Conceptos básicos

Las aplicaciones prácticas en geología estructural son un grupo de herramientas, principalmente gráficas, que permiten plasmar las estructuras geológicas en un mapa, perfil o modelo tridimensional, de forma que se facilite su visualización e interpretación.

En este capítulo se verán algunas de estas aplicaciones.

1. Conceptos básicos

En geología estructural, desde el punto de vista geométrico, se trabaja con las tres dimensiones: 1D, 2D y 3D. Cada una de estas dimensiones está representada por un elemento geométrico que es útil para la construcción de los mapas y modelos geológicos.

1.1. El punto

En un mapa un punto puede representar la localización de un afloramiento, de una perforación, de una muestra, etc.

Geométricamente, puede obtenerse un punto a partir de:

(a) Coordenadas E, N, Z (este, norte y altura sobre el nivel del mar).

(b) Intersección de dos líneas no paralelas.

(d) Intersección de una línea con un plano no paralelo.

1.2. La línea

En un mapa una línea puede representar una perforación, un túnel, estrías, trazas de planos, ejes de plegamiento, etc.

Geométricamente una línea puede definirse por:

(a) Dos puntos conocidos.

(b) Un punto conocido de la línea, la dirección y ángulo vertical de esta.

(d) Intersección de un plano con una superficie, etc.

1.3. El plano

Los planos, generalmente, representan en un mapa a las estructuras geológicas de tipo planar (diaclasas, fallas, flancos de pliegues, clivaje, foliación, estratificación, etc.). Suelen ser dibujados como dos líneas perpendiculares entre sí.

Geométricamente un plano puede ser definido por:

(a) Tres puntos no colineales, pertenecientes al plano.

(b) Un punto y una línea del plano.

(d) Dos líneas pertenecientes al plano, etc.

1.4. Elementos cartográficos

En general, la información geológica, estructural, geomorfológica, de infraestructura, etc., colectada en campo se representa por medio de mapas.

Los mapas no son más que la interpretación de la superficie terrestre proyectada en una superficie plana (en planta). Debido a que la tierra es esférica, se han propuesto varios modelos en los cuales la esfera puede proyectarse sobre un plano con el objetivo de minimizar tanto como sea posible la distorsión que la proyección representa.

A la escala de trabajo en ingeniería generalmente se asume que la porción de tierra trabajada es plana, por tanto la localización de un elemento geométrico en el mapa puede realizarse en un sistema de coordenadas cuadriculado (coordenadas planas), que define la posición del elemento con respecto al norte y al este geográficos.

Los mapas base con los que se trabaja en geología son geográficos y en éstos suele estar plasmada la siguiente información:

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Punto

Línea

Plano

Norte

Coordenadas

Escala gráfica

Curvas de nivel

1.4.1. Norte

Indicado por una flecha o roseta en el mapa, muestra la dirección hacia la cual se encuentra el norte del mapa.

1.4.2. Coordenadas

Los mapas suelen poseer una malla que representa las coordenadas de referencia para la localización.

Es importante en la leyenda del mapa especificar el tipo de coordenadas empleadas, pues existen varios.

1.4.3. Escala

Medida que se usa para mostrar la distancia real representada en el mapa.

La escala es una referencia numérica en forma de fracción (1:X) que nos permite conocer las distancias en el terreno que el mapa representa.

Al lado izquierdo de la fracción se escribe el número uno (1), y este número representa el valor medido en el plano. Al lado derecho de la fracción se escribe el valor que ese uno (1) del plano representa en la realidad

Por ejemplo, la escala 1:25.000 significa que 1 cm del mapa representa 25.000 cm en la realidad (ó 250 m).

La escala debe escribirse en la leyenda del mapa.

1.4.4. Escala gráfica

La escala gráfica se emplea para representar gráficamente la escala del mapa.

Esta escala siempre se dibuja, pues resulta útil cuando los mapas son manipulados (fotocopiados, escaneados, etc.) y se distorsiona la escala numérica real. Durante la manipulación gráfica del mapa, la escala gráfica se altera proporcionalmente y, de esta forma, siempre hay manera de calcular nuevamente la escala numérica.

1.4.5. Curvas de nivel

Son curvas que representan puntos sucesivos de la superficie del terreno con la misma altura sobre el nivel del mar.

Las curvas de nivel se elaboran cortando la superficie del terreno con planos horizontales a diferentes alturas; la intersección entre la superficie del terreno y estos planos resulta en las curvas de nivel que son, finalmente, proyectadas en el mapa

1.4.6. Información adicional

Es común que en los mapas geográficos se cuente con información adicional tal como: drenajes, vías, caminos, viviendas, líneas de bosque, toponimia (nombre de los sitios), etc.

2. Terminología básica

A continuación se presenta la terminología básica relacionada con el trabajo geométrico de estructuras geológicas (modificada de Chica, 1984).

2.1. Rumbo de un plano

Ángulo entre el norte y la línea de intersección entre el plano geológico y un plano horizontal.

El rumbo se define con respecto al norte o al sur, la única excepción la constituye la dirección E-W que es cuando la línea de rumbo del plano hace 90° con el norte o con el sur.

El rumbo del plano siempre será un ángulo entre 0 y 90°.

2.2. Buzamiento

Ángulo medido entre la línea de intersección del plano geológico con un plano vertical y su proyección horizontal.

El buzamiento es la línea de mayor pendiente del plano, siempre es perpendicular a la línea de rumbo de éste.

El buzamiento del plano siempre será un ángulo entre 0 y 90°.

: Buzamiento al SE (plano con rumbo al NE)

: Buzamiento al NW (plano con rumbo al NE)

: Buzamiento al SW (plano con rumbo al NW)

: Buzamiento al NE (plano con rumbo al NW)

: Buzamiento al E (plano con rumbo N-S)

: Buzamiento al W (plano con rumbo N-S)

: Buzamiento al S (plano con rumbo E-W)

: Buzamiento al N (plano con rumbo E-W)

2.3. Buzamiento aparente

Ángulo vertical entre cualquier línea inclinada en un plano (diferente a la de buzamiento) y su proyección horizontal.

Cualquier buzamiento aparente es menor que el buzamiento real.

2.4. Superficie geológica

Término relacionado con las estructuras geológicas con desarrollo marcado de dos dimensiones, siendo despreciable la tercera.

Ejemplo: estratificación, foliación, planos de falla, fracturas, diaclasas, etc.

2.5. Rumbo de una línea

Ángulo que hace con el norte (o con el sur) la proyección horizontal de la línea geológica.

El rumbo de una línea siempre será un ángulo entre 0 y 90°.

2.6. Cabeceo (o plunge) de una línea

Ángulo vertical definido por una línea inclinada y su proyección horizontal.

Este ángulo siempre se encuentra entre 0° y 90°.

: Línea con cabeceo (plunge) al NE

: Línea con cabeceo (plunge) al SE

: Línea con cabeceo (plunge) al SW

: Línea con cabeceo (plunge) al NW

: Línea con cabeceo (plunge) al N

: Línea con cabeceo (plunge) al S

: Línea con cabeceo (plunge) al E

: Línea con cabeceo (plunge) al W

2.7. Pitch (o rake) de una línea

Ángulo medido entre la línea geológica y la línea de rumbo del plano que la contiene.

Este ángulo se mide directamente sobre el plano (ángulo sobre plano inclinado).

El pitch siempre tiene un valor entre 0° y 90°.

2.8. Inclinación

Término general aplicado al ángulo definido por una línea y su proyección vertical.

La inclinación es, en consecuencia, un ángulo vertical. La inclinación de una línea es complementaria de su plunge.

Este término se emplea con frecuencia en perforaciones.

3. Herramientas geométricas

Las herramientas geométricas, como su nombre lo indica, son herramientas que nos permiten plasmar e interpretar geométricamente la información estructural colectada en campo.

A continuación se presentarán algunas de las herramientas más empleadas en el trabajo aplicado de la geología estructural.

3.1. Representación de estructuras geológicas

Las estructuras geológicas pueden ser representadas mediante planos, líneas o puntos en el espacio, dependiendo de su geometría original y de la escala de trabajo.

3.1.1. Planos geológicos

Cualquier superficie geológica de carácter planar puede ser definida por dos líneas, tres puntos, o una línea y un punto fuera de ella.

También se utiliza el concepto de plano para taludes de vías o presas, paredes de minas, etc.

Como se mencionó anteriormente, un plano puede ser definido por varios elementos geométricos conjugados (líneas, puntos) o por el plano mismo.

A pesar que lo único que se vería de un plano en un mapa sería una línea (línea de intersección entre el plano y la topografía, no necesariamente recta), es importante representar de una manera fácilmente comprensible la dirección y el ángulo de buzamiento de un plano geológico en los sitios donde fue tomado el dato estructural.

Por esta razón se representan los planos geológicos en el mapa mediante dos líneas rectas:

1) Línea de rumbo

2) Línea que indica la dirección del buzamiento (proyección horizontal de la línea de buzamiento que indica hacia donde se entierra el plano).

Adicionalmente, como el ángulo de buzamiento no puede leerse directamente sobre el mapa (la línea de rumbo SI puede medirse, por tratarse de una línea horizontal), entonces, al lado de la línea de buzamiento se escribe el valor del ángulo de buzamiento del plano.

En geología estructural, un plano se define comúnmente por dos líneas perpendiculares entre sí: la línea de rumbo y la línea de buzamiento.

Cuando el plano es vertical, por convención la línea de buzamiento ocupa dos cuadrantes (Figura 206). El ángulo de buzamiento no se escribe dado que el símbolo por sí mismo indica que el buzamiento es de 90°.

3.1.2. Líneas

Una línea puede ser definida conociendo: dos puntos, un punto de la línea, la dirección y ángulo vertical de ésta, la intersección de dos planos no paralelos, entre otros.

En el trabajo cotidiano de geología estructural, una línea generalmente se define por su rumbo y por su plunge.

1) El rumbo de la línea es el ángulo que hace su proyección horizontal con el norte o con el sur (el que esté a menos de 90°).

2) El plunge de la línea es el ángulo entre la línea y un plano horizontal, medido sobre un plano vertical, es decir, el ángulo que hacen la línea y su proyección horizontal.

Una línea es definida en un mapa por su línea de rumbo, a la cual se le coloca una flecha que indica la dirección hacia la que se entierra la línea. Al lado de la línea se indica el valor del ángulo al que se entierra (plunge) dado que, al igual que el buzamiento, no puede medirse en un plano.

En planta las líneas se representan tal y como se muestra en la figura.

Es importante observar que en la representación gráfica de las líneas, la línea de rumbo de la línea sólo ocupa un cuadrante.

3.1.3. Puntos

Los afloramientos, muestras, estaciones de campo, puntos de agua, o cualquier información a ser colocada en el mapa y que por su tamaño no pueda ser representada por una línea o superficie, se representan por medio de un punto.

3.2. Notación de planos y líneas

En geología estructural se han desarrollado múltiples notaciones con el fin de unificar la representación y nomenclatura de planos y líneas geológicas.

A continuación se presentan las más comunes.

3.2.1. Notación gráfica de planos

Cada plano geológico representado en planta tiene un símbolo específico que indica el tipo de estructura representada. Lo anterior se realiza para facilitar la interpretación visual del mapa.

Las convenciones de los planos geológicos más comunes pueden verse en la figura.

Un mapa geológico siempre debe contener unas convenciones que expliquen los símbolos correspondientes a las estructuras representadas.

Cada plano geológico representado en planta tiene un símbolo específico que indica el tipo de estructura representada. Lo anterior se realiza para facilitar la interpretación visual del mapa.

Las convenciones de los planos geológicos más comunes pueden verse en la figura.

Un mapa geológico siempre debe contener unas convenciones que expliquen los símbolos correspondientes a las estructuras representadas.

Un gran ejemplo de los símbolos que pueden emplearse se encuentra en el siguiente documento del USGS:

https://ngmdb.usgs.gov/fgdc_gds/geolsymstd/fgdc-geolsym-all.pdf

3.2.2. Notación escrita de planos

Los planos geológicos tienen una notación escrita que explica su geometría.

Dicha notación está definida siempre por dos elementos (separados por una barra diagonal “/”) que expresan completamente la información geométrica del plano.

Existen cuatro tipos de notaciones equivalentes, por medio de las cuales cualquier tipo de plano puede ser representado.

La importancia de conocer los diferentes tipos de notación radica en las diferentes aplicaciones en las que puede usarse cada una de ellas y en la conveniencia de tomar cierta notación dependiendo de la brújula que se maneje.

a) Rumbo / Buzamiento

El rumbo se expresa siempre como un ángulo con respecto al norte (o al sur) e indica si la línea de rumbo del plano se encuentra desviada hacia el este o hacia el oeste.

El buzamiento se indica primero con el valor del ángulo y, posteriormente, con el cuadrante hacia el cual se entierra el plano.

Ya que siempre se especifican los cuadrantes de las líneas de rumbo y de buzamiento, esta notación posee letras y números a ambos lados de la barra diagonal.

En esta notación los intervalos de los ángulos quedan definidos así:

Línea de rumbo [0°,90°)
Línea de buzamiento [0°,90°].

En el caso de tener un ángulo de la línea de rumbo igual a N90ºE (o N90ºW), se dice que el rumbo del plano es E–W; y en el caso de tener un ángulo de la línea de rumbo igual a N0ºE (o N0ºW), se dice que el rumbo del plano es N–S.

: Plano con rumbo NE y buzamiento al SE

: Plano con rumbo NE y buzamiento al NW

: Plano con rumbo NW y buzamiento al NE

: Plano con rumbo NW y buzamiento al SW

: Plano con rumbo N-S y buzamiento al E

: Plano con rumbo N-S y buzamiento al W

: Plano con rumbo E-W y buzamiento al N

: Plano con rumbo E-W y buzamiento al S

b) Azimut/ Buzamiento

El azimut es el ángulo que hace la línea de rumbo del plano geológico con el norte, medido siempre en el sentido de las manecillas del reloj.

Como la línea de rumbo del plano geológico ocupa siempre dos cuadrantes en el plano coordenado, se acostumbra escribir el menor ángulo, aunque puede usarse cualquiera de los dos. El buzamiento se indica primero con el valor del ángulo y, posteriormente, en el cuadrante hacia el que se entierra el plano.

Ya que el valor de azimut siempre se mide con respecto al norte y en el sentido de las manecillas del reloj, la primera parte de la notación está representada sólo por números, mientras que la parte correspondiente a la línea de buzamiento siempre debe expresar tanto el ángulo de buzamiento (números) como el cuadrante hacia el que se entierra el plano (letras). De lo anterior, se concluye que esta notación se caracteriza por presentar números antes de la barra diagonal ( / ) y letras y números después de ésta.

Los intervalos de los ángulos quedan definidos así:

Azimut de la línea de rumbo [0°,360°)
Línea de buzamiento [0°,90°]

: Plano con línea de rumbo NE-SW y buzamiento al SE

: Plano con línea de rumbo NE-SW y buzamiento al NW

: Plano con línea de rumbo NW-SE y buzamiento al NE

: Plano con línea de rumbo NW-SE y buzamiento al SW

: Plano con azimut 000° ó 180° y buzamiento al E

: Plano con azimut 000° ó 180° y buzamiento al W

: Plano con azimut 090° ó 270° y buzamiento al N

: Plano con azimut 090° ó 270° y buzamiento al S

c) Azimut del buzamiento/ Buzamiento

El azimut de la línea de buzamiento, es el ángulo que hace la línea de buzamiento con respecto al norte, medido en el sentido de las manecillas del reloj. El buzamiento queda definido, dentro de esta notación, sólo por su ángulo, ya que el azimut de la línea de buzamiento define explícitamente el cuadrante en el que esta línea se encuentra (cuadrante hacia donde se entierra el plano).

La línea de rumbo del plano se conoce implícitamente, pues se sabe que ésta siempre es perpendicular a la línea de buzamiento. Ya que el valor de azimut siempre se mide en la misma dirección, no hay que especificar el cuadrante en el cual se encuentra y, consecuentemente, a ambos lados de la barra diagonal ( / ) se colocan sólo números.

Los intervalos de los ángulos quedan definidos así:

Azimut de la línea de buzamiento [0°,360°)
Línea de buzamiento [0°,90°]

Cuando se habla de azimut sin especificar si es de la línea de rumbo o de buzamiento, se asume que éste es el de la línea de rumbo.

Esta notación se denomina Dip-Direction/Dip en inglés.

: Plano con buzamiento y azimut del buzamiento al SE

: Plano con buzamiento y azimut del buzamiento al NW

: Plano con buzamiento y azimut del buzamiento al NE

: Plano con buzamiento y azimut del buzamiento al SW

: Plano con buzamiento al E y azimut del buzamiento igual a 090°

: Plano con buzamiento al W y azimut del buzamiento igual a 270°

: Plano con buzamiento al N y azimut del buzamiento igual a 000°

: Plano con buzamiento al S y azimut del buzamiento igual a 180°

d) RHR (regla de la mano derecha por sus siglas en inglés «Right Hand Rule»)

Es un caso especial de la notación Azimut/Buzamiento, en el cual sólo se utilizan números, es decir, se elige uno de los cuadrantes que ocupa la línea de rumbo como primer valor en la notación.

Esta elección se realiza empleando la regla de la mano derecha (RHR o right hand rule): partiendo de la línea de buzamiento se hace una rotación en sentido contrario a las manecillas del reloj y se anota el azimut de la primera porción de la línea de rumbo que se encuentra durante la rotación. Por esta razón el dato de azimut usado en la notación RHR siempre será 90° menor que el azimut del buzamiento del plano.

La notación en este caso siempre son números a ambos lados de la barra diagonal.

Los intervalos de los ángulos quedan definidos así:

Azimut medido en RHR [0°,360°)
Línea de buzamiento [0°,90°]

: Plano buzando al SE – Azimut NE según RHR

: Plano buzando al NW – Azimut SW según RHR

: Plano buzando al NE – Azimut NW según RHR

: Plano buzando al SW – Azimut SE según RHR

: Plano buzando al E – Azimut 000° según RHR

: Plano buzando al W – Azimut 180° según RHR

: Plano buzando al N – Azimut 270° según RHR

: Plano buzando al S – Azimut 090° según RHR

La conversión entre los diferentes tipos de notaciones usando un solo ángulo como referencia, puede observarse en la siguiente figura:

: Plano con rumbo NE-SW buzando al SE

: Plano con rumbo NE-SW buzando al NW

: Plano con rumbo NW-SE buzando al NE

: Plano con rumbo NW-SE buzando al SW

: Plano con rumbo N-S buzando al E

: Plano con rumbo N-S buzando al W

: Plano con rumbo E-W buzando al N

: Plano con rumbo E-W buzando al S

La conversión entre los diferentes tipos de notaciones, para un plano geológico vertical, usando un solo ángulo como referencia, puede observarse en la figura siguiente:

3.2.2. Notación escrita de líneas

En la notación escrita de líneas sólo se usan dos tipos: rumbo/plunge o azimut/plunge.

Si en lugar del plunge se midió el pitch, las notaciones son rumbo/pitch o azimut/pitch.

Es muy importante recordar que, en esta notación, al lado del ángulo de plunge o pitch NO se anota el cuadrante hacia el cuál se entierra la línea (esto ya está indicado por el dato de la línea de rumbo o por el azimut).

Aquí puedes ver los videos explicativos de este tema:

Bibliografía

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