociaciones más sencillas de pliegues son:

• Isoclinorio: los ejes de los pliegues son paralelos.

• Anticlinorio: los ejes de los pliegues convergen por debajo del pliegue, de modo

que el conjunto de pliegues tiene forma de anticlinal.

• Sinclinorio: los ejes de los pliegues convergen por encima del pliegue, de modo

que el conjunto de pliegues tiene forma de sinclinal.

Fig. 23.- Asociación de Pliegues

2.4.3.- Representación de pliegues Reconocimiento de pliegues

(37)

Fig. 24.- Reconocimiento y representación de pliegues

• Observación directa

El método más fácil de reconocer un pliegue es mediante la observación directa, pero esto esta limitado a pocas regiones. Dondequiera que se observen pliegues pequeños en un solo afloramiento, es conveniente registrar su posición. Para hacerlo, debe medirse la posición de los ejes y de los planos axiales. La herramienta más útil para tomar estas medidas es la brújula.

Todas las medidas tomadas en el campo se las representara en un plano con la ayuda de la simbología adecuada para el caso.

• Representación Grafica de Pliegues

La manera más común de reconocer aquellos pliegues mayores de un afloramiento, es representar en un mapa el rumbo y la inclinación de los estratos.

La posibilidad de aplicar este método depende de la complejidad de la estructura y del número de afloramientos. Si la estructura es simple, unos pocos afloramientos pueden ser suficientes, pero si es compleja, pueden ser necesarios muchos afloramientos.

En estructuras extremadamente complejas este método puede fallar, dependiendo de la obtención de datos significativos.

• Topografía

La topografía es con frecuencia muy útil en le estudio y la representación de pliegues, generalmente en regiones densamente arboladas o muy meteorizadas, es posible seguir horizontes guías, por largas distancias. Una formación resistente se alzara en colinas; un estrato fácilmente erosionable será seguido por valles; y una caliza podrá ubicarse por la topografía cárstica.

En estudios de reconocimiento, particularmente por fotografías aéreas, la topografía `puede dar indicios importantes sobre la estructura geológica.

Hoy en la actualidad las imágenes satelitales son muy útiles al momento de describir la topografía de un sector que en la mayoría de los casos abarcas cientos de