05 _geologia_estructural

U i id d N i l A tó d Mé iUniversidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería

TEMA 5TEMA 5

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

M.I. Hugo Sergio Haas Mora20122012

• Objetivo:• Objetivo:Que el alumno identifique las diferentes estructurasgeológicas y su impacto en el comportamiento de lasg g y p pobras civiles.

• Contenido: G l í l • Geología estructural.

• Esfuerzos y deformaciones. • Discontinuidades. • Pliegues. g• Fallas. • Métodos para su medición Métodos para su medición. • Problemas de ingeniería civil relacionados con

las estructuras geológicas las estructuras geológicas.

Procesos Geológicos –

Contenido

Esfuerzos y deformacionesEsfuerzos y deformacionesDiscontinuidadesPlieguesFallasMétodos para su mediciónProblemas de ingeniería civil relacionados con las estructuras Problemas de ingeniería civil relacionados con las estructuras

geológicas

Procesos Geológicos – Aguas superficiales y subterráneas

•Esfuerzos y deformaciones

DEFORMACIÓN: cambios que sufre un macizo rocoso en volumen y/o forma.

ESFUERZO: medida de la cantidad de fuerza, causa deformación en rocas.

DISTENSIÓN: cambio causado por el esfuerzo.p

PRESIÓN COFINANTE: cuando el esfuerzo es uniforme en todas direcciones.

ESFUEZOS DIFERENCIALES: se aplican de manera desigual en direcciones diferentesESFUEZOS DIFERENCIALES: se aplican de manera desigual en direcciones diferentes.

ESFUEZOS DIFERENCIALES COMPRESIONALES: acortan un cuerpo de roca .

ESFUEZOS DIFERENCIALES TENSIONALES: alargan un cuerpo de roca.

CILLAZAMIENTOS CERCA DE LA SUPERFICIE: una roca relativamente frágil se rompe enláminas delgadas que se ven forzadas a deslizarse unas con respecto a las otrasláminas delgadas que se ven forzadas a deslizarse unas con respecto a las otras.


Las rocas que se encuentran a gran profundidad, están a temperaturas y presioneselevadas, por lo que su comportamiento ante la deformación es dúctil y pueden fluir ydoblarse en pliegues sin fracturarse.

Las rocas se deforman de manera diferente, depende de su composición química ,delambiente y del ritmo al cual se aplique el esfuerzo.

f fLas rocas tienen primero una deformación elástica y después regresan a su formaoriginal, cuando sobrepasan el límite elástico, sufren una deformación plástica o sefracturan. Esto último es mediante plegamiento y flujo.

Cuando el esfuerzo se aplica rápidamente, dentro de un entorno próximo a lasuperficie, la mayoría de las rocas se deforman por fracturamiento.

T bié di l f t d d tá d f dTambién se dice que las rocas fracturadas o arqueadas están deformadas, ya que suforma y/o volumen originales han sido alteradas por el esfuerzo.

Sin la intensidad de la fuerza interna de la roca se deformará por plegamiento op p gfracturamiento.


La deformación de un cuerpo puede ser elásticas y residuales.

•Deformación elástica Es la que adquiere un cuerpo sólido que al dejar de obrar losDeformación elástica. Es la que adquiere un cuerpo sólido que al dejar de obrar losefectos físicos recupera su forma original.

•Deformaciones residuales. Las deformaciones residuales comunes en la cortezaDeformaciones residuales. Las deformaciones residuales comunes en la cortezaterrestre pueden ser plásticas o frágiles.

También se deben considerar la viscosidad de las rocas y los fenómenos de relajacióny jy fluencia.

La relajación lleva a una transformación paulatina de una deformación elástica a unaresidual plástica.


Esfuerzos y deformaciones de un cuerpo por cargas externas.


Fuerzas:•Dirigidas o de superficie- son más importantes en ingeniería que en geología; estaspueden ser de tensión, compresión y cizalladura. La torsión es un caso particular de lacizalladura en tres dimensionescizalladura en tres dimensiones.

•No dirigidas o de gravedad o de volumen- más importantes en geología que eningeniería Puede tratarse de la presión confinante sea ella litostática o hidrostática yingeniería. Puede tratarse de la presión confinante, sea ella litostática o hidrostática yen general de fuerzas asociadas a la gravedad, que actúan sobre cada partículaelemental de la masa.

Son dos las formas típicas de aplicar esfuerzos a un material:

•Carga instantánea- Cargando el material a corto plazo hasta obtener su ruptura, seincrementa el nivel de esfuerzos gradualmente hasta obtener la fallaincrementa el nivel de esfuerzos gradualmente hasta obtener la falla.

•Carga prolongada- Dejando sometido el material por un tiempo considerable a unesfuerzo que no le cause la ruptura, no se modifica el nivel de esfuerzos en el largoq p , gplazo.


Fuerzas a corto y largo plazo


Compresion

A. Comportamiento frágil o rígido.B. Comportamiento plástico de la muestra.C Material con características intermediasC. Material con características intermedias.


La deformación de las rocas puede denominarse según el origen de los esfuerzoso forma de aplicación de las cargas:•Por su origen.g•Por el tiempo de aplicación de las cargas.En las deformaciones de la corteza terrestre la erosión desgasta los continentespero estos se recuperan más por deformaciones de la corteza que por vulcanismopero estos se recuperan más por deformaciones de la corteza que por vulcanismo.


Tiene diferentes aspectos y juntos forman un todo.

•Discontinuidades

SISMOLOGÍA- rama de la Geofísica General, estudia los terremotos yla propagación de las ondas elásticas que estos generan. De éstaforma se puede obtener la ubicación de los lugares donde se generanforma se puede obtener la ubicación de los lugares donde se generanlos sismos y así contribuye a delimitar las placas tectónicas ydeterminar el comportamiento en las discontinuidades.


Una consecuencia de las discontinuidades son las Aludes de placa, es el deslizamiento de las capas superiores, que aparentemente pueden parecer estables, por encima de una capa de baja cohesión o de una superficie de jrehielo.

Pli


Los pliegues o plegamientos son doblamientos de las rocas sedimentarias yvolcánicas, inicialmente planas, en una serie de ondulaciones, debido a esfuerzos

i

•Pliegues

compresivos.

Partes:• Los flancos o limbos- los dos lados de un pliegue.p g• Eje del pliegue- una línea trazada a lo largo de los puntos de curvatura máxima decada estrato. Puede ser horizontal o inclinado según un ángulo conocido comoinversión.• Plano axial una superficie imaginaria que divide un pliegue de la manera más• Plano axial- una superficie imaginaria que divide un pliegue de la manera mássimétrica posible.

La foliación de las rocas metamórficas muestra plegamientos, pero los monoclinales,que tienen un solo flanco y son grandes flexuras de la corteza, son consecuencia dedesplazamientos verticales.

Las fuerzas tectónicas de la litosfera provocan rotura de las masas rocosas provocandoLas fuerzas tectónicas de la litosfera provocan rotura de las masas rocosas provocandoque algunas veces las rocas se deformen en una manera plástica.

Procesos Geológicos

Ti


Tipos:• Anticlinales- formados por el plegamiento convexo o arqueamiento de los estratos, losestratos más antiguos se encuentran en el centro.• Sinclinales pliegue cóncavos o surcos en donde los estratos más jóvenes ocupan el• Sinclinales- pliegue cóncavos o surcos, en donde los estratos más jóvenes ocupan elcentro.Dependiendo de su orientación estos pliegues básicos pueden ser:• Simétricos- los flancos a ambos lados del plano axial divergen según un mismoSimétricos los flancos a ambos lados del plano axial divergen según un mismoángulo.• Asimétricos. los flancos a ambos lados del plano axial NO divergen según un mismoángulo.g• Recostados- si uno de los flancos está inclinado más allá de la vertical.• Recumbentes- si descansa sobre uno de sus flancos, de modo que el plano axial eshorizontal.DOMOS- estructuras levantadas en forma de anticlinales.CUENCAS- estructuras hundidas, con pliegues circulares algo alargados, formados pordesplazamientos verticales de los estratos.


Una falla es una discontinuidad que se forma en las rocas someras

•Fallas

Una falla es una discontinuidad que se forma en las rocas someras de la Tierra (hasta unos 100 ó 200 km de profundidad) por fracturamiento, cuando concentraciones de fuerzas tectónicas exceden la resistencia de las rocas La zona de ruptura tiene una exceden la resistencia de las rocas. La zona de ruptura tiene una superficie más o menos bien definida denominada plano de falla y su formación va acompañada de deslizamiento tangencial (paralelo) de las rocas a este plano.El movimiento responsable de la dislocación puede tener dirección vertical horizontal o una combinación de ambas vertical, horizontal o una combinación de ambas.


• En las masas montañosas que se han alzado por movimiento de q pfallas, el desplazamiento puede ser de miles de metros que representan el efecto, acumulado a largo plazo, de desplazamientos pequeños e imperceptibles en vez de un gran desplazamientos pequeños e imperceptibles en vez de un gran levantamiento único. Sin embargo, cuando la actividad en una falla es repentina y abrupta, se puede producir un fuerte t t i l t d l fi i f d terremoto e incluso una ruptura de la superficie formando una forma topográfica llamada escarpe de falla.


Las fallas son un tipo de Las fallas son un tipo de deformación de la corteza terrestre que finaliza en ruptura dando lugar a ruptura, dando lugar a una gran variedad de estructuras geológicas.


ELEMENTOS DE UNA FALLA

• Plano de falla: es el plano de fractura o superficie a lo largo de la cual se desplazan los bloques que se separan en la f ll C f i l l d f ll t t í falla. Con frecuencia el plano de falla presenta estrías, que se origina por el rozamiento de los dos bloques.

• Labio levantado: es el bloque que queda elevado sobre el • Labio levantado: es el bloque que queda elevado sobre el otro.

• Labio hundido: es el bloque que queda por debajo del labio Labio hundido: es el bloque que queda por debajo del labio levantado.

Procesos Geológicos – Geología estructural

SALTO DE FALLAEs la distancia vertical entre dos estratos que originalmente formaban unaunidad medida entre los bordes del bloque elevado y el hundido Esta distanciaunidad, medida entre los bordes del bloque elevado y el hundido. Esta distanciapuede ser de tan sólo unos pocos milímetros (cuando se produce la ruptura),hasta varios kilómetros. Éste último caso suele ser resultado de un largo procesogeológico en el tiempo.geológico en el tiempo.

Partes de una falla:

1. Bloques, 2.Labios de falla, 3. Plano de falla, 4. Espejo de la falla, 5. Linea de falla,6 Angulo de buzamiento 7 Bloque levantado 8 Bloque hundido 9 Techo 10 Piso6.Angulo de buzamiento, 7. Bloque levantado, 8. Bloque hundido, 9.Techo, 10. Piso,11.Salto real


• CARACTERÍSTICAS DE UNA FALLA

L i i t t í ti it d ibi l • Las siguientes características nos permiten describir las fallas:

• Dirección: ángulo que forma una línea horizontal contenida l l d f ll l j t en el plano de falla con el eje norte-sur.

• Buzamiento: ángulo que forma el plano de falla con la horizontal.

• Salto de falla: distancia entre un punto dado de uno de los bloques (por ejemplo una de las superficies de un estrato) y el correspondiente en el otro, tomada a lo largo del plano de el correspondiente en el otro, tomada a lo largo del plano de falla.

• Escarpe: distancia entre las superficies de los dos labios, tomada en vertical tomada en vertical.


CLASIFICACIÓN DE FALLAS DE ACUERDO A SU MOVIMIENTOCLASIFICACIÓN DE FALLAS DE ACUERDO A SU MOVIMIENTO

Las fallas se clasifican en tres tipos en función de los esfuerzos que Las fallas se clasifican en tres tipos en función de los esfuerzos que las originan y de los movimientos relativos de los bloques:

• Falla inversa. Este tipo de fallas se genera por compresión horizontal. El movimiento es preferentemente horizontal y el plano de falla tiene típicamente un ángulo de 30 grados respecto plano de falla tiene típicamente un ángulo de 30 grados respecto a la horizontal. El bloque de techo se encuentra sobre el bloque de piso. Cuando las fallas inversas presentan un manteo inferior a 45º estas pasan a tomar el nombre de cabalgamientoa 45º, estas pasan a tomar el nombre de cabalgamiento.


• Falla normal. Este tipo de fallas se generan por tensión horizontal. El movimiento es predominantemente vertical respecto al plano de falla, el cual típicamente tiene un ángulo de 60 grados respecto a la horizontal. El bloque que se desliza hacia abajo se le q q jdenomina bloque de techo, mientras que el que se levanta se llama bloque de piso. Otra manera de identificar estas fallas es la siguiente Si se considera fijo al bloque de piso (aquel que se siguiente. Si se considera fijo al bloque de piso (aquel que se encuentra por debajo del plano de falla) da la impresión de que el bloque de techo cae con respecto a este. Conjuntos de fallas normales pueden dar lugar a la formación de horsts y grábenes.


• Falla de desgarre. Estas fallas son verticales y el movimiento de los bloques es horizontal. Estas fallas son típicas de límites transformantes de placas tectónicas. Se distinguen dos tipos de fallas de desgarre: derechas e izquierdas. D h di t ll d d l i i t Derechas, o diestras, son aquellas en donde el movimiento relativo de los bloques es hacia la derecha, mientras que en las izquierdas o siniestras es el opuesto las izquierdas, o siniestras, es el opuesto. También se les conoce como fallas transversales.


• Falla rotacional o de tijeras. Es la que se origina por un movimiento de basculamiento de los basculamiento de los bloques que giran alrededor de un punto fijo, como las dos partes de una tijera.

a) Falla inversa b) Falla normal c) Falla de desgarre c) Falla de desgarre


MÉTODOS PARA SU MEDICIÓN

Una forma de medir su inclinación (echado) y la orientación(rumbo del echado), es mediante una brújula.

Otro método es el de reflexión sísmica que mide el recorridode la energía inducida en 10-3 seg. Este método mide lade la energía inducida en 10 seg. Este método mide laprofundidad y la continuidad de los estratos. Localiza lasdiscontinuidades como las fallas. Así como también

i i f ió b di i t ti áfiproporciona información sobre condiciones estatigráficas.


Brújula para minas COMTAPara obras de galerías y túneles y medicionesde fallas geológicas y voladuras de cámara.

No. 339 COMTA

B új l ló i i l COBRUBrújula geológica universal COBRU

Para levantamientos geológicos y topográficosPara levantamientos geológicos y topográficos

(tipo Brunton)

M di ió d h dMedición de echados

PROB EMAS DE INGENIERÍA CIVI


PROBLEMAS DE INGENIERÍA CIVIL RELACIONADOS CON LAS ESTRUCTURAS

GEOLÓGICASGEOLÓGICAS

En los túneles se debe conocer la posición q e g ardanEn los túneles se debe conocer la posición que guardanlas fallas con respecto al eje del túnel y la longitud en quelo afecten.

Si se cruza una falla activa, el túnel puede verse sometidod f d t t lia grandes esfuerzos de cortantes en peligro.


El corrimiento puede ocurrir, en cualquier dirección, ded l tid d l f l i t ióacuerdo con el sentido de los esfuerzos y la orientación

de la superficie de corrimiento, respecto del túnel.

Los anticlinales, son importantes en los estratossuperiores están deformados debido al plegamiento y porl t t fi d l i f i llo tanto mas fisurados que los inferiores, por lo que esaconsejable situar el túnel a una profundidad en la cualno exista fracturamiento.no exista fracturamiento.

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