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UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO
APUNTES DE GEOLOGÍA
APLICADA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
Dra. Aída López Hernández
APUNTES TRADUCIDOS Y ADAPTADOS DEL LIBRO: THE UNDERSTANDING EARTH, UNDERSTANDING
EARTH POR: F. PRESS, R. SIEVER, J. GROTZINGER Y T. JORDAN; COMPLEMENTADOS CON CAPITULOS
DEL LIBRO: INGENIERÍA GEOLÓGICA DE GONZÁLEZ DE VALLEJO. PARA SU USO COMO APOYO
ACADÉMICO LA MATERIA DE GEOLOGÍA APLICADA.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 2
Capítulo 1
DEFORMACIÓN DE LAS ROCAS
Estructuras geológicas
Falla de san Andrés
Falla de san Andrés
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 3
Sección esquemática de la parte superior de la Tierra, mostrando dos de las fuerzas más
importantes que generan el movimiento de las placas tectónicas la separación en medio del
océano (tensión) y la subducción donde colisionan dos placas (compresión).
¿Por qué las rocas se deforman?
• SE DEFORMAN POR LOS ESFUERZOS DE ORIGEN TECTÓNICO Y SON DE 3 TIPOS:
- COMPRESIÓN
- TENSIÓN
- CIZALLA
Las fuerzas compresivas
Comprimen y acortan un cuerpo
Las fuerzas tensiónales Estiran y tienden a desgarrar un cuerpo
Compresión
Tensión
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 4
Las fuerzas de cizalla
Presionan los dos extremos de un cuerpo
en direcciones opuestas.
Cuando se trata de materiales DÚCTILES
Los cuerpos sufren una deformación plástica continua y no recuperan su forma original
cuando la fuerza deformante desaparece.
Tipo de fuerza Tipo de deformación
• Compresión Plegamiento
• Tensión Adelgazamiento
• Cizalla Corrimiento o distorsión
Cuando el material es dúctil:
Compresión Tensión Cizalla
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 5
Pliegues Adelgazamiento Cizallamiento
Cuando los materiales son FRÁGILES
• El cambio es poco y se fracturan repentinamente.
• Inicialmente se forman: juntas y cuando la deformación continúa se generan:
FALLAS
FRACTURAS O JUNTAS
Compresión Tensión Cizalla
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 6
Falla inversa Falla Normal Falla Lateral
¿Qué determina si una roca se pliega o se fractura?
Poca profundidad Gran profundidad
Baja presión Elevadas presiones
+ +
Baja temperatura Alta temperatura
Fallas + fracturas Pliegues
(Deformación Frágil) (Deformación Dúctil)
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 7
Resultados de experimentos de laboratorio realizados con el propósito de investigar como se
deforma una muestra de mármol por fuerzas compresivas.
TIPOS DE ESTRUCTURAS
generadas por deformación
FRACTURAS, FALLAS Y PLIEGUES
Falla Fractura Pliegue
¿Cómo se fracturan las rocas?
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 8
Hay dos tipos de fracturas: juntas y fallas
Juntas: es una grieta a lo largo de la cual no hay movimiento.
Fallas: es una fractura con movimientos de las rocas en ambos lados paralelos al plano de la fisura.
Las fuerzas tectónicas que causan fallamiento son particularmente intensas cerca de los límites de
placas. Las fallas son rasgos comunes en las cadenas montañosas, las cuales están asociadas con zonas de colisión y zonas de rift valleys, donde las placas están siendo separadas. Las fallas pueden ser de gran magnitud como la falla de San Andrés de cientos de kilómetros o en el otro extremo, de unos cuantos centímetros. Todas las fallas, independientemente de su tamaño pueden clasificarse por la dirección del movimiento relativo sobre el plano de la falla.
EXISTEN 3 TIPOS DE FALLAS
• FALLAS NORMALES
• FALLAS INVERSAS
• FALLAS LATERALES
LAS FALLAS NORMALES
Se generan por tensión
Fallas normales
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 9
Fallas normales en el Mar Rojo generadas por tensión
Plano de una falla inversa generado durante un sismo en Armenia
Conjunto de Fallas Normales
LAS FALLAS INVERSAS SE GENERAN POR COMPRESIÓN
Graben Horst o pilar
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 10
Falla inversa
LAS FALLAS LATERALES
SE GENERAN POR ESFUERZOS DE CIZALLA
Fallas Laterales
Cizalla
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 11
Daños producidos como consecuencia de los terremotos asociados al movimiento de las fallas
Falla de
San Andrés
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 12
Levantamiento de la costa en Palos Verdes
FALLAS OBLÍCUAS
Se generan por tensión + cizalla
Tipos de pliegues:
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 13
BÁSICOS
Anticlinales: capas de roca que han sido plegadas en forma de arcos.
Sinclinales: capas plegadas hacia abajo en forma de depresiones.
Cuando la compresión es más intensa se forman:
Pliegues recostados: cuando uno de sus lados se inclina más allá de la vertical.
Cabalgaduras: fuerzas compresivas despegan una capa de roca antigua y la desplazan una gran distancia sobre una roca joven.
Pliegue Recostado
Cabalgadura
Rocas jóvenes
Anticlinal
Sinclinal
Rocas viejas
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 14
CONJUNTOS DE PLIEGUES
• Pliegues Simétricos
• Pliegues Asimétricos
Simétrico Asimétrico Recostado
Montañas plegadas en el NE de México. Sierra madre Oriental Imagen de satélite.
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 15
Montañas plegadas
Pliegues pequeños (cm) en una formación del precámbrico en Manitoba, Canadá.
Anticlinales
Monterrey
Saltillo
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 16
Domo estructural. Las rocas más antiguas se encuentran en el núcleo de la estructura. Funciona como excelentes trampas para la acumulación de hidrocarburos.
Expresión superficial de los remanentes de un sinclinal. En el núcleo están las rocas más recientes.
PARTES DE UNA FALLA • Plano de falla
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 17
• Rumbo o dirección de falla
• Echado o inclinación del plano de falla
• Salto o desplazamiento
• Dirección del echado
PARTES DE UN PLIEGUE
• Plano axial
• Flancos o lados
• Eje
• Núcleo
• Buzamiento
Dirección de la falla
Plano de falla
Dirección del echado
Echado Salto
45°
30 m
Eje del pliegue
Plano axial
Flanco
Núcleo
Buzamiento
Pliegue buzante
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 18
Geometría de los pliegues buzantes
Remanentes erosiónales de Pliegues buzantes, muestran un patrón en zig-zag.
En este dibujo se muestran las estructuras anteriores y como se observarían en subsuelo, si se hiciera un corte.
Anticlinal Buzante
Sinclinal Buzante
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 19
INTERPRETANDO DATOS DE CAMPO
• Dirección
• Echado o inclinación
Dirección del echado
Angulo del echado
Dirección de la capa
Mapa geológico
Las flechas y ángulos
muestran el echado
de las capas
Sección geológica
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 20
Diagrama que muestra las etapas de formación de una provincia geológica. Un geólogo sólo observa en campo la última etapa, pero puede reconstruir etapas anteriores por medio de datos recolectados, como, tipos de rocas, estructuras, etc.
DISCORDANCIAS
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Etapa 5
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 21
DAÑOS CAUSADOS POR FALLAS GEOLÓGICAS YLA EXTRACCION DE AGUA
CIUDAD DE MORELIA
DISCORDANCIA
DISCORDANCIA
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 22
Principales fallas de la ciudad de Morelia Las fallas de esta ciudad son de tipo normal y su
expresión actual se generó por la combinación de 2 fenómenos:
-La presencia de fallas sepultadas
-La excesiva extracción de agua por medio de pozos
Sólo la falla Santa María no esta influenciada por la extracción de agua, domina su origen
tectónico.
Nombre de la
Falla
Orientación Desplazamiento
Santa Maria E-W >200m
Chapultepec NE-SW 60-70 cm
Durango NE-SW 30-40 cm
Nocupétaro NE-SW 60-70 cm
La Colina-
Manantiales
NE-SW 40-50 cm
Torremolinos NE-SW 20-30 cm
CASA HABITACION AFECTADA POR LA FALLA LA COLINA
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 23
FALLA NOCUPÉTARO (Antigua Central Camionera)
FALLA NOCUPÉTARO
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 24
Daños en construcciones causados por la inestabilidad en el talud en la Falla San
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 25
CAPÍTULO 2
EL CICLO HIDROLÓGICO Y LAS CORRIENTES
El agua es esencial para una gran variedad de procesos geológicos y para sustentar la vida
en el planeta:
-Los ríos y los glaciares son los agentes principales de la erosión que le dan la forma a la
superficie terrestre.
-El agua es importante en el intemperismo, tanto como solvente de algunos minerales de las
rocas y también como agente de transporte.
-El agua que se infiltra forma grandes yacimientos de agua subterránea.
-El agua lubrica los materiales cuando ocurren deslizamientos de masas.
-El agua caliente que circula sobre los cuerpos intrusivos en enfriamiento o en las cordilleras
volcánicas meso-atlánticas, produce depósitos de minerales.
-Por otra parte el agua es vital para la vida en el planeta.
-Cada día se requiere mayor cantidad de agua para la actividad humana: industrial, agrícola,
urbana.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 26
La HIDROLOGÍA cada día es más importante debido a que la demanda de agua se ha
incrementado, en especial en los países desarrollados. Para proteger el suministro de agua
que satisfaga nuestras necesidades, no sólo se debe saber donde se encuentra el agua,
también se debe estar consiente de la manera en que este recurso se renueva.
Al usar y desechar el agua nosotros debemos estar consientes de no poner en riesgo futuros
abastecimientos.
El agua la encontramos en el planeta:
1. Como parte de la atmósfera
2. Como escurrimientos que se dirigen hacia lagos, a las corrientes (ríos) y el océano
3. Se infiltra para dar lugar al agua subterránea
Se presenta en 3 estados:
Líquida (en las corrientes y en el agua subterránea).
Sólida (en los glaciares).
Gaseosa (como vapor en la atmósfera).
Cada lugar de la Tierra donde el agua se almacena se denomina yacimiento.
El movimiento cíclico del agua: del océano a la atmósfera por evaporación, de regreso a la
superficie a través de la lluvia, luego de regreso al océano a través del escurrimiento en las
corrientes y en el agua subterránea, se denomina ciclo hidrológico.
Humedad, Lluvia y Relieve
Muchas diferencias climáticas están relacionadas con la temperatura y con la cantidad de
vapor de agua presente.
La humedad relativa es la cantidad de vapor de agua en el aire, expresado como un
porcentaje del total de la cantidad de agua que el aire puede retener a la temperatura
cuando esta saturado. El aire tibio puede retener mucho mayor cantidad de vapor de agua
que el aire frío.
Cuando el aire tibio no esta saturado a una humedad relativa dada, se enfría lo suficiente y se
empieza a sobresaturar y parte del vapor se condensa y se forman gotitas que forman las
nubes. Cuando se ha condensado suficiente humedad en las nubes y las gotas son muy
pesadas para mantenerse suspendidas por las corrientes de aire, ellas se precipitan como
lluvia.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 27
El relieve puede afectar los patrones de la precipitación. Por ejemplo en las cordilleras se
forman zonas de sombras de lluvia que son áreas de baja precipitación y ocurren en las
pendientes de sotavento de una montaña.
Las sequías, que son períodos de meses o años donde la precipitación es mucho menor que
lo normal, ocurre en todos los climas pero las zonas áridas son las más vulnerables.
La Hidrología de los Escurrimientos
La precipitación puede afectar a las corrientes locales y a los escurrimientos en los ríos, ello
puede observarse cuando se predice una inundación repentina después de una lluvia
torrencial. Sin embargo, cuando se tienen estadísticas de los niveles de precipitación y de los
escurrimientos en una zona amplia, drenada por un río principal, en un período de tiempo
largo, es posible predecir el comportamiento de la corriente o al menos tener una
aproximación.
En las regiones secas como en el NW de México, gran parte de la precipitación se pierde por
evaporación e infiltración. En las áreas húmedas como en el centro de Michoacán una mayor
proporción de la precipitación escurre hacia los ríos.
Un río principal puede acarrear gran cantidad de agua de un área con alta precipitación a un
área de baja precipitación, como ocurre en el Río Colorado en USA.
CORRIENTES
En el caso de las corrientes nos enfocaremos en la manera en como éstas realizan su trabajo
geológico, es decir:
-De que forma el agua fluye en las corrientes.
-Los sedimentos como son acarreados por las corrientes.
-Como las corrientes rompen y erosionan la roca sólida.
-Como las corrientes labran valles y adquieren una variedad de formas.
CORRIENTE: Cualquier cuerpo de agua fluyendo
RIO: Los principales afluentes de un sistema de corrientes
Las corrientes según su permanencia pueden ser de 3 tipos:
Perennes. Fluyen todo el año. Ejemplo El río Balsas, el río Lerma, el río Nilo, etc.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 28
Intermitentes. Fluyen sólo en la temporada de lluvias, ejemplo El río chiquito de Morelia y
arroyos del centro del país.
Efímeras. Fluyen sólo después de una lluvia y desaparecen. Ejemplo, los arroyos del desierto
de Sonora.
Como fluye el agua en las corrientes:
Existen 2 tipos flujo de fluidos:
FLUJO LAMINAR: es un movimiento simple, las líneas de la corriente fluyen rectas o
ligeramente curvadas y paralelas entre sí sin cruzarse entre capas.
FLUJO TURBULENTO: tiene un patrón más complejo de movimiento en el cual las líneas de la
corriente se mezclan, cruzan y forman remolinos.
Si un flujo es laminar o turbulento depende de:
1. Su velocidad
2. Su geometría (sobretodo la profundidad)
3. Su viscosidad (medida de la resistencia de un fluido para fluir)
Entre mayor sea la viscosidad es mayor la tendencia atener un flujo laminar. Una corriente
mas “gruesa” es más viscosa.
CARGA DE LA CORRIENTE Y MOVIMIENTO DE LOS SEDIMENTOS
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 29
La carga de una corriente es la cantidad de sedimentos acarreados por una corriente.
Los flujos laminares solo transportan las partículas mas pequeñas y menos pesadas del
tamaño de las arcillas.
Los flujos turbulentos, dependiendo de su velocidad pueden mover partículas desde la
arcilla hasta las gravas y cantos rodados. También ruedan partículas más grandes en el
fondo por tracción.
La carga de una corriente puede encontrase suspendida o en su lecho (fondo de la
corriente).
La carga suspendida de una corriente incluye todo el material temporal o permanentemente
suspendido en el flujo.
La carga del lecho es el material que la corriente transporta en el fondo por tracción.
COMPETENCIA: Es la habilidad de una corriente para transportar material de un tamaño
definido.
CAPACIDAD DE CARGA: Es la carga total de sedimentos acarreados por una corriente.
La velocidad y el volumen de un flujo afecta tanto a la competencia como a la capacidad de
la corriente. Un río como el Mississippi fluye a velocidad moderada a lo largo de casi toda su
trayectoria y transporta sólo partículas finas y medianas (arcillas y arenas), pero transporta
grandes cantidades.
En contraste, una corriente rápida, pequeña, con gran pendiente que baja de una montaña,
acarrea bloques, pero sólo pocos de éstos.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 30
Una corriente fluyendo sobre una capa de arena, limo y arcilla transporta partículas de dos
formas:
-Como carga de base. En este caso el material se desliza y rueda a lo largo del fondo.
-Como carga suspendida. El material viaja temporal o permanentemente suspendido.
Tamaño de partícula y velocidad de la corriente.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 31
DUNAS Y RIPPLES
Como en las dunas del desierto, las ripple marks (capas ondeadas) migran corriente abajo y
tienen una estratificación cruzada.
ABRASIÓN
Los potoles se forman en el fondo de las corrientes por la acción erosiva de las gravas y los
cantos que giran en los remolinos.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 32
INTEMPERISMO FÍSICO
El intemperismo físico puede ser violento en las corrientes cuando en el lecho (fondo del río),
los bloques chocan y también debido a pequeños y constantes impactos de los cantos y de la
arena.
La erosión de la roca es particularmente violenta en los rápidos y en las cascadas.
Rápidos son partes de la corriente donde el flujo es extremadamente fuerte por un cambio
abrupto en la pendiente, ocurre en zonas montañosas.
INTEMPERISMO QUÍMICO
El intemperismo químico altera a los minerales de la roca y la debilita en las zonas de fractura
tal como lo hace en superficie.
En las cascadas el impacto tremendo del agua precipitándose y los grandes bloques
cayendo, erosionan rápidamente.
VALLES DE LAS CORRIENTES, CANALES Y LLANURAS DE INUNDACIÓN
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 33
Un valle abarca el área entre la cimas de las pendientes de ambos lados del río. El perfil
transversal de una corriente con frecuencia tiene forma de V, pero muchos otros valles
tienen un perfil bajo.
Canal es el fondo del valle donde circula el agua durante el tiempo normal, fuera de la
temporada de inundaciones.
En los valles muy amplios la llanura de inundación es una área plana a ambos lados del canal,
que es inundada cuando el río se desaborda.
Valles de las corrientes
En zonas montañosas los valles son angostos y de paredes pronunciadas y el canal ocupa casi
todo el fondo del valle. Se forma sólo una pequeña zona de inundación.
En tierras bajas los valles tienen pendientes suaves y llanuras de inundación de varios
kilómetros de ancho.
Un río fluye desde las zonas altas en un canal que se mueve, sobre una planicie de
inundación amplia y de poco relieve en un valle erosionado.
Las planicies de inundación pueden ser muy estrechas o estar ausentes en los valles con
mucha pendiente.
Patrón de los canales
Canal
Afluente o corriente tributaria Llanura de inundación
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 34
Una corriente en su canal hace su trayectoria a lo largo del fondo del valle, puede correr de
forma recta en algunos tramos y en otros puede tener forma irregular curveada llamados
meandros y algunas veces se divide en múltiples canales.
Las corrientes que fluyen en llanuras de inundación planas, tienen baja velocidad y baja carga
de sedimentos, además tienden a formar MEANDROS.
Cuando las corrientes de alta velocidad y alta carga de sedimentos fluyen en zonas de poco
relieve, erosionan muy fácilmente al terreno. Cortan a través de los sedimentos suaves en las
orillas de los canales existentes, creando canales entrelazados.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 35
Formación de diques naturales
Cuando ocurre una inundación, el agua invade la llanura de inundación, perdiendo
rápidamente velocidad y deposita sus sedimentos a lo largo de los bordes inmediatos al
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 36
canal. Las inundaciones consecutivas construyen poco a poco diques naturales que controlan
la corriente entre inundaciones.
DESCARGA
La descarga es el volumen de agua que pasa en un punto dado en una unidad de tiempo
cuando fluye a través de un canal de un cierto ancho y profundidad. Usualmente se mide en
m3 x seg.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 37
La descarga depende de la velocidad y del área de la sección.
Muchas ciudades están construidas en planicies de inundación como Liuzhou, China
Inundación de julio de 1996.
Un río con un área de sección transversal
pequeña y una baja velocidad tiene una
descarga baja.
Un río con un área de sección transversal
elevada y con alta velocidad tiene una
alta descarga.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 38
Curva de frecuencia de inundaciones
Esta curva predice la probabilidad de que una inundación de cierta magnitud pueda ocurrir
en un cierto año (ejem. Río Skykomish, Washington, USA).
En un río siempre hay un equilibrio
dinámico entre la erosión del fondo de la
corriente y la sedimentación en el canal y
la planicie de inundación a lo largo de toda
su trayectoria. Este equilibrio está
controlado por:
-La topografía
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 39
-El clima
-El flujo de la corriente (incluye descarga y velocidad)
-La resistencia de la roca al intemperismo y la erosión
Perfil Longitudinal
Es la vista en perfil de la corriente. Cerca
de la cabecera es abrupto y en la
desembocadura es casi plano.
Abrupto
Plano
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 40
NIVEL BASE
El perfil longitudinal está controlado en su
parte terminal por el nivel base de la
corriente, elevación a la cual entra la
corriente a un cuerpo de agua ya sea un
lago o un océano.
Un cambio en los niveles base, por
ejemplo, por fallamiento, genera cambios
en el perfil.
La erosión mueve material hacia el nivel
del mar. Los sedimentos que inicialmente
se movían hacia el delta del río ahora se
depositan en el lago. El delta anterior es
casi abandonado.
Eventualmente el perfil original de la
corriente se restablece y los sedimentos
son nuevamente depositados en el delta.
Delta
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 41
Un cambio en el nivel base de un río
provocado por la actividad humana, como
por ejemplo la construcción de una presa,
también altera el perfil del río.
Cuando se construye una presa, se forma
un embalse detrás de ella.
La corriente deposita sedimentos en el
embalse, creando un perfil de pendiente
más somera.
La mayor velocidad del agua, erosiona en
la parte baja de la presa, generando a un
perfil de pendiente más pronunciada.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 42
Los abanicos aluviales son acumulaciones de sedimentos en forma de cono o de abanico,
depositados cuando una corriente debe ajustarse rápidamente a condiciones cambiantes,
como el frente de una montaña. En el ejemplo (Valle de la Muerte en California), pasa de
valles angostos en la montaña a valles planos de poca elevación.
TERRAZAS
Las terrazas se forman cuando la superficie de la tierra es levantada y un río erosiona su
propia llanura de inundación y se forma una nueva planicie de inundación a un nivel más
bajo. Las terrazas son remanentes de las llanuras de inundación iníciales.
Abanico aluvial
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 43
PARTEAGUAS
Los valles de la corriente y las cuencas hidrológicas están separadas por el parteaguas, los
cuales pueden ser crestas, montañas, tierras altas.
Parteaguas
La cuenca del Río Colorado abarca una gran parte del SW de USA. La cuenca está rodeada por
parteaguas que la separan de las cuencas vecinas.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 44
Patrones de Drenaje
Dendrítico. Se caracteriza por presentar
brazos como los del limbo de una hoja.
Rectangular. Se desarrolla en rocas
fuertemente fracturadas, tiende a seguir el
patrón de las fracturas.
Subparalelo. Se desarrolla en terrenos de
sierras y valles donde existen anticlinales y
sinclinales Se debe a variaciones en la
resistencia de la roca a la erosión.
Radial. Se desarrolla a partir de un pico,
por ejemplo, un volcán.
CORRIENTES ANTECEDENTES
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 45
Una corriente antecedente es aquella que ya existía antes de que la topografía actual
existiese. Esta corriente mantiene su curso original a pesar de los cambios en las rocas
subyacentes y de la topografía.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 46
Inicialmente una corriente forma un
drenaje dendrítico sobre rocas
sedimentarias en posición horizontal, que
cubren rocas viejas falladas y plegadas con
diferente resistencia a la erosión.
Con el tiempo la corriente corta hacia
abajo hasta alcanzar las rocas deformadas
y erosiona una cañada en las rocas
resistentes, conservando el mismo patrón
que desarrolló inicialmente debido a que
su curso se estableció a niveles superiores.
A estas corrientes se les denomina:
Corrientes superpuestas
Deltas: La desembocadura de los ríos
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 47
Cuando una corriente gradualmente desaparece, el río progresivamente pierde su energía
para transportar los sedimentos. Los materiales más gruesos, como la arena, se precipitan
primero, directamente en la desembocadura de muchos ríos, las arenas más finas se
depositan más adelante seguidas de los limos y arcillas. En el piso del lago o en el declive del
mar, partiendo de la costa y hacia aguas más profundas, se construye una plataforma
depositacional llamada DELTA con el material precipitado y de diferentes diámetros.
DELTAS: LA DESEMBOCADURA DE LOS RÍOS
DELTA DEL RÍO MISSISSIPPI
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 48
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 49
Capítulo 3
AGUA SUBTERRÁNEA
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 50
El agua subterránea se forma a partir de gotas que se infiltran en el suelo y en las rocas a
través de poros, grietas y huecos de las rocas.
El agua subterránea es aprovechada por el hombre de 2 formas: Natural y Artificialmente.
Natural: a través de los manantiales.
Artificial: por medio de la perforación de pozos.
Donde se almacena el agua subterránea?
El agua se almacena en capas de suelo o roca que permiten el movimiento del agua, cuando
la cantidad de agua es suficiente para explotarla por medio de pozos, a estas capas se les
denomina ACUÍFEROS.
El agua subterránea representa el 22 % del agua dulce almacenada en ríos, lagos, glaciares y
la atmósfera.
Manantial en un acantilado, se forma
donde la topografía abrupta permite que
el agua subterránea brote en superficie.
Parque Nacional del Gran Cañón en
Arizona, USA.
¿Como fluye el agua a través del suelo y las rocas?
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 51
¿Que es lo que determina la velocidad en que ella fluye?
Con excepción de las cavernas, no existen en el subsuelo grandes espacios abiertos como
albercas o ríos donde fluya el agua subterránea. El único espacio disponible para que el
agua fluya son los espacios entre las partículas que forman el suelo y en los espacios
abiertos en las rocas (fracturas, grietas, fallas, etc.)
En general en las rocas y suelos los espacios abiertos son pequeños y pocos, sólo en las
areniscas y calizas existen grandes cantidades de poros y espacios.
La porosidad es la cantidad de esos espacios abiertos en la roca, sedimentos y suelo,
expresada en porcentaje.
La porosidad depende del tamaño y de la forma de los granos y cómo ellos están unidos.
Entre menos compactados estén las partículas, mayor será el espacio entre los granos.
En muchas areniscas la porosidad puede ser hasta del 30%.
Los minerales que cementan los granos reducen la porosidad.
Entre mas pequeñas sean las partículas y además si tienen mayor variedad de formas,
tienden a acomodarse más cerca una de otra, disminuyendo la porosidad.
La porosidad es mayor en sedimentos y rocas sedimentarias (10-40 %). En volcánicas y
metamórficas es mucho menor (1 a 2 %).
Los espacios en las calizas se generan por medio de la disolución por intemperismo o por la
circulación de agua subterránea.
La porosidad nos dice cual es la cantidad de agua que una roca puede almacenar si todos los
espacios están llenos.
Más porosa Menos porosa
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 52
La porosidad nos dice cual es la cantidad de agua que una roca puede almacenar si todos los
espacios están llenos, sin embargo, no nos da información acerca de que tan rápido el agua
se puede mover a través de los poros.
El agua viaja a través de trayectos tortuosos formados por una combinación de fracturas y
poros.
Entre más pequeños y más tortuoso es el trayecto, el agua se mueve más lento.
La permeabilidad es la habilidad de un sólido para que un fluido pase a través de él.
Generalmente la permeabilidad se incrementa con el aumento de la porosidad.
La permeabilidad depende del tamaño de los espacios, de lo bien que estén conectados y de
lo sinuoso de la trayectoria.
En general un yacimiento de agua subterránea es un cuerpo de roca, sedimentos o suelo,
con una alta porosidad (que contiene gran cantidad de agua) y alta permeabilidad (que
puede ser bombeada fácilmente).
Arenisca sin
cementar
Arenisca bien
clasificada
Lutita
fracturada
Arenisca
cementada
Arenisca mal
clasificada
Lutita sin
fracturar
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 53
Una roca con alta porosidad pero baja permeabilidad puede contener gran cantidad de agua
pero, debido a que el agua se mueve muy lentamente, es muy difícil extraerla de la roca y
bombearla a la superficie.
Porosidad y Permeabilidad Tipos de Rocas Acuíferos
EL NIVEL FREATICO
Cuando se perfora un pozo en busca de agua, en los niveles someros, el material está
subsaturado, es decir que los poros contienen aire y agua. A este nivel se le conoce como
Zona no saturada o zona vadosa.
Tipo de Roca Porosidad
(Espacios que
almacenan el fluido)
Permeabilidad
(Habilidad de la roca para que
el fluido pase a través de la
roca)
Grava Muy alta Muy alta
Arena gruesa a media Alta Alta
Arena fina a limo Moderada Moderada a baja
Arena parcialmente
cementada a baja
Moderada a baja Baja
Lutita fracturada o
rocas metamórficas
Baja Baja a muy baja
Lutita sin fracturar Baja Muy baja
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 54
Abajo se encuentra la zona saturada o acuífero, que es el nivel donde los poros están llenos
de agua y su límite inferior es una zona impermeable.
El límite entre las dos zonas se conoce como nivel freático. El agua subterránea se mueve
debido a la fuerza de gravedad, por lo tanto, el agua contenida en la zona subsaturada sólo
está de paso hacia la zona saturada.
En los sitios donde se han perforado varios pozos y se mide la profundidad del nivel freático,
es posible construir un mapa del comportamiento del nivel freático.
El nivel freático es el límite entre la zona saturada y la no saturada. Ambas pueden
encontrarse en material no consolidado o en rocas.
El nivel freático sigue de forma general la forma de la superficie topográfica pero su
pendiente es menor. El nivel freático llega a la superficie en ríos, lagos y en los manantiales.
El agua entra y sale de la zona saturada a través de la descarga y la recarga.
Suelo
Roca intemperisada
Poca porosa
Zona no saturada
Nivel freático
Zona saturada
El agua y el aire ambos
llenan los espacios
El agua llena
todos los espacios
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 55
La recarga es la infiltración de agua a través de cualquier tipo de formación, con frecuencia
proviene de la lluvia o del deshielo. También se deriva de la infiltración del lecho de los ríos,
cuando ellos están arriba del nivel freático.
La descarga es la salida del agua subterránea a la superficie. Y esto ocurre cuando un valle
intersecta el nivel freático.
El agua subterránea puede fluir en acuíferos confinados y no confinados. En los acuíferos no
confinados el agua viaja a través de las capas de permeabilidad más o menos uniforme y no
tiene un nivel superior impermeable que lo limite.
Existen capas relativamente impermeables, como las arcillas, donde el fluido no puede
desplazarse o lo hace muy lentamente, a éstas se les conoce como acuicludos.
Cuados existen acuicludos arriba y abajo de un acuífero, se forma un acuífero confinado.
Dinámica del nivel Freático en formaciones permeables someras en clima templado.
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 56
El agua contenida en un acuífero confinado se conoce como flujo artesiano y se encuentra
bajo presión. Si se perfora un pozo en un acuífero confinado en un punto donde la elevación
de la superficie del terreno es menor que aquella del nivel freático en la zona de recarga, el
1. El agua de lluvia se
Infiltra
2. y fluye a
profundidad
3. Durante la temporada
de lluvias, el nivel freático
es alto
4. Los manantiales
fluyen
5. Los pozos someros y
profundos producen…
6... y el agua subterránea
descarga en ríos y lagos
10. y el agua de ríos y lagos se
infiltra y recarga los suelos y
rocas superficiales
9. El nivel freático desciende y los
pozos someros se secan…
8… los manantiales dejan
de fluir y los ríos se secan
7. Durante los periodos secos, la
evaporación descarga agua
subterránea en suelos…
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 57
agua podría fluir del pozo espontáneamente. A estos pozos se les llama pozos artesianos, los
cuales son muy buscados ya que no requieren de energía para bombear el agua a la
superficie.
Un acuífero confinado se crea cuando un acuífero se sitúa entre dos acuicludos.
En ambientes geológicos complejos cuando existe una formación de areniscas dentro de un
acuicludo (capa de arcillas casi impermeables), se genera un acuífero somero llamado
acuífero colgado. La dinámica de la recarga y la descarga es diferente del acuífero principal.
Balance entre Recarga y Descarga
Un pozo artesiano fluye en respuesta a la diferencia de
presiones naturales entre la altura del nivel freático en
la zona de recarga y el fondo del pozo
Nivel freático
Pozo artesiano fluyendo
Acuicludo
Acuífero confinado
Acuicludo
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 58
Cuando la recarga y la descarga están balanceadas, el acuífero y el nivel freático permanecen
constantes. Para que la recarga se mantenga en balance con la descarga, la precipitación
pluvial (lluvia) debe ser frecuente para igualar la suma del escurrimiento en ríos y la descarga
en manantiales y pozos. Sin embargo esta relación no siempre es igual, varía de estación a
estación. Por lo general el nivel freático desciende en temporada de secas y se eleva en las
lluvias.
El incremento en la extracción de agua por medio de pozos también genera este tipo de
efecto. Cuando en un pozo se extrae agua más rápido que la velocidad de recarga, el nivel de
agua en el acuífero desciende en forma de cono alrededor del pozo y se denomina cono de
depresión.
Cuando la extracción de agua es demasiado elevada no solo se abate el acuífero, también se
generan otros efectos ambientales no deseables como la formación de grietas y depresiones
como ocurre en la ciudad de Morelia, en este caso siguiendo la trayectoria de fallas antiguas
sepultadas.
El excesivo bombeo en relación a la recarga hace descender el nivel freático en forma de una
depresión cónica alrededor del pozo. El nivel del agua en el pozo disminuye hasta el nivel que
descendió el nivel freático.
Fisuras y depresión debido a la excesiva
extracción de agua subterránea en
Nivel del agua
actual
Nivel inicial del
agua
Cono de
depresión
Infiltración
recarga
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 59
Antelope Valley, California, USA. Se
formaron en 1991 y tienen 625 m de
longitud.
La Velocidad del Agua Subterránea
La velocidad a la cual el agua se mueve a profundidad afecta fuertemente el balance entre la
descarga y la recarga.
Mucha del agua subterránea se mueve lentamente. Henry Darcy, un ingeniero francés,
propuso una explicación para la diferencia en la velocidad de flujo y encontró lo siguiente:
En un acuífero y para una distancia de traslado dada, la velocidad a la cual el agua fluye de un
punto a otro es directamente proporcional a la diferencia en elevación del nivel freático
entre los dos puntos. Cuando la diferencia de elevación se incrementa, la velocidad de flujo
se incrementa. Si la distancia se incrementa la velocidad disminuye.
La relación entre la diferencia de elevación y la distancia de traslado se conoce como
gradiente hidráulico.
Darcy propuso una ley e incluyó la permeabilidad considerando que el agua se mueve en un
medio poroso:
Q = A (K x h/l) donde
Q = volumen de agua fluyendo en un tiempo dado
A = área a través de la cual el agua fluye
K = conductividad hidráulica (una mediad de la permeabilidad)
l = distancia
h = desnivel
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 60
En muchos acuíferos, el agua subterránea se mueve a una velocidad de pocos cm por día. En
capas muy permeables de grava cerca de la superficie, el agua puede viajar hasta 15 cm/día.
Esta velocidad aún es inferior a la velocidad que viaja el agua en un río (20-50 cm/seg).
Erosión Producida por el Agua Subterránea
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 61
Los rasgos más importantes producidos por la erosión subterránea son las cavernas. Se
generan por la disolución de las calizas y algunas evaporitas, debido a la circulación de agua
subterránea.
Estas cavernas sólo se forman donde las calizas están cerca o en la superficie y cuando existe
suficiente cantidad de dióxido de carbono o dióxido de azufre disuelto en el agua que se
infiltra.
El agua que se infiltra rica en dióxido de carbono desciende a través de la zona no saturada
hasta la zona saturada, va ensanchando espacios abiertos a lo largo de juntas y fracturas
formando una red de cuevas y canales. Esta red se genera en la zona saturada. Cuando el
nivel freático desciende, las cuevas se vacían y permanecen llenas de aire dentro de la zona
no saturada.
En algunos sitios la disolución adelgaza el techo en las cavernas y se produce el colapso
súbito dando lugar en superficie a dolinas, las cuales son pequeñas depresiones escarpadas
que ocurren arriba de la zona cavernosa y dan lugar a un tipo característico de relieve,
denominado topografía cárstica.
Dolina formada por el colapso de una caverna subterránea. El colapso ocurre
repentinamente.
Dolinas
La corriente aparece en la
superficie
Nivel freático
La corriente desaparece
en el subsuelo
Cavernas
Algunas cavernas que se
encuentran arriba del nivel freático
están llenas de aire
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 62
Depositación Producida por el Agua Subterránea
En las cavernas el agua sobresaturada en calcio gotea desde el techo y al evaporarse forma
las estalactitas y cuando gotea en el piso se forma las estalagmitas que al unirse dan lugar a
columnas, todas ellas son rasgos de depositación del agua subterránea
Cavernas en Carlsbad, Nuevo México, USA
Calidad del Agua
Estalagmita
Estalactita
Columna
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 63
El problema más común es la contaminación de ríos y acuíferos por los desechos tóxicos
derivados de la actividad humana.
Contaminación por plomo. Se genera por la actividad industrial que inyecta contaminantes
en la atmósfera. Cuando el vapor se condensa el plomo se incorpora en las gotas de lluvia y
de esa manera pasa a los ríos y agua subterránea.
- Deshechos radiactivos. Cuando estos deshechos son sepultados se produce lixiviación por
el agua subterránea y se incorpora a los acuíferos.
-Microorganismos en el agua. El agua se puede contaminar con los deshechos orgánicos
contenidos en el drenaje cuando son lanzados directamente a los ríos. Las fosas sépticas son
fuentes importantes de contaminación.
-Existen otras fuentes de contaminación como los solventes, gasolinas, pesticidas,
fertilizantes.
Revirtiendo la contaminación
• La contaminación sí se puede revertir pero el proceso es muy lento y costoso.
• Un acuífero se puede recuperar dependiendo de la velocidad de recarga. Aún si la
velocidad es rápida, la recuperación toma algunos años.
• La contaminación de acuíferos con recarga lenta es más difícil de revertir.
• Cuando el agua pública esta contaminada debe tratarse químicamente para hacerla
potable, sin embargo, este es un procedimiento costoso.
• Aún cuando se logre sanear la zona de recarga, algunos acuíferos profundos, ubicados
a cientos de kilómetros de la zona de recarga, no responden en varias décadas.
La actividad humana puede contaminar el agua subterránea. Los contaminantes
superficiales derivados de los tiraderos y las fosas sépticas entran a los acuíferos a través del
flujo de agua subterráneo normal y por medio de pozos se extraen a la superficie junto con el
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 64
agua. Se pueden perforar pozos para desechar el agua contaminada a niveles profundos en
los acuíferos salinos.
Agua profunda en la corteza. La mayor parte del agua se encuentra en la superficie o en las
rocas sedimentarias sepultadas a poca profundidad. Sin embargo a pesar de que a grandes
profundidades la porosidad y el contenido de agua disminuye conforme se incrementa la
profundidad existen pequeñas fisuras donde el agua se mueve muy lentamente, unos
cm/año y en general está sobresaturada de sales.
La circulación de agua subterránea profunda sobre un cuerpo de magma en enfriamiento,
produce un sistema hidrotermal, compuesto en superficie de manantiales calientes, geiser,
fumarolas, etc.
Ejemplo: Los Azufres, Mich.
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 65
Capítulo 4
Movimientos de Masa en Pendientes
DESLIZAMIENTOS
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 66
Los movimientos de masa son desplazamientos de roca y suelo que se mueven pendiente
abajo cuando la fuerza de la gravedad excede la resistencia a la deformación de los
materiales que forman la pendiente.
Los mecanismos que disparan estos movimientos son: los sismos, las Intensas lluvias,
deshielo rápido, cambio del nivel del agua, erupciones volcánicas.
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 67
Los deslizamientos pendiente abajo pueden ocurrir muy lentamente o ser súbitos dando lugar a catástrofes.
Los movimientos de masa son una consecuencia del intemperismo y de la fragmentación de rocas. Son en parte responsables de la modificación del paisaje por el transporte de grandes volúmenes de material.
En los movimientos en masa la intervención del hombre puede causar severos efectos.
¿Que es lo que ocasiona estos movimientos?
Existen 3 factores que influyen en este fenómeno:
1. La naturaleza de los materiales de la pendiente. Pueden ser masas de rocas y suelo. Éstos pueden encontrarse: Consolidados (compactados y cementados)y no consolidados (sueltos y sin cementar).
2. La pendiente y la estabilidad de la inclinación. Este factor contribuye a que los materiales caigan, se deslicen o fluyan.
3. La cantidad de agua en los materiales. Esta característica depende de que tan poroso es el material y de la cantidad de agua que reciben.
Los 3 factores operan en la naturaleza, sin embargo, la estabilidad de la pendiente y la cantidad de agua son los más fuertemente influenciados por la actividad humana.
La Naturaleza de los Materiales de la Pendiente
Existe una gran variedad de materiales que forman las pendientes porque dependen de las características de la geología local. Pueden ser principalmente de 2 tipos: Material
consolidado y Material no consolidado.
Material no consolidado. El ángulo entre la pendiente de cualquier pila (montón) de arena o limo y la horizontal, siempre es el mismo, por lo general es de 35°. Si se extrae parte de material de la base, formando un nuevo escarpe de mayor pendiente, éste sólo se conservará durante algún tiempo, después se precipitará para retomar la pendiente original, a este ángulo se considera como su ángulo de reposo.
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 68
El ángulo de reposo es el ángulo máximo en el cual la pendiente de una pila de material
suelto permanece sin moverse pendiente abajo. El ángulo de reposo varía significativamente
de acuerdo a los siguientes factores: el tamaño, la forma de las partículas y el contenido de
humedad.
El movimiento de masas depende de la naturaleza del material, el contenido de agua y lo
pronunciado de la pendiente.
El material grande, plano y más angular permanece estable con pendientes más fuertes. El
ángulo de reposo en arenas húmedas es mayor que en las arenas secas debido a que la
pequeña cantidad de humedad entre los granos tiende a mantenerlos unidos. El origen de
esta tendencia a mantener unidos los fragmentos es la tensión superficial: fuerza de
atracción entre moléculas de una superficie. Cuando es demasiada agua, las partículas se
separan y permite que se muevan libremente. Las arenas saturadas, donde todos los
Las partículas que forman una pila
crean un ángulo de reposo basado
en su tamaño y angularidad
La arena fina forma un
ángulo de reposo bajo
Ángulo de
reposo
Arena gruesa
La grava forma un ángulo de
reposo alto
Grava Arena fina
Que se comporta
como una membrana
permitiendo que los
objetos floten.
Mientras que las moléculas de
la superficie poseen una malla
de atracción interna que
resulta en la tensión
superficial.
Las moléculas de agua en el
interior de un líquido son
atraídas en todas direcciones
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 69
espacios están llenos de agua, se mueven como un fluido y colapsan formando una masa
plana.
Material consolidado. Las pendientes de materiales consolidados secos como las rocas,
sedimentos compactados y cementados y suelos con vegetación, pueden conservar
pendientes más fuertes, pero son inestables cuando la pendiente es exagerada o cuando se
pierde la cubierta vegetal.
En este caso, la resistencia al movimiento resulta de la cohesión (fuerza de atracción entre
partículas de un material sólido), cementación y de la acción de retención de las raíces de las
plantas.
La mezcla de materiales no consolidados como la arena, limo, arcilla, y fragmentos de roca,
forman pendientes de moderadas a fuertes. La forma plana de los minerales arcillosos, el
contenido orgánico de los suelos y la rigidez de los fragmentos de roca, son factores que
cambian la habilidad de los materiales para formar pendientes con ángulos específicos.
Contenido de agua
Cuando el terreno se satura de agua, el material sólido se lubrica, la tensión superficial
disminuye, las partículas se pueden mover más fácilmente.
Si el material no consolidado absorbe grandes cantidades de agua, la presión del agua en los
poros puede ser tan grande que separa los granos y dilata la masa. En ese momento el
material puede empezar a moverse como un fluido. A este proceso se le llama licuefacción.
Los suelos son más susceptibles a la erosión y el movimiento de masas cuando no contienen
vegetación, usualmente a causa de incendios o deforestación. Esto ocurre cuando después
de un incendio se presenta lluvia.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 70
Los castillos de arena mantienen su forma porque están hechos de Arena húmeda. Lo
pronunciado de la pendiente se mantiene por la humedad entre los granos.
Inclinación y estabilidad de las pendientes
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 71
La estabilidad de las pendientes depende del intemperismo y fragmentación de las rocas.
Varía desde inclinaciones relativamente suaves en las lutitas a escarpes verticales en las
rocas duras como el granito.
En clima seco las calizas y areniscas cementadas se rompen en grandes bloques, formando
pendientes pronunciadas sin vegetación y en la parte baja cubiertas por los bloques rotos
forman pendientes suaves.
Pendiente de lutitas Intemperizadas y Fragmentadas.
Disparo de los Movimientos de Masa
La combinación de materiales, humedad y un elevado ángulo de la pendiente hace inestable
al flanco de una colina y por lo tanto es inevitable un deslizamiento. Lo único que se necesita
es algo que lo dispare.
Los factores que pueden disparar los deslizamientos son:
-Las vibraciones producidas por un terremoto.
-Las lluvias muy intensas
-Por un incremento gradual de la inclinación
-Erupciones volcánicas
-Deshielo rápido
-Cambio del nivel del agua
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 72
Deslizamiento en Turmagain, Alaska, Disparado por un terremoto
Clasificación de los Movimientos de Masa
Los movimientos de masa se clasifican de acuerdo a tres características:
1. La naturaleza del material ( si es roca o fragmentos sin consolidar)
2. La velocidad del movimiento (pocos cm/año o km/hora)
3. La naturaleza del movimiento, si es un deslizamiento o si se trata de un flujo
Los dos tipos de movimiento de masas más importantes son:
1. Movimientos de masas de roca
2. Movimientos de materiales no consolidados
Los movimientos de roca incluyen:
-caídas de rocas: rocas que caen librememente de un escarpe. Su velocidad de
desplazamiento es alta pero la distancia que viaja es corta. Forman los depósitos de talud.
-deslizamientos de rocas: rocas que se deslizan pendiente abajo a menor velocidad porque
se mueven como una unidad, con frecuencia siguiendo las capas de roca inclinadas.
-avalanchas de rocas: Están compuestas de masas de roca fragmentadas, que viajan a
velocidades de decenas a centenas de km/hr. Normalmente son disparadas por un terremoto
y son de las más destructivas debido a su gran volumen.
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Clasificación de los movimientos de masa en pendientes
Naturaleza del
movimiento
Flujo
Deslizamiento
o caída
Lento (1cm/año)
Bajo contenido
de agua
Flujo de
tierra Flujo
Desplaza-
miento o
caída
Deslizamiento
de rocas
Rápido (5 km/hr o
más) Alto
contenido de aire
Moderado (1km/hr)
Alto contenido de
agua
Velocidad
Avalanchas
Caída de roca
Flujo de
fragmentos
Movimiento de
tierra estacionario
(Creep)
Deslizamientos
de masa
Deslizamiento
de fragmentos
Flujo de lodo
Avalancha de
fragmentos
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Caída de bloques de roca
Caída de bloques de roca
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Deslizamientos de Roca
Avalancha de Rocas
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Los movimientos de masa de materiales no consolidados con frecuencia llamados flujos de
fragmentos son los siguientes:
Rock slide-avalanche onto Sherman Glacier triggered
by 1964 Alaska Earthquake. Pre-and post conditions
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 77
-Creep: Ocurre colina abajo debido a los bajos ángulos de la pendiente es el movimiento más
lento a razón de 1-10 mm/año.
-Flujo de tierra: es un movimiento de fluido de material relativamente fino, como suelo,
lutitas Intemperizadas y arcillas.
-Flujo de fragmentos: Es un flujo de masa en movimiento, compuesto de fragmentos de roca
y soportados por una matriz de lodo.
-Flujo de lodo: Es un flujo de masa de material principalmente más fino que la arena,
contiene grandes cantidades de agua.
-Avalanchas de fragmentos: Son movimientos rápidos, colina abajo de suelos y rocas que
usualmente ocurren en zonas montañosas húmedas. Su velocidad es de 70 km/h o más y
resulta de la combinación de un alto contenido de agua y pendientes pronunciadas.
-Deslizamientos de masa: es un deslizamiento lento de materiales no consolidados que viaja
como una unidad. Se caracteriza porque en muchos lugares su capa basal tiene forma
cóncava como la de una cuchara.
-Deslizamientos de fragmentos: Son más rápidos que los derrumbes, los materiales se
Mueven más como una unidad, lo largo de planos de debilidad, como las capas de arcillas
saturadas.
Movimiento de tierra estacionario (Creep) 1-10 mm/año
Flujo de Tierra Movimiento de material relativamente fino que viaja a algunos km/h
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 78
Avalancha de fragmentos
Flujo de Fragmentos
Esta formado por
material más grueso que
la arena y viaja de pocos
Km a decenas de km/h.
Flujo de Lodo Contiene
grandes cantidades de
agua. Viaja a varios
km/h. En general es más
rápido que los flujos de
fragmentos y los flujos
de tierra.
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 79
Deslizamiento de masa
En un deslizamiento en masa el
material no consolidado se desliza
lentamente como una unidad. El
movimiento es rápido, pero se
desplaza a corta distancia
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02
Estructura de un deslizamiento de masa
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
ada / semestre: 02 Página
Estructura de un deslizamiento de masa
Deslizamiento de masa Múltiple
Deslizamiento de masa Simple
Deslizamiento de masa Complejo
Página 80
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 81
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 82
GrosVentreslide, SW Wyoming
Escarpe principal
Causa natural de un
Deslizamiento de masa
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 83
Deslizamiento de fragmentos
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 84
Velocidad del movimiento
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 85
La identificación y mapeo de depósitos de fragmentos y de cicatrices de deslizamientos, son
pistas para detectar antiguos movimientos. El ingeniero debe interpretar estas pistas para
predecir un nuevo deslizamiento y evitar daños.
La actividad humana provoca y dispara los deslizamientos principalmente en:
-Las excavaciones para cortes de carretera
-Cortes de pendientes abruptas para construir terraplenes
Medidas para reducir pérdidas por deslizamientos y para prevenirlos.
1. Evitar las construcciones en áreas que son propensas a los deslizamientos.
2. Construir de manera que no se produzca una pendiente inestable.
3. Realizar obras de ingeniería para drenar que eviten que los materiales de la pendiente
se sobresaturen de agua y se deslicen o fluyan.
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CAPÍTULO 5
EXPLORACIÓN IN SITU
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 87
Diseño y planificación de la exploración in situ
Importancia
La exploración in situ constituye la parte esencial de los estudios geológicos-Geotécnicos necesarios para el desarrollo de una obra de ingeniería civil. De ellos se obtienen los parámetros y propiedades que definen las condiciones del terreno en donde se realizarán los proyectos constructivos, cimentaciones, excavaciones, etc.
Objetivos
1. Determinar las condiciones geológicas de la zona de trabajo.
2. Conocer los problemas geológicos que pueden afectar a la construcción
3. Cuantificar los datos y parámetros del terreno necesarios para el diseño de la obra.
4. Aportar criterios para el diseño.
FASES DE UN PROYECTO
• ESTUDIOS PREVIOS Y DE VIABILIDAD
• ANTEPROYECTO
• PROYECTO
• CONSTRUCCIÓN
• EXPLOTACIÓN
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 88
Desarrollo de la exploración in situ en las diferentes fases del proyecto
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 89
La exploración in situ puede ser: directa o indirecta.
La exploración directa consiste en la realización de: sondeos geotécnicos y calicatas
Sondeos geotécnicos. Se realizan con equipo de perforación en general ligero y de diámetro
pequeño. Estas pruebas pueden alcanzar una profundidad de 150 m, a partir de la cual los
equipos son más pesados. Los sondeos más comunes son:
- Rotación
- Helicoidales
- Percusión
Sondeo de rotación:
Estos sondeos pueden perforar cualquier tipo de suelo roca hasta profundidades muy
elevadas y con distintas inclinaciones. La profundidad habitual no excede los 100 m, aunque
puede alcanzar los 1000 m. La extracción de testigos es continua. El mecanismo principal del
equipo es un sistema rotario que es la que imprime el movimiento de giro a la tubería de
perforación.
APUNTES DE GEOLOGÍA APLICADA
Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 90
La perforación rotaria se puede efectuar con circulación de agua, lodo bentonítico o en seco.
Este sistema emplea los siguientes elementos: cabeza, tubo portatestigo, extractor,
manguito portaextractor y corona de corte.
Perforación rotaria inclinada
Corona de widia (carburo de
Wolframio) se emplean en
suelos y rocas blandas.
Corona de diamante. Se
emplean en rocas
duras.
Tubería de perforación
Y corona de diamante
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 91
Cuando no se desea obtener muestra inalterada, se emplean barrenas tricónicas, las cuales
trituran la roca y se obtiene un ripio o material pulverizado el cual se analiza con el
microscopio.
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Apuntes de Geología Aplicada / semestre: 02 Página 92
Sondeos con barrena helicoidal
Su uso se limita a suelos relativamente
blandos y cohesivos. Entre sus ventajas se
encuentra el bajo costo, así como, la
facilidad del traslado y rápida instalación
de los equipos.
Este tipo de perforación no permite precisiones inferiores a 0.5 m en la ubicación de los
diferentes niveles atravesados. El tipo de muestra que se obtiene en la sonda es alterada. Los
sondeos con esta barrena incluyen desde los que se realizan manualmente, para pequeñas
profundidades (2-4 m) y diámetros de 1-2 pulgadas, a los mecánicos, para profundidades
hasta los 40 m y diámetros de 3, 4, 6 y 8 pulgadas.
Las barrenas son de dos tipos: huecas y
normales. Las primeras, a diferencia de las
normales, permiten obtener muestras
inalteradas sin extraer a la superficie la
maniobra.
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Sondeos de Percusión
Se utilizan en suelos en suelos granulares y en suelos cohesivos. Este tipo de sodeos puede
alcanzar de 20 a 30 m. el sistema consiste en encajar unos tubos de acero mediante el
golpeteo de una masa de 120 kg que cae desde una altura de 1 m. Se deben contar
sistemáticamente los golpes necesarios para la penetración de cada tramo de 20 cm, lo que
permite conocer la compactación del suelo atravesado. La extracción de muestras se hace
con cucharas y trépanos. La muestra se recupera normalmente alterada.
Calicatas
Las calicatas, trincheras, zanjas, pozos, etc., consisten en excavaciones realizadas mediante
medios mecánicos convencionales, que permiten la observación directa del terreno a cierta
profundidad, así como la toma de muestras y la realización de análisis in situ. Son uno de los
métodos más empleados principalmente debido a su bajo costo y rapidez de realización.
Observación de suelos en zanja Observación de suelo en calicata
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Los resultados se registran en un reporte como el siguiente:
Muestras Geotécnicas:
Se toman tanto en sondeos como en excavaciones, con el fin de obtener testigos representativos de
las características y propiedades del terreno para efectuar estudios de laboratorio. Los tipos de
muestra son los siguientes:
-Muestras inalteradas
-Muestras parafinadas
-Muestras alteradas
-Muestras de agua
Muestras Inalteradas
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Son las que no sufren alteración ni en su estructura ni en su contenido de humedad. En sondeos se
extraen mediante toma muestra y en excavaciones mediante el tallamiento de muestras en bloque o
el encajamiento de tubos por presión o golpeteo. La obtención de este tipo de muestras es necesaria
para el análisis de resistencia, deformabilidad, permeabilidad y textura de los suelos.
Muestras Parafinadas
Son testigos de de roca o suelo que se recubren con parafina inmediatamente después de su
extracción a fi de no alterar sus condiciones naturales. Estas muestras son aptas para realizar
cualquier tipo de análisis en laboratorio. Pueden extraerse mediante 2 procedimientos: Muestras en
bloque o por el encajamiento de tubos toma muestras.
Muestras en bloque Muestra por encajamiento de tubo
Muestras Alteradas
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Son muestras que sufren modificación en su estructura y en su contenido de humedad, pero
conservan su composición mineralógica. Las muestras se obtiene por lo general en
excavaciones mediante palas o métodos manuales, introduciéndolas en sacos de plástico. La
cantidad de muestra depende de la Granulometría de los materiales y del tipo de análisis de
laboratorio a realizar.
Muestras de Agua
Se obtienen de los distintos niveles de acuíferos detectados durante la peroración, con el fin
de realizar análisis químicos. Los análisis de laboratorio más característicos son el pH y el
contenido de sales y de contaminantes. Las muestras no deben tomarse inmediatamente
después de finalizar la perforación, con el fin de que desaparezcan los residuos de los fluidos
que se emplearon durante la perforación. El agua se recoge en botellas de plástico limpias,
lavándolas con la misma agua Antes de ser llenadas. Cxada muestra debe llevar la fecha y los
de identificación del sondeo y la profundidad.
Recuperación de testigos
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La descripción geotécnica de los testigos recolectados en sondeos y de los datos de
perforación es una tarea que debe ser llevada a cabo por un por geólogo especialista en
geología de perforación.
Caja portatestigos
Registro de sondeo en roca
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EXPLORACIÓN INDIRECTA O PROSPECCIÓN GEOFÍSICA
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Es el conjunto de técnicas que investiga el interior de la Tierra a partir de variaciones
detectadas en parámetros físicos significativos y su correlación con las características
geológicas. Son técnicas no destructivas y de gran cobertura, complementarias de los
métodos directos. Se les denomina métodos geofísicos.
Se emplean habitualmente para determinar:
-Espesores de rellenos o recubrimientos,
-Excavabilidad de los materiales,
-Posición del nivel freático,
-Localización de cavidades u otras heterogeneidades del subsuelo
-Estructura del subsuelo, propiedades
-Geomecánicas de los materiales
-Localización de fallas o superficies de deslizamientos,
-Espesor de la roca alterada
-Índices de fisuración
-Localización de conducciones subterráneas
-Evolución de fenómenos dinámicos
Los principales métodos geofísicos empleados para el reconocimiento del subsuelo se
dividen según el parámetro físico empleado:
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-Sísmicos (velocidad de propagación de ondas sísmicas)
-Eléctricos (resistividad)
-Gravimetría (densidad)
-Magnetometría (susceptibilidad magnética)
-Electromagnéticos (conductividad eléctrica y permeabilidad magnética)
Método sísmico
Estudian la propagación en el terreno de ondas sísmicas producidas artificialmente,
estableciendo su relación con la configuración geológica del subsuelo.
La velocidad de propagación depende básicamente de las constantes elásticas y de la
densidad del medio.
Los contactos entre los cuerpos con diferente velocidad de transmisión de las ondas sísmicas,
definen superficies de separación en las que las ondas sufren refracción, reflexión o
difracción.
En Ingeniería se emplea básicamente la sísmica de refracción, que estudia la energía que
vuelve a la superficie después de sufrir refracción total en superficies límite del subsuelo.
Sísmica de refracción
Consiste en la realización de perfiles longitudinales instrumentados con sensores o geófonos,
espaciados entre sí una distancia conocida y generalmente regular. La energía que libera el
disparo, mediante el golpe de un martillo de 8 kg, llega a los geófonos provocando una
perturbación que se registra en un sismógrafo. La longitud de los perfiles suele situarse entre
25 y 100 m, con separación entre geófonos que no excede los 5 m. Los puntos de golpe del
martillo como mínimo son 3 en cada perfil, situados al inicio, mitad y final de cada perfil. Si
los perfiles son mayores de 60 m, el número de golpes es cinco.
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La medida delos tiempos de llegada de las ondas elásticas a los geófonos proporciona el valor
de la propagación y espesor de los distintos materiales atravesados.
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Se mide el tiempo transcurrido entre el momento del disparo y la llegada de la primera
perturbación a cada geófono. Las primeras en llegar son las ondas directas; sin embargo, a
partir de un punto llegan primero las ondas refractadas, es decir las que circulan por los
niveles inferiores del subsuelo.
La velocidad de transmisión de las ondas sísmicas es un buen indicador de las características
geotécnicas de los materiales. En la bibliografía existen tablas de las velocidades de los
diferentes materiales, este valor disminuye si los materiales se alteran.
Métodos Eléctricos
Son aquellos que estudian la respuesta del terreno cuando se propagan a través de él
corrientes eléctricas continuas (DC).El parámetro físico que se controla es la resistividad y la
interpretación final se hace en función de las características geológicas de la zona. La
resistividad es una propiedad de las rocas y depende de su litología, estructura interna y
sobretodo de su contenido de agua.
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La medida de las resistividades del subsuelo se lleva a cabo en los siguientes pasos:
-Se introduce en el terreno una corriente continua de intensidad I, mediante dos electrodos,
denominados A y B, conectados a una fuente de energía.
-Se mide la diferencia de potencial V, generada por el paso de la corriente, entre dos
electrodos denominados M y N.
- Se calcula la resistividad del espesor de terreno afectado por el paso de la corriente.
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Los equipos empleados consisten en una caja de baterías, electrodos de corriente y
potencial, cables de conexión y resistivímetros.
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Gravimetría
Se basa en el estudio de las diferencias entre los valores medidos del campo terrestre
gravitatorio en un lugar y el valor que teóricamente debía tener en ese lugar (anomalía
gravimétrica). Las anomalías se originan por la heterogeneidad en la densidad del subsuelo, y
son positivas o negativas según exista en el lugar un cuerpo de mayor o menor densidad que
la del entorno. La unidad de medida es el miligal (mgal=10-3
cm/s2) Los aparatos de medida
son los gravímetros, los cuales no dan medidas directas de la gravedad, por lo que deben
corregirse por topografía.
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Los métodos gravimétricos en ingeniería civil se utilizan para la detección de huecos y su
cubicación, localización de galerías, zonas con importantes pérdidas de finos (pérdida de
densidad), zonas con tratamientos del terreno con aumento de densidad, etc.
Esta técnica se aplica por lo general mediante perfiles longitudinales, a base de puntos
alineados de medida o retículas con espaciado constante. La separación entre los puntos de
medida se hace de acuerdo a la magnitud y profundidad de la anomalía a investigar.
Magnetometría
Su fundamento consiste en el estudio de las variaciones locales del campo magnético
terrestre, obteniéndose medidas absolutas de la componente vertical del campo magnético.
Las anomalías son debidas a diferencias en la susceptibilidad magnéticade los suelos y de las
rocas, y a la presencia de minerales permanentemente magnetizados.
El área a estudiar se cubre con una retícula de puntos de medición de espaciado regular y de
separación variable en función del objetivo del estudio.
Los equipos más usados son magnetómetros de protones.
Los resultados que se obtienen suelen interpretase de forma cualitativa.
La principal ventaja de la magnetometría es que se trata de un método rápido y no costoso.
En Ingeniería se emplean para la localización de conducciones metálicas enterradas,
contactos litológicos, fallas, diques, masas mineralizadas, etc., su utilidad es limitada.
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Métodos Electromagnéticos
Son aquellos que estudian la repuesta del terreno cuando se propagan a través de él campos
electromagnéticos (EM). Pueden clasificarse en 2 grupos:
1. Técnicas en las que predominan las corrientes de conducción
-De fuente de inducción próxima
-De fuente de inducción lejana
2. Técnicas donde las corrientes de desplazamiento predominan sobre las corrientes de
conducción: El geo-radar (GPR).
Prospección electromagnética en dominio de frecuencias (de fuente de inducción próxima)
Consiste en la emisión de impulsos electromagnéticos desde una bobina emisora hasta una
receptora situada sobre el terreno. La profundidad de penetración depende de la frecuencia
de emisión que suele oscilar entre 100 Hz a 10 kHz y de la distancia entre emisor y receptor.
El método operativo consiste en situar un punto emisor y receptor a una cierta distancia (5 a
50 m como norma general), e ir desplazándolos a intervalos regulares a lo largo de perfiles.
Habitualmente se emplean equipos multifrecuencia que permiten realizar en el mismo
punto, varias medidas sucesivas modificando en cada una de ellas la frecuencia e
investigando el terreno a diferentes profundidades.
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Técnica de muy baja frecuencia (V.L.F.) (de fuente de inducción lejana)
En este caso la emisora es una estación lejana.
El campo primario es generado por antenas de radio lejanas (varios cientos o miles de
kilómetros) de muy baja frecuencia.
La gran ventaja de este método es evitar el traslado de equipo pesado en campo, se utilizan
solamente ligeras bobinas que captan el campo resultante.
Las ondas resultantes se encuentran dentro de la banda de 3 a 30 kHz y cada emisora tiene
una frecuencia específica.
El geo-radar
Es un método que funciona por reflexión, obteniéndose perfiles continuos de alta resolución,
similares a los conseguidos por sísmica de reflexión. Sus ventajas principales son la rapidez de
toma de datos y su versatilidad. La principal desventaja es la excesiva dependencia de las
características superficiales del terreno al que se aplica.
Los equipos GPR radian, mediante una antera transmisora, impulsos cortos de energía
electromagnética, con frecuencias entre 50 MHz y 1.5 GHz. Cuando la onda radiada halla
heterogeneidades en las propiedades electromagnéticas de los materiales del subsuelo
(contactos entre materiales del subsuelo, fracturas, huecos, zonas de distinta calidad,
elementos metálicos), parte de la energía se refracta de nuevo a la superficie y parte se
transmite a profundidades mayores.
La señal reflejada se amplifica, se transforma al espectro de la audiofrecuencia, y se registra,
obteniéndose un perfil continuo en el que se indica el tiempo total de viaje de una señal al
pasar a través del subsuelo, se refleja en una heterogeneidad y vuelve a la superficie.
Equipo de geo-radar
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Sección obtenida por geo-radar
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