CUARTA UNIDAD: TECTONICA DE PLACAS- ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS-ACTIVIDAD SISMICA

I.- TECTÓNICA DE PLACAS.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS.- TIPOS DE PLACAS.- DATOS PALEONTOLÓGICOS.- DINÁMICA DE LAS PLACAS TECTÓNICAS.- LÍMITES DE PLACAS.-II .- MECÁNICA DE LA DEFORMACIÓN DE LA CORTEZA TERRESTRE: III.- ACTIVIDAD SISMICA: NATURALEZA DE LOS MOVIMIENTOS SÍSMICOS.- ORIGEN DE LOS SISMOS.- TIPOS DE ONDAS SISMICAS.- INTENSIDAD.- ESCALA DE INTENSIDAD SÍSMICA.- MAGNITUD.- INSTRUMENTOS SISMICOS.- EVALUACION DE LA AMENAZA SISMICA DE LA REGION AREQUIPA.- TSUMANIS.- FOSA OCEANICA.- FOSA TECTONICA.IV- ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS: MECANICA DE LA DEFORMACIÒN DE ROCAS.- DEFINICIÒN Y ORIGEN.- PROPIEDADES FÍSICAS .- PRINCIPIOS MECANICOS.-IMPORTANCIA DE LAS ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS EN LA INGENIERÍA CIVIL

I.- TECTONICA DE PLACAS:-1.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS.-La Tectónica de Placas tiene su origen en dos teorías que le precedieron: la teoría de la Deriva Continental y la teoría de la Expansión del Piso Oceánico.

La teoría de la deriva Continental: La deriva continental es el desplazamiento de las masas continentales unas respecto a otras. Esta hipótesis fue desarrollada en 1912 por el alemán Alfred Wegener a partir de diversas observaciones empíricas, pero no fue hasta los años 60, con el desarrollo de la tectónica de placas, cuando pudo explicarse de manera adecuada el movimiento de los continentes

Teoría de la Expansión del Piso Oceánico: La teoría de Expansión del Piso Oceánico fue propuesta hacia la mitad del siglo XX y está sustentada en observaciones geológicas y geofísicas que indican que las cordilleras Meso-Oceánica funciona como centros donde se genera nuevo piso oceánico conforme los continentes se alejan entre sí.

2.- TECTÓNICA DE PLACAS.-La teoría de la Tectónica de Placas fue forjada principalmente entre los años 50 y 60 y se le considera la gran teoría unificadora de las Ciencias de la Tierra, ya que explica una gran cantidad de observaciones geológicas y geofísicas de una manera coherente y realista.

Es la teoría científica que establece que la litosfera, está fragmentada en una serie de placas a la manera de una pelota de Fútbol, que se desplazan sobre el manto terrestre fluido (astenosfera).

Las diferentes placas se desplazan con velocidades del orden de 5 a 12 cm/año. Dado que se desplazan sobre el manto superior de la Tierra, éstas interaccionan unas con otras a lo largo de sus fronteras o límites provocando intensas deformaciones en la corteza de la Tierra, dando lugar a grandes cadenas montañosas como los Andes ,los Himalayas o los Alpes, grandes sistemas de fallas asociadas con estas como la de San Andrés.

El contacto por fricción entre los límites de las placas es responsable de la mayor parte de terremotos. Otros fenómenos asociados son la creación de volcanes, especialmente a lo largo del Cinturón de Fuego del Pacífico ,( corresponde todo el borde del Océano Pacífico) a las fosas oceánicas que son el punto de contacto entre las placas, e inclusive está asociado a la existencia de yacimientos minerales.

Figura Nº 1 Principales placas tectónicas

Existen en total, 14 placas, principales, que son: 1.- Placa Africana 2.- Placa Antártica 3.- Placa Arábiga 4.- Placa Australiana 5.- Placa del Caribe 6.- Placa Escocesa 7.- Placa Euroasiática 8.- Placa Filipina 9.- Placa India 10.- Placa Juan de Fuca 11.- Placa de Nazca 12.-Placa del Pacífico 13.- Placa Norteamericana 14.-Placa Sudamericana. Figura Nº1 y Nº 2

3.- TIPOS DE PLACAS.-Las placas litosferitas son esencialmente de dos tipos, en función de la clase de corteza que forma su superficie. Hay dos clases de corteza. la oceánica y la continental.

a.- Placas oceánicas.- Son placas cubiertas íntegramente por corteza oceánica, delgada y de composición básica.. Los ejemplos más notables se encuentran en el Pacífico: la placa Pacífica, la placa de Nazca, la placa de Cocos y la placa Filipina.

b.- Placas mixtas.- Son placas cubiertas en parte por corteza continental y en parte por corteza oceánica. Como ejemplos de placas mixtas la placa Sudamericana o la placa Euroasiática.

4.- DATOS PALEONTOLÓGICOS.-Estudios de la distribución de plantas y animales fósiles también sugieren la existencia de Pangea. Impresiones de hojas de un helecho, Glossopteris, están ampliamente distribuidas en rocas de África, Sudamérica, India y Australia. La reconstrucción de Gondwana restringe el área de influencia de Glossopteris a una región contigua del supercontinente. La distribución de fósiles de vertebrados terrestres también apoya esta interpretación. La existencia de tetrapodos en todos los continentes durante el Triásico es una indicación de que había conexiones terrestres entre las masas continentales. En particular la distribución del reptil fósil Mesosaurus en África y Sudamérica, dadas sus características tan distintivas y la ausencia de especies similares en otras regiones es un fuerte indicio de una continuidad entre estos continentes durante el Pérmico. Figura º 2.

Hoy en día se acepta la idea de que los continentes actuales estuvieron unidos formando Pangea en el Permo-Triásico, y que empezaron a disgregarse a partir del Jurásico.

5.- DINAMICA DE LAS PLACAS TECTONICAS.-

La dinámica de las placas se debe a las corrientes convectivas que se presentan en el interior del manto las cuales fragmentan a la litosfera. Las corrientes convectivas son patrones circulatorios que se presentan en fluidos que se calientan en su base. Al calentarse la parte inferior del fluido se dilata y por lo tanto emerge una fuerza de flotación que hace que el fluido ascienda. Al alcanzar la superficie se enfría, desciende y se vuelve a calentar, estableciéndose un movimiento circular auto-organizado. La

fuente de calor es el núcleo terrestre se estima que tiene una temperatura de 4500ºC. De esta manera, el papel de las corrientes de convección en el interior del planeta es el de liberar el calor original almacenado en su interior adquirido durante su formación. Figura Nº 3En zonas donde dos placas se mueven en direcciones opuestas, como es el caso de la placa Africana y de Norte América que se separan a lo largo de la cordillera del Atlántico, las corrientes de convección forman nuevo piso oceánico, caliente y flotante, formando las cordilleras meso-oceánicas o centros de dispersión. Conforme se alejan de los centros de dispersión las placas se enfrían, tornándose más densas y hundiéndose en el manto a lo largo de zonas de subducción donde el material litosférico es fundido y reciclado.Una analogía frecuentemente empleada para describir el movimiento de las placas es que éstas "flotan" sobre la astenosfera como el hielo sobre el agua. Sin embargo, esta analogía solo es parcialmente válida ya que las placas tienden a hundirse en el manto .

Figura Nº 3 Las corrientes de convección son las responsables del movimiento de las placas litosféricas

6.- LÍMITES DE PLACAS

Son los bordes de una placa y es donde se presenta la mayor actividad "tectónica”, sea sismos, formación de montañas, actividad volcánica, ya que es en éstos, donde se da la interacción entre placas. En determinadas circunstancias, se forman zonas de límite o borde, donde se unen tres o más placas formando una combinación de los tres tipos de límites:

A.- LÍMITE DIVERGENTE O CONSTRUCTIVO.-

En los límites divergentes, las placas se alejan y el vacío que resulta de esta separación es rellenado por material de la corteza, que surge del magma de las capas inferiores. Se cree que el surgimiento de bordes divergentes en las uniones de tres placas está relacionado con la formación de puntos calientes. En estos casos, se junta material de la astenosfera cerca de la superficie y la energía cinética es suficiente para hacer pedazos la litosfera. El punto caliente que originó la dorsal meso-atlántica se encuentra actualmente debajo de Islandia, y el material nuevo ensancha la isla algunos centímetros cada siglo. Figura Nº 4 Un ejemplo típico de estos tipos de límite son las dorsales oceánicas (por ejemplo, la dorsal meso-atlántica) y en el continente por las grietas como el Gran Valle del Rift.

Figura Nº 4 Límite divergente o constructivo

B.-LÍMITE CONVERGENTE O DESTRUCTIVO.-

Las características de los bordes convergentes dependen del tipo de litosfera de las placas que chocan. Cuando una placa oceánica (más densa) choca contra una continental (menos densa) la placa oceánica es empujada debajo, formando una zona de subducción, ejemplo Sudamérica). En la superficie, la modificación topográfica consiste en una fosa oceánica en el agua y un grupo de montañas en tierra.Cuando dos placas continentales colisionan, se forman extensas cordilleras. La cadena del Himalaya es el resultado de la colisión entre la placa Índica y la placa Euroasiática. Cuando dos placas oceánicas chocan, el resultado es un arco de islas (por ejemplo, Japón). Fig. 5

Fig 5 Límite convergente o destructivo.C.- LÍMITE TRANSFORMANTE O CONSERVATIVO.-

El movimiento de las placas a lo largo de las fallas de transformación puede causar considerables cambios en la superficie, especialmente cuando esto sucede en las proximidades de un asentamiento humano. Debido a la fricción, las placas no se deslizan; sino que se acumula tensión en ambas placas que, al llegar a un nivel que sobrepasa el necesario para el movimiento, la energía potencial acumulada es liberada como presión o movimiento en la falla. Un ejemplo de este tipo de límite es la falla de San Andrés, ubicada en el Oeste de Norteamérica, que es una de las partes del sistema de fallas producto del roce entre la placa Norteamericana y la del Pacífico. Otra es la falla de Enriquillo que separa la placa norteamericana del Caribe y en donde se originà el terremoto de Haiti el 12 de Enero del 2010.

Límite transformante o conservativo

II .- MECÁNICA DE LA DEFORMACIÓN DE LA CORTEZA TERRESTRE:

Las fuerzas que producen deformación en la corteza son: verticales (producidas tanto por gravedad como por material ascendente del manto) y tangenciales (producto del movimiento y acomodación de esfuerzos en los bordes de las placas tectónicas).Estas fuerzas que han actuando durante millones de años, hacen que la corteza se ondule y forme pliegues, en un lugar se levanta el terreno, en otro se hunde. A veces, estas fuerzas son tan potentes que la elasticidad de los materiales no puede soportarlas y el pliegue se rompe.

1.- MOVIMIENTOS TECTÓNICOS: Son los movimientos epirogénicos y los orogénicos.

A.- Movimientos epirogénicos.-

La epirogénesis consiste en un movimiento vertical de la corteza terrestre a escala continental. Son movimientos de ascenso o descenso muy lentos sostenidos (no repentinos) que pueden tener como consecuencia el levantamiento con muy poca deformación.

B.- Movimientos Orogénicos.-

Los movimientos orogénicos 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.

Son causados por la actividad volcánica y movimientos sísmicos (terremotos), el tipo de esfuerzo es compresión horizontal de desplazamiento considerable, se caracteriza por deformación en la roca. Un movimiento orogénico genera deformación ,plegamientos, fallamientos y formación de montañas.

La orogenia genera relieves plegados y fallados. Se pueden considerar tres momentos que corresponden a tres fases de violencia de la orogenia:

1.- El plegamiento, en el que se pliegan los materiales blandos;2.- El fallamiento, en el que se rompen los materiales duros y los pliegues;3.- El cabalgamiento, en el que los materiales se desplazan de su posición original. Se crea, pues, pliegues y fallas.

III.- ACTIVIDAD SISMICA

1.- NATURALEZA DE LOS MOVIMIENTOS SÍSMICOSEl movimiento sísmico obedece a las mismas leyes del movimiento físico de los cuerpos y es el resultadode las vibraciones y ondulaciones de los estratos terrestres; tanto las unas como las otras producensacudidas que se designan con el nombre de ondas sísmicas.

Cuando en un punto del interior de la corteza terrestre, por acumulación de energía se desplaza genera una fractura y su resultado es un movimiento vibratorio que se propaga en todos los sentidos por las ondas sísmicas. Mapa sísmico mundial Fig. 6

2.- ORIGEN DE LOS SISMOS.El punto en que se origina el sismo se llama Foco o Hipocentro, y se puede situar a un máximo de unos 700 Km. de profundidad. Los sismos pueden ser superficiales si se dan de 0 a 70 Km. Intermedios de 71 a 300 Km. y Profundos de 301 a 700 Km.

El Epicentro es el punto de la superficie terrestre más próximo al foco del terremoto. El instrumento que

registra los eventos sísmicos se denomina sismógrafo.. Figura Nº 7

Figura Nº 7 Hipocentro de un sismo

El 90% son sismos de tipo tectónico, el 7% volcánico y el 3% son de colapso.

3.- TIPOS DE ONDAS SISMICASDesde el hipocentro se generan dos tipos de ondas:

1.- ONDAS CORPOREAS.- Son ondas que se desplazan por el interior del planeta, tienden a cruzar el cuerpo de la Tierra y corresponde a dos clases de ondas A) Ondas Longitudinales (P) y B) Ondas Transversales (S)

A.- ONDAS PRIMARIAS, ONDAS LONGITUDINALES u ONDAS P.- Son de mayor velocidad que las S, se desplazan en forma longitudinal, se propagan en todos los medios, sólidos y líquidos.

B.- ONDAS SECUNDARIAS, ONDAS TRANSVERSALES u ONDAS S.- Son las segundas en llegar, son ondas transversales, solo atraviesa medios sólidos,

2.- ONDAS SUPERFICIALES U ONDAS L.- Es un tercer tipo de ondas, son más lentas y al viajar por la superficie de la corteza terrestre tienen una gran amplitud.

ONDAS DE LOVE: Se desplazan con movimiento perpendicular a la dirección de propagación, son hondas horizontales, llamadas también de torsión. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh. ONDAS DE RAYLEIGH: Llamada también ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. Son ondas más lentas que las ondas internas y su velocidad de propagación es casi un 70% de la velocidad de las ondas S. Fig. 8

Figura Nº 8 Tipos de onda sísmica.

4.- INTENSIDAD.-

La medida cuantitativa de los efectos causados sobre las personas, objetos, edificaciones se denomina Intensidad, describe de manera subjetiva el potencial destructivo del sismo.La escala mas común para mider la Intensidades la llamada Escala de Mercalli, mide la Intensidad de un temblor con gradaciones entre I y XII (números romanos). Puesto que los efectos sísmicos de superficie disminuyen con la distancia hepicentral.

5.- ESCALA DE INTENSIDAD SÍSMICAI. Registrado sólo instrumentalmente.II. Perceptible sólo por pocas personas en pisos altos.III. Perceptible por algunos en edificios. Ligero balanceo de objetos colgados.IV. Sentido por todos en edificios y algunos en el exterior. Vibración de puertas y ventas, balanceo de objetos colgados y movimientos de muebles.V. Sentido por todos dentro y fuera de edificios. Caída de objetos ligeros, golpear de puertas y ventanas. Ligeros daños en construcciones de tipo A.VI. Temor generalizado. Posible rotura de vajilla, caída de objetos, movimientos de muebles pesados. Daños moderados en construcciones de tipo A, ligeros en B. Grietas pequeñas en terrenos, deslizamiento y cambios de nivel en pozos.VII. Mayoría aterrorizada. Graves daños en construcciones tipo A, llegando a destrucción completa, moderados en B y ligeros en C. Deslizamientos de tierras, cambios de caudal en manantiales y pozos.VIII. Miedo pánico general. Destrucción y algunos colapsos de construcciones tipo A, daños graves y alguna destrucción de B moderados y algún grave en C. Derrumbamiento de muros, deslizamiento de laderas y barrancos, grietas grandes en terreno, cambios de caudal.IX. Pánico general. Colapso de construcciones tipo A, destrucción de B y daños graves y alguna destrucción de C Doblamiento de raíles, rotura de carreteras. Numerosas grietas en terreno y desprendimiento de rocas y tierras. Licuefacción, extrusión de agua, arena y fango.X. Colapso de la mayoría de construcciones tipo A y algunas B, destrucción de muchas y colapso de algunas de C. Daños serios en presas y puentes, ondulación de raíles y pavimento. Grandes grietas en terreno con fuertes deslizamientos y formación de lagos.XI. Daños importantes en todas las construcciones, carreteras fuera de servicio y canalizaciones destruidas. Deformaciones considerables en el terreno con anchas grietas y muchos deslizamientos de tierra.XII. Todas las estructuras destruidas o gravemente dañadas. Cambios en la topografía, grandes grietas con importantes desplazamientos, desviación de ríos y formación de lagos.

Tipo de construcciónA. Muros de mampostería en seco o en barro, adobe y tapial.B. Muros de ladrillos, bloques de mortero, mampostería con mortero, entramado de madera.C: Estructura metálica o de hormigón armado.

6.- MAGNITUD.-Es la energía liberada en su hipocentro o foco. La escala para medir la magnitud fue establecida en 1935 por Charles F. Richter. Es una escala logarítmica con valores entre 1 y 9; un temblor de magnitud 7 es diez veces más fuerte que uno de magnitud 6, cien veces más que otro de magnitud 5, mil veces más que uno de magnitud 4 y de este modo en casos análogos.

Se estima que al año se producen en el mundo unos 800 terremotos con magnitudes entre 5 y 6, unos 50.000 con magnitudes entre 3 y 4, y sólo 1 con magnitud entre 8 y 9. La escala de Richter no tiene cota máxima, el mayor sismo registrado alcanzò la magnitud de 9.5 (Valdivia- Chile,1960), correspondiendo a una ruptura del orden de 1000 Km. de longitud, 200 Km. de ancho con un desplazamiento promedio de 20 m. En el otro extremo de la escala, magnitudes negativas se logran en laboratorios con rupturas milimétricas.

7.- INSTRUMENTOS SISMICOS.-

A.- SISMÓGRAFOS.- Son instrumentos para registrar un sismo, están constituidos por péndulos verticales de gran peso, que inscriben el movimiento por medio de una aguja o estilete, sobre un papel ahumado. Otros son horizontales y al oscilar por la sacudida sísmica trazan un gráfico con una aguja sobre un papel ahumado o termográfico, arrollado a un tambor o cilindro que gira uniformemente. Figura Nº 8

Figura Nº 8 sismógrafo portátil IGUNSALos sismogramas son las gráficas marcadas por el estilete del sismógrafo, o el rayo luminoso, sobre el papel del tambor giratorio. En un sismograma se pueden diferenciar varias partes según la proximidad o lejanía del epicentro respecto al observatorio. Figura Nº 9 Parte de un sismograma.

Figura Nº 9 Parte de un sismograma

B.- ACELERÁGROFO.- Son instrumentos que registra aceleraciones del suelo provocadas por el sismo.Es un instrumento para medir aceleraciones del terreno en función del tiempo. Usualmente registra movimientos producidos por temblores fuertes o con epicentros cercanos. Los acelerógrafos también se colocan en edificios para analizar su comportamiento en diferentes niveles de la construcción (cimientos, pisos intermedios, azotea). Figura Nº 10

Figura Nº 10 Acelerógrafo modelo Etna.

8- EVALUACION DE LA AMENAZA SISMICA DE LA REGION AREQUIPA.-La Región Arequipa ubicada en la zona de convergencia de las Placas de Nazca y Sudamericana, se caracteriza por un alto nivel sísmico, por referencias históricas se sabe que el Sur del Perú en los últimos 400

años ha sido afectado en mayor o menor grado por aproximadamente 30 terremotos, en los últimos 50 años la ciudad de Arequipa ha soportado la violencia de los terremotos de 1958, 1960, 1979 y del 2001.

De acuerdo a los estudios realizados por el IGUNSA se sabe que además de la sismicidad asociada a la zona de subducción reevidencia importante actividad sísmica intraplaca continental predominantemente al Oeste de la Cordillera Occidental, destacando el sistema de callamiento San Agustín, al que aparentemente corresponden los terremotos de 1958 (15 de enero: 7,3.VII),1960 (13 de enero: 7,7,5. IX) y 1979 (16 de Febrero: 7,5. VI).En consecuencia el Sur del Perú y en particular la Región Arequipa se encuentra expuesto a una permanente amenaza o peligro sísmico que es necesario evaluar.

El 23 de Junio de 2001 a las 20 horas 33 minutos (GMT), un terremoto de magnitud Mw igual a 8.3 ocurrió en la costa de la región Sur de Perú, con epicentro localizado a 82 Km. al NW de la localidad de Ocoña en Arequipa. Este terremoto daños mayores en aproximadamente 80 localidades distribuidas en los departamentos de Arequipa, Moquegua y Tacna en Perú y Arica e Iquique en Chile

El terremoto del 23 de junio produjo un tsunami muy local con olas del orden de 7-9 metros que produjo la destrucción de La Punta en Camaná (Arequipa) produciendo la muerte de aproximadamente 23 personas.

9.- TSUMANIS.-De origen japonés, su significado es “ola gigante que llega al puerto”. Es una ola o un grupo de olas de gran energía que se producen cuando algún fenómeno extraordinario desplaza verticalmente una gran masa de agua. En sudamerica se le denomima Maremoto.Se calcula que el 90% de ellas son provocados por terremotos, en cuyo caso reciben el nombre, más preciso, de tsunamis tectónicos. La energía de una tsunami depende de su altura (amplitud de la onda) y velocidadOtras causas son las erupciones volcánicas, los desplazamientos de lava hacia el mar, el choque de meteoritos contra las aguas, derrumbes costeros, desprendimientos de glaciares e incluso explosiones de gran magnitud (pruebas nucleares). Un tsunami tectónico producido en un fondo oceánico de 5 Km. de profundidad removerá toda la columna de agua desde el fondo hasta la superficie. El desplazamiento vertical puede ser tan solo de centímetros pero si se produce a la suficiente profundidad la velocidad será muy alta y la energía transmitida a la onda será enorme. Aun así, en alta mar la ola pasa casi desapercibida ya que queda camuflada entre las olas superficiales. Sin embargo, destacan en la quietud del fondo marino, el cual se agita en toda su profundidad.La velocidad promedio con que se desplaza una onda de tsunami de 700 kilómetros por hora (casi la misma velocidad de un jet comercial. Figura Nº 11 Tsunami

Figura Nº 11 modo como se presenta un Tsunami

10.- FOSA OCEANICA

Las fosas oceánicas son regiones deprimidas y alargadas del fondo submarino donde aumenta la profundidad del océano. Es una forma de relieve oceánico que puede llegar hasta los 11 km de profundidad. Fig 12

Fig.12

Las fosas oceánicas se forman en las zonas de subducción, lugares de la corteza terrestre donde dos placas litosféricas convergen, colisionan, y una de ellas (la de mayor densidad) se introduce (subduce) bajo la otra. Como resultado produce una gran depresión en el suelo submarino; un buen ejemplo de ello es el la fosa peruano-chilena que es el resultado del choque entre una placa continental sudamericana y la placa oceánica de Nazca.

12.- FOSA TECTONICA.Depresión de la corteza terrestre limitada lateralmente por fallas.

III.- ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS:

MECANICA DE LA DEFORMACIÒN DE ROCAS.- DEFINICIÒN Y ORIGEN.- DIASTROFISMO: PLEGAMIENTOS-FALLAS-DIACLASA.- MOVIMIENTOS SISMICOS: CONCEPTO-CAUSAS-ESCALAS SISMICAS.

A.- MECANICA DE LA DEFORMACIÒN DE ROCAS.- DEFINICIÒN Y ORIGEN.-

1.- PROPIEDADES FÍSICAS –La aplicaciòn de las propiedades físicas en las rocas, son de gran importancia en geología, pues se emplean en multitud de áreas de estudio, como la petrología, geofísica, geoquímica, ingeniería geológica, o la geoquímica. Las propiedades físicas de las rocas que comúnmente se estudian son:

a.- DENSIDAD b.- PROPIEDADES MECÁNICAS. c.- DEFORMACIÓN EN LAS ROCAS. d.- CAPACIDAD PORTANTE

a.- DENSIDAD. La densidad se define estrictamente como la masa contenida en la unidad de volumen; se denomina también densidad absoluta o masa específica. Si el cuerpo es homogéneo, la densidad es d = m / V, donde d es la densidad, m la masa y V el volumen. La densidad media de la corteza es de 2,63 gr./ cm3.b.- PROPIEDADES MECÁNICAS.

El esfuerzo transmitido a una masa rocosa genera una serie de transformaciones o deformaciones en ella), que dependen de la naturaleza de la roca, la magnitud y naturaleza del esfuerzo y el tiempo empleado en la deformación.Dependiendo de la magnitud del esfuerzo y el tiempo que actúa produciendo deformación, ésta puede ser elástica o plàstica y ineslástica o permanente.

La deformación elástica corresponde al conjunto de cambios dimensionales que experimenta un cuerpo solamente mientras actúa una fuerza exterior, y al cesar ésta, recupera su estado inicial.

Si la deformación es ineslàstica, las variaciones dimensionales sufridas por el material durante la acción de las fuerzas exteriores continúan al cesar dichas fuerzas, es decir, son permanentes.

c.- DEFORMACIÓN EN LAS ROCAS. Los mecanismos y el carácter de la deformación se puede estudiar en laboratorio de forma experimental, al crear modelos teóricos basados en las características de las rocas, la naturaleza de los esfuerzos y el tipo de deformación (elástica, plástica, frágil). Mediante estos experimentos pueden simularse condiciones de alta presión y temperatura existentes en profundidad, para estudiar el comportamiento de las rocas frente a ellos, así como frente a los esfuerzos dirigidos (tectónicos), que originan plegamiento y fracturación; y los originados por terremotos en profundidad.

La deformación en las rocas puede estudiarse a escala microscópica , con cambios en las microporosidades y cristales existentes en las rocas.

A mayor escala, los cuerpos rocosos presentan cambios químicos, físicos y estructurales en respuesta a los esfuerzos. Su límites de la deformación depende de la temperatura, presión de confinamiento, presencia de fluidos, de su rango de esfuerzos y el tiempo empleado en producir la deformación de las rocas. La ciencia que estudia la deformación de las rocas es la Reología .

d.- CAPACIDAD PORTANTE

Se denomina capacidad portante a la capacidad del suelo para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo

2.- PRINCIPIOS MECANICOS.-a.- Fuerza: Es una magnitud vectorial, definible que tiende a producir un cambio en el movimiento de un cuerpo.

b.- Aceleración: Es una magnitud vectorial que nos indica el ritmo o tasa de cambio de la velocidad por unidad de tiempo. acelerar no significa ir más rápido, sino cambiar de velocidad F = m.aLos movimientos a lo largo de fallas que se produce en un terremoto pueden ser tan rápido que la aceleración es en esta caso muy importante.

c.-Fuerzas diferenciales: Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo no son iguales sobre todos los lados. Así:

1.- Tensión: Un cuerpo está bajo tensión cuando esta sujeto a fuerzas externas que tienden a dividirlo.

2.-Compresión: Se dice que un cuerpo está bajo Compresión, cuando está sujeto a fuerzas externas que tienden a comprimirlo.

3.- Cupla: Consiste en dos fuerzas iguales que actúan en dirección opuesta sobre el mismo plano, pero no a lo largo de la misma recta.

e.- Esfuerzo: Cantidad de fuerza que actúa sobre una unidad de roca para cambiar su forma. Hay diferentes formas de esfuerzo como esfuerzo diferencial o desviatorio, esfuerzos comprensionales y tensionales, etc

f.- Deformación: Es el cambio de forma o volumen, o ambas cosas, de una unidad de roca causada por el esfuerzo. El esfuerzo causa deformación. Esta puede ser de:

1.- dilatación.- Es un cambio de volumen. 2.- distorsión.- Es un cambio de forma o ambas.

A.- DESCRIPCIÓN DE PLIEGUES.-

Los pliegues son ondulaciones u olas en las rocas de la tierra. Alcanzan su mayor desarrollo en formaciones estratificadas tales como en las rocas sedimentarias y volcànicas o en sus equivalentes metamorfizados. Pero cualquier roca estratificada o foliada puede mostrar pliegues, puede abarcar kms o unos cuantos cm.

B.- POSICION DE LOS ESTRATOS.-

Para definir la orientación de un estrato se necesita la Dirección de Inclinación, el Rumbo y su Buzamiento.

a.- Dirección de inclinación: Marca hacia donde se inclina el plano, o la proyección horizontal de la línea del máximo pendiente. 

b.- Rumbo: Es la dirección de los estratos. Es la línea horizontal de un plano. Es el ángulo, respecto al norte, que forma la línea de intersección del estrato con un plano horizontal. Se mide con una brújula. El Rumbo es perpendicular al Buzamiento.

c.- Buzamiento: El buzamiento o la inclinación máxima es el ángulo que forma el estrato con la horizontal, medido perpendicularmente al rumbo. Se mide con un clinómetro.

 

C.- PARTES DE UN PLIEGUE.-

Los elementos de un pliegue son los siguientes:

Charnela: es la zona del pliegue que tiene la máxima curvatura. Corresponde a las zonas de flexión de cada estrato.

Eje: es la línea de intersección entre la superficie axial y la charnela.

Núcleo: es la zona más interna del pliegue.

Superficie axial: plano imaginario que pasa por la charnela del pliegue y divide a éste en dos mitades.

Flancos: son cada uno de los lados del pliegue separados por el eje axial.

D.- CLASIFICACIÒN DE LOS PLIEGUES.-Los pliegues se forman cuando los estratos de un terreno son comprimidos lateralmente y éstos se comportan de forma plástica, deformándose sin llegar a romperse. Un pliegue es, por lo tanto, una ondulación de los estratos.

1. Según la antigüedad del núcleo se clasifican en anticlinales y sinclinales. anticlinal: es aquel en el que en el núcleo se encuentran los materiales más antiguos. sinclinal: es aquel pliegue en el que los materiales más modernos están en el núcleo.

2. Segun la inclinación del plano axial se dividen en verticales, inclinados y tumbados. Vertical cuando el ángulo del plano axial forma 90º con la horizontal. Inclinado cuando forma un ángulo distinto de 90º. Tumbado cuando no forma ningún ángulo.

Vertical Inclinado Tumbado

3. Según la relación entre los flancos se clasifican en simétricos y asimétricos.

Simétricos. La superficie axial divide al pliegue en dos partes simétricas. Ambos flancos tienen igual ángulo de buzamiento.

Asimétricos. La superficie axial no divide al pliegue en dos partes totalmente simétricas. los flancos presentan distinto ángulo de buzamiento.

Simétrico Asimétrico

E.- TIPOS DE RUPTURA QUE SUFRE UNA ROCA.-Entre fracturas con desplazamiento y sin él existen todos los estados intermedios, es decir, las estrías, diaclasas., la fractura y las fallas, así:

1.- Estrías: Líneas finas en la superficie del plano de movimiento. Algunas veces se puede detectar el sentido del movimiento. 

2.- Diaclasa: Ruptura de tensión de las rocas que se pueden definir como planos divisorios a lo largo de los cuales no hubo movimiento visible paralelo al plano o a la superficie, sino sólo una pequeña separación perpendicular a la superficie de fractura.Lajamiento: Forma especial de diaclasamiento propio de rocas sedimentarias como la arenisca (en arequipa se extrae la piedra laja)

3.- Fracturas: Se habla de fractura para pequeños desplazamientos.

4.- Fallas: Son fracturas en las rocas sobre las cuales a ocurrido un desplazamiento apreciable. Estás fracturas están definidas por un plano el cual separa dos bloques. Existen varios tipos de fallas aquí se presentan dos tipos principales: Fallas con desplazamiento vertical y fallas con desplazamiento horizontal.

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 tensionales o normal, ( la estructura se alarga) Fallas inversas que es un producto de fuerzas de compresión o inversas. ( la estructura se acorta)

2.- Fallas con desplazamiento horizontal.- Existe 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.

IMPORTANCIA DE LAS ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS EN LA INGENIERÍA CIVIL

En ingeniero civil se enfrenta a una gran variedad de problemas, en los que el conocimiento de la geología

es necesario. Se debe asegurar que los factores geológicos que afectan la ubicación, diseño, construcción, operación y mantención de obras civiles son reconocidos y previstos adecuadamente. Se debe tener en cuenta que los problemas de cimentación son esencialmente geológico.

Los edificios, puentes, presas, y otras construcciones, se establecen sobre algún material natural. Tener la a capacidad para reconocer la naturaleza de los problemas geológicos par aplicarlos en sus obras civiles. Reconocer pliegues, fallas, buzamientos de las estructuras, dureza, grado de coesión de los suelos, capacidad portante, etc.