Universidad Nacional Autnoma de Mxico Facultad de Ingeniera

Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Ingeniería. División de Ingenierías Civil y Geomática. CURSO DE GEOLOGÍA M. I. Hugo Sergio Haaz Mora

Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Ingeniería. División de Ingenierías Civil y Geomática. TEMA 1 PRINCIPIOS BÁSICOS.

Objetivo Que el alumno relacione las teorías sobre el origen y evolución del entorno geológico sobre el que se desarrollan las obras de ingeniería civil, con el fin de distinguir los alcances y las aplicaciones de las herramientas que se utilizan en esta asignatura; así como identificar los riesgos que los procesos geológicos podrán causar en las obras de ingeniería.

Í n d i c e Principios básicos Estructura interna de la tierra La tectónica de placas y la isostasia Vulcanismo y sismicidad Tiempo geológico

La Geología es el estudio de la Tierra tiene dos grandes divisiones Geología Física: Es el estudio de materiales terrestres y procesos superficiales Geología Histórica: Examina el origen de la Tierra y su desarrollo a lo largo del tiempo

Relaciones con otras ciencias

Lyell, pionero de la Geología Moderna Charles Lyell (1797 -1885), con base en el estudio de las rocas: tipos, grosor, fósiles que contienen y otros factores, calculó para la Tierra una edad aproximada de 600 millones de años. Cifra correcta para los conjuntos de rocas que él observó, pero también ínfima para lo establecido actualmente.

James Hutton La doctrina del catastrofismo establecía que la tierra habían sido formados por grandes catástrofes. Posteriormente, durante los siglos XVII y XVIII, Hutton propone el principio de uniformismo, que sostiene que las leyes de la naturaleza han sido constantes a través del tiempo y que los mismos procesos que operan hoy, han operado en el pasado, a ritmos diferentes. Hutton propuso por primera vez el ciclo de las rocas.

Método Científico: Planteamiento ordenado y lógico, que consiste en reunir y analizar hechos acerca de un fenómeno en particular. Cuenta con cuatro pasos fundamentales: Observación Experimentación Hipótesis Teoría

Origen del universo Hace unos 15 000 o 20 000 millones de años se produjo el BIG-BANG, una enorme explosión que lanzó hacia el exterior toda la materia del universo a una velocidad increíble. Los restos de la explosión (que consistían por completo en hidrógeno y helio ) empezaron a enfriarse y condensarse en las primeras estrellas y galaxias. Una de éstas galaxias, la vía Láctea, fue donde el sistema solar y nuestro planeta tomaron forma.

El Big - Bang

El universo en expansión

Formación del Sistema Solar Hace 4600 millones de años se formó el Sistema Solar a partir de materia interestelar como sólidos nebulares y gases, condensándose, se generó una nube giratoria, formándose, el Sol, los planetas y satélites.

Nuestra tierra

La Tierra se encuentra dividida en tres partes Corteza Manto Núcleo

La Tierra tiene una corteza externa de silicatos solidificados, un manto viscoso, y un núcleo con otras dos capas, una externa semisólida, mucho menos viscosa que el manto y una interna sólida. El cálculo de la masa y volumen de las rocas de la superficie, y de las masas de agua, permiten estimar la densidad de la capa externa. La masa que no está en la atmósfera o en la corteza debe encontrarse en las capas internas.

Corteza Tiene un espesor que varía entre los 12 km, en los océanos, hasta los 80 km en cratones (porciones más antiguas de los núcleos continentales). Está compuesta por basaltos en las cuencas oceánicas máficas de silicatos de hierro y magnesio y por rocas félsicas como el granito en los continentes. La frontera entre corteza y manto se conoce como la discontinuidad Mohorovicic

La corteza oceánica tiene un grosor aproximado de 10 km; Los sedimentos que forman la primera tienen un espesor situado entre 0 y 4 km. A continuación se localiza una franja de basaltos metamorfizados que presentan entre 1, 5 y 2 km de grosor; la velocidad de las ondas es en este punto de 5 km/s. La tercera capa de la corteza oceánica, formada por gabros metamorfizados, mide unos 5 km.

La corteza continental Tiene un espesor medio de 35 km, aunque en las zonas continentales puede alcanzar hasta 60 -70 km. La corteza superior presenta una densidad medía de 2, 7 kg/dm 3. Los materiales que la constituyen son rocas sedimentarias dispuestas sobre rocas volcánicas e intrusivas graníticas. La corteza inferior contiene rocas metamorfizadas cuya composición es intermedia (entre granito y diorita o gabro); su densidad equivale a 3 kg/dm 3.

Manto: Es una capa intermedia entre la corteza y el núcleo que llega hasta una profundidad de 1900 km. El manto está compuesto por rocas silíceas, más ricas en hierro y magnesio que la corteza. Se divide a su vez en manto superior y manto inferior. Núcleo: Es la capa más profunda del planeta y tiene un espesor de 3. 475 km. Está compuesto de una aleación de hierro y níquel y es en esta parte donde se genera el campo magnético terrestre.

Núcleo: Es la capa más profunda del planeta y tiene un espesor de 3. 475 km. Está compuesto de una aleación de hierro y níquel y es en esta parte donde se genera el campo magnético terrestre. Existe un núcleo superior y un núcleo inferior; el primero, con ausencia de ondas secundarias, aparece fundido, mientras que el segundo se encuentra en estado sólido.

Existe un núcleo superior y un núcleo inferior; el primero, con ausencia de ondas secundarias, aparece fundido, mientras que el segundo se encuentra en estado sólido. El núcleo externo: rodea al interno y se cree que está compuesto por una mezcla de Hierro (Fe), Níquel (Ni) y otros elementos más ligeros. El núcleo interno: está demasiado caliente para mantener un campo magnético permanente pero probablemente estabilice el creado por el núcleo externo.

Proyecciones de la tierra

Temperatura Las temperaturas del manto varían entre los 100 °C(373 K) en la zona de contacto con la corteza, hasta los 3. 500º C (3. 873 K) en la zona de contacto con el núcleo. Viscosidad La viscosidad en el manto superior (la astenosfera) varía entre 1. 021 y 1. 024 pa/s, dependiendo de la profundidad. Por tanto, el manto superior se desplaza muy lentamente, comportándose como un sólido y como un líquido de alta viscosidad.

Las feras En la tierra se presentan cuatro "feras": Atmósfera, Hidrósfera, Biósfera y Litósfera. El conjunto de biósfera-litósfera trata de la vida en las épocas pasadas, la evolución, los fósiles y en general la paleontología. La intersección de Litosfera. Atmósfera presenta todos los procesos como erosión y meteorización.

Capas de la atmósfera

La teoría de Tectónica de Placas Proporciona un modelo del funcionamiento interno de la Tierra. Sostiene que la litosfera esta formada por placas, que se encuentran en movimientos lentos y continuos.

La deriva continental • En 1915, el astrónomo y meteorólogo alemán Alfred Wegener (18801930) propuso que los continentes en el pasado geológico estuvieron unidos en un supercontinente de nombre Pangea, que posteriormente se habría disgregado por deriva continental.

El supercontinente Pangea

La teoría de la Isostasia sostiene que los alzamientos y hundimientos continuos que afectan a corteza como respuesta a la fuerza de la gravedad, tienden a mantener un balance o equilibrio gravitacional en todo el sistema. Es fundamental para estudiar los rasgos mayores de la corteza, como son los continentes, las cuencas oceánicas y las cadenas de montañas y para comprender la respuesta de la corteza a la erosión, sedimentación y glaciación. Esto significa que el ajuste isostático está envuelto en casi todos los procesos exógenos

Erupciones volcánicas.

• Vulcanismo: Proceso de extracción de material desde lo profundo del interior de la Tierra, y su derrame sobre la superficie.

Estructura de un volcán

Partes que conforman un volcán Cráter Aberturas o bocas de erupción de los volcanes ubicados generalmente en las cimas. Suele adoptar forma de un cono invertido en la parte superior del volcán. También puede ocurrir que se carezca de cono, como los volcanes hawaianos, que se desbordan durante las erupciones. Existen volcanes que pueden tener más de un cráter, pero siempre uno principal. Estos cráteres pueden tener dimensiones diferentes desde unos metros a kilómetros

Magma Masa de material mineral fundida de alta temperatura (menos de 700°C hasta más de 1500°C) de sólidos (cristales y fragmentos de roca), líquido (en su mayoría silicatos) y gas (rico en H, O, S, CL, Por su contenido mineral, el magma puede clasificarse en: máficos y félsicos. Los magmas máficos contienen silicatos ricos en Mg y Ca, mientras que los félsicos contienen silicatos ricos en Na y K. El magma ascendente que, desde su generación hasta antes de su solidificación, extrude en la superficie, recibe el nombre de lava

Cámara magmática

Tipos de volcanes Volcanes escudo. Conos de cenizas. Volcanes compuestos.

Volcanes Escudo Pueden llegar a ser muy grandes y anchos. De hecho, las regiones continentales más viejas de la Tierra podrían ser restos de volcanes escudo. Los volcanes de Hawái son un ejemplo. Están formados por innumerables emanaciones de lava, que avanzan grandes distancias desde el canal central de ventilación de la cima, o a través de diferentes grupos de canales de ventilación.

Conos de Escoria Son volcanes sencillos que, tienen un cráter en forma de cuenco, y raramente llegan a más de mil pies. Se originan a causa erupciones a través de una sola vía de ventilación, a diferencia de los volcanes estrato o de escudo, los cuales pueden hacer erupción por diferentes aperturas. En las erupciones la lava lanzada al aire, se desintegra en pequeños fragmentos los cuales caen alrededor de la apertura del volcán.

Volcanes Compuestos Son los más majestuosos se conocen como volcanes estrato, son altos, de forma simétrica, con pendientes empinadas que algunas veces ascienden hasta 3, 000 metros. Están formados sobre capas alternas de flujos de lava, ceniza volcánica y bombas volcánicas. Algunos ejemplos son: el Monte Fuji en Japón, el Monte Santa Helena, el Monte Rainier en Washington, el Monte Pinatubo en las Filipinas, y el Monte Etna en Italia.

Volcanes activos de México

Volcán Chichonal

Volcán Popocatépetl Volcán Sta Helena Volcán Tacaná Volcán de Colima

Tipos de erupciones Erupciones de fisura.

• Erupción vulcaniana

Erupción pliniana

Cadenas montañosas.

Los principales límites entre placas son: Divergente Las placas se alejan unas de las otras. Dorsales oceánicas. Vulcanismo basáltico. Temblores someros.

La interacción entre las placas es la responsable de las erupciones volcánicas, terremotos, cadenas montañosas, cuencas oceánicas, así como del reciclaje del material rocoso.

Convergente Las placas convergen. Trincheras o cadenas montañosas. Vulcanismo desde basáltico a neolítico, en su mayoría andesítico. Temblores de someros a profundos con mecanismo variable

Transformante. La placas se deslizan lateralmente. Fallas laterales o transformes. Vulcanismo ausente. Temblores someros y de cizalla.

Cuencas oceánicas.

Subducción litosférica Es la causa general para que surja el vulcanismo,

Interacción de placa del Pacífico con la de Cocos

La placa de Cocos

Terremotos.

Sismicidad. Se denomina sismo, seísmo, terremoto o simplemente temblor a las sacudidas o movimientos bruscos del terreno generalmente producidos por disturbios tectónicos o volcánicos. . Se utiliza el término maremoto para denominar los efectos producidos por el mar, debido a los sismos que ocurren en el lecho marino. La ciencia que se encarga del estudio de los sismos, sus fuentes y de cómo se propagan las ondas sísmicas a través de la Tierra recibe el nombre de sismología.

Origen de los sismos • Los terremotos se originan por liberación de energía en el interior de la Tierra. • Los terremotos tectónicos se producen donde la concentración de fuerzas generadas por los límites de las placas tectónicas dan lugar a movimientos de reajuste en el interior y en la superficie de la Tierra y están con la formación de fallas geológicas. Otros factores que dan lugar a temblores son desprendimientos de rocas en las montañas, hundimiento de cavernas, variaciones en la presión atmosférica por ciclones e incluso actividad humana. • El punto interior de la Tierra donde se produce el sismo se denomina foco sísmico o hipocentro, y el punto de la superficie que se haya directamente en la vertical recibe el nombre de epicentro. • El movimiento sísmico se propaga mediante ondas elásticas (similares al sonido), a partir del hipocentro.

TIPO DE ONDAS SISMICAS Ondas longitudinales, primarias o P • Ondas de cuerpo que se propagan a una velocidad de entre 8 y 13 km/s y en el mismo sentido que la vibración de las partículas. Circulan por el interior de la Tierra, atraviesan tanto líquidos como sólidos. Son las primeras que registran los aparatos de medida o sismógrafos, de ahí su nombre "P" o primarias.

Ondas transversales, secundarias o S: Ondas de cuerpo más lentas que las anteriores (entre 4 y 8 km/s) y se propagan perpendicularmente en el sentido vibración de las partículas. Atraviesan únicamente los sólidos y se registran en segundo lugar en los aparatos de medida.

Ondas superficiales Son las más lentas de todas (3, 5 km/s) y son producto de la interacción entre las ondas P y S a lo largo de la superficie de la Tierra. Son las que producen más daños. Se propagan a partir del epicentro y son similares a las ondas que se forman sobre la superficie del mar. Este tipo de ondas son las que se registran en último lugar en los sismógrafos.

Diferentes tipos de ondas

Clasificación de los sismos clasificación Trepidatorios Por el sentido de su movimiento Oscilatorios Volcánicos Por su origen Tectónicos Microsismos Por su intensidad Macrosismos

Escala Richter Mide la magnitud de un sismo. A través de ella se puede conocer la energía liberada en el hipocentro o foco, que es aquella zona del interior de la tierra donde se inicia la fractura o ruptura de las rocas, la que se propaga mediante ondas sísmicas. Es una Escala Logarítmica, no existiendo limites inferior ni superior. Es la medida cuantitativa del tamaño de un sismo en su fuente o foco. Está relacionada con la energía sísmica liberada durante el proceso de ruptura de rocas. Se calcula mediante una expresión matemática, cuyos datos se obtienen del análisis de los registros instrumentales.

Escala de Mercalli Es la violencia con que se siente un sismo en diversos puntos de la zona afectada. La medición se realiza de acuerdo a la sensibilidad del movimiento en el caso de sismos menores y en el caso de sismos mayores, observando los efectos o daños producidos en las construcciones, objetos, terrenos y el impacto que provoca en las personas. El valor de la intensidad de un sismo en un cierto lugar, se determina de acuerdo a una escala previamente establecida.

Escalas de intensidad

Carta de sismicidad

Un terremoto es el movimiento brusco de la Tierra, causado por la brusca liberación de energía acumulada durante un largo tiempo. En general se asocia el término terremoto con los movimientos sísmicos de dimensión considerable, aunque rigurosamente su etimología significa "movimiento de la Tierra".

Registro histórico de terremotos FECHA 26 enero 1531 23 enero 1556 noviembre 1667 11 enero 1693 11 octubre 1737 7 junio 1755 1 noviembre 1755 4 febrero 1783 4 febrero 1 79 7 5 septiembre 1822 18 diciembre 1828 13 agosto 1868 16 diciembre 1920 1 septiembre 1923 26 diciembre 1932 15 junio 1896 28 diciembre 1908 13 enero 1915 16 diciembre 1920 31 mayo 1935 24 enero 1939 REGION Lisboa, Portugal Shensi, China Shemaka, Cáucaso Catania, Italia Calcuta, India Norte de Persia Lisboa, Portugal Calabria, Italia Quito, Ecuador Aleppo, Asia AIenor Echigo, Japón Perú y Bolivia Ecuadory Colombia Kansu, China Kwato, Japón Kansu, China Riku-Ugo, Japón Mesina, Italia Avezzano, Italia Kansu, China Queta, India Chile MAGNITUD DAÑOS (En vidas hum. ) Sin registro. . . 8. 5 8. 2 7 6 30 000 80 000 60 000 30 000 40 000 70 000 50 000 40 000 22 000 30 000 25 000 70 000 180 000 143 000 70 000 22 000 120 000 30 000 70 000 60 000 30 000 7. 5 7. 7

Terremotos FECHA REGION MAGNITUD DAÑOS (En vidas hum. ) 27 diciembre 1939 29 febrero 1960 1 septiembre 1962 31 agosto 1968 31 mayo 1970 23 diciembre 1972 4 febrero 1976 27 julio 1976 16 agosto 19 76 24 noviembre 1976* 12 octubre 1980 19 septiembre 1985** Erzincan, Turqulá Agadir, Marruecos Irán Iran Perú Managua, Nicaragua Guatemala Tang Shan, China Mindanao, Filipinas Irán El Asnam, Argelia Ciudad de México 8. 0 5. 9 7. 3 7. 4 7. 8 6. 2 7. 9 7. 6 7. 9 7. 3 8. 1 23 000 14 000 11 600 66 000 5 000 22 000 -23 000 655 000 - 8 000 5 000 • Probablemente el mayor número de muertes ocasionadas por un temblor en los últimos 400 años ** Cifras estimadas sin contar los desaparecidos; la cifra oficial de muertos fue de 5, 800.

FALLAS. Las zonas en que las placas ejercen esta fuerza entre ellas se denominan fallas y son, desde luego, los puntos en que con más probabilidad se originen fenómenos sísmicos. Sólo el 10% de los terremotos ocurren alejados de los límites de estas placas. Algunos tipos de falla son falla normal, falla de desgarre, falla inversa, falla oblicua con desgarre Son roturas en las rocas a lo largo de la cual ha tenido lugar movimiento o desplazamiento.

Falla geológica

Tiempo geológico Es la ordenación de los acontecimientos pasados en una secuencia apropiada, estableciendo fechas relativas. Fue hasta mediados del siglo XIX cuando los científicos comenzaron a ver la verdadera dimensión del tiempo al tratar de la formación de la Tierra, el origen y evolución de la vida. El tiempo geológico se mide por los cambios, y ocurren a diferentes escalas de tiempo y espacio. Debido a que las rocas son el testimonio de los cambios que ocurren en la naturaleza, son ellas que marcan el paso del tiempo geológico.

El planeta tiene un vasto archivo natural que revelan los episodios de los numerosos cambios habidos en el pasado. El descubrimiento de la radiactividad cambió todo al sentar las bases de la datación radiométrica. Estas técnicas de datación han hecho posible hallar la edad "absoluta" de un mineral o roca, con lo que es posible calcular con una precisión sin precedentes la edad de la Tierra o la antigüedad de acontecimientos geológicos remotos.

La espiral del tiempo geológico