Ingeniería Geológica

Grado y Doble Grado. Curso 2022/2023.

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL - 804340

Curso Académico 2022-23

Datos Generales

SINOPSIS

COMPETENCIAS

Generales
CG1. Comprender las relaciones entre las diferentes disciplinas científicas que integran el campo de conocimiento relativo a la Ingeniería Geológica.
CG2. Comprender y aplicar el método científico a las diferentes disciplinas que integran el ámbito profesional del Ingeniero Geólogo.
CG3. Conocer las distintas tecnologías existentes para la caracterización del terreno, tanto en superficie como en profundidad, y su aplicación en Ingeniería Geológica.
CG4. Tener capacidad para buscar, obtener, procesar, desarrollar y comunicar información científica y técnica relacionada con los campos de actuación propios de la Ingeniería Geológica.
Transversales
CT1. Adquirir capacidad de análisis y de síntesis.
CT2. Demostrar razonamiento crítico y autocrítico.
CT3. Adquirir capacidad de organización, planificación y ejecución.
CT4. Adquirir la capacidad de comunicarse de manera clara y eficaz, de forma oral y escrita, en la lengua española.
CT5. Adquirir capacidad de gestión de la información.
CT6. Adquirir la capacidad para la resolución de problemas.
CT8. Adquirir la capacidad de trabajo autónomo o en equipo.
CT9. Adquirir habilidades en las relaciones interpersonales.
CT10. Adquirir capacidad para el aprendizaje autónomo.
CT11. Adquirir la capacidad para adaptarse a nuevas situaciones.
CT12. Demostrar creatividad e iniciativa y espíritu emprendedor.
CT13. Demostrar motivación por la calidad en el desarrollo de sus actividades.
Específicas
CE7. Visualizar cuerpos geométricos en el espacio, expresándolos en diferentes sistemas de representación gráfica, tanto manualmente como empleando equipos informáticos.
CE8. Conocer y aplicar las técnicas de Topografía y Fotogrametría empleadas en Ingeniería del Terreno.
CE10. Analizar los procesos tectónicos que implican la formación de estructuras geológicas y los procesos que modelan la superficie terrestre.
CE11. Analizar e interpretar información contenida en mapas geológicos y aplicar técnicas para la realización de cartografía geológica y temática.

ACTIVIDADES DOCENTES

Clases teóricas
3 clases teóricas semanales presenciales de una hora de duración. Se estimula la participación del alumno así como la discusión de temas concretos en el aula.
Seminarios
Se incentiva la participación del alumno en seminarios externos al curso de temática afín.
En particular, se plantean estos tres tipos de actividades:
A.- Actividad académica sobre descripción e interpretación de estructuras a partir de fotografías.
B.- Seminario sobre análisis geométrico y estadístico de datos estructurales de las rocas.
(especialmente, análisis de datos de orientación mediante uso de programas de ordenador)
DATOS TOMADOS EN LAS PRÁCTICAS DE CAMPO.
C.- Sesión optativa de cortes geológicos compensados.
Clases prácticas
1,5 horas semanales de clases con contenidos prácticos en las que se promueve la participación del alumno en la resolución y discusión de problemas. Se trabaja la resolución de problemas geológicos mediante la representación gráfica de estructuras geológicas en términos geométricos. Para ello se manejan los conceptos necesarios de orientación de planos (dirección, buzamiento, sentido de buzamiento) y líneas (inmersión, sentido de inmersión, cabeceo) mediante dos proyecciones gráficas: ortográfica y esterográfica. Además se analizan cartografías y se realizan cortes geológicos en los que se involucran estructuras geológicas comunes (pliegues y fallas) utilizando el concepto de contorno estructural.
Trabajos de campo
Se realizarán dos salidas de campo, cada una de un día de duración, en coordinación con la asignatura Petrología Ígnea y Metamórfica. En los casos en que el estudiante esté matriculado en ambas asignaturas, las dos salidas son obligatorias y necesarias para aprobar la asignatura. Si un estudiante no está matriculado en Petrología Ígnea y Metamórfica, podrá optar por asistir a una de las dos salidas, aunque se recomienda asistir a ambas con el fin de obtener una formación más integral. Las salidas de campo tendrán lugar en el entorno de Somosierra-Sierra de Guadarrama, donde se describirán diferentes afloramientos de rocas ígneas y metamórficas. En la primera salida se estudiará una región plutono-metamórfica, analizándose la textura y mineralogía de diferentes cuerpos intrusivos, sus relaciones intrusivas y realizándose una cartografía de detalle y esquemas de afloramientos. Además, se analizarán las estructuras asociadas al emplazamiento de plutones, de deformación dúctil y de deformación frágil (diaclasado). En este último caso, los resultados permitirán discutir implicaciones desde el punto de vista de la estabilidad de un macizo rocoso ante la presencia de distintas familias de discontinuidades. En la segunda salida se trabajará en una región metamórfica. Se aprenderá a reconocer y caracterizar una secuencia pelítica con metamorfismo Barroviense, estudiando foliaciones y lineaciones, zonas de cizalla dúctil y pliegues de distinta escala cartográfica. La evaluación del rendimiento de los estudiantes se basará en la realización de fichas de actividades que serán recogidas al finalizar cada práctica de campo, antes de regresar a la UCM. Todos los aspectos relativos al campo forman parte de la materia que se puede preguntar en el examen final. Quien no pueda asistir a las salidas de campo programadas (por causa justificada) realizará una salida de campo por su cuenta, a una zona propuesta por los profesores, y presentará un informe documentado gráficamente.
Exposiciones
Se incentiva la exposición oral de los alumnos de manera transversal a lo largo del curso a través de la participación activa en clase, con debates, dudas y exposiciones breves de manera ordenada y argumentada.
Otras actividades
Se fomenta la participación del alumno a través del campus virtual con la realización de tareas concretas y breves de temática directamente relacionada con los conceptos que se imparten en teoría y prácticas. Esto incluye actividades académicas, así como distintos seminarios. Al final del curso está prevista la realización de un seminario para el tratamiento mediante ordenador de los datos tomados por los estudiantes en las salidas de campo.
TOTAL
3 horas semanales de teoría presenciales, 1,5 horas semanales de prácticas, dos salidas de campo y participación a través del campus virtual.

Presenciales

60

No presenciales

90

Semestre

2

Breve descriptor:

Esfuerzo y deformación en rocas. Estructuras geológicas. Reconocimiento y métodos de estudio.

Requisitos

Fundamentos de geología. Conceptos de estrato, tiempo geológico, materiales geológicos básicos.

Objetivos

Conocer la geometría, cinemática y dinámica de las estructuras presentes en la corteza terrestre, debidas a deformación frágil y dúctil, a todas las escalas, tales como pliegues, fallas y distintos tipos de estructuras de interés en geología aplicada.
Aplicar estos conceptos a la cuantificación e interpretación de estas estructuras mediante cortes geológicos y distintos métodos de representación gráfica.
Conocer cómo identificar en el campo los distintos tipos de estructuras.
Comprender el estado de deformación y el comportamiento mecánico de las rocas sometidas a esfuerzos.

Contenido

Teoría:

Tema 1.- INTRODUCCIÓN. Definición de la geología estructural. Objetivos de la asignatura. Comentario general del programa. Geología estructural y tectónica. Tipos de estructuras y de datos estructurales. Importancia de la escala. Tipos de aproximaciones metodológicas (análisis geométrico, cinemático y dinámico).
Tema 2.- TEORÍA DEL ESFUERZO. Tipos de fuerzas. Concepto de vector esfuerzo. El esfuerzo en dos dimensiones: esfuerzos normal y de cizalla sobre un plano, criterio de signos, transformación de coordenadas, invariancia y el concepto del tensor del esfuerzo, elipse del esfuerzo, esfuerzos principales e invariantes, esfuerzos sobre un plano inclinado con respecto a los ejes principales, el círculo de Mohr. El esfuerzo en tres dimensiones: ecuaciones de Cauchy, el tensor del esfuerzo en tres dimensiones, esfuerzos principales, elipsoide del esfuerzo, invariantes del esfuerzo, esfuerzos sobre superficies inclinadas con respecto a los ejes principales, planos de máximo esfuerzo de cizalla, esfuerzos medio y desviador, tipos de estados de esfuerzo, círculo de Mohr para el esfuerzo en tres dimensiones. Esfuerzos en la litosfera, campos de esfuerzos. Esfuerzo tectónico.
Tema 3.- TEORÍA DE LA DEFORMACIÓN Y DEL FLUJO. Definiciones: deformación y flujo. Parámetros de la deformación longitudinal, angular y volumétrica. La deformación finita homogénea en una, dos y tres dimensiones: ecuaciones de transformación de coordenadas, ecuaciones de desplazamiento, matrices de gradiente de transformación de coordenadas y de gradiente de desplazamiento. Representaciones matriciales y tensores de la deformación finita. Componentes de la deformación finita: traslación, deformación interna, rotación y dilatación. Elipses y elipsoides de la deformación finita. Representaciones de Mohr de la deformación finita. Métodos de medida de la deformación finita homogénea en dos dimensiones. Tipos de deformación finita: cizallas pura, sub-simple, simple y super-simple, rotación de cuerpo rígido. Deformación heterogénea. Historia de la deformación: el tensor de la deformación infinitesimal y el gradiente de velocidades. El teorema fundamental de la cinemática. Flujos rotacionales y no rotacionales. Coaxialidad y no coaxialidad. El “spin”. Números de vorticidad y tipos de flujo.
Tema 4.- RELACIONES ESFUERZO-DEFORMACIÓN. REOLOGÍA. Definiciones. Tipos, objetivos y resultados de los experimentos que relacionan el esfuerzo y la deformación. Sólidos elásticos: definición de elasticidad, ley de Hooke, aproximación tensorial, coeficientes y módulos elásticos, ecuaciones básicas de elasticidad de sólidos isótropos. Fluidos viscosos: definición, ecuaciones de viscosidad y coeficientes. Flujo plástico: criterios del nivel de esfuerzo necesario para sobrepasar el límite elástico, ecuaciones de plasticidad. Sustancias con propiedades complejas: comportamiento viscoelástico y elastoviscoso, sustancias de Bingham. Concepto y diferencias entre las deformaciones dúctil y frágil. Deformación a la microescala: defectos cristalinos y mecanismos de deformación. Leyes de flujo. Reología de la litosfera.
Tema 5.- DEFORMACIÓN FRÁGIL Y DIACLASADO. Mecanismos de deformación frágil. Datos experimentales. Criterios de rotura: teoría de Navier-Coulomb, teoría de Griffith, envolvente de Mohr, mecánica de la fracturación. Efecto de la presión de fluidos, esfuerzo efectivo y poroelasticidad. Tipos de fracturas: fracturación distensiva, de cizalla e híbrida, fracturación hidráulica. Esfuerzo y fracturación en la corteza, sismicidad, calentamiento friccional. Terminaciones e interacción de fracturas. Transición frágil-dúctil. Diaclasas: definición y clasificación, métodos de estudio, técnicas de representación y de análisis estadístico, génesis de diaclasas en zonas orogénicas y en regiones tabulares intraplaca.
Tema 6.- FALLAS. Definición, terminología y geometría. Tipos de fallas. Productos de la fracturación frágil (rocas de falla). Estructuras menores. Criterios cinemáticos en fallas. Técnicas geométricas de determinación de la dirección y sentido de movimiento en una superficie de falla. Distribución del desplazamiento. Esfuerzos en fallas: el modelo de Anderson y la ecuación de Bott. El modelo de deslizamiento. Paleoesfuerzos: métodos de análisis de poblaciones de fallas y sus aplicaciones. Fractales y autosemejanza.
Tema 7.- FÁBRICAS PLANARES Y LINEARES. Concepto de fábrica. Clasificación geométrica de las fábricas planares y lineares. Relaciones de las fábricas plano-lineares con la deformación interna. Evolución de la fábrica en sedimentos que se deforman. Desarrollo del clivaje y de la esquistosidad. Lineaciones en deformación dúctil y frágil. Lineaciones y cinemática.
Tema 8.- PLIEGUES Y PROCESOS DE PLEGAMIENTO. Definición y descripción geométrica. Elementos del pliegue. Simetría y asimetría. Clasificación: superficies individuales, capas plegadas. Cinemática: cizalla simple heterogénea, plegamiento flexural, deformación longitudinal tangencial. Distribución de la deformación interna en capas plegadas, estructuras menores. Relación con fábricas planares, relaciones foliación-estratificación. Mecánica del plegamiento: en capas individuales (bending, buckling, modelo de Biot y Ramberg), en multicapas (regulares e irregulares, variaciones en el espesor de las capas competentes) y en rocas anisótropas (modelos de desarrollo de pliegues angulares, orientaciones de esfuerzos). Plegamiento de líneas y planos inclinados. Análisis del plegamiento superpuesto, patrones de interferencia, técnicas de trabajo.
Tema 9.- ESTRUCTURAS DE “BOUDINAGE”, “PINCH AND SWELL” Y FLANQUEANTES. Definición de “boudin”. Análisis experimental. Análisis teórico del desarrollo de boudins y estructuras “pinch and swell” en capas individuales y en multicapas. El boudinage interno. Relaciones con el plegamiento. Estructuras flanqueantes (flanking structures): definición, tipos, geometrías, mecanismos de formación y aplicaciones.
Tema 10.- ZONAS DE CIZALLA Y MILONITAS. Definición de zona de cizalla. Características y descripción geométrica. Componentes cinemáticos (coaxial, no coaxial, cambio de volumen), combinación y problemas de compatibilidad. Perfiles de deformación. Criterios cinemáticos. Plegamiento en zonas de cizalla. Zonas de cizalla dúctil conjugadas. Terminaciones de las zonas de cizalla. Productos de deformación en zonas de cizalla dúctil: las milonitas, tipos e implicaciones mecánicas. Zonas de cizalla dúctil-frágil: sistemas de venas en échelon, técnicas geométricas de estudio, efectos de cambios de volumen. Desarrollo de zonas de cizalla.
Tema 11.- ESTRUCTURAS EN REGÍMENES DE CONTRACCIÓN. Fallas inversas y cabalgamientos. Geometría y cinemática. Asociación de cabalgamientos y pliegues: terminología, pliegues de flexión o acomodación de falla, pliegues de propagación de falla, pliegues de despegue, pliegues de revestimiento, dúplexes, sistemas imbricados, otras estructuras. Secuencias normal e inversa de propagación de cabalgamientos. Mecánica de emplazamiento de los cabalgamientos: modelos de empuje desde atrás, de deslizamiento gravitacional y de colapso gravitacional. Desarrollo de cuñas orogénicas, el modelo de cuña de Coulomb.
Tema 12.- ESTRUCTURAS EN REGÍMENES DE EXTENSIÓN. Fallas normales. Geometría y cinemática. Sistemas de fallas extensionales, horsts y graben. Detachments extensionales. Fallas en dominó. Fallas lístricas y escalonadas, pliegues asociados. Asociaciones en regiones de tipo basin and range. Mecánica de la formación de fallas normales y procesos de rifting.
Tema 13.- ESTRUCTURAS EN REGÍMENES DE DESGARRE. Desgarres y fallas de transferencia. Geometría y cinemática. Procesos mecánicos de formación de fallas de desgarre. Modelos teóricos y experimentales del desarrollo de las estructuras de fracturación y plegamiento asociadas a los grandes desgarres. Transpresión y transtensión: definición, modelos geométricos y cinemáticos, aplicaciones. Desarrollo de fallas de desgarre en límites convergentes y divergentes de placas: el efecto del reparto de la deformación.
Tema 14.- OTRAS ESTRUCTURAS. Diapiros y tectónica salina. Consideraciones teóricas del emplazamiento de diapiros. Evolución y geometría. Análisis de las estructuras en el diapiro salino y en el encajante. La deformación en los materiales salinos: mecanismos de deformación y fábricas que se desarrollan. Mecanismos de emplazamiento de cuerpos ígneos. Elementos básicos de la reología de magmas. Análisis del flujo y de la deformación interna en las rocas ígneas y en el encajante. Criterios cinemáticos. Análisis de la fábrica tectónica. Modelos de ascenso y transporte de magmas. Modelos de emplazamiento de plutones, el room problem. Criterios de emplazamiento pre, sin y post-tectónico. Análisis de regiones con fuerte deformación interna y grado metamórfico medio o alto. Métodos geométricos y cartográficos de estudio. Desarrollo cinemático de estructuras y fábricas. Problemas en la interpretación estructural. Evaluación de la intensidad de la deformación. Relación entre deformación y procesos metamórficos.

 

Prácticas:

Práctica 1.- Orientación de planos y líneas: Medición y notación.
Práctica 2.- Problemas de análisis del esfuerzo, aspectos generales e introducción al círculo de Mohr.
Práctica 3.- Problemas de análisis del esfuerzo, manejo del círculo de Mohr.
Prácticas 4 y 5.- Orientación de planos y líneas (1). Introducción a la proyección ortográfica.
Práctica 6.- Orientación de planos y líneas (2). Introducción a la proyección estereográfica.
Prácticas 7 y 8.- Resolución de problemas de fallas.
Prácticas 9 y 10.- Resolución de problemas de pliegues.
Prácticas 11 y 12.- Interpretación de mapas geológicos con estructuras tectónicas.

Evaluación

La asignatura será evaluada tanto por los trabajos desarrollados durante el curso (prácticas, campo y participación) como por la nota del examen final. Para aprobar será necesario alcanzar un 5 sobre un total de 10 puntos distribuidos de la siguiente manera:

1.- Examen de la parte de teoría: hasta 4.5 puntos.
(El mínimo para que la parte de teoría pueda ser considerada para hacer media con las otras partes de la asignatura es de 4 puntos sobre 10, es decir, de 1.8 puntos sobre 4.5.)

2.- Evaluación continuada o examen de prácticas: Hasta 4.0 puntos.
(El mínimo para que la parte del examen de prácticas pueda ser considerada para hacer media con las otras partes de la asignatura es de 4 puntos sobre 10, es decir, de 1.6 puntos sobre 4.0.)

La evaluación continuada consistirá en:
La entrega y corrección de los ejercicios de prácticas que se planteen semanalmente
(El mínimo para que la parte de prácticas, evaluación continuada, pueda ser considerada para hacer media con las otras partes de la asignatura es de 5 puntos sobre 10, es decir, de 2.0 puntos sobre 4.0.)

Los/las estudiantes que no hayan seguido la evaluación continuada o que no la hayan superado, tendrán que realizar necesariamente un examen final de prácticas.

3.- Evaluación de las actividades académicas propuestas: Hasta 0.5 puntos.
La entrega y corrección hacia el final de la asignatura del cuadernillo de actividades académicas: Hasta 0.5 puntos.

4.- Evaluación de las prácticas de campo: Hasta 0.5 puntos.
Se pedirá que los/las estudiantes entreguen un guion de campo relleno con datos, esquemas, cortes o diagramas representativos de las actividades desarrolladas en el campo. Se incentivará en la puntuación a los estudiantes que, no estando matriculados en Geología Estructural y Petrología Ígnea y Metamórfica, asistan a las dos salidas conjuntas programadas.

5.- Participación en clase (campus virtual, pizarra, seminarios): Hasta 0.5 puntos.

Bibliografía

Teoría:
Bibliografía fundamental:
Fossen, H. (2010) Structural Geology. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 463 pp.
Bibliografía complementaria:
Allmendinger, R.W., Cardozo, N. y Fisher, D.M. (2012): Structural Geology Algorithms. Vectors
and Tensors. Cambridge Univ. Press, Cambridge (UK).
Bastida F. (2005): Geología. Una visión moderna de las ciencias de la Tierra. Trea, Gijón.
Means, W.D. (1976): Stress and Strain. Springer, New York.
Ragan, D.M. (2009): Structural Geology. An Introduction to Geometrical Techniques (4th Ed.).
Cambridge Univ. Press, Cambridge (UK).
Ramsay, J.G. (1977): Plegamiento y fracturación de rocas. H. Blume Ediciones, Madrid.
Twiss, R.J. y Moores, E.M. (1992): Structural Geology. W.H. Freeman and Company, New York.
(Segunda edición de 2007)
van der Pluijm, B.A. y Marshak, S. (2004): Earth Structure (2ª edición). W.W. Norton & Company,
New York, 656 pp.
Weijermars, R. (1997): Principles of Rocks Mechanics. Alboran Sci. Pub., Amsterdam

Prácticas:
Babín Vich R.B. (2004): Problemas de geología estructural: resolución de problemas mediante proyección ortográfica Madrid.UCM. 178 p.
Bennison, G.M. (2006): An Introduction to Geological Structures and Maps, 3 Ed.,Edward Arnold, 1975.
Groshong, R.H. (2008): 3-D Structural Geology. A Practical Guide to Quantitative Surface and Subsurface Map Interpretation, 2 Ed., Springer
Lisle, R.J. (2004): Geological Structures and Maps. A practical guide, 3 Ed., Elsevier.
Lisle, R.J. y Leyshon, P.R. (2010, 2nd Ed.) Stereographic Projection Techniques for Geologists and Civil Engineers, Cambridge University Press.
Ragan, D.M. (2009) Structural Geology. An Introduction to Geometrical Techniques , 4. Ed . , Cambridge University Press.
Rowland, S.M., Duebendorfer, E.M., Schiefelbein, I.M. (2007): Structural Analysis and Synthesis. A Laboratory Course in Structural Geology , 3 Ed, Blackwell Publishing.

Estructura

MódulosMaterias
FUNDAMENTALMATERIALES Y PROCESOS GEOLÓGICOS

Grupos

Clases teóricas y/o prácticas
GrupoPeriodosHorariosAulaProfesor
Grupo A16/01/2023 - 17/04/2023MIÉRCOLES 09:30 - 10:303201 ACARLOS FERNANDEZ RODRIGUEZ
JUEVES 09:30 - 10:303201 ACARLOS FERNANDEZ RODRIGUEZ
VIERNES 09:30 - 10:303201 ACARLOS FERNANDEZ RODRIGUEZ


Prácticas de Laboratorio
GrupoPeriodosHorariosAulaProfesor
Grupo A1 Prácticas Laboratorio16/01/2023 - 17/04/2023JUEVES 11:30 - 13:00-CARLOS FERNANDEZ RODRIGUEZ
HODEI UZKEDA APESTEGUIA


Prácticas de Campo
GrupoPeriodosHorariosAulaProfesor
Grupo Ac Campo - - -CARLOS FERNANDEZ RODRIGUEZ
JORGE ALONSO HENAR