Geologia Estructural.docx

geología estructural. Esfuerzos y deformaciones de las rocas 1.1. Geología estructural La geología estructural tiene relación directa con disciplinas geológicas como la mecánica de suelos, de rocas y la geotecnia. La importancia de esta disciplina geológica para la sociedad se manifiesta particularmente en dos campos: en forma de proyectos en estudio para obras de ingeniería (edificación, obras lineales, aprovechamientos hidráulicos, etc.) y como herramienta de prevención para la mitigación y control de riesgos geológicos. Es de destacar que uno de los fines prioritarios de la geología en relación con la vida del hombre ha sido la localización, valoración y extracción de los recursos naturales, es decir, materias minerales, combustibles fósiles y agua. Sin embargo, desde hace unas décadas la geología desempeña un importante papel en las obras públicas. Hoy en día no se concibe una obra importante de ingeniería o arquitectura sin que previamente se haya realizado el correspondiente informe geológico del terreno donde se va a asentar. Esto ha dado origen a una nueva especialidad conocida como ingeniería geológica. Las catástrofes más importantes, en vidas humanas y en coste económico, son debidas a lo riesgos geológicos. La geología debe de ser la ciencia que más se ocupe en estudiar los riesgos derivados de los procesos, tanto externos como internos, y los factores que condicionan tales riesgos. Citaalgunosejemplosqueconozcasderiesgosgeológicosrelacionadoscon la geología estructural que hayan tenido una fuerte repercusión social. 1.2. Tipos de esfuerzos Cuando se habla de esfuerzos se hace referencia a la fuerza aplicada a un área determinada de roca. La unidad de medida más habitual es el kilogramo por centímetro cuadrado (kg/cm2 ). En la naturaleza, según la dirección de las fuerzas aplicadas, el esfuerzo puede reconocerse en tres variedades; la compresión, la tensión y la cizalla. „ Compresión. Esfuerzo al que son sometidas las rocas cuando se comprimen por fuerzas dirigidas unas contra otras a lo largo de una misma línea. Cuando los materiales se someten a este tipo de esfuerzos, tienden a acortarse en la dirección del esfuerzo mediante la formación de pliegues o fallas según que su comportamiento sea dúctil o frágil. „ Tensión. Resultado de las fuerzas que actúan a lo largo de la misma línea, pero en dirección opuesta. Este tipo de esfuerzo actúa alargando o separando las rocas. „ Cizalla.

Esfuerzo en el cual las fuerzas actúan en paralelo, pero en direcciones opuestas, lo que da como resultado una deformación por desplazamiento a lo largo de planos poco espaciados. Manuel García Rodríguez ISBN: 978-84-92767-65-6. (2012) tema 11 BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 7 1.3. Deformacio nes de las roca s Deformación es un término general que se emplea para referirse a cambios en la forma y/o volumen que pueden experimentar las rocas. Como resultado del esfuerzo aplicado, una roca puede fracturarse o deformarse arrugándose. La deformación se produce cuando la intensidad del esfuerzo es mayor que la resistencia interna de la roca. Las condiciones y ambientes de deformación de las rocas son muy variados, ya que pueden encontrarse desde niveles muy superficiales hasta los 40 kilómetros de profundidad. Generalmente, las condiciones de presión y de temperatura bajo las que se desarrollan son de hasta más de 10 kilobares y más de 1.000 ºC. Para poder interpretar las condiciones de formación de cada estructura, es imprescindible asociarla a un nivel estructural. 1.3.1. Niveles estructurales Se entiende por nivel estructural cada uno de los dominios de la corteza en que los mecanismos dominantes de la deformación permanecen iguales. El término «nivel» hace referencia a los diferentes dominios, que generalmente están superpuestos entre sí. Si consideramos la superficie de la Tierra, hacia zonas más profundas, han sido definidos tres niveles estructurales en los que las rocas tienen diferente comportamiento. Como es lógico, a medida que nos encontramos en niveles más profundos, las condiciones de presión y temperatura se incrementan, por lo que las rocas adquieren un comportamiento más dúctil. „ Nivel estructural superior. Se localiza desde la superficie del terreno (según la altitud en cada lugar) hasta la cota 0 m, que sirve como referencia, aunque puede llegar a más profundidad. La presión y temperatura no son muy elevadas y las rocas tienen un comportamiento frágil; es el dominio de las fallas. Figura 1. Tipos de esfuerzos que influyen en la deformación de las rocas. 1. Compresivos con acortamiento de la corteza. 2. Distensivos o de tensión y alargamiento de la corteza. 3. Laterales o de cizalla. 4. Verticales produciendo abombamiento. Manuel García Rodríguez ISBN: 978-84-92767-656. (2012) tema 11 8 BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA „ Nivel estructural medio. Se sitúa entre la cota 0 m y unos 4.000 m de profundidad. El mecanismo predominante es la flexión debido

al comportamiento dúctil de las rocas; son característicos de este nivel los pliegues. „ Nivel estructural inferior. Es el nivel del metamorfismo, y como media se localiza entre los 4.000 m y los 8.000 o 10.000 m de profundidad. En los niveles más superficiales domina el aplanamiento, con el frente superior de esquistosidad. A mayor profundidad predominan estructuras de flujo, con pliegues acompañados siempre de esquistosidad y foliación. Su límite inferior viene marcado por el inicio de la fusión y la presencia del granito de anatexia. 1.3.2. Tipos de deformación Cuando los materiales se deforman plegándose se habla de deformación dúctil y cuando se fracturan se habla de deformación frágil. Según el comportamiento de la roca, puede hablarse de deformación elástica y deformación plástica. „ Deformación elástica. Una roca tiene comportamiento cuando, tras cesar el esfuerzo, la roca deformada recupera su forma original. En general, las rocas son poco elásticas en niveles muy superficiales de la corteza terrestre, pero sí pueden serlo cuando se encuentran sometidas a una gran presión litostática y niveles más profundos. „ Deformación plástica. Cuando una roca sometida a una deformación elástica supera su límite elástico, sufre una deformación plástica, tras la que ya no puede recuperar su forma original. Si se supera el límite de plasticidad, las rocas se fracturan y pasan a comportarse como cuerpos frágiles. Cita dos ejemplos de objetos o materiales cotidianos que tengan comportamiento elástico,yotrosdos con comportamientoplástico. Figura 2. Niveles estructurales de la corteza terrestre (según Mattauer, 1976). Nivel estructural superior FALLAS 0 Frente superior de esquistosidad Nivel estructural medio FALLAS Y PLIEGUES Nivel estructural inferior ESQUISTOSIDAD 5.000 Límite superior de la foliación Fusión (granito de anatexia) 10.000 Manuel García Rodríguez ISBN: 978-84-92767-65-6. (2012) tema 11 BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 9 Figura 3. Comportamiento de las rocas según las condiciones de presión y temperatura (ver relación entre este gráfico y los niveles estructurales). FRÁGIL Presión FUSIÓN Temperatura (Foliación) Flexión Flujo Cizallamiento Aplanamiento (Fallas) DÚCTIL (Pliegues) 1.3.3. Factores de la deformación Los factores que controlan el tipo de deformación son: la naturaleza de la roca, presión, temperatura, tipo de esfuerzo aplicado y tiempo de aplicación del esfuerzo. Para comprender el proceso de fracturación es necesario evaluar todos ellos conjuntamente. „ Naturaleza de la roca.

No todas las rocas tienen la misma resistencia interna, por lo que su respuesta al esfuerzo es también diferente. En superficie y condiciones ambientales, algunas rocas tienen un comportamiento dúctil (por ejemplo, las arcillas), y otras un comportamiento frágil (por ejemplo, la caliza). „ Presión y temperatura. Son los factores determinantes de la deformación. Como regla general, a mayor presión y temperatura, la roca tiene un comportamiento más dúctil y, por tanto, la deformación es mayor (ver niveles estructurales). „ Tipo de esfuerzo aplicado. La compresión provoca acortamiento en los estratos, bien por pliegues o por fallas. Esfuerzos distensivos por tensión estiran y adelgazan los estratos, creando fallas a partir de un límite. Cuando el esfuerzo aplicado es la cizalla, se produce la deformación por desplazamiento a lo largo de planos poco espaciados. „ Tiempo de aplicación del esfuerzo. Influye el tiempo de aplicación y la intensidad. Un esfuerzo pequeño aplicado durante un largo periodo de tiempo favorece la deformación plástica. Si el esfuerzo es muy grande pero aplicado puntualmente, se favorece el comportamiento frágil y, por tanto, la fracturación de la roca. Manuel García Rodríguez ISBN: 978-84-92767-65-6. (2012) tema 11 10 BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 2. Deformación dúctil: los pliegues y sus tipos. mECANISMOS DE PLEGAMIENTO 2.1. Los plieg ues Una roca se pliega cuando una superficie de referencia definida antes del plegamiento como plana se transforma en una superficie curva. El plegamiento es tanto mayor cuanto más numerosas y fuertes son las variaciones de buzamiento. Las rocas en las que se aprecia el plegamiento con mayor facilidad son las sedimentarias, cuyos planos de estratificación se muestran como buenos planos de referencia. En las rocas ígneas, cristalinas y de aspecto masivo, resulta más compleja la identificación de pliegues por la escasez de estructuras planares de referencia. 2.1.1. Partes de un pliegue Las partes de los pliegues que pueden identificarse y nos permiten definirlos y clasificarlos son: „ Líneas de cresta. Las curvas que unen los puntos más elevados de la superficie curvada. „ Línea de valle. Las curvas que unen los puntos más bajos de la superficie curvada. „ Flanco del pliegue. Cada uno de los lados del pliegue. „ Eje de pliegue. Lugar de los puntos de curvatura máxima. También se puede definir como la línea que resulta de la intersección entre el pliegue y el plano axial. „ Plano axial. Superficie que contiene los ejes de los

pliegues de varios estratos. „ Inmersión. Es el ángulo que forma una línea (o eje del pliegue) con el plano horizontal medido sobre un plano vertical que contenga esa línea. El valor de la inmersión de una línea varía entre 0º y 90º. Dibujaun plieguecon indicación decadaunadesuspartes.Si loconsideras necesario, buscaayudaen labibliografíarecomendada. 2.1.2. Dirección y buzamiento de un pliegue X Dirección Este concepto se refiere al ángulo que forma con el norte geográfico la línea que resulta de la intersección de un plano horizontal imaginario con la capa, estrato o estructura que se estudia. La dirección de un pliegue es, por tanto, el ángulo que forma la proyección del eje del pliegue sobre un plano horizontal con el norte geográfico. El valor de la dirección suele darse de 0º a 90º, añadiendo si ese ángulo con respecto al norte es hacia el este o hacia el oeste; por ejemplo N 53º E. La dirección del pliegue (del eje del pliegue) no tiene por qué coincidir con la dirección de los flancos de dicho pliegue, aunque sí suelen ser parecidos. X Buzamiento Se define como el ángulo que forma la capa o estructura estudiada con un plano horizontal imaginario, medido en la línea de máxima pendiente de la capa. El sentido del buzamiento de un plano es el ángulo que forma la proyección de la línea de máxima pendiente en un plano horizontal con el norte geográfico e indica hacia dónde se inclina la capa en relación con el norte; por ejemplo, 45º E o 30º SE. El sentido del buzamiento de un plano es siempre perpendicular a la dirección del plano. Por lo general, cuando se habla de buzamiento del pliegue se hace referencia al ángulo de inmersión. Manuel García Rodríguez ISBN: 978-84-92767-65-6. (2012) tema 11 BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 11 2.2. Cla sificaci ón y ti pos de plieg ues 2.2.1. Anticlinal y sinclinal Cada uno de los tramos de un estrato o conjunto de capas comprendidos entre los puntos de inflexión es un pliegue, por el que se da una sucesión de formas cóncavas seguidas de otras convexas y a la inversa. Si consideramos un tren de pliegues, periódicamente se repiten y alternan formas convexas o antiformes, y formas cóncavas o sinformes. Los conceptos de anticlinal y sinclinal informan, además, de la convexidad o concavidad de la edad de los materiales en el pliegue. „ Anticlinal: pliegue arqueado o con la convexidad ascendente en el que los materiales más antiguos se localizan en el núcleo. „ Sinclinal: pliegue arqueado o con la convexidad descendente en el que los materiales más

modernos se localizan en el núcleo. Anticlinales y sinclinales suelen sucederse en el espacio, y tienen planos axiales que dividen los pliegues en dos mitades, cada una de las cuales es un flanco. Estas estructuras son ondulaciones de los estratos que no tienen por qué visualizarse como ondulaciones del terreno. Figura 4. Asociación de pliegue anticlinal y sinclinal con indicación de los planos axiales, ejes, flancos. La dirección de los pliegues de la figura es N 0º E, ya que el plano axial es paralelo al norte geográfico. El buzamiento del pliegue (eje del pliegue) es 0º, ya que el eje del pliegue es horizontal. El buzamiento del flanco este es 78º E. Norte FLANCO OESTE Material más antiguo PLANOS AXIALES Material más moderno EJE DEL ANTICLINAL ángulo de buzamiento B = 78º E EJE SINC SINCLINAL ANTICLINAL Manuel García Rodríguez ISBN: 978-84-92767-65-6. (2012) tema 11 12 BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA Figura 5. Clasificación de pliegues según la incitación del plano axial. TUMBADO INCLINADO EN ABANICO RECTO Sentido de vergencia 2.2.2. Clasificación de pliegues por el plano axial Existen diferentes clasificaciones que emplean criterios distintos para denominar los pliegues. La clasificación que se presenta en este apartado es una de las más claras, y tiene en cuenta la inclinación del plano axial: „ Pliegue recto. La superficie del plano axial es vertical. „ Pliegue inclinado. La superficie axial está inclinada. En este caso los flancos no tienen necesariamente el mismo buzamiento, y si uno de ellos rebasa la verticalidad, entonces tenemos un flanco invertido. „ Pliegue tumbado. La superficie del plano axial es horizontal. „ Pliegue en abanico. Tiene vergencias en dos direcciones opuestas, con dos planos axiales que se abren en forma de abanico. 2.3. Meca nismo s de plegamie nto Para entender los mecanismos del plegamiento debe recurri