Importancia-de-las-fracturas-en-diferentes-aplicaciones-de-la-geologa

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
 FACULTAD DE INGENIERÍA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“IMPORTANCIA DE LAS FRACTURAS 
EN DIFERENTES APLICACIONES DE LA 
GEOLÓGIA.” 
 
 
 
 T E S I S 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
 
I N G E N I E R O GEÓLOGO 
 
 
P R E S E N T A: 
 
 
ROMERO MIRANDA EMILIO LUCIANO. 
 
 
DIRECTOR DE TESIS: 
 
ING. JAVIER ARELLANO GIL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 MÉXICO, D. F. AGOSTO DE 2011. 
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
VNIVEI1,''.DAD NAqONAL 
AvToN'MA DE 
MHI(,O 
SR. EMILIO LUCIANO ROMERO MIRANDA 
Presente 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
60-1-672 
En atención a su solicitud, me es grato hacer de su conocimiento el tema que propuso el 
profesor Ing. Javier Arellano Gil y que aprobó esta Dirección para que lo desarrolle usted 
como tesis de su examen profesional de Ingeniero Geólogo: 
IMPORTANCIA DE LAS FRACTURAS EN DIFERENTES APLICACIONES DE LA INGENIERÍA 
GEOLÓGICA 
RESUMEN 
INTRODUCCiÓN 
11 ESFUERZO V DEFORMACiÓN 
111 FRACI"URAMIENTO 
IV METODOLOGÍAS PARA LA EVALUACiÓN DE LAS FRACtURAS 
V APLICACiÓN DEL ESTUDIO DETALLADO DEL FRACTURAMIENTO EN 
DIFERENTES RAMAS DE LA GEOLOGÍA 
CONCLUSIONES V RECOMENDACIONES 
BmLIOGRAFÍA 
Ruego a usted cumplir con la disposición de la Dirección General de la Administración Escolar 
en el sentido que se imprima en lugar visible de cada ejemplar de la tes is el título de ésta. 
Asimismo, le recuerdo que la ley de Profesiones estipula que se deberá prestar servicio social 
durante un tiempo mínimo de seis meses como requisito para sustentar examen profesional. 
Atentamente 
"POR MI RAZA HABLARÁ EL ESPÍRITU" 
CD. Universitaria, D. F. a 28 de Junio de 20 I O 
El Presidente del Comité de . ulación de Ingeniería en Ciencias de la Tierra 
DR. RIC 
RJPYS~L*srs 
 
MTRO. JOSÉ GONZALO GUERRERO ZEPEDA 
DIRECTOR DE LA FACULTAD DE INGENIERíA 
DE LA U.N.A.M. 
Presente 
FACULTAD DE INGENIERíA 
DIVIS iÓN DE INGENIERIA EN CIENCIAS 
DE LA TIERRA 
ASUNTO: Solicitud de Jurado para Examen 
Profesional 
Por medio del presente, se informa a usted que el (la) alumno (a): 
NOMBRE 
EMILIO LUCIANO ROMERO MIRANDA 
NÚMERO DE 
CUENTA 
088559632 
Inscrito (a) en la modalidad de titulación denominada: 
"TITULACiÓN POR TESIS" 
CARRERA 
ING. GEÓLOGO 
Ha cubierto los requi sitos académicos necesarios para realizar su examen profesional, habiendo 
presentado como trabajo escrito la (el) (tesis. tesina, artículo académico, informe)con el siguiente titulo: 
" IMPORTANCIA DE LAS FRACTURAS EN DIFERENTES APliCACIONES DE LA INGENIERíA GEOLÓGICA" 
Por lo anterior se solicita la realización del examen profesional correspondiente, para lo cual se designo 
el siguiente Jurado: 
ASIGNACION 
PRESIDENTE 
VOCAL 
SECRETARIO 
lER. SUPLENTE 
2DO. SUP LENTE 
NOMBRE 
ING. JORGE NIETO OBREGÓN 
ING. JAVIER ARELLANO GIL 
DR. RICARDO JOS~ PADILLA y SÁNCHEZ 
DR. JOSÉ ANTONIO HERNÁNDEZ E5PRIÚ 
ING. LUIS ARTURO TAPIA CRESPO 
RFC CON 
HOMOCLAVE 
NIOJ480406C37 
AEGJ610320QZ6 
PASR4809173Q2 
HEEA7510199TO 
TACLS80825EB8 
Se anexa en tres tantos la autorización correspondiente del trabajo escrito por parte de los sinodales. 
A ten t a m e n t e. 
"POR MI RAZA HABLARA EL ESPIRITU" 
CD. Universitaria, D.F. a 29 de Noviembre de 2010 
EL JEFE DE LA DIVISiÓN 
_flA~ 
Dr. RICARDO JOSE PADILLA y SANCHEZ 
~ 
SR. EMiliO LUClANO ROMERO MIRANDA 
EP-4 
AAGGRRAADDEECCIIMMIIEENNTTOOSS.. 
 
QQuuiieerroo ddaarrllee ggrraacciiaass aa:: MMiiss ppaaddrreess,, aa llaa mmeemmoorriiaa ddee DDoonn EEmmiilliioo RRoommeerroo 
CCaassttaaññeeddaa.. IImmaaggeenn qquuee hhaa gguuiiaaddoo yy ffoorrjjaaddoo mmii ccrriitteerriioo hhaacciiaa llooss pprriinncciippiioo 
ddee llaa hhoonnoorraabbiilliiddaadd,, yy vvaalleennttííaa,, qquuee ccaarraacctteerriizzaann aa llooss iinnddiivviidduuooss ddee 
ccaalliiddaadd,, cciiuuddaaddaannooss eejjeemmppllaarreess eenn ppeelliiggrroo ddee eexxttiinncciióónn.. 
AA mmii hheerrmmoossaa yy aammaaddaa mmaaddrree AAddeellaa MMiirraannddaa,, qquuiieenn ccoonn ssuu ffrreennttee 
eemmppaappaaddaa nnooss hhaa aacceerrccaaddoo eell ppaann yy llaa lleecchhee,, nnooss ccoobbiijjaa yy bbeennddiiccee.. 
PPaarraa mmii hhiijjoo RRaammssééss GGiibbaarraann.. LLuuzz qquuee aaccoommppaaññaa mmii ddeessttiinnoo.. 
AA mmii eennttrraaññaabbllee aabbuueellaa GGuuaaddaalluuppee MMiirraannddaa,, qquuiieenn mmee ddeemmoossttrróó llaa 
ffoorrttaalleezzaa yy eell ccoorraajjee qquuee ssee ddeebbee tteenneerr ppaarraa eennffrreennttaarrssee aa llaa vviiddaa.. AA mmiiss 
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ccoonnddiicciioonneess mmááss ffaavvoorraabblleess.. PPaarraa mmíí pprriimmaa hheerrmmaannaa VViioolleettaa qquuee sseegguurroo 
eessttaa eenn uunn lluuggaarr bbeelllloo ccoommoo eellllaa.. PPaarraa mmiiss hheerrmmaannooss CCeessaarr,, RRooddrriiggoo yy ssuu 
ffaammiilliiaass.. 
PPaarraa mmiiss ffaammiilliiaarreess llaa ffaammiilliiaa OOrrttiizz MMiirraannddaa,, ffaammiilliiaa MMiirraannddaa MMoorreennoo,, mmiiss 
pprriimmooss GGaabbrriieellaa,, HHuuggoo yy AAlleejjaannddrroo.. 
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HHaacciiaa mmii pprrooffeessoorr yy ddiirreeccttoorr ddee tteessiiss IInngg.. JJaavviieerr AArreellllaannoo GGiill.. IInnffiinniittaass 
ggrraacciiaass ppoorr ssuu ccoonnoocciimmiieennttoo,, ttoolleerraanncciiaa yy ccoonnffiiaannzzaa eenn eell ddeessaarrrroolllloo ddee eessttee 
ttrraabbaajjoo;; AA ttooddooss mmiiss ssiinnooddaalleess:: 
 Ing. Jorge Nieto Obregón. 
 Ing. Javier Arellano Gil. 
 Dr. Ricardo José Padilla Y Sánchez. 
 Dr. José Antonio Hernández Espriú. 
 Ing. Luis Arturo Tapia Crespo. 
 
MMii aaddmmiirraacciióónn,, rreessppeettoo yy aaggrraaddeecciimmiieennttoo ppoorr ssuu ttiieemmppoo,, ccoommeennttaarriiooss yy 
aappooyyoo.. 
 
 ““PPOORR MMII RRAAZZAA HHAABBLLAARRAA EELL EESSPPIIRRIITTUU””.. 
Índice 
I 
 
ÍNDICE. I 
 
RESUMEN. IX 
 
CAPITULO 1. 
GENERALIDADES. 1 
 
1.1 Introducción. 1 
1.2 Objetivos. 4 
1.3 Metas. 5 
1.4 Justificación. 5 
1.5 Antecedentes. 5 
 
CAPÍTULO 2. 
ESFUERZO Y DEFORMACIÓN. 9 
 
2.1.- Fuerzas. 9 
2.2.- Tipos de fuerza. 9 
2.2.1.- Las fuerzas de cuerpo o másicas. 9 
2.2.2.- Las fuerzas de superficie. 9 
2.3.- Unidades de Fuerza. 10 
2.4.- Esfuerzo. 11 
2.4.1.- Unidades de esfuerzo. 11 
2.4.2.- Tipos de esfuerzo. 12 
2.4.3.- Componentes del esfuerzo. 13 
2.4.4.- Estado de esfuerzo, el tensor de esfuerzo y el elipsoide de 
 Esfuerzo. 
 
14 
2.4.5.- Clases de estados de esfuerzo. 15 
2.4.5.1.- Estado de esfuerzos uniaxial. 15 
2.4.5.2.- Estado de esfuerzos biaxial.16 
2.4.5.3.- Estado de Esfuerzos Triaxial. 16 
2.4.5.4.- Estado de Esfuerzo Poliaxial. 16 
2.4.5.5.- Estado de Esfuerzo Axial. 16 
2.4.5.6.- Estado de Esfuerzo Hidrostático. 16 
2.4.6.- Origen de los esfuerzos. 17 
2.5.- Causas del fracturamiento en las rocas y suelos. 20 
2.6.- Factores que determinan las propiedades mecánicas del 
 Fracturamiento. 
 
21 
2.6.1.- Propiedades intrínsecas. 21 
2.6.2.- Propiedades ambientales. 23 
2.7. - Mecanismos de deformación de las rocas. 24 
2.7.1.- Movimientos Íntergranulares. 24 
2.7.2.- Movimientos intragranulares. 24 
2.7.3.- Disolución y recristalización. 24 
2.7.4.- Deformación elástica. 24 
2.7.5.- Deformación plástica. 25 
2.7.6.- Ruptura. 25 
Índice 
II 
 
2.8.- Principios de la mecánica del fracturamiento. 24 
2.8.1.- Concepto de esfuerzo y deformación. 25 
2.8.2.- Relación entre esfuerzo y deformación. 26 
2.8.2.1.- La deformación frágil. 29 
2.8.2.2.- La deformación dúctil. 29 
2.8.2.3.- La deformación plástica y viscosa. 29 
2.8.2.4.- Deformación finita. 31 
2.8.2.5.- Deformación infinitesimal. 31 
2.8.2.6.- El estado de esfuerzo en un punto y el campo de esfuerzo. 31 
2.8.3.- Elasticidad. 32 
2.8.4.- Plasticidad. 33 
2.8.5.- Viscosidad. 33 
2.9.- Conceptos de fracturamiento y fallamiento. 34 
2.9.1.- El modo o forma de fracturamiento. 34 
2.9.2.- Teorías y criterios de rompimiento y/o fallamiento. 36 
2.9.2.1.- Rompimientos Griffith. 36 
2.9.3- Microfracturamiento precursivo. 37 
2.10.- Criterios de fallamiento. 38 
2.10.1.- Esfuerzo normal máximo. 38 
2.10.2.- Esfuerzo de cizalla máximo. 39 
2.10.3.- Deformación máxima. 39 
2.10.4.- Energía de deformación. 39 
2.10.5.- Energía de deformación o distorsión. 40 
2.10.6.- Esfuerzo normal en función del esfuerzo de cizalla. 41 
2.10.7.- Circulo de Mohr para esfuerzos. 41 
2.10.8.- Esfuerzo medio y desviatorio. 49 
2.10.9.- Campos y trayectorias de los esfuerzos. 51 
 
CAPÍTULO 3 
FRACTURAMIENTO. 53 
 
3.1.- Fractura. 53 
3.2.- Características de las rocas fracturadas. 55 
3.2.1.- juntas. 55 
3.2.2.- Diaclasas. 55 
3.2.2.1.- Clasificación descriptiva de las diaclasas. 55 
3.2.2.1.1.- Según su forma. 55 
3.2.2.1.2.- Clasificación Según su longitud. 55 
3.2.2.1.3.- Clasificación según su importancia o presencia relativa. 56 
3.2.2.2.- Sistemas de diaclasas. 56 
3.2.2.3.- Conjunto de diaclasas. 57 
3.2.2.4.- Juego o Familias de diaclasas. 57 
3.2.2.5.- Diaclasas en capas o laminadas o diaclasas de exfoliación. 57 
3.2.2.6.- Diaclasas en columnas. 57 
3.2.2.7.- Diaclasas en lajas. 57 
3.2.2.8.- Diaclasas plumosas o de cizallamiento. 57 
3.2.3.- Vetas y venas. 58 
Índice 
III 
 
3.3.- Morfología de las fracturas. 59 
3.3.1.- Fracturas abiertas. 59 
3.3.2.- Fracturas deformadas. 60 
3.3.2.1- fracturas de desgarre y relleno. 60 
3.3.2.2.- Fracturas en planos de deslizamiento o lados alisados. 61 
3.3.3.- Fracturas rellenas de mineral. 61 
3.3.3.1.- fracturas completamente llenas. 61 
3.3.3.2.- fracturas incompletamente llenas. 62 
3.3.4.- Fracturas por cavidades o vugulos. 63 
3.4.- Características particulares entre las relaciones de la 
 microestructura interna de los minerales con la propagación de las 
 microfracturas. 
 
 
64 
3.4.1.- Puentes de Mineral. 66 
3.5.- Clasificación de las fracturas. 66 
3.5.1.- Clasificación genérica de las fracturas. 68 
3.5.1.1.- Fracturas de cizalla. 68 
3.5.1.2.- Fracturas de extensión. 69 
3.5.1.3.- Fracturas de tensión. 69 
3.5.2.- Clasificación geológica de las fracturas. 69 
3.5.2.1.- Fracturas tectónicas. 70 
3.5.2.1.1.- Sistemas de fracturamiento asociados con fallas y productos 
 pétreos relacionados. 
 
70 
3.5.2.1.2.- Fracturas asociadas a fallas normales. 72 
3.5.2.1.3.- Fracturas relacionadas a fallas inversas. 73 
3.5.2.1.4.- Fracturas relacionadas a cizalla simple. 73 
3.5.2.1.5.- Las seudotaquilitas. 76 
3.5.2.1.6.- Las milonitas. 77 
3.5.3.- Zona de cizalla. 77 
3.5.3.1.- Estructuras de rumbo. 80 
3.5.3.2.- Transtensión y transpresión. 82 
3.5.3.3.- Estructuras en flor (tulipán y palmera). 84 
3.5.3.4.- Cuencas pull-apart. 85 
3.5.3.5.- Sistemas de fracturas asociadas al plegamiento. 86 
3.5.3.6.- Fracturas en domos. 89 
3.5.3.7.- La litología y espesor de las capas como condicionantes del 
 Fracturamiento. 
 
89 
3.5.4.- Fracturas regionales. 91 
3.5.4.- Fracturas contraccionales. 92 
3.5.4.1.- Fracturas por desecación. 92 
3.5.4.2.- Fracturas por sinéresis. 93 
3.5.4.3.- Fracturas contraccionales termales. 93 
3.5.4.4.- Fracturas generadas por cambios de fase mineral. 94 
3.5.4.5.- Estilolitos. 94 
3.5.5.- Fracturas relacionadas a superficie. 95 
3.6.- Fuentes de información sobre las características del fracturamiento 95 
3.6.1.- Fuentes directas de información. 95 
3.6.2.- Fuentes indirectas de información. 96 
Índice 
IV 
 
3.6.2.1.- Registros geofísicos de pozo. 96 
3.7.- Propiedades de las fracturas que afectan el comportamiento de los 
 yacimientos petroleros. 
 
98 
3.8.- Relación entre la morfología de las fracturas y su deformación en 
la conducción de los fluidos. 
 
101 
3.8.1.- Abertura de la fractura y permeabilidad. 102 
3.8.2.- Ecuaciones del flujo de los fluidos. 102 
3.8.3.- El efecto directo de las fracturas en el flujo de los fluidos. 106 
3.8.4.- Espaciamiento del fracturamiento. 107 
3.8.5.- Técnicas para calcular el espaciamiento de las fracturas. 107 
3.9.- Clasificación de los yacimientos fracturados. 108 
 
CAPÍTULO 4. 
METODOLOGÍAS Y EQUIPO PARA LA EVALUACIÓN DE LAS 
FRACTURAS. 
 
110 
 
4.1.- Caracterización de un sistema de fracturamiento. 111 
4.1.1.- Enfoque conceptual. 111 
4.1.2.- Muestreo de fracturas. 112 
4.1.2.1.- Fuentes de información sobre el fracturamiento. 112 
4.1.2.2- Consideraciones en el muestreo sobre afloramientos. 113 
4.1.2.3.- Consideraciones en el muestreo del subsuelo. 114 
4.1.2.4.- Introducción al estudio de los núcleos. 115 
4.1.2.5.- Tipos de Núcleos. 116 
4.1.2.5.1.- Núcleos convencionales. 117 
4.1.2.5.2.- Núcleos encamisados. 117 
4.1.2.5.3.- Núcleos orientados. 117 
4.1.2.5.4.- Núcleos Presurizados. 118 
4.1.2.5.5.- Núcleos de pared. 118 
4.1.2.6.- Factores que afectan los núcleos. 118 
4.1.2.7.- Análisis convencional de la información proveniente del 
 Núcleos. 
119 
 
4.1.2.7.1.- Perfil de rayos gamma de superficie. 
 
 119 
4.1.2.7.2.- Perfil rayos gamma espectral. 119 
4.1.2.7.3.- Densidad de granos. 119 
4.1.2.7.4.- Análisis Granulométricos. 119 
4.1.2.7.5.- Análisis especiales de núcleos. 119 
4.1.2.8.- Descripciones de núcleos de roca. 120 
4.1.2.8.1.- Análisis de fracturas. 121 
4.1.2.8.2.- Registro de la información proveniente de los núcleos de roca 128 
4.1.2.9.- Características distintivas entre microfracturas y macrofracturas 129 
4.1.3.- Clasificación de las fracturas. 130 
4.1.3.1.- Orientación de las fracturas. 131 
4.1.3.2.- Calidad de las fracturas. 132 
4.1.3.3.- Fracturas y tipos de cementante. 122 
4.1.4.- Escalamiento. 135 
Índice 
V 
 
4.1.6.1.- Autosimilaridad y longitud total de las fracturas. 136 
4.1.6.2.- Métodos que permiten la evaluación de las dimensiones 
 promedio y distribución geométrica de los sistemas de 
 fracturamiento. 
 
 
138 
4.1.6.3.- Fundamentos y métodos para la estimación de las densidades, 
 distribuciones de longitud y longitud total de fracturas. 
 
139 
4.1.6.3.1.- Metodología. 139 
4.1.6.3.2.- Iinterpretación de los resultados. 140 
4.1.6.3.3.- La longitud total de la fractura. 140 
4.1.6.3.4.- La intensidad de fracturas. 141 
4.1.6.3.5.- La densidad de fracturas. 142 
4.1.6.3.6.- Conclusiones de este método. 144 
4.1.6.4.- Acercamiento hacia una escala independiente sobre la 
 intensidad del fracturamiento y medida del promedio de 
 espaciamiento. 
 
 
144 
4.1.6.4.1.- Recolección de los datos del fracturamiento.145 
4.1.6.4.2.- Determinación del sistema de fracturamiento. 146 
4.1.6.4.3.- Datos sobre el tamaño del fracturamiento. 147 
4.1.6.4.4.- Normalización de la intensidad del fracturamiento. 148 
4.1.6.4.5.- Calculo de la intensidad del fracturamiento normalizada. 149 
4.2.- Instrumentos para microscopia y métodos para obtener imágenes 
 (microfotografias), que permiten la detección del 
 Microfracturamiento. 
 
 
151 
4.2.1.- Análisis de lamina delgada. 151 
4.2.2.- Microscopio de polarización. 151 
4.2.3.- Microscopio de fluorescencia. 152 
4.2.4.- Imágenes de alta resolución utilizadas para la detección de 
 Microestructuras. 
 
153 
4.2.4.1.- Las Técnicas de Radiografía-X. 153 
4.2.4.2.- La Fotografía Digital a Color. 153 
4.2.5.- Microscopio de catodoluminiscencia. 154 
4.2.6.- Microscopio Electrónico de Barrido (MEB). 155 
4.2.6.1.- Preparación de muestras. 155 
4.2.6.2.- Preparación de la muestra de Molde Puro. 155 
4.2.6.3.- Fundamentos de Operación. 156 
4.3. - Metodos geofísicos. 159 
4.3.1.- Los datos sísmicos marinos 4C. 162 
4.3.2.- Los métodos sísmicos pasivos. 162 
4.4.- Aplicación de la fotografía digital para el mapeo del fracturamiento, 
 con la utilización de datos 3d obtenidos con tecnología de 
 detección de luz y distancia (LIDAR). 
 
 
163 
4.5.- Participación del fracturamiento en la modelación integral de 
 yacimientos petroleros. 
 
167 
4.5.1.- Los simuladores por diferencias finitas. 170 
4.5.2.- Los simuladores de líneas de flujo. 170 
4.6.- Enfoque analítico dentro de la modelación integral de yacimientos 
 petroleros. 
 
171 
Índice 
VI 
 
4.6.1.- La modelación matemática. 171 
4.6.2.- Caracterización estática. 171 
4.6.2.1.- Modelo geológico. 172 
4.6.2.2.- Modelo Estructural. 172 
4.6.2.3.- Modelo estratigráfico. 172 
4.6.2.4.- Modelo litológico. 173 
4.6.2.5.- Modelo de heterogeneidades del yacimiento. 173 
4.6.2.6.- Modelo petrofísico. 173 
4.6.3.- Simulación numérica. 173 
4.6.4.- Geoestadistica. 173 
4.6.5.- Estimaciones. 174 
4.7.- Conclusión de capitulo. 174 
 
CAPÍTULO 5. 
APLICACIÓN DEL ESTUDIO DETALLADO DEL FRACTURAMIENTO EN 
DIFERENTES RAMAS DE LA GEOLOGÍA. 
 
176 
 
5.1.- Los campos ku maloob zaap, como ejemplo de yacimiento 
 naturalmente fracturado en México. 
 
176 
5.1.1.- Condiciones generales. 176 
5.1.2.- Ubicación. 177 
5.1.3.- Marco Geológico Regional. 178 
5.1.4.- Generalidades de la cuenca del Golfo de México. 179 
5.1.5.- Unidades litoestratigráficas de los campos de KMZ. 181 
5.1.5.1.- Mioceno Temprano. 182 
5.1.5.2.- Mioceno Medio. 182 
5.1.5.3.- Mioceno Superior. 183 
5.1.5.4.- Plio-Pleistoceno. 183 
5.1.5.5.- Plioceno Temprano. 183 
5.1.5.6.- Plioceno Medio. 183 
5.1.5.7.- Plioceno Superior-Pleistoceno. 183 
5.1.6.- Geología estructural. 184 
5.1.6.1.- Antigua Plataforma de Yucatán. 185 
5.1.6.2.- Zona de Talud. 185 
5.1.6.3.- Fosa de Macuspana. 185 
5.1.6.4.- Pilar de Akal. 185 
5.1.6.5.- Fosa de Le-Acach. 185 
5.1.6.6.- Zona de Domos. 185 
5.1.7.- Elementos Estructurales de la Sonda de Campeche. 185 
5.1.7.1.- Falla de desplazamiento lateral. 187 
5.1.7.2.- Estructuras de cabalgamiento. 188 
5.1.7.3.- Fallas antitéticas. 188 
5.1.7.4.- Fallas inversas y pliegues. 188 
5.1.7.5.- Fallas normales. 188 
5.1.7.6.- Superficie de erosión. 189 
5.1.7.7.- Estructuras producidas por gravedad. 189 
5.1.7.7.1. Evento distensivo. 189 
Índice 
VII 
 
5.1.7.7.2. Estabilidad Tectónica. 189 
5.1.7.7.3. Evento compresivo. 190 
5.1.7.7.4.- Etapa distensiva. 190 
5.1.8.- Desarrollo de las estructuras de Ku-Maloob-Zaap. 191 
5.1.9.- Evolución tectónica estructural. 194 
5.1.9.1.- Superficie de despegue. 195 
5.2.- Metodología empleada en la caracterización del fracturamiento en 
 los yacimientos fracturados. 
 
196 
5.3.- Aplicación del estudio del fracturamiento en suelos y estructuras 
 civiles, como base en la determinación de los parámetros de riesgo 
 aplicados para evaluar la vulnerabilidad de los asentamientos 
 humanos. 
 
 
 
203 
5.3.1.- Problemática de fracturamiento y hundimiento del suelo en la 
 zona oriente del valle de México. 
 
204 
5.3.2.- Marco geológico de la cuenca de México. 211 
5.3.3.- Principales Eventos Geológicos en la Cuenca de México. 211 
5.3.4.- Depositación de los Sedimentos Lacustres. 214 
5.3.4.1.- Capa Dura (CD). 216 
5.3.4.2.- Formación Arcillosa Inferior (FAI).. 216 
5.4.- Condiciones Hidrogeológicas de la Cuenca de México. 218 
5.4.1.- Extracción del agua subterránea y la subsidencia. 218 
5.4.2.- Propiedades Hidráulicas de los Sedimentos Lacustres. 218 
5.4.3.- Conductividad Hidráulica. 219 
5.5.- Metodología aplicada en el estudio del fracturamiento con el 
 objetivo de prevenir el riesgo hacia los inmuebles vulnerables a las 
 afectaciones por hundimiento y fracturamiento del suelo en zonas 
 urbanas. 
220 
5.5.1.- Descripción de las características del fracturamiento en las 
 estructuras civile.s 
224 
5.5.1.1.- Fracturamiento en muros de mampostería. 224 
5.5.1.2.- Fracturamiento en miembros estructurales. 225 
5.6.- Ejemplos de zonas especiales de prevención (ZEP) con mayor 
 vulnerabilidad asociada a la potencial afectación generada por el 
 fracturamiento y hundimiento del suelo al Oriente del Valle de 
 México. 
 
 
 
227 
5.6.1.- ZEP (1), Colonia Peñón de los Baños en la Delegación 
Venustiano Carranza. 
 
288 
5.6.2.- ZEP (2) Peñón del Márquez o Peñón Viejo, en la Delegación 
 Iztapalapa. 
 
231 
5.6.3.- ZEP (3) Periferia sur de la Sierra de Santa Catarina. Colonias 
 Lomas de San Lorenzo, San Lorenzo Tezonco, el Molino, 
 Cananea y la Planta, en la Delegación Iztapalapa y Colonias del 
 Mar, Agrícola Metropolitana, Miguel Hidalgo, Barrios de Zapotitlan 
 y Santa Catarina en la Delegación Tlahuac. 
 
 
 
 
236 
5.6.4.- ZEP (3-A) Colonia Lomas de San Lorenzo Tezonco, Delegación 
 Iztapalapa 
 
238 
5.6.5.- ZEP (3-B1) Colonia Jardines de San Lorenzo, El Molino Lorenzo, 
Índice 
VIII 
 
 La Planta Y Canannea. Delegación Iztapalapa. 241 
5.6.6.- ZEP (3-B2) Colonia del Mar. delegación Tláhuac. 
5.6.7.- ZEPS 3 (C, D, E). Barrio de Zapotitlan, Colonia Ojo de Agua, 
 Barrio Santa Catarina, en la periferia sur, central y este, de la 
 Sierra de Santa Catarina, Delegación Tlahuac. 
 
 
245 
5.6.8.- ZEP (3-C) Barrio de Zapotitlán, en la delegación Tláhuac. 245 
5.6.9.- ZEP (3-D) Colonia Ojo de Agua, en la Delegación Tlahuac. 247 
5.6.10.- ZEP (3-E) Colonia Guadalupe Santa Catarina Yecahuizotl, en la 
 Delegación Tláhuac. 
 
248 
5.6.11.- ZEP (4) Pueblo de San Andrés Mixquic, Delegación Tlahuac 250 
5.6.12.- ZEP (5) Pueblo de San Antonio Tecomitl, Delegación Tlahuac. Y 
 ZEP (6) San Luis Tlaxialtemalco, Delegación Xochimilco. 
 
252 
5.7.- Resultados. 253 
5.8.- Probables causas de los procesos de hundimiento y fracturamiento 
 de suelo en la zona oriente del valle de México 
 
254 
5.9.- Mecanismos de propagación de grietas. 256 
5.9.1.- Grietas hidrodinámicas. 256 
5.9.2.- Grietas regionales. 257 
5.9.3.- Grietas tectónicas. 257 
5.10.- Recomendaciones ante la problemática del fracturamiento y 
hundimiento. 
260 
 
CAPÍTULO. 6 
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 261 
 
Conclusiones. 261 
 
Recomendaciones. 262 
 
BIBLIOGRAFÍA. 253 
 
APÉNDICES. i 
APÉNDICES A. 
GLOSARIO. i 
 
APENDICE B. 
TABLASDE CARACTERIZACIÓN DE LAS FRACTURAS. Vi 
 
INTRODUCCIÓN 
IX 
 
INTRODUCCIÓN. 
 
En el presente trabajo inicialmente se hace referencia a los antecedentes 
históricos acerca del estudio del fracturamiento en las diferentes áreas de la 
actividad humana, posteriormente se describen los fundamentos físicos y 
matemáticos, que corresponden a los conceptos del esfuerzo y la deformación 
de los materiales; en este caso nosreferiremos a las rocas y suelos, iniciando 
con la definición de fuerza, sus diferentes tipos y unidades, al igual para el 
esfuerzo sus diferentes tipos, unidades, componentes y su representación 
conceptual, matemática y grafica mediante el estado de esfuerzo, el tensor de 
esfuerzo y el elipsoide de esfuerzo. Posteriormente se trata sobre el origen 
natural de los esfuerzos generados por la dinámica interna y externa del planeta, 
se continua exponiendo las principales causas del fracturamiento en las rocas y 
los factores que permiten determinar las propiedades mecánicas del 
fracturamiento, seguidamente se trata lo referente a los mecanismos de 
deformación de las rocas y los principios de la mecánica del fracturamiento; se 
prosigue con el estudio de los mecanismos que explican la génesis de las 
principales familias de fracturas, se mencionan las características de las rocas 
fracturadas, la clasificación descriptiva y morfológica de las fracturas, se indican 
las características particulares entre las relaciones de la microestructura interna 
de los minerales con la propagación de las microfracturas, para posteriormente 
tratar lo referente a la clasificación de las fracturas, la cual consiste 
principalmente en experimental o genérica, y la geológica o por ocurrencia 
natural; a continuación se exponen los sistemas de fracturamiento asociados con 
fallas y pliegues. Se plantea como la litología y el espesor de las capas 
sedimentarias son factores determinantes que controlaron el espaciamiento de 
las fracturas, se describen las fuentes de información sobre las características 
del fracturamiento, las cuales son directas cuando la información procede de 
afloramientos, núcleos, cortes de perforación, fotografías y videos de los pozos 
de exploración; también se describen los métodos indirectos donde la 
información corresponde a todo tipo de registros geofísicos y datos de pruebas 
de pozos; dentro de este marco se exponen las propiedades de las fracturas que 
afectan el comportamiento de los yacimientos petroleros, como lo son, la relación 
entre la morfología de las fracturas y su deformación en la conducción de los 
fluidos, así también la abertura de la fractura, la permeabilidad, presión 
confinante, espaciamiento del fracturamiento; se menciona la clasificación de los 
yacimientos petroleros fracturados, la cual se basa en los efectos positivos que 
provee el sistema de fracturamiento en general a la calidad del yacimiento. Se 
presenta posteriormente una síntesis de las metodologías y equipo empleadas 
para la evaluación de las fracturas, se describe el proceso de caracterización, el 
cual se fundamenta en la elaboración de secuencias o procedimientos de estudio 
y trabajo particulares, que cuantifican e interpretan el origen del sistema de 
fracturamiento presente en alguna área geográfica o sitio a prospectar; esto con 
la finalidad de aportar certidumbre en la predicción de la geometría y distribución 
de las fracturas en los yacimientos petroleros. La consideración de los 
fundamentos y procedimientos son la base para realizar una óptima clasificación 
del sistema de fracturamiento considerando un enfoque conceptual, en el que se 
considera realizar un adecuado muestreo, clasificación, definición de la 
orientación, escalamiento (Intensidad del fracturamiento), definición de la calidad 
 
INTRODUCCIÓN 
X 
 
de fractura, modelado del sistema de fracturas y discusión; posteriormente se 
describen los principales métodos que permiten la evaluación de las dimensiones 
promedio y distribución geométrica de los sistemas de fracturamiento, y otro para 
la estimación de las densidades, distribuciones de longitud y longitud total de 
fracturas, con los cuales se pueden realizar descripciones cuantitativas de los 
sistemas de fracturamiento mucho más coherentes. Posteriormente se 
proporcionan los principales características de los Instrumentos para microscopia 
y métodos para obtener imágenes (microfotografías), que permiten la detección 
del microfracturamiento, se comentan los diferentes tipos y técnicas de 
microscopia, iniciando con los de polarización, catodoluminiscencia, electrónico 
de barrido, después se mencionan las técnicas y equipo utilizados para la 
obtención de Imágenes de alta resolución empleadas para la detección de 
microestructuras, por lo que es posible realizar el análisis del 
microfracturamiento. Se procede a continuación a describir los métodos 
indirectos empleados en la detección del fracturamiento en campo como lo son 
los geofísicos principalmente el análisis de anisotropía acimutal para el subsuelo. 
En afloramientos se emplea la fotografía digital para el mapeo del fracturamiento, 
con la utilización de datos 3d obtenidos con tecnología de detección de luz y 
distancia (LIDAR). Se plantea como influye el fracturamiento en la modelación 
integral de yacimientos petroleros, aplicando un enfoque analítico, La parte final 
se trata sobre las aplicaciones del estudio detallado del fracturamiento en 
algunas ramas de la geología, comenzando con la aplicación dentro de la 
prospección petrolera por lo que se describen las características e importancia 
del fracturamiento en el campo Ku Malub Zaap. Dentro de la geología urbana, se 
trata lo referente a la aplicación del estudio del fracturamiento en suelos y 
estructuras civiles, como fundamento para la determinación de los parámetros de 
riesgo, aplicables en la evaluación de la vulnerabilidad de los asentamientos 
humanos; se mencionan ejemplos de zonas especiales de prevención (ZEP), con 
mayor vulnerabilidad asociada a la potencial afectación generada por el 
fracturamiento y hundimiento del suelo en la zona oriente del D F, en las 
delegaciones Venustiano Carranza, Iztapalapa, Tlahuac y Milpa Alta. 
 
 
 
 
 
Generalidades 
- 1 - 
 
CAPITULO. 1 GENERALIDADES. 
 
 
1.1.- Introducción. 
 
Este trabajo está enfocado a estudiar, conocer y describir las principales 
características del fracturamiento en las rocas en las que se encuentran los 
yacimientos de hidrocarburos y minerales, o en zonas de suelos blandos donde 
existe infraestructura urbana y asentamientos humanos vulnerables por riesgo 
geológico ocasionado por la subsidencia del terreno. 
 
Estos sitios se pueden caracterizar por la presencia de uno o varios sistemas de 
fracturas con diferentes morfologías, dimensiones y orientaciones, por lo que se 
pueden forman estructuras irregulares complicadas, y en consecuencia difíciles de 
evaluar. 
 
Se tiene que hacer énfasis, en que para hacer una efectiva caracterización del tipo 
de fracturamiento, se requiere de un temprano reconocimiento de los 
atributos de la fracturas o sistemas de fracturamiento natural, producidas por 
tectonismo, por procesos geológicos o actividad humana. 
 
Estos atributos son la morfología, distribución, dirección, longitud, espaciamiento, 
espesor e intensidad. Su determinación es de gran importancia en diferentes 
aplicaciones geológicas, por ejemplo en el desarrollo de una optima producción en 
campos de gas y aceite, lo que nos permite realizar cálculos más precisos en 
la determinación de las propiedades petrofísicas de las rocas (porosidad, 
permeabilidad, saturación, etc.). 
 
En los años recientes se han ido aplicando exitosamente novedosas metodologías 
para la caracterización de fracturas, tanto para formaciones que afloran como para 
las del subsuelo; la presencia de fracturas en subsuelo representa en muchos 
casos el incremento en la recuperación de sustancias de interés económico como 
los hidrocarburos el agua y los minerales. 
 
La aplicación de un enfoque conceptual adecuado en cuanto a la adquisición de 
datos y análisis de los atributos del fracturamiento en campo proporciona muy 
buenos resultados. 
 
El estudio de los yacimientos fracturados posee ciertos obstáculos inherentes a su 
naturaleza, los cuales para un buen análisis en su estudio, generan dificultades 
referentes a la predicción, evaluación y caracterizacióndel yacimiento, algunas de 
estas dificultades son: 
 
- La ausencia general de un enfoque cuantitativo en el análisis, descripción y 
caracterización de un yacimiento altamente fracturado. 
 
- El descuido de los geocientificos al no reconocer ni describir todos los 
atributos de los sistemas de fracturas y la irregularidad de su distribución. 
 
Generalidades 
- 2 - 
 
- El enfoque simplista en la descripción de la distribución de las fracturas y su 
morfología. 
 
Estas dificultades dan como resultado una caracterización inadecuada de las 
características de las fracturas naturales en el subsuelo; la mayor parte de estas 
técnicas de trabajo se aplican en muchos casos de manera independiente, por lo 
que a menudo dejan duda sobre los resultados, por lo que es recomendable 
trabajar con la mayor cantidad técnicas y fuentes de información. Por esta razón 
se han desarrollando variadas y sofisticadas metodologías de trabajo y 
tecnologías, que han facilitado el entendimiento de la naturaleza de los sistemas 
de fracturas en las rocas y suelos. 
 
En los años recientes se ha mejorado la forma de medir, describir e interpretar las 
propiedades físicas y estructurales de los cuerpos de roca y suelos, así como el 
procesado y modelado de los datos obtenidos, considerando los diversos procesos 
geomecánicos naturales que afectan las masas de roca o a los suelos. 
 
Estos procesos comprenden el estudio desde el origen de las rocas y su 
transformación hasta su estado actual, tomando en cuenta la progresión de los 
procesos que intervienen, comenzando en el caso de las rocas sedimentarias 
desde el depósito sucesivo de sedimentos en depresiones de la corteza terrestre, 
quedando confinadas y posteriormente sepultados por los depósitos sucesivos de 
materiales de igual o deferente naturaleza, los cuales son posteriormente 
deformados por las fuerzas corticales y por las condiciones físico-químicas del 
subsuelo. 
 
El presente trabajo trata los conceptos, fundamentos, técnicas y tecnologías que 
nos ayudan a la comprensión y cuantificación de las propiedades genético-
estructurales de los sistemas de fracturamiento que afectan las rocas, como ocurre 
con los yacimientos naturalmente fracturados o a los sistemas de fracturas que 
causan riesgo geológico en suelos o rocas de las zonas urbanas. 
 
Aunque las fracturas naturales afectan a todo tipo de rocas, es en las rocas 
carbonatadas, donde se refleja un mayor incremento de estas estructuras, por lo 
que se origina la porosidad secundaria, estimulando cuando hay conducción de 
agua la comunicación y el desarrollo de cavidades por disolución; pudiendo ser en 
algunos casos en yacimientos petroleros contraproducente, generando una 
producción prematura de agua, aceite o gas. 
 
En los yacimientos petroleros en rocas silisiclasticas las fracturas pueden 
incrementar la permeabilidad y complicar el modelo de flujo. También están los 
yacimientos de hidrocarburos no convencionales, como los de metano en capas de 
carbón, los yacimientos de gas en lutitas, y los yacimientos de roca basal y roca 
volcánica, en estos casos los sistemas de fracturamiento juegan un papel muy 
importante. 
 
Entre otros efectos, las fracturas cuando están selladas desempeñan un rol 
contraproducente en los yacimientos, ya que disminuye la permeabilidad y 
porosidad sirviendo como barreras para el flujo. 
Generalidades 
- 3 - 
 
Este trabajo inicia con una revisión de la terminología y principios físicos que se 
involucran en el entendimiento del origen y comportamiento de los procesos de 
fracturamíento y fallamiento naturales que afectan a las rocas. 
 
Se continúa con la descripción y clasificación de la forma de las fracturas y su 
ocurrencia. Posteriormente se plantearan algunas técnicas desarrolladas para la 
obtención de datos estructurales. 
 
El propósito de aplicar diferentes técnicas para obtener datos cualitativos y 
cuantitativos más precisos, es con el objetivo de alcanzar una mayor confiabilidad 
en los resultados, y con ellos realizar una interpretación mucho más coherente y 
certera en la evaluación de los sistemas de fracturamiento, lo cual nos permite 
determinar con mayor certeza la calidad de un yacimiento naturalmente fracturado. 
 
En la figura 1.1 se ilustran las regiones del mundo donde existe en la actualidad 
mayor deformación ocasionada por los esfuerzos de origen tectónico, debidos a la 
dinámica de las placas tectónicas. Si ubicamos el área correspondiente a la 
Republica Mexicana, notamos inmediatamente que en ella convergen limites de 
placas que ocasionan diferentes sistemas de esfuerzos, lo cual se manifiesta en la 
topografía de mayor relieve. 
 
 
Fig.1.1.- Mapa mundial de esfuerzos se asocian a las zonas de mayor deformación 
(Tomado del Proyecto de Mapa Mundial de Esfuerzos: http://www-wsm.phy 
sik.unkarlsuhe.de/pub/casmo/content.frames/stress_maps_frame.htm, 2008). 
 
Generalidades 
- 4 - 
 
En el país, debido a las condiciones geológicas ocurridas durante el Mesozoico, se 
desarrollaron potentes secuencias estratigráficas y complicadas estructuras 
geológicas, como es el caso de los pliegues en los que se encuentran las 
principales reservas de hidrocarburos, las cuales corresponden con yacimientos 
naturalmente fracturados, generalmente en carbonatos. 
 
Estas características estructurales traen por consecuencia que la extracción de 
hidrocarburos resulte más complicada, al existir complejidad geológica. Para que 
el crudo salga bajo presión natural, por el efecto de toda la interacción de los 
elementos implicados como agua, gas natural y petróleo; es necesario que el 
sistema de entrampamiento sea de buena porosidad y permeabilidad. 
 
El detectar fracturas en el subsuelo o predecir su ocurrencia y características es el 
primer y más básico paso en la evaluación de un yacimiento naturalmente 
fracturado. 
 
Así también, este trabajo tratara lo relacionado a la interacción entre las técnicas 
geológicas y geofísicas, en lo referente al análisis integral de la información sobre 
el fracturamiento, realizando la comparación entre los datos estructurales de 
muestras físicas obtenidas directamente en campo contra los datos obtenidos con 
los métodos sísmicos y los registros geofísicos de pozo. 
 
Considerando las condiciones de vulnerabilidad y las implicaciones que genera el 
habitar en terrenos con materiales no compactos como los que se encuentran en 
el valle de México, es necesaria la aplicación del estudio detallado de las 
manifestaciones del agrietamiento y fracturamiento de suelos y 
consecuentemente en estructuras civiles (casas, edificios, puentes, etc.) para lo 
cual el entendimiento de la génesis y comportamiento de las diversas formas y 
sistemas de fracturamiento, nos proporcionan una valiosa herramienta para definir 
las zonas urbanas propensas a potenciales afectaciones donde se desplantan las 
obras civiles. 
 
 
1.2. - Objetivos. 
 
Realizar una síntesis adecuada de la terminología relacionada con las fracturas, 
los principios en que se fundamenta su estudio, las técnicas de medición y su 
caracterización. 
 
Conocer los mecanismos y procesos geológicos que originan los sistemas de 
fracturamiento en los yacimientos y en las zonas de subsidencia en áreas donde 
existen grandes asentamientos humanos. 
 
Conocer las ventajas y limitaciones de las diferentes técnicas que son utilizadas en 
la evaluación y caracterización del fracturamiento para las diferentes áreas de 
aplicación en Ciencias de la Tierra. 
 
 
 
 
Generalidades 
- 5 - 
 
1.3.- Metas. 
 
+ Académicas: realizar un documento que sirva como una fuente de consulta 
sobre la caracterización de los diferentes sistemas de fracturamiento útiles en la 
evaluación de yacimientos o en zonas donde existe riesgo geológico. 
 
+ Profesionales: Contar con una metodología que sirva como marco de referencia 
en el estudio de las fracturas en cualquier área de aplicación. 
 
+ Personales: elaborar un trabajo queaporte información útil al campo profesional 
y que me sirva para poder obtener el título profesional y completar mi formación 
como ingeniero geólogo. 
 
 
1.4. - Justificación. 
 
El presente trabajo es un requerimiento para la obtención de mi grado en 
Ingeniería geológica; y el tema se propuso como referencia de los conocimientos 
académicos y laborales que he obtenido dentro de las áreas del estudio del 
fracturamiento en las rocas y suelos, los cuales considero son ejemplos 
característicos y adecuados para un tema de tesis. 
 
 
1.5. - Antecedentes. 
 
La mecánica de fractura en las rocas y otros materiales ciertamente ha sido usada 
desde la época neolítica cuando el hombre invento y diseño las primeras 
herramientas sencillas de piedra y posteriormente más sofisticadas. 
 
Es dudoso que éstos primeros ancestros del hombre moderno no hayan 
entendido los mecanismos de fractura, puesto que desarrollaron técnicas muy 
hábiles de cómo moldear y formar cuchillos, lanzas y otras herramientas de 
piedra. 
 
El estudio del fracturamiento ha sido abordado por diferentes autores con distintos 
objetivos y aplicaciones, tanto en el campo científico, áreas interés social 
económico (exploración y explotación de recursos naturales) y en la valoración 
riesgo geológico dentro de la protección civil. 
 
Los principales pioneros sobre el estudio del fracturamiento fueron Leonardo da 
Vinci (1452–1519) y Galileo Galilei (1564 -1642). Leonardo da Vinci, fue el 
primero en realizar experimentos para determinar la capacidad de carga de 
alambres de acero. Galileo Galilei fue el primero en formular que la carga de 
fractura de una barra en tensión es directamente proporcional al área de su 
sección transversal e independiente de su longitud. 
 
Varios incidentes relacionados con fractura, ocurrieron en experimentos 
realizados en los siglos XII y XIII en Europa, los cuales están documentados en la 
literatura (A Balankin. 2000). Las primeras técnicas de control de calidad y ensayo 
Generalidades 
- 6 - 
 
de cañones de bronce, hicieron pruebas o ensayos, llevaron a los científicos a 
aproximarse a los problemas de resistencia y fractura. 
 
La gran mayoría de los siguientes investigadores han aceptado que Galileo hizo 
las primeras aportaciones al conocimiento de los factores considerados que la 
resistencia mecánica de los materiales es una propiedad intrínseca. 
 
Dentro de los primeros autores están Robert Hooke (1635 – 1703), Isaac Newton, 
(1642 – 1727), quienes comenzaron a razonar a partir de deducciones de la física 
de los materiales y conformaron las primeras interpretaciones físicas de los 
esfuerzos y la deformación; con el postulado de que dos tensores están 
relacionados por las ecuaciones lineales conocidas como ecuaciones de Hooke 
generalizadas, estas son las ecuaciones constitutivas que caracterizan el 
comportamiento de un sólido elástico lineal. 
 
Charles-Augustin de Coulomb (1736 - 1806), entre otras teorías y estudios que 
realizó, se le debe la teoría de la torsión recta y el análisis del fallo del terreno 
dentro de la mecánica de suelos. 
 
Saint-Venant (1797-1886), generó un modelo de resistencia de los materiales que 
establece una relación entre las fuerzas aplicadas, también llamadas cargas o 
acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas. 
 
La revolución Industrial del Siglo XIX trajo consigo un incremento en la demanda 
de metales, particularmente del hierro y acero, para ser usados en ingeniería y la 
construcción a grandes escalas. Esta grande y feroz expansión del mundo de la 
ingeniería fue acompañada por una frecuencia mayor de fallas en estructuras de 
ingeniería civil. 
 
Hacia 1882 el ingeniero civil alemán Christian Otto Mohr (1835-1918), desarrolla 
el método de la circunferencia de Mohr (Incorrectamente llamado círculo de Mohr, 
ya que no se trabaja con un área sino con el perímetro) la cual es una técnica 
usada para representar gráficamente un tensor simétrico (de 2x2 ó de 3x3) y 
calcular con ella momentos de inercia, deformaciones y tensiones, adaptando los 
mismos a las características de una circunferencia (radio, centro, etc.). También 
es posible el cálculo del esfuerzo cortante máximo absoluto y la deformación 
máxima absoluta. 
 
Posteriormente en el siglo XX se comenzaron a postular los primeros criterios 
sobre el fracturamiento de los mariales, dentro de las cuales podemos mencionar 
a Henri Tresca (1841 – 1884) 
Richard Von Mises (1883-1953), postula la teoría de la máxima energía de 
distorsión (Criterio de Von Mises); este criterio puede considerarse un 
refinamiento del criterio de Tresca. 
El criterio de la máxima energía de distorsión fue formulado primeramente por 
Maxwell en 1865 y más tarde también mencionado por Huber (1904). Sin 
embargo, fue con el trabajo de Von Mises (1913), que el criterio alcanzó 
notoriedad, a veces se conoce a esta teoría de fallo elástico basada en la tensión 
http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_constitutiva
http://es.wikipedia.org/wiki/1736
http://es.wikipedia.org/wiki/1806
http://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_(ingenier%C3%ADa)
http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza
http://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo
http://es.wikipedia.org/wiki/1882
http://es.wikipedia.org/wiki/Ingeniero_civil
http://es.wikipedia.org/wiki/Alemania
http://es.wikipedia.org/wiki/Christian_Otto_Mohr
http://es.wikipedia.org/wiki/Representaci%C3%B3n_gr%C3%A1fica
http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_de_inercia
http://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nica
http://es.wikipedia.org/wiki/Circunferencia
http://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_cortante
http://es.wikipedia.org/wiki/1865
http://es.wikipedia.org/wiki/Richard_Edler_von_Mises
http://es.wikipedia.org/wiki/1913
http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_de_Von_Mises
Generalidades 
- 7 - 
 
de Von Mises como teoría de Maxwell-Huber-Hencky-von Mises. En la expresión 
propuesta por Von Mises y Hencky, una pieza resistente o elemento estructural 
falla cuando en alguno de sus puntos la energía de distorsión por unidad de 
volumen rebasa un cierto umbral. 
A partir de estos antecedentes se considera que los orígenes de la mecánica del 
fracturamiento pueden remontarse a un artículo publicado por A.A. Griffith (1921), 
en el cual demostró por primera vez que la resistencia real a la tensión de 
materiales frágiles era significativamente menor que la resistencia predicha 
teóricamente debido a la presencia de grietas. Durante la primera guerra mundial 
A. A. Griffith, desarrolló la mecánica de la fractura para explicar el fracaso de 
materiales frágiles. 
 
Se puede afirmar que a partir de estos postulados, los estudios se fueron 
enfocando hacia la comprensión más detallada del comportamiento y 
características del fracturamiento en los diferentes tipos de materiales, 
principalmente en los de interés económico social que a partir de esta época 
fueron los más demandados, como el caso de la minería y del petróleo; siendo 
este ultimo el que ha demandado más estudios debido al control que ejercen los 
sistemas de fracturamiento en la trasmisión de fluidos dentro de los campos 
petroleros, circunstancias por las cuales infinidad de autores se han enfocado en 
su estudio. A continuación se señalan los que han hecho los estudios más 
recientes. 
 
Hafner, W., (1951) publicó acerca de la distribución de esfuerzos y fallamiento. 
Robertson, E. C.,(1955), publico sobre estudios experimentales sobre la dureza 
de las rocas. Darcy, H., (1856), aporto sus conceptos de trasmisión de fluidos en 
las rocas en sus estudios de las fuentes de la villa de Dijon. Price, N, J., (1966), 
realizó estudios sobre desarrollo de fallas y diaclasas en rocas frágiles y 
semifrágiles. Parsons, R, W., (1966), genero estudios de permeabilidad en rocas 
fracturadas ideales. Friedman, M., (1969), desarrollo técnicas para el Análisis 
estructural de núcleos del campo Saticoy.Conrad R.E. III. (1974), estudio la 
importancia de las fracturas microscópicas en los procesos de fallamiento de las 
rocas. Ramsay, J. G. (1977), recopiló los estudios existentes sobre la relación 
entre el plegamiento y el fracturamiento de las rocas. 
 
Recopilaciones más completas sobre el estudio de los yacimientos naturalmente 
fracturados son las de Aguilera, R. (1995), y de Nelson A. R. (2001). Siendo este 
último quien complemento el análisis geológico de los yacimientos naturalmente 
fracturados. 
 
Posteriormente se han desarrollado trabajos que han aportado conocimientos 
nuevos acerca del microfracturamiento, como los de Laubach, Reed, y Olson, 
(2004). Donde exponen bajo observaciones en catodoluminiscencia la 
coevolución de las texturas crack–seal y la porosidad de la fractura en rocas 
sedimentarias afectadas por fracturamiento regional. 
 
Otras perspectivas y metodologías de trabajo para el estudio del fracturamiento 
en México, son las que desarrollaron Nieto – Samaniego, Alaniz–Álvarez, Tolson 
G, Xu S, Pérez–Venzor (2006). Con sus estudios de la estimación de densidades, 
http://es.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Tytus_Maksymilian_Huber&action=edit&redlink=1
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Hencky&action=edit&redlink=1
http://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Arnold_Griffith
Generalidades 
- 8 - 
 
distribuciones de longitud y longitud total de fracturas, en la falla de los planes, 
la Paz, B. C.S. 
 
Otro punto de vista para el estudio y cuantificación del fracturamiento es el de 
Ortega, O Marrett R. y Laubach S. (2006). Con su trabajo acerca de un 
acercamiento hacia una escala independiente de la intensidad del fracturamiento 
y el promedio de las medidas del espaciamiento. 
 
Para entender los procesos geológicos estructurales que se presentan en la 
republica Mexicana, es un pilar el trabajo que desarrollo Padilla y Sánchez 
(2007), en su síntesis de la evolución geológica del sureste Mexicano, desde el 
mesozoico al presente en el contexto regional del Golfo de México. 
 
En el contexto de la geología petrolera, los trabajos realizados por Nelson A. R. 
(2001); PEMEX (2008); Bratton T, (2006), sirvieron como base para entender las 
características generales de la importancia del fracturamiento en los yacimientos 
naturalmente fracturados. 
 
Para entender las características particulares de las afectaciones por hundimiento 
y fracturamiento en el valle de México, algunos de los autores que han hecho 
contribuciones al conocimiento como: 
 
Alberro, J. y Hernández. R., (1990), en su trabajo sobre la génesis de las grietas 
de tensión en el valle de México, titulado En “El subsuelo de la cuenca del Valle 
de México y su relación con la ingeniería de cimentaciones a cinco años del 
sismo”. 
 
Auvinet, G. y Arias, A., (1991), con sus puntos de vista para la propagación de 
grietas, en suelos compresibles. Paniagua Zavala, W. (1991), con su trabajo 
sobre el agrietamiento de suelos. Carreón-Freyre D.C., Hernández-Marín M., 
Vargas-Cabrera C. (2002), con sus trabajos sobre el análisis de los factores 
geológicos durante la consolidación de suelos arcillosos y consideraciones para la 
evaluación de compresibilidad en laboratorio y campo. Domínguez L. M. (2002), 
con las recomendaciones sobre los agrietamientos del terreno en varias colonias 
y poblados de la delegación Tláhuac, Distrito Federal. 
 
El tema de la estratigrafía del Valle de México, ha sido abordado por diversos 
autores quienes han concluido que existe una variada composición de la 
estratigrafía lacustre en diferentes puntos del Valle. Los principales trabajos han 
sido de: Zeevaert, (1953); Marsal y Mazari, (1959); Leonards y Girault, (1961); 
Girault, (1964); Mesri, (1975); Peralta y Fabi, (1989); Diaz-Rodriguez, (1998); 
Mazari-Hiriart, (2000). 
 
 
 
 
Esfuerzo y Deformación 
- 9 - 
 
 
TEMA 2. ESFUERZO Y DEFORMACIÓN. 
 
 
En este capítulo se analizaran y describirán varios conceptos y diferentes clases 
de criterios referentes al fracturamiento y fallamiento de las masas de roca y 
suelos. Donde los conceptos de esfuerzo y deformación, están intrínsecamente 
relacionados. 
 
Se trataran algunos antecedentes conceptuales de particular relevancia para 
entender el variado espectro de problemas que se pueden encontrar dentro del 
estudio de la mecánica del fracturamiento en las rocas y suelos. La mayor parte 
de estos antecedentes por lo general se emplean en el estudio de la hidráulica 
de las fracturas, modos o formas de rompimiento y propagación, factores de 
intensidad de esfuerzo, etc. Comenzamos definiendo los conceptos físicos 
fundamentales para el estudio del comportamiento mecánico de las rocas. 
 
2.1.- Fuerzas. 
 
La fuerza es una magnitud vectorial (con dirección y sentido) que tiende a 
producir un cambio en la dirección de un cuerpo o como modificación de su 
estructura interna, es decir tiende a producir una deformación. 
 
Debido a su carácter vectorial, se puede decir que una fuerza está compuesta de 
varias fuerzas y se puede descomponer en ellas. Se considera la existencia de 
dos tipos de fuerzas principales: de cuerpo o másicas y las de superficie. 
 
2.2.- Tipos de fuerzas. 
 
Con base a su estudio las fuerzas han sido clasificadas como fuerzas de cuerpo 
o másicas y las fuerzas de superficie; estas últimas divididas en simples y 
compuestas. 
 
2.2.1.- Las fuerzas de cuerpo o másicas están en relación directa con la masa 
del cuerpo al cual se aplican, aunque su origen puede ser debido a causas 
externas. 
 
Como ejemplos de este tipo de fuerzas de cuerpo tenemos a las inducidas por la 
gravedad, las centrífugas y las creadas por los campos magnéticos. Para este 
trabajo la más importante es la de gravedad ya que afecta a suelos y rocas. 
 
2.2.2.- Las fuerzas de superficie dependen siempre de causas externas al 
cuerpo, y no guardan relación alguna con la masa del mismo. Se llaman así 
porque se puede considerar que son aplicadas a una superficie de algún cuerpo, 
como ocurre con las fracturas originadas por eventos tectónicos; a su vez las 
fuerzas de superficie se dividen en simples y compuestas. 
 
Las fuerzas simples tienden a producir movimiento y las compuestas tienden a 
producir distorsión (cambio de forma). 
Esfuerzo y Deformación 
- 10 - 
 
El que una fuerza o sistema de fuerzas produzcan o no deformación, dependerá 
de su intensidad, de las propiedades del cuerpo, del tiempo y de su situación. 
 
Las fuerzas compuestas que consisten en dos fuerzas actuando en sentidos 
contrarios sobre la misma línea recta de acción se dividen en tensiónales, 
cuando son divergentes; y compresivas o compresionales cuando convergen 
hacia el cuerpo. 
 
Cuando dos fuerzas actúan en sentido contrario a lo largo de dos rectas 
paralelas constituyen lo que se llama un par de fuerzas. Estas fuerzas 
compuestas pueden ser aun más complicadas como en el caso de dos pares de 
fuerzas representadas esquemáticamente en la (fig.2.1), cuando se rebasa el 
límite plástico de los materiales rocosos se tiende a producir cizalla (torsión). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.1.- Esquema que muestra los diferentes tipos de fuerzas de superficie 
(Tomado de http://Web.usal.es/-gabi/apuntes. Curso 2002/20003). 
 
 
2.3.- Unidades de Fuerza. 
 
En el sistema de unidades Inglés e internacional, la fuerza no es una unidad 
fundamental, la unidad fundamental es la masa (gr y Kg respectivamente). La 
unidad de Fuerza en cada uno de estos sistemas se define respectivamente 
como: la fuerza que es necesario aplicar a un cuerpo de masa con una unidad 
para que adquiera una aceleración igual a una unidad de longitud por cada 
unidad de tiempo elevada al cuadrado, por lo que, desde el punto de vista 
matemático la fuerza se puede expresar como: 
 
 F = m۰a, donde: F = fuerza, m = masa, a = aceleración. 
Fuerza simple.
Fuerza compuesta tensional.Fuerza compuesta compresiva.
Par de fuerzas (cizalla).
Fuerza compuesta torsional
(cizalla).
http://web.usal.es/-gabi/apuntes
Esfuerzo y Deformación 
- 11 - 
 
En el sistema Inglés (c g s) la unidad de fuerza es la dina. 
 
 1 dina = 1 gr cm / s² 
 
En el sistema internacional (S I ó M K S) la unidad de fuerza es el newton (N). 
 
 1 N = 1Kg m / s² 
 
En el sistema técnico o terrestre, la fuerza es una unidad fundamental a 
diferencia de los dos anteriores. 
 
1 Kilo Fuerza u Kilopondio: Se define como la fuerza con la cual la Tierra atrae 
a un cuerpo cuya masa es de 1 Kgf (en el sistema internacional). La cual le haría 
adquirir una aceleración de 9.81 m/s² si cayera libremente en el vacío. 
 
La equivalencia en el sistema inglés es la siguiente: 1 Kilo Fuerza = 9.81 N. Esto 
es debido a que un newton es la fuerza necesaria para someter una masa a una 
aceleración de 9.81 m/s². La masa es una unidad secundaria en el sistema 
técnico. 
 
2.4.- Esfuerzo. 
 
Se define como la fuerza por unidad de superficie que soporta ó se aplica sobre 
un cuerpo, es decir es la relación entre la fuerza aplicada y la superficie en la 
cual se aplica. 
 
Una fuerza aplicada a un cuerpo no genera el mismo esfuerzo sobre cada una 
de las superficies del cuerpo, pues al variar la superficie varia la relación fuerza / 
superficie, lo que comprende el esfuerzo. 
 
2.4.1.- Unidades de Esfuerzo. Las unidades de esfuerzo se definen como la 
unidad de fuerza en cada sistema dividida por la unidad de superficie. 
 
En el sistema ingles se utiliza el baria como unidad para expresar la magnitud 
del esfuerzo 
 1 baria = 1 dina / cm². 
 
Esta unidad representa un esfuerzo demasiado pequeño para ser utilizado en 
geología, por lo que se usan generalmente múltiplos denominados bar y Kilobar. 
 
 1 bar = barias 
 1 Kbar = 10³ bars = barias. 
En el sistema internacional, la unidad fundamental es el Pascal (Pa): 
 
 1 pascal = 1 newton / m². 
 
Esta unidad también es demasiado pequeña por lo que generalmente se utilizan 
sus múltiplos megapascal y gigapascal: 
Esfuerzo y Deformación 
- 12 - 
 
 1 Mpa = Pa. 
 1 Gpa = Pa. 
Calculando: 1 Pa = 10 barias, 1 Mpa = 10 bars, y 1 Gpa = 10 Kbars. 
 
Una unidad de esfuerzo utilizada comúnmente es la Atmósfera, que se define 
como el esfuerzo ejercido sobre su base por una columna de mercurio a 76 cm 
de altura, que equivale a 1.033 kilos fuerza por cada centímetro cuadrado. 
 
 1 Atm = 1.033 kilos fuerza / cm². 
 
Corresponde aproximadamente a la presión media sobre el nivel del mar, su 
equivalencia es la siguiente: 1 Atm = 1.0337 Barias. Que son aproximadamente 
a 0.1 Mpa. 
 
2.4.2.- Tipos de esfuerzo. En geología nos interesan los esfuerzos que se 
aplican a las rocas, como por ejemplo las que se asocian a las fuerzas de 
gravedad y los que son causados por fuerzas independientes a la masa del 
cuerpo en cuestión, es decir, fuerzas de superficie, como las que se originan por 
actividad tectónica. 
 
La gravedad crea el esfuerzo llamado presión litostatíca. Que es el esfuerzo que 
sufre determinado punto en el subsuelo debido al peso de las rocas que le 
sobreyacen, de tal modo, que solo tiene una componente vertical. 
 
En comparación con la presión hidrostática en los líquidos, la cual es igual al 
esfuerzo creado por la columna de líquido que hay encima de un punto del 
mismo; esta presión hidrostática se manifiesta con igual intensidad en todas las 
direcciones, bajo estas condiciones se genera el fenómeno de compresión 
global. La presión litostatica (P) se calcula mediante la fórmula: 
 
 
 P =  g z 
 
 
Donde () es la densidad media de las rocas que se encuentran por encima del 
punto, (g) el valor de la aceleración de la gravedad y (z) la profundidad. En la 
figura 2.2, se ilustra la variación geométrica de los componentes de la fuerza al 
ser aplicada sobre alguna superficie inclinada. 
 
De la figura 2.2, se deduce que una fuerza de superficie (F), actuando sobre 
diferentes planos crea diferentes esfuerzos. El esfuerzo que esa fuerza produce 
sobre la superficie (S) perpendicular a ella, es (Es) y el producido sobre otra 
superficie (S¨) que forma con la fuerza un ángulo () es (Es¨), dado que el 
esfuerzo es la relación entre la fuerza y la superficie sobre la que actúa, 
 
Es = F / S. La fuerza F puede expresarse en función del esfuerzo que actúa 
sobre S; expresándose como: F = Es ۰ S. 
Esfuerzo y Deformación 
- 13 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.2.- Esfuerzo que actúa sobre una superficie inclinada. 
(Tomado de http://Web.usal.es/-gabi/apuntescurso, 2002/ 
/2003). 
 
El esfuerzo que actúa sobre S¨, puede ahora, expresarse en función del que 
actúa sobre S, por lo que se puede expresar como: 
 
 Es¨ = Es S / S¨ pero dado que: sen  = S / S¨ puede escribirse que: 
 
 Es¨ = Es sen Ө. (2.2) 
 
Obsérvese que F es máximo cuando Ө = 90º y nulo cuando Ө = 0º. 
 
2.4.3.- Componentes del esfuerzo. Los esfuerzos originados por fuerzas de 
superficie son también magnitudes de tipo vectorial que se pueden descomponer 
y componerse como tales. En el caso general, un vector esfuerzo que actúa 
sobre un plano lo hace en forma oblicua a él. Un esfuerzo que actué 
perpendicularmente a un plano se denomina esfuerzo normal, y uno que actué 
paralelamente a un plano se denomina esfuerzo de cizalla. 
 
Un vector de esfuerzo oblicuo ¨n¨ puede descomponerse en uno perpendicular 
al plano y otro paralelo a él (Fig. 2.3). Esta descomposición da lugar a las 
componentes del esfuerzo que se llaman, respectivamente normales y de cizalla, 
denotándose con las letras griegas sigma (σ) y tau (τ) Respectivamente. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.3.- Esquema en el que se indican los componentes del 
esfuerzo (Tomada de http://Web.usal.es/-gabi/apuntes,curso 
2002/2003). 
 
El esfuerzo normal (σn) es el que tiende a comprimir o separar (según sea 
compresivo o tensiónal), las dos partes del cuerpo que quedan a ambos lados 
del plano sobre b el que actúa. En cambio con el esfuerzo de cizalla, tiende a 
romper el cuerpo por ese plano, y a desplazar las dos mitades del cuerpo uno 
http://web.usal.es/-gabi/apuntescurso
Esfuerzo y Deformación 
- 14 - 
 
junto a la otra. Las componentes de un esfuerzo (E) que actúa sobre un plano 
con el que forma un ángulo, son: 
 
 σ = sen θ y τ = cos θ 
 
En el caso de la Fig. 2.2. El esfuerzo (Es) que actúa sobre la superficie (S) solo 
tiene componente normal. 
 σ = Es, y τ = 0 
 
2.4.4.- Estado de esfuerzo, el tensor de esfuerzo y el elipsoide de esfuerzo. 
Se define como estado de esfuerzo al conjunto de los infinitos vectores esfuerzo 
que actúan sobre los infinitos planos que pasan por un punto en un instante 
dado. Esto no es ya una magnitud vectorial, sino una cantidad física compuesta 
de una infinidad de vectores y se denominan tensor de segundo orden. 
 
Los tensores son cantidades físicas que expresan diferentes cosas. Los tensores 
de orden cero, representan escalares. Los de primer orden representanvectores 
en el espacio. Donde el modulo expresa la intensidad y dos argumentos ó 
ángulos que forma con dos de los ejes coordenados en el espacio. Los tensores 
de segundo orden generalmente representan infinitos vectores y expresan una 
propiedad que permite establecer una relación entre dos vectores. Normalmente, 
un tensor de segundo orden necesita de 9 cantidades o componentes para ser 
definido. Para definir espacialmente al tensor de esfuerzo se eligen los tres 
planos perpendiculares a cada uno de los tres ejes cartesianos de coordenadas, 
y se escogen en cada plano tres componentes del vector esfuerzo que actúa 
sobre él: la componente normal y dos componentes de cizalla que actúan según 
las direcciones paralelas a los ejes de coordenadas paralelas al plano (Fig. 2.4). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.4.- Las nueve componentes 
de un estado de esfuerzo (Tomado 
de Ramsay, J. G. 1977). 
 
 
Las componentes se denotan como (aij), donde (i) es el eje de coordenadas al 
cual es perpendicular al plano en cuestión, y (j) es el eje al cual es paralela la 
componente. El tensor de esfuerzos se expresa entonces como: 
 
Esfuerzo y Deformación 
- 15 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para las componentes de cizalla; aquellas en las que (i) es distinto de (j) se 
denotan a menudo con la letra (τ). Las componentes se expresan solo por su 
intensidad, ya que en el Elipsoide de esfuerzos las orientaciones son fijas y 
cada una es paralela a los esfuerzos principales y cada uno de estos, es 
perpendicular entre sí. Y las direcciones que estos poseen son las direcciones 
principales. 
 
Los valores mayor, intermedio y menor de esfuerzo, son representados en la (fig. 
2.5), por: los ejes σ1, σ2 y σ3, respectivamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.5.- Un Elipsoide de esfuerzo triaxial y sus planos principales 
(Tomado de Ramsay, J. G. 1977). 
 
Los planos principales son perpendiculares entre si y contienen a los ejes del 
elipsoide por donde actúan los esfuerzos principales. En estos planos nunca 
suceden esfuerzos de cizalla. Si hacemos los ejes coordenados paralelos a los 
ejes del elipsoide el tensor de esfuerzos se reduce a: 
 
 
 
 
 
 
Pues las componentes de cizalla son cero en este caso. La magnitud y 
orientación de los esfuerzos principales caracterizan completamente el estado 
de esfuerzo. 
 
2.4.5.- Clases de estados de esfuerzo. Los estados de esfuerzo se clasifican 
en: uniaxial, biaxial y triaxial, en función de que dos, uno ó ninguno de los 
esfuerzos principales sea cero. 
 
2.4.5.1.- Estado de esfuerzos uniaxial.- Sólo existe un esfuerzo principal. La 
figura geométrica que lo representa es un par de flechas de igual magnitud y 
sentidos opuestos. 
 
Esfuerzo y Deformación 
- 16 - 
 
2.4.5.2.- Estado de esfuerzos biaxial.- Sólo existen dos esfuerzos principales, 
por ejemplo σ1 y σ2. La figura que los representa en este caso es, en el caso 
general una elipse, formada por las puntas de todos los vectores, si éstos son 
tensiónales, ó por el extremo de las colas si estos son compresivos (Fig.2.6). 
 
Si σ1 = σ2, la figura es una circunferencia, si σ1 es compresivo y σ2 tensiónal, 
entonces la figura que une las puntas ó las colas, no es una elipse y no puede 
hablarse de elipse de esfuerzos en este caso. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2..6.- Elipses de esfuerzos en dos dimensiones, generados por 
las puntas o colas de vectores que actúan sobre los infinitos 
planos que pasan por un punto en un instante dado (Tomado de: 
Ramsay, J.G. 1977). 
2.4.5.3.- Estado de Esfuerzos Triaxial.- Existen tres esfuerzos principales σ1, 
σ2, σ3 diferentes de cero. La figura que representa en este caso particular es un 
elipsoide, salvo que σ1 sea compresivo y σ2 tensiónal, en cuyo caso no puede 
hablarse de elipsoide de esfuerzo, aunque sí de estado y de tensor de esfuerzos. 
Los esfuerzos triaxiales son los comunes en la naturaleza y se subdividen en 
poliaxiales, axiales e hidrostáticos. 
2.4.5.4.- Estado de Esfuerzo Poliaxial.- σ1 > σ2 > σ3. Los tres esfuerzos 
principales son diferentes y la figura que lo representa es un elipsoide de tres 
ejes (fig. 2.5). 
 
2.4.5.5.- Estado de Esfuerzo Axial.- σ1 = σ2, ó bien σ2 = σ3, dos de los 
esfuerzos principales son iguales y la figura que lo representa es un elipsoide de 
revolución, cuya superficie es generada girando una elipse al rededor de sus 
ejes, en este caso hay infinitos planos principales: el perpendicular al eje de 
evolución y todos los que lo contienen. 
 
2.4.5.6.- Estado de Esfuerzo Hidrostático.- σ1 = σ2 = σ3, los tres esfuerzos 
principales son iguales y la figura que lo representa es una superficie esférica. 
Este estado se da en fluidos en reposo, no hay ningún plano sometido a 
esfuerzos de cizalla, ya que los fluidos oponen poca resistencia a los esfuerzos. 
Para entender los procesos naturales de deformación y transformación que 
sufren los materiales sedimentarios después de ser depositados en depresiones 
de la corteza terrestre, ya sea en el fondo marino, lechos de lagos, lagunas, 
ríos, deltas, pantanos, bordes de los continentes etc. Los cuales al ser 
depositados y sepultados sucesivamente por materiales de igual ó diferente 
Esfuerzo y Deformación 
- 17 - 
 
naturaleza, ya sean clásticos, carbonatados o una alternancia de ambos, van 
experimentando cambios debidos a la presión litostatica, y a otros procesos 
geológicos, por ejemplo los diagenéticos y el microfracturamiento. 
 
En ocasiones, dentro de estas secuencias de depósitos se encuentra intercalada 
la materia orgánica constituida principalmente por restos de plantas y 
organismos, que posteriormente de ser sepultados junto con los sedimentos 
sufren procesos de transformación o diagéneticos, que resultan claves en la 
generación de los hidrocarburos, en donde la presión y la temperatura son 
factores importantes a considerar. 
 
2.4.6.- Origen de los esfuerzos. Para entender el desarrollo de las estructuras 
geológicas como las fracturas, es necesario tomar en cuenta varios aspectos, 
comenzando con la idea que tanto el interior como en el exterior del planeta, los 
materiales pétreos se encuentran sujetos a una continua dinámica o movimiento 
debido a muchos factores, dentro de los cuales podríamos mencionar: 
 
Que la Tierra dentro del Sistema Planetario Solar sufre los efectos físicos 
naturales (fuerzas gravitatorias, de radiación, centrífugas, de impacto o colisión, 
magnéticas, etc.), fuerzas que se producen y afectan a los planetas dentro de sus 
respectivas trayectorias u orbitas. Estas fuerzas se manifiestan con la intensidad 
de la luz solar, la atracción de la gravedad, el efecto de las mareas, el impacto 
de meteoritos etc. 
 
En el análisis de las fuerzas se debe tomar en cuenta que al inicio, en el origen 
del planeta, este pudo haber empezado siendo una masa de materia 
heterogénea y no diferenciada, la cual ha estado evolucionando y 
transformándose, siendo evidente que actualmente la Tierra posee una dinámica 
muy activa tanto en las capas internas como externas. Lo que trae como 
consecuencia la deformación constante de los materiales de la corteza terrestre, 
provocada por los mecanismos de movimiento de las placas tectónicas, asociado 
a las corrientes de convección del magma en el manto superior que provocan la 
expansión del piso oceánico con la consecuente subducción y choque entre 
placas, en otros sitios; esta dinámica provoca el vulcanismo, la sismicidad, el 
levantamiento de cordilleras, el movimiento de los continentes, los ajustes 
corticales por Isostasia. etc. 
 
La composición y diferenciación o disposición de los elementos minerales que 
constituyen el planeta, dentro de los cuales contamos con los que poseen 
densidades mayores y que por acción de la gravedad son atraídos al centro del 
planetay los de inestabilidad nuclear o radiactivos, son generadores de la 
energía que mantiene las elevadas temperaturas en el interior del planeta y por 
consiguiente la permanencia del estado liquido o plástico en los materiales de 
algunas capas del subsuelo, como se muestra esquemáticamente en la figura 2..7. 
 
Debido a los efectos generados por las fuerzas centrífugas naturales que han 
sido desarrolladas por el movimiento de la masa de la Tierra sobre sus 
trayectorias de traslación y rotación, se facilitó el desarrollo de la atracción 
molecular entre los elementos de la masa del protoplaneta, provocando que esta 
materia se fuera homogeneizando hasta llegar a cierto grado de equilibrio, donde 
Esfuerzo y Deformación 
- 18 - 
 
los elementos componentes actualmente han llegado a tener una marcada 
diferenciación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura .2.7.- Esquema de las capas concéntricas del interior de la Tierra. Estas 
se presentan en varios estados físicos que van desde sólido, líquido y gas. 
Incluyendo los núcleos, los mantos, las cortezas oceánica, y continental, la capa 
liquida (mares, lagos, ríos) (Tomado de http://www. 
ivciclouniversitario.blogspot.com 2004). 
 
Basándose en estudios geofísicos se ha deducido cual es la distribución de los 
elementos y minerales en el interior del planeta, los cuales configuran su 
estructura interna, en donde los minerales más pesados de naturaleza férrica se 
acomodaron al centro o núcleo y subsecuentemente se dispusieron capas 
concéntricas de minerales más ligeros hacia la superficie del planeta, contando 
a las capas externas, la hidrosfera y la atmosfera, donde las fuerzas de atracción 
causadas por el campo gravitatorio del planeta se disipan. El campo es 
generado por la naturaleza electromagnética de los minerales férricos que en su 
mayoría componen los núcleos de la masa terrestre. 
 
En la tabla 2.1 se muestran los espesores promedio y los estados físicos de las 
principales capas internas de la Tierra. 
 
http://www.earth-pages.com/
http://www.earth-pages.com/
Esfuerzo y Deformación 
- 19 - 
 
Tabla. 2.1.- Profundidad y estado físico de las capas internas de la 
Tierra (Tomado de http://www.earth-pages.com. 2004). 
 Capa interna Espesor aproximado Estado físico 
 Corteza 7-70 km Sólido 
 Manto superior 650-670 km Plástico 
 Manto inferior 2.230 km Sólido 
 Núcleo externo 2.220 km Líquido 
 Núcleo interno 1250 km Sólido 
 
Es importante considerar la relativa juventud del planeta en términos geológicos, 
± 4500 Ma, de edad obtenida de fechamientos realizados en rocas cratonicas de 
diferentes regiones del mundo. Quizá esta juventud geológica sea una razón por 
la cual aun continúan los procesos magmáticos en el interior del planeta. 
 
La generación de reacciones nucleares, es otro factor considerable por el cual se 
mantienen aun calientes y en estado fluido las capas del interior del planeta. Se 
ha deducido que entre estas capas fluidas es muy probable que se genere un 
efecto de transferencia de calor en los magmas del manto superior, formando lo 
que se conoce como corrientes de convección del magma, lo cual se considera 
como la causa generadora de la expansión del fondo oceánico, de la actividad 
magmática, sísmica y volcánica. 
 
Sobre el manto superior descansa la corteza terrestre, la cual se puede dividir en 
las denominadas cortezas continental y oceánica, las cuales a su vez están 
segmentadas en placas, las cuales incluyen parte del manto superior. Estas 
placas se encuentran en movimiento, generado en los limites divergentes por los 
procesos de creación, expansión y subducción del fondo oceánico, siendo 
producidos estos por los movimientos de convección en el manto superior, lo cual 
genera una expansión aproximada del fondo oceánico de unos 4 a 5 cm al año 
(figura 2.8). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.2.8.- Esquema del 
proceso de expansión del 
fondo oceánico de unos 4 a 5 
cm al año, mostrando los 
cambios en la polaridad 
magnética (Tomado de 
Spalletti 2006). 
 
Esta dinámica terrestre tiene por resultado la colisión entre placas en los límites 
convergentes, que tomando en cuenta la diferencia de densidades entre ellas y 
http://www.earth-pages.com/
Esfuerzo y Deformación 
- 20 - 
 
sabiendo que las placas oceánicas son más densas que las continentales al 
chocar entre ellas, estas generan variados tipos de patrones de plegamiento, 
fracturamiento y fallamiento. Cuando chocan placas de igual densidad en el caso 
de las continentales se generan levantamientos de cordilleras tipo Himalayas, y 
cuando una placa oceánica subducciona a una continental o a otra oceánica se 
generan arcos volcánicos. La figura 2.9, ejemplifica esquemáticamente las 
principales características de los límites convergentes de placas. 
 
Fig.2.9.- Esquema que muestra las regiones convergentes de la corteza terrestre a la 
izq. Placa oceánica contra continental, al centro placa oceánica contra oceánica y a la 
derecha placa continental contra continental (Tomado de Spalletti 2006). 
 
Donde existen procesos de subducción o acreción, se desarrollan procesos de 
intrusión, vulcanismo y levantamientos de cordilleras tipo Andino. Este conjunto 
de fenómenos involucra procesos de deformación de las rocas, lo cual da lugar al 
proceso de orogénesis, que significa literalmente creación del relieve. 
 
2.5.- Causas del fracturamiento en las rocas y suelos. 
 
Tomando en cuenta los procesos mencionados anteriormente, podemos dar paso 
a deducir las razones por las cuales se genera el fracturamiento y fallamiento en 
las rocas; siendo principalmente las siguientes: 
 
+ Tectonismo es la principal causa de plegamiento, fracturamiento y fallamiento. 
 
+ Cuando existe una profunda erosión de la sobrecarga en una secuencia de 
depósitos sedimentarios que estuvieron profundamente sepultados, esto origina 
que las unidades expuestas se expandan, y se levanten, fracturándose a lo largo 
de los planos de debilidad. 
 
+ Contracción del volumen. En el caso de las rocas sedimentarias, principalmente 
se desarrolla en limos, arcillas y arenas finas que al perder agua en condiciones 
de desecación desarrollan grietas de desecación. Otro caso de pérdida de 
volumen que causa fracturamiento cuando las rocas ígneas sufren un proceso de 
rápido enfriamiento. 
 
+ Por la liberación de la presión del fluido, el cual ocurre cuando la presión del 
fluido del poro se acerca a la presión litostatica, siendo el caso de un estrato 
sedimentario geopresurizado. 
 
Esfuerzo y Deformación 
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+ Colapso por paleocarstificasión y disolución en rocas carbonatadas. 
 
+ El impacto por meteorito puede dejar un receptáculo complejo y extensamente 
brechado y fracturado, en la superficie terrestre. 
 
+ En zonas urbanas desplantadas sobre suelos blandos compresibles, debido a 
la acción antropogenica (fugas de agua, incrementos en la carga estática y 
dinámica en el suelo, extracción de agua, etc.), se desarrollan desajustes en la 
estabilidad de los suelos lo cual se manifiesta con hundimiento y agrietamiento de 
estos, y los cuales están controlados mayormente por las irregularidades del 
subsuelo, tanto paleotopográficas como estratigráficas. 
 
2.6.- Factores que permiten determinar las propiedades mecánicas del 
fracturamiento. 
 
Las principales características o condiciones, de los materiales y el medio 
ambiente donde se originan o se integran, se comentan a continuación. 
 
Las propiedades Intrínsecas, que incluyen la composición, estructura de la roca, 
tamaño del grano, cantidad de matriz, porosidad y permeabilidad de la matriz, 
espesor del cuerpo y discontinuidades previas. 
 
Las propiedades ambientales, que incluyen la presión efectiva, la diferencia entre 
las presiones confinante y del fluido de poro, tiempo (velocidad de deformación), 
la tensión diferencial y la composición del fluido de poro. 
 
Las propiedades mecánicas que están