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Geología Aplicada
Aplicada
Geología
Carrera de Ingeniería Civil
Universidad Autónoma del Beni
tema nº 2: ESTRUCTURAS
GEOLÓGICAS
TEMA 2.
ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS
2.1 DEFORMACIÓN DE LAS ROCAS EN LA NATURALEZA.- En la naturaleza las partículas de sedimentos tienden a
depositarse formando capas o estratos horizontales o con inclinaciones originales motivadas por las pendientes de la
cuenca de sedimentación o por otros motivos. En ocasiones, estos estratos pierden su posición original porque se
encuentran sometidas a fuerzas orogénicas o internas de la tierra que deforman o pliegan las masas pétreas,
formando pliegues; si, por lo contrario, los estratos poseen cierta rigidez, al ser comprimidos responderán rompiéndose
en fragmentos o bloques, formando fracturas y fallas.
2.2 TÉCTONICA.- La forma del relieve terrestres depende en buena medida de cómo estén dispuestos los materiales
que lo componen. De esto se encarga la tectónica por medio de los movimientos de la corteza terrestre. Existen dos
movimientos básicos los verticales o epirogénicos de amplio radio y muy lentos, que tratan de recuperar el equilibrio
isostático; y los movimientos horizontales u orogénicos, responsables de los relieves plegados y fracturados. En la
actualidad el paradigma que explica el relieve de la Tierra es la tectónica de placas.
La epirogénesis consiste en un movimiento vertical de la
corteza terrestre a escala continental. Afectan a grandes áreas
interiores de las placas continentales: plataformas y cratones. Son
movimientos de ascenso o descenso muy lentos sostenidos (no
repentinos) que pueden tener como consecuencia el
basculamiento de una estructura. El basculamiento genera
estructuras monoclinales (con menos de 15º buzamiento y en un
solo sentido). También pueden tener como resultado grandes
abombamientos, lo que genera estructuras aclinales (no plegadas).
Si el abombamiento es ascendente, o positiva, se llama anteclise;
y si el abombamiento es descendente, o negativa, se llama
sineclise (Figura 1). Obviamente en las anteclise predominan las
rocas de origen plutónico ya que funciona como superficie de
erosión, mientras que las sineclise funcionan como cuencas de
acumulación por lo que predominan las rocas sedimentarias. Estas
estructuras nos dan el relieve aclinal.
Los movimientos orogénicos (proceso de orogénesis. Figura 2)
son los movimientos horizontales de la corteza terrestre,
teniendo en cuenta que la Tierra es una esfera. Afecta a regiones
relativamente pequeñas aunque de manera generalizada; las
grandes orogenias han afectado a todo el globo, pero se expresan
puntualmente y en forma de crisis. Son movimientos relativamente
rápidos. Se pueden identificar en el relieve tres grandes orogenias:
caledoniana, desde el Cámbrico (590 millones de años) hasta el
final del Silúrico (408 millones de años); la herciniana, desde el
Devónico (408 millones de años) hasta el final del Pérmico (245
millones de años); y la alpina, desde el Triásico (245 millones de
años) hasta el final del Neógeno (1,6 millones de años). Se
encuentran rastros de otras orogenias, pero no tienen, apenas,
trascendencia morfológica. La orogenia genera relieves plegados
y fallados. Se pueden considerar tres momentos que corresponden
a tres fases de violencia de la orogenia: el plegamiento, en el que
se pliegan los materiales blandos; el fallamiento, en el que se
rompen los materiales duros y los pliegues; y el cabalgamiento, en
el que los materiales se desplazan de su posición original. Se
crean pliegues y fallas.
Figura 1
Figura 2
COMPILADO POR: ING: ROXANA XIMENA BURGOS BARROSO
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2.3 PLIEGUES.- Llamamos pliegue a una flexión de las rocas de la corteza terrestre, originadas debido a las fuerzas
de comprensión de un movimiento orogénico. Consisten en ondulaciones de materiales blandos, es decir que
presentan suficiente flexibilidad y plasticidad como para combarse ante una presión. Los pliegues siempre se disponen
de forma perpendicular en dirección de las fuerzas compresionales. Considerando aisladamente cada pliegue, pueden
distinguirse en él dos partes: una elevada, con su convexidad hacia arriba denominada Anticlinal y otra deprimida con
su convexidad hacia abajo denominada Sinclinal.
2.3.1 FORMACIÓN DE UN PLIEGUE.- Tomando en cuenta un modelo general de las etapas que ocurren en el
proceso de formación los pliegues tenemos el siguiente resumen (fig. 4)
A. Etapa Inicial. Formación de la Cuenca a través del terreno mas débil o fracturado, se produce una depresión en el
terreno, rodeada de serranías o montañas (1 y 2), ya en superficie o por debajo del mar.
B. Los sedimentos llenaron la cuenca en un lapso de unos 20 millones de años, con el tiempo estos sedimentos
formaron espesores muy importantes de rocas sedimentarias dispuestas en estratos o capas horizontales
C. Etapa de plegamiento. Movimientos Orogénicos plegaron y fracturaron los sedimentos estratificados, formando
anticlinales, sinclinales, fracturas, fallas y otras estructuras geológicas.
D. Una vez que las capas conformaron una montaña, ésta comenzó a ser erosionada por la acción del agua y el
viento. El proceso de erosión generó quebradas y valles que permiten actualmente observar en superficie cortes de los
sedimentos y los pliegues.
Figura 4
A
C
B
D
2.3.2 ELEMENTOS DE UN PLIEGUE.E’
Figura 5
E
Recibe el nombre del Eje del Pliegue la línea (E-E’) que
reúne los puntos mas altos de un estrato plegado en
forma anticlinal o los puntos más deprimidos de un
sinclinal, es paralelo al rumbo de la estructura y define la
corrida de ésta.
El plano que reúne los ejes de todos los estratos
superpuestos se llama Plano Axial y divide al pliegue en
dos partes aproximadamente iguales.
La parte del pliegue que conecta el anticlinal con el
sinclinal es el Flanco o Ala.
La Charnela de un pliegue es el punto más curvado ("La
curva"). La cresta el punto más elevado. Muchas veces
los dos marcan al mismo punto.
2.3.3 TIPOS DE PLIEGUES.- Los dos principales tipos de pliegues que existen son el Anticlinal y el Sinclinal, las
características principales de estos pliegues se distinguen en la siguiente figura:
Fig. 6
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Para describir un pliegue se pueden utilizar varios parámetros, depende de la cantidad de información y de las
necesidades de la información:
El anticlinal
a) el centro es una eje de simetría
b) los dos lados del anticlinal muestran direcciones
(de inclinación) diferentes.
c) los estratos se inclinan siempre hacia los flancos.
d) en el centro el manteo es pequeño o cero (estratos
horizontales)
e) del centro hacia los flancos el manteo se aumenta.
f) en el centro (núcleo) afloran los estratos más
antiguos en los flancos los más jóvenes
Sinclinal
a) el centro es una eje de simetría
b) los dos lados del sinclinal muestran direcciones (de
inclinación) diferentes (opuestos; 180º).
c) los estratos se inclinan siempre hacia el núcleo.
d) en el centro el manteo es pequeño o cero (estratos
horizontales)
e) del centro hacia los flancos el manteo se aumenta.
f) en el centro (núcleo) afloran los estratos más jóvenes
en los flancos los más antiguos.
Ángulo Interflanco.
De acuerdo a la abertura de flanco a flanco
Isoclinal: Angulo = 0°
Apretado = 0° - 30°
Cerrado = 30° - 60°
Abierto = 70° - 120°
Suave = 120° - 180°
Simetría y Orientación del Plano Axial
Simétrico: Los flancos se inclinan casi en el mismo ángulo
Asimétrico: Un flanco con un manteo menor (suave) y otro con un manteo mayor
Volcado: Un flanco invertido. Los estratos más jóvenes se ubican abajo.
Acostado: Plano Axial con orientación horizontal
Isoclinal: Planos axiales casi paralelos.
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Eje del Pliegue
Pliegue con eje Horizontal: Todos los flancos tiene el mismo Rumbo. Los dos flancos sólo tiene una dirección de
inclinación opuesta.
Pliegue con eje inclinado: muestran diferentes direcciones de inclinación, rumbos y manteos.
Otros Tipos de Pliegues
Un conjunto de pliegues que forma un Sinclinal se llama Sinclinorio. Un conjunto de pliegues que
forma un gran anticlinal se llama Anticlinorio.
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2.4 FRACTURAS.- Cualquier discontinuidad de origen secundario en la masa de una roca puede definirse como una
fractura, independientemente de su orden de dimensiones; cuando las fracturas parecen disponerse según esquemas
definidos se llaman cruceros o juntas.
2.4.1. DIACLASAS.- Se denomina así a una fractura a lo largo de cuyo plano,
no ha habido desplazamiento relativo apreciable en la roca. Se admite que dos
son los mecanismos de su formación: la compresión y la tensión, en el primer
caso la roca habría sido comprimida de tal manera que una parte al hallarse
totalmente confinada, el movimiento a lo largo del plano de rotura no se produjo
y una parte de la presión cedió al trizarse la roca; ello explicaría porque las
diaclasas se hallan siempre repetidas y presentan cierto paralelismo entre sus
planos; las diaclasas de tensión presentan sus planos normales a la dirección
de las fuerzas que tendieron a separar la roca en fragmentos.
Rumbo es la dirección de la línea de intersección de un plano horizontal con un
superficie geológica (estrato, grieta o filón) y perpendicular a la dirección donde
discurre la inclinación o buzamiento.
E
P
X
K
L
Y
F
Z
Estrato
H
T
A
U
I
G
O
B
J M
V
R
D
N
Q
S
Se originan diaclasas al disminuir el volumen de las rocas ígneas
por enfriamiento como ocurre en los basaltos (prismas
hexagonales), constituyendo una disminución columnar; una trama
parecida forma el resquebrajamiento del barro. Muchas diaclasas
solo son visibles cuando, al golpear la roca, ésta se parte según
planos definidos formando diaclasas cerradas. Si hay separación
de la roca normalmente a ese plano se denomina fisura.
C
Geométricamente las Diaclasas se clasifican en: según la estratificación (HIJ) a las que dividen a la roca según planos
paralelos a los estratos, según la esquistocidad cuando en una roca metamórfica la diaclasa es paralela a esa textura,
según el rumbo (ABCD – KLM), son diaclasas cuya dirección es paralela o subparalela al rumbo de la estratificación de
una roca sedimentaria o de la esquistocidad en una metamórfica, según la inclinación (BCGF – NOP), cuando tienen
una inclinación paralela a los estratos y las que se sitúan en una oposición intermedia son las diaclasas oblicuas (QRS
–TUV – XYZ). Las diaclasas en la práctica tienen gran importancia porque facilitan los trabajos de explotación de
canteras, excavación de trincheras, túneles, etc. Al par que constituyen un inconveniente cuando una roca desarrolla
altos esfuerzos de corte o de sisa, a lo largo de esos planos, o se convierten en conductos activos de percolación de
aguas en algunas obras hidráulicas.
2.5 FALLAS.- Sometidas a bruscas presiones las rocas que no tienen plasticidad para plegarse, se fracturan y si a lo
lago de estos planos de fractura los bloques se desplazan (este movimiento se llama desplazamiento)
diferencialmente unos con respecto a tros reciben el nombre de fallas.
2.5.1 ORIGEN DE UNA FALLA.- El origen de este movimientos son fuerzas tectónicas (figuras 2 y 4 -c) en la corteza
terrestre, cuales provocan roturas en la litosfera. Las fuerzas tectónicas tienen su origen principalmente en el
movimiento de los continentes.
Así: La causa de las fuerzas que tienden a empujar las placas tectónicas unas sobre otras no está muy estudiada,
pero la explicación que hay hasta el momento es que son causadas por flujos lentos de lava derretida que provienen
del núcleo del planeta, originados por efectos gravitacionales debidos a la rotación del planeta tierra.
La mayor parte, si no es que todos los sismos tectónicos, se originan en desplazamientos relativos de las fallas
geológicas. Las fallas principales son los bordes de las placas, ya que la corteza terrestre consta de varias placas con
movimientos relativos entre ellas, estas son llamadas placas tectónicas.
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Donde estas placas se chocan puede producirse varios tipos de fallamientos.
1. En la llamadas "zonas de subducción" una placa se obliga a hundirse por
debajo de la otra.
Un ejemplo clásico de este tipo de zonas es el lado occidental de América del
sur, donde la placa de Nazca se entra debajo de la placa Suramericana. Este
proceso produce levantamiento de la cordillera en los Andes, y también la
trinchera que va a lo largo de la costa occidental de Suramérica.
2. En la llamadas "Zonas de levantamiento" una placa choca directamente
contra la otra, dando lugar a un levantamiento local de la corteza terrestre. Un
ejemplo clásico de esto es la cordillera de los Himalaya al norte de la india.
3. En la llamadas "zona de falla" las placas se mueven perpendicularmente a
la línea falla es decir, una placa se mueve lateralmente respecto a la otra. Un
ejemplo clásico de ésta es la falla de San Andrés, que va a lo largo de la costa
occidental de los Estados Unidos trazando una especie de raya por el estado de
California.
2.5.2 PARTES DE UNA FALLA.- La falla puede formarse por compresión, al sobre pasar el esfuerzo el límite de
elasticidad de los materiales, o por distensión, al relajar el esfuerzo aparece la fractura al no recuperarse el estado
anterior.
En una falla distinguimos: plano de falla, labio de falla o bloque, línea de falla, salto o escarpe, sentido de falla.
Llamamos plano de falla a la superficie de ruptura por el que se desplazan los estratos. Si el plano de falla está pulido
y estriado decimos que es un espejo de falla. En este caso se pueden dar fenómenos de metamorfismo dinámico.
Llamamos labio de falla, o bloque, a los fragmentos separados por el plano de falla.
Distinguimos entre bloque elevado, el que asciende, y bloque hundido, el que desciende. Llamamos línea de falla a
la línea de contacto entre el labio inferior y el plano de falla. Llamamos salto de falla, o escarpe, a la altura total del
desplazamiento medido de manera vertical. Si el desgarro se produce de manera horizontal, en el mismo plano (sin
salto de falla) decimos que se trata de un desgarre.
Llamamos sentido de la falla a la dirección en el que se han desplazado los bloques. Hay dos sentidos el de
compresión que forma fallas inversas y el de distensión que forma fallas normales. Cuando el sentido de la falla se
corresponde con el del buzamiento de la roca decimos que la falla es conforme, si no se corresponde decimos que es
una falla contraria.
Tendremos, pues fallas normales, conformes y contrarias, y fallas inversas, conformes y contrarias. También son
podemos encontrar con fallas verticales, cuando el plano de falla forma un ángulo recto con el bloque hundido.
2.5.3 TIPOS DE FALLAS.- Las Fallas tectónicas se puede clasificar por su orientación y simetría. La gran mayoría de
las fallas son vertical o casi ("sub") vertical. Es decir tienen manteos entre 90° y 45°. El desplazamiento puede ser
vertical, horizontal o oblicuo. Normalmente se trata de desplazamientos verticales o horizontales.
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Tabla 1. Resumen de los tipos de fallas
FALLAS
VERTICALES
SUBVERTICALES
Falla con desplazamiento
horizontal
Fallas de rumbo
Fallas con desplazamiento vertical
Fallas normales
Normal
homotética
Normal
antitética
Fallas inversas
Inversa
homotética
Inversa
antitética
sentido sinistral sentido destral
2.5.3.1 FALLAS CON
DESPLAZAMIENTO VERTICAL.Entre el grupo de las fallas verticales se
puede distinguir fallas normales y fallas
inversas. Fallas normales son un
producto de fuerzas extensionales, fallas
inversas un producto de fuerzas de
compresión.
Idea para diferenciar entre falla normal
e inversa: Una falla normal produce un
"espacio". Se puede definir un sondaje
vertical sin encontrar un piso (o techo) de
referencia. Una falla inversa produce una
"duplicación": Se puede definir un
sondaje vertical para encontrar el mismo
piso (o techo) de referencia dos veces.
Antitética-Homotética En conjunto con falla normal - falla inversa se puede usar "antitética" y "homotética". La
palabra antitética indica que la falla y los estratos se inclinan hacia las direcciones opuestas. Homotética significa, que
los estratos y la falla tienen la misma dirección de inclinación.
2.5.3.2 FALLAS CON DESPLAZAMIENTO
HORIZONTAL.Existen principalmente dos tipos de fallas con
un desplazamiento horizontal: Fallas con un
sentido del movimiento sinistral (contra reloj) y
fallas con un sentido del desplazamiento
destral (sentido del reloj).
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2.6 LOCALIZACIÓN DE FALLAS EN EL TERRENO.- Para
localizar una falla en el terreno, se debe realizar un examen
detallado de la superficie mediante un mapeo geológico minucioso,
con la utilización cuando hay cubiertas, de zanjas o calicatas. En
rocas estratificadas se reconocen a las fallas por la trasposición o
salto que experimentan los estratos, pero en el caso de fallas al
rumbo no se nota el salto de estratos, entonces se deben buscar
indicadores directos de falla como los espejos de falla, milonitas
y aparición de brechas. En el caso de las rocas ígneas por la
trasposición brusca o salto de filoncillos de Pegmatita o Calcita, u
otro mineral contenido en la roca. Cuando existen fallas cubiertas
por la cubierta vegetal, la fotografía aérea es de mucha utilidad, lo
mismo que las publicaciones geológicas.
2.6.1 INDICADORES DIRECTOS DE FALLAS.Generalmente se puede diferenciar entre indicadores directos u
indirectos de fallas. Los indicadores directos definen una falla cien
por cientos, es decir sin dudas Estos tipos de indicadores se puede
observar directamente a la falla. Los indicadores indirectos definen
una falla con una cierta cantidad de incertidumbres y dudas.
A. Desplazamiento. El desplazamiento de una unidad geológica o
una otra estructura geológica indica la actividad tectónica.
Desplazamientos tectónicos en el terreno marcan siempre una falla. El
problema reside en que se confunde con la estratificación normal, si
las capas tienen una inclinación o se pueden equivocar con
accidentes morfológicos.
B. Estrías. Líneas finas arriba de un plano de falla. Estas líneas
indican además la orientación del desplazamiento y posiblemente el
sentido. Se encuentra en casi todos los lugares y el reconocimiento es
fácil. El problema con las Estrías es que solo marcan el ultimo
movimiento cual posiblemente no coincide con el movimiento general.
Para sentir el movimiento se hace contacto con el dedo en el sentido
de la cuesta, pero puede uno equivocarse.
C. Diaclasas Plumosas de Cizalla. Durante un movimiento tectónico
se pueden abrirse pequeñas fracturas, cuales se rellenan con calcita,
yeso o cuarzo. La forma es siempre como un "S" y en dimensiones
entre milímetros hasta metros. El es que no son tan frecuente en la
naturaleza.
D. Arrastres. Cerca de una falla las rocas pueden deformarse
plásticamente. Se puede observar un leve monoclinal hacia el plano
de la falla. Los dimensiones: entre centímetros y metros. Normalmente
fallas grandes muestran este fenómeno. Los problemas surge con la
equivocación al confundir estructuras sedimentarias posibles, como
derrumbes por ejemplo.
E. Brechas de Falla (Kataclasita). Por la energía del movimiento
algunas veces las rocas en la zona de falla se rompen y se quiebran,
para formar una brecha tectónica o brecha de falla. Brechas de fallas
normalmente muestran una dureza menor que las rocas no afectadas.
Por eso morfológicamente una brecha de falla se ve como
depresión. Se pueden confundir brechas de falla con otros tipos de
brechas (brecha volcánica, brecha sedimentaria).
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F. Milonita. Es una roca metamórfica que se formó por las fuerzas tectónicas. Los minerales (cuarzo) se ven
elongados hacia la dirección principal del movimiento. Las Milonitas son generalmente duras y bien resistentes contra
la meteorización. Microscópicamente es bastante difícil reconocer una milonita, solo con secciones delgadas se llega
a resultados confiables.
2.6.2 DETERMINACIÓNDE LA DIRECCIÓN DEL MOVIMIENTO DE UNA FALLA.- Esta determinación es de
importancia en los trabajos ingenieriles, porque por ejemplo, una serie de rocas sedimentarias pueden contener una
arenisca permeable y como consecuencia de fenómenos de fallamiento, este lecho permeable aparezca solo en el
emplazamiento de uno de los estribos de una presa, entonces es necesario saber si esa capa existe a una profundidad
somera bajo el otro estribo, o bien si fue levantada por la falla, también pueden existir por fallamiento rocas blandas
bajo emplazamiento de una futura gran construcción, mientras que el estudio en superficie puede dar la impresión de
que las rocas son competentes. Si el plano de falla es visible, se desliza la mano es sentido paralelo a las estrías de
resbalamiento, si el tacto es áspero, el bloque de roca bajo la mano se ha desplazado en la misma dirección que la el
deslizamiento de la mano; si por lo contrario, el tacto de la superficie es suave, entonces el bloque se ha movido en
dirección opuesta a la del deslizamiento de la mano. Si existen grietas de fricción, que son juntas de tensión, habrá que
fijarse hacia donde apunta el ángulo agudo entre la junta o crucero de fricción y el plano de falla, porque generalmente
apunta en la dirección en que se ha movido el bloque.
2.7 IMPORTANCIA DEL RECONOCIMIENTO DE PLIEGUES Y
FALLAS EN LA GEÓLOGA APLICADA.- Las fallas no siempre
son detectables al inicio de un proyecto de ingeniería, ya que
pueden permanecer ocultas hasta profundidades considerables y
como consecuencia puede haber un incremento considerable en el
costo de construcción y a veces es necesario hasta abandonar el
lugar de emplazamiento, por este motivo constituye una
preocupación para el ingeniero Civil, Geotecnista o Geólogo,
determinar si una falla es activa, inactiva o pasiva.
Fallas Activas, son aquellas que se han movido durante la historia
conocida del Hombre, bien por transmisión escrita o verbal y en las
cuales puede esperarse que se produzcan movimientos en
cualquier momento.
Fallas Inactivas o Pasivas, son las estructuras en las que no hay
recuerdo de movimiento alguno y que se pueden considerar
probablemente permanecerán estáticas.
No es posible afirmar como Civil, Geotecnista o Geólogo, si una
falla en apariencia inactiva va ha permanecer siempre así, porque
la falla puede volver a abrirse a causa de una acumulación de
tensiones o vibraciones.
La harina Milonítica origina preocupaciones en cimentaciones porque constituye un material impermeable que puede
detener los movimientos del agua subterránea de uno al otro lado de la falla y crear cargas hidrostáticas desastrosas,
también puede reducir el coeficiente de fricción al resbalamiento, a lo largo del plano de falla, de manera que cualquier
carga pesada colocada sobre estos puede causar el fallo.
De los pliegues, los sinclinales son los más perjudiciales por su capacidad para transmitir y acumular fluidos. En
general en cimentaciones las fallas son más problemáticas que los pliegues.
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