GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

Deformación de las Rocas

Daniel Mayorga Pérez

1-2
Propiedades ▪ Dichas propiedades físicas derivan de las
físicas de las características puramente petrográficas; de los
minerales que las forman, de su tamaño y
Rocas morfología; del volumen de poros, de su forma
Desde el punto de vista
físico, las rocas presentan
y de la naturaleza de los fluidos que rellenan
diferentes propiedades, estos poros.
que se expresan
▪ Estos caracteres petrográficos son muy
normalmente por medio de
parámetros que variables en función del tipo de roca y de su
cuantifican determinados petrogénesis, y a menudo, la relación entre
comportamientos.
rasgos petrográficos y parámetros petrofísicos
no siempre es fácil de determinar.
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Propiedades ▪ Las variaciones de las propiedades físicas de
físicas de las las rocas, ej.: densidad, magnetización,
velocidad de ondas elásticas y resistividad
Rocas eléctrica, permiten la identificación de la
La importancia de las
propiedades físicas de las
geología del subsuelo, mediante métodos de
rocas y de su estudio exploración geofísica.
radica en las aplicaciones
▪ En este sentido, podemos definir la Petrofísica
de las mismas.
como una disciplina científica que caracteriza
y modeliza el comportamiento físico de las
rocas, en-cuadrándola dentro de las Ciencias
Geológicas.
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Propiedades ▪ El sistema poroso, se define por la porosidad,
así como por su tamaño y forma.
físicas de las ▪ La porosidad de un material pétreo es un
Rocas parámetro de conjunto que se define como la
relación entre el volumen total de poros y el
Sistema poroso volumen total de la probeta o roca.
Es un parámetro de
conjunto muy importante ▪ Se puede clasificar dependiendo del grado de
que controla sus interconexión con el exterior, porosidad abierta si
propiedades mecánicas.
la tiene y porosidad cerrada si no la tiene.
▪ La suma ambas porosidades se denomina
porosidad total de la roca.
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Propiedades ▪ La densidad real excluye la porosidad (cociente
entre la masa de la roca en seco y el volumen de
físicas de las la fracción de sólido.
Rocas ▪ La densidad de conjunto o bulk incluye la
porosidad total (cociente entre la masa de la
Densidad roca en seco y el volumen de la probeta).
Es un parámetro físico
básico en la caracterización ▪ La densidad aparente depende de la porosidad
de las rocas, y que depende a la que no pueden acceder los fluidos en cada
fuertemente de su
composición mineralógica y técnica de caracterización (porosimetría de
porosidad. mercurio, inmersión en agua, capilaridad, etc).

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Propiedades ▪ La permeabilidad de las rocas depende
básicamente de su porosidad conectada y del
físicas de las tamaño del poro.
Rocas ▪ Rocas con mucha porosidad y poros de gran

Transporte de fluidos: tamaño presentan alta permeabilidad

Permeabilidad (areniscas y gravas).
La permeabilidad mide la ▪ La permeabilidad varia en función sus
facilidad con la que los fluidos
fluyen a través de las rocas.
características petrográficas como la presencia
de fracturas. Las fracturas contribuyen poco a
la porosidad de las rocas, pero sí pueden
modificar considerablemente su permeabilidad.
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 ▪ La caracterización de este movimiento se
Propiedades puede realizar midiendo la variación de la altura
físicas de las del frente capilar o la masa de la roca (caudal)
con el tiempo.
Rocas
▪ Dicho movimiento depende, como en la
Transporte de fluidos: permeabilidad, del sistema poroso de las rocas,
Capilaridad porosidad abierta y del tamaño de los poros. La
El transporte de agua por
capilaridad, o imbibición capilar, altura del frente capilar será mayor para rocas
es uno de los mecanismos más con alta porosidad y tamaño de poro pequeño.
importantes de movimiento del
agua en la mayoría de las rocas
Por otro lado, el caudal a través de la roca es
porosas. mayor para el caso de materiales con mucha
porosidad y un tamaño de poro grande.
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 Procedimiento de obtención del coeficientede a
Ensayo de capilaridad al agua capilar y porosidad abierta accesible.

▪ Material requerido: Probetas de roca, agua, recipiente, estufa,

balanza, metro.
▪ Procedimiento experimental:
▪ Limpiar y secar en la estufa las probetas.
▪ Medir las dimensiones de la probeta y calcular la superficie de
contacto con el agua, S(m2), y el volumen de probeta, Vprob
(cm3).
▪ Medir el peso en seco, M0(g).
▪ Colocar la probeta en interior del recipiente. La roca se tiene que
apoyar sobre unos soportes muy finos para que el agua
ascienda por la parte inferior de la probeta. El agua debe cubrir
la probeta unos pocos milímetros.
ucontinental.edu.pe El recipiente se tapa para8
 ▪ Las rocas, al igual que cualquier otro material,
se deforman ante la acción de esfuerzos
Principios externos.
Básicos ▪ Nosotros no captamos esa deformación, pero
sí podemos saber cuándo una roca está
deformada.
▪ Estudiando la deformación podemos saber
cómo han sido los esfuerzos que la produjeron
y, por tanto, reconstruir la actividad tectónica
pasada en una región.

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ucontinental.edu.pe 10
 Fuerza
material dúctil

Tipos de Micro facturaciones

Deformación

deformación Rotura
(material frágil)
permanente

Cualquier material se
puede deformar de tres
maneras: Zona
Plástica

Deformación elástica Deformación plástica Frágil

Magnitud de deformación
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 Las fuerzas que producen deformación en
Tipos de la corteza son:
deformación ▪ Verticales: producidas tanto por
gravedad como por material ascendente
No existe un límite neto del manto.
entre la deformación frágil y
dúctil, sino más bien una ▪ Tangenciales: producidas por el
zona de transición. movimiento y acomodación de
esfuerzos en los bordes de las placas
tectónicas).

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 ▪ Un cuerpo que se encuentra sumergido
Tipos de en un líquido recibe la presión (presión
deformación hidrostática) que se ejerce en todas las
direcciones.
PRESIÓN HIPOSTÁTICA ▪ Las rocas de la corteza terrestre debido

Se parte del concepto de

al peso de los que yacen sobre ellas
presión hidrostática. están sujetas a una clase de presión
similar a una presión hidrostática pero
no idéntica.

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 ▪ Pliegues, cuando la deformación sufrida
Tipos de por las rocas es de tipo plástica. Los
deformación materiales se doblan dándonos idea de
qué fuerzas los plegaron.
Cuando estas ▪ Fallas y diaclasas son deformaciones
deformaciones se
producen en los materiales frágiles. Las rocas aparecen rotas y,
terrestres dan lugar a generalmente, hay separación entre las
estructuras geológicas
reconocibles, como son:
partes fracturadas.

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Tipos de ▪ La deformación elástica, por sus
características, no va a dejar estructuras
deformación geológicas perdurables. Esto no quiere
Cuando estas decir que no se dé este tipo de
deformaciones se deformación. Es bastante frecuente en los
producen en los materiales
terrestres dan lugar a
movimientos sísmicos.
estructuras geológicas
reconocibles, como son:

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Tipos de deformación

Esfuerzo
Esfuerzo

Deformación Deformación

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Estado ▪ El estado tensional queda definido por las
Tensional tensiones normales y cortantes existentes en
Es la distribución de
las caras de un elemento cúbico infinitesimal
tensiones existente situado en dicho punto.
en un punto de una
pieza cargada. ▪ Matemáticamente puede expresarse en forma
de matriz, mediante el tensor de tensiones.
▪ El conocimiento del estado tensional en cada
punto de una pieza es fundamental para
poder analizar su resistencia mecánica.

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Estado ▪ Se dice que un punto de un sólido sometido a
tensional fuerzas trabaja en un estado tensional
uniaxial cuando de las tres tensiones
uniaxial principales en dicho punto sólo hay una no
nula.
(σ1  0, σ2 = σ3 = 0)

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 ▪ Un punto de un sólido sometido a fuerzas trabaja
Estado
en un estado tensional biaxial o plano cuando de
tensional las tres tensiones principales en dicho punto sólo
biaxial hay dos de ellas no nulas, siendo nula la tercera
tensión principal.

(s1  0, s2  0, s3 = 0 )

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 ▪ Se dice que un punto de un sólido sometido a
Estado
fuerzas trabaja en un estado tensional triaxial o
tensional espacial cuando ninguna de las tres tensiones
triaxial principales en dicho punto es nula.

(σ1  0, σ2  0, σ3  0)

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Principios ▪ Los movimientos dentro del manto y
la corteza, activados termal y
mecánicos y gravitacionalmente, son las causas
de materiales. principales de las fuerzas y campos
de stress que resultan en el desarrollo
de pliegues, fallas y estructuras
Fuerza y Stress menores de diferentes tipos.

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 ▪ La fuerza es cualquier acción que altera o
tiende a alterar el estado de reposo de un
Principios cuerpo o su movimiento a velocidad
mecánicos y constante.
de materiales. ▪ Cuando una fuerza actúa en un cuerpo,
ésta puede ser especificada
completamente si uno conoce:
Fuerza ▪
su dirección y su magnitud.
La fuerza es un vector y su magnitud es
medida por su efecto.

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 Si se considera la aceleración de gravedad
(g = 9, 81 m/s2), la fuerza ejercida por una
Principios masa de 1 kg que reposa en superficie de
mecánicos y la tierra es de 9, 81 Newton.
de materiales.
Algunas unidades de fuerza son:
Fuerza Newton = 1 Kg m/s2
Dyna = 1 gr m/s2
𝑭 = 𝒎 .𝒂

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 ▪ Si dos fuerzas actúan en un punto,
entonces al ser vectores, ellas pueden
Principios ser combinadas gráficamente por el
mecánicos y paralelogramo de fuerzas.
de materiales.
F2 R

Fuerza
F1
𝑭 = 𝒎 .𝒂

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 ▪ Una fuerza puede ser descompuesta en
Principios dos o más componentes, pero en la
mayoría de los análisis, es conveniente
mecánicos y resolver las fuerzas en dos direcciones
de materiales. perpendiculares entre sí.

Fuerza F
𝑭 = 𝒎 .𝒂

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 Por ejemplo, la figura siguiente muestra
Principios una partícula rectangular, de masa M,
descansando sobre un plano inclinado φ
mecánicos y grados con respecto a la horizontal.
de materiales.

Fuerza

𝑭 = 𝒎 .𝒂

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Principios La fuerza F generada por esta masa M en
el campo gravitacional actúa verticalmente.
mecánicos y La magnitud de la componente de fuerza
de materiales. que actúa tangencialmente a la superficie
inclinada y tiende a desestabilizar el cuerpo
Fuerza (Ft ) por:
𝐹𝑡 = 𝐹 𝑠𝑒𝑛 α
La magnitud de la componente normal al
plano inclinado es:
𝐹𝑛 = 𝐹 𝑐𝑜𝑠 α
𝑭 = 𝒎 .𝒂
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Principios Cuando dos cuerpos están en contacto a lo
largo de una superficie plana, la fuerza
mecánicos y friccional que tiende a impedir el
de materiales. movimiento es proporcional a la fuerza
normal que actúa en la superficie
Fuerza (coeficiente de fricción interna µ:
𝐹𝑡 𝐹 𝑠𝑒𝑛 ∅
𝜇= = = 𝑡𝑔 ∅
𝐹𝑛 𝐹 cos ∅
La Fricción es muy importante en la mecánica de
movimientos en fallas y fracturas.
𝑭 = 𝒎 .𝒂
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Principios ▪
Si un cubo de granito de 25 cm de lado se
sometiera a una fuerza compresiva de
mecánicos y 10,000 kg, igualmente distribuida en toda
de materiales. la cara, se observaría una deformación
infinitesimal (strain).
Stress ▪ Si se aplicara la misma carga a un cubo
Stress se define como del mismo material, pero de lado = 1/20 del
fuerza por unidad de largo anterior (1.25 cm), el cubo menor
área: sería pulverizado por la acción de esta
𝐹 fuerza.
𝑆= = 𝜎
𝐴 ▪ La magnitud de la fuerza aplicada es la
mismaucontinental
en ambos .edu.pe
casos y la diferencia de 29
Tipos de ▪ Compresión: esfuerzo al que son
sometidas las rocas cuando se
esfuerzos comprimen por fuerzas dirigidas unas
contra otras a lo largo de una misma
Los esfuerzos hacen línea. Cuando los materiales se someten
referencia a la fuerza
aplicada a un área
a este tipo de esfuerzos, tienden a
determinada de roca. acortarse en la dirección del esfuerzo
• Compresión mediante la formación de pliegues o
• Tensión
• Cizalla
fallas según que su comportamiento sea
dúctil o frágil.

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Tipos de ▪ Tensión: resultado de las fuerzas que
esfuerzos actúan a lo largo de la misma línea pero
en dirección opuesta. Este tipo de
Los esfuerzos hacen
esfuerzo actúa alargando o separando
referencia a la fuerza las rocas.
aplicada a un área
▪ Cizalla: esfuerzo en el cual las fuerzas
determinada de roca.
• Compresión actúan en paralelo pero en direcciones
• Tensión opuestas, lo que da como resultado una
• Cizalla
deformación por desplazamiento a lo
largo de planos poco espaciados.
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Tipos de
esfuerzos 1. Compresivos con
acortamiento de la corteza.
2. Distensivos o de tensión y
Tipos de esfuerzos alargamiento de la corteza.
que influyen en la
deformación de las 3. Laterales o de cizalla.
rocas. 4. Verticales produciendo
abombamiento.

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 ▪ Como resultado del esfuerzo aplicado,
Deformaciones una roca puede fracturarse o deformarse
de las Rocas arrugándose.
▪ La deformación se produce cuando la
Son los cambios en la
forma y/o volumen que intensidad del esfuerzo es mayor que la
pueden experimentar resistencia interna de la roca.
las rocas.

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 ▪ Las condiciones y ambientes de
Deformaciones deformación de las rocas son muy
variados, ya que pueden encontrarse
de las Rocas desde niveles muy superficiales hasta los
Son los cambios en la 40 km de profundidad.
forma y/o volumen que ▪ Generalmente, las condiciones de
pueden experimentar
las rocas. presión y temperatura bajo las que se
desarrollan son de hasta más de 10
kilobares y más de 1,000 ºC.

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 ▪ Nivel estructural son cada dominio
(generalmente superpuestos entre sí) de
Deformaciones la corteza en que los mecanismos
de las Rocas dominantes de deformación permanecen
Niveles estructurales iguales.
▪ A medida que nos encontramos en
Para poder interpretar las niveles más profundos, las condiciones
condiciones de formación de presión y temperatura se
de cada estructura, es
imprescindible asociarla a
incrementan, por lo que las rocas
un nivel estructural. adquieren un comportamiento más dúctil.

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Deformaciones ▪ Nivel estructural superior: se localiza
desde la superficie (según la altitud en
de las Rocas cada lugar) hasta la cota 0 m, que sirve
Niveles estructurales como referencia, aunque puede llegar a
más profundidad. La presión y
temperatura no son muy elevadas y las
Se ha definido tres niveles
estructurales en los que rocas tienen un comportamiento frágil; es
las rocas tienen diferente el dominio de las fallas
comportamiento.

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Deformaciones
▪ Nivel estructural Medio: entre la cota 0m
de las Rocas y 4,000m de profundidad. El mecanismo
Niveles estructurales predominante es la flexión debido al
comportamiento dúctil de las rocas; son
característicos de este nivel los
Se ha definido tres niveles
estructurales en los que pliegues.
las rocas tienen diferente
comportamiento.

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 ▪ Nivel estructural Inferior: es el nivel del
Deformaciones metamorfismo, se localiza entre los 4,000 –
10,000m de profundidad. En los niveles
de las Rocas más superficiales domina el aplanamiento,
Niveles estructurales con el frente superior de esquistosidad. A
mayor profundidad predominan estructuras
de flujo, con pliegues acompañados
Se ha definido tres niveles
estructurales en los que siempre de esquistosidad y foliación. Su
las rocas tienen diferente límite inferior viene marcado por el inicio de
comportamiento.
la fusión y la presencia del granito de
anatexia.
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Deformaciones
de las Rocas
Niveles estructurales

Se ha definido tres niveles

estructurales en los que
las rocas tienen diferente
comportamiento.

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Factores de la ▪ Naturaleza de la roca: no todas las rocas
tienen la misma resistencia interna, por
deformación lo que su respuesta al esfuerzo es
también diferente. En superficie y
Los factores que controlan
el tipo de deformación son: condiciones ambientales, algunas rocas
la naturaleza de la roca, tienen un comportamiento dúctil (ej. las
presión, temperatura, tipo
de esfuerzo aplicado y
arcillas), y otras un comportamiento frágil
tiempo de aplicación del (ej. la caliza).
esfuerzo.

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Factores de la ▪ Presión y temperatura: son los factores
deformación determinantes de la deformación. Como
regla general, a mayor presión y
Los factores que controlan temperatura, la roca tiene un
el tipo de deformación son:
la naturaleza de la roca,
comportamiento más dúctil y, por tanto,
presión, temperatura, tipo la deformación es mayor.
de esfuerzo aplicado y
tiempo de aplicación del
esfuerzo.

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 ▪ Tipo de esfuerzo aplicado: la compresión
Factores de la provoca acortamiento en los estratos,
deformación bien por pliegues o por fallas. Esfuerzos
distensivos por tensión estiran y
Los factores que controlan adelgazan los estratos, creando fallas a
el tipo de deformación son:
la naturaleza de la roca, partir de un límite. Cuando el esfuerzo
presión, temperatura, tipo aplicado es la cizalla, se produce la
de esfuerzo aplicado y
tiempo de aplicación del
deformación por desplazamiento a lo
esfuerzo. largo de planos poco espaciados.

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 ▪ Tiempo de aplicación del esfuerzo:
Factores de la influye el tiempo de aplicación y la
deformación intensidad. Un esfuerzo pequeño
aplicado durante un largo periodo de
Los factores que controlan tiempo favorece la deformación plástica.
el tipo de deformación son:
la naturaleza de la roca, Si el esfuerzo es muy grande pero
presión, temperatura, tipo aplicado puntualmente, se favorece el
de esfuerzo aplicado y
tiempo de aplicación del
comportamiento frágil y, por tanto, la
esfuerzo. fracturación de la roca.

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Factores de la
deformación
Comportamiento de
las rocas según las
condiciones de presión
y temperatura.

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