Como determinar si una cueva está confinada a un solo miembro?
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Marius van Heiningen
E-Mail: mvh@telecentroscyl.net

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INTRODUCCIÓN.
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Seguramente hemos notado que la formación de una galería o una cueva entera, a veces se limita a ciertos estratos geológicos. Esto indica que ha habido una espeleogénesis preferencial, y debiéramos intentar averiguar su razón. Pero antes hay que aprobar si la cueva realmente está confinado a uno o unos pocos miembros. El primer paso es determinar el rumbo, el buzamiento y el grosor del miembro donde está situada la cueva (ver artículo: “Determinación del rumbo y buzamiento de un miembro.”). El segundo paso consiste en dibujar las líneas de nivel del base y del techo del miembro dentro del plano y dibujar el trazado de la base y el techo del miembro dentro del alzado de la cueva. Especialmente el trazado del miembro dentro del alzado indica claramente si la topografía de la cueva está confinado al miembro o no. En este artículo tratamos un caso real, vamos a investigar la posible confinación de la Cueva de Arvajales al miembro de Arvajales (Formación Portilla). La Cueva de Arvajales se encuentra cerca del pueblo de la Velilla de Valdoré, y actualmente está en exploración por el GETOTE. El miembro de Arvajales es un miembro relativamente grueso que consiste en su mayoría de calizas arrecifales, es decir que apenas presenta estratificación.

La figura 1 muestra las líneas de nivel de la base del miembro y algunas alturas del suelo de las galerías. Se observa que todas las alturas están por encima del base.
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LÍNEAS DE NIVEL DEL MIEMBRO EN EL PLANO DE LA CUEVA.
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Para poder dibujar las líneas de nivel, primero buscamos un punto donde la base del miembro aflora a la superficie y determinamos la diferencia en altura que existe entre este punto y la entrada de la cueva. Si la diferencia es por ejemplo 6,5 metros, se consigna a esta línea de nivel la altura –6,5 metros. Es conveniente que se busca un punto de afloramiento lo más cerca posible de la entrada de la cueva, para minimizar los posibles errores. Como antes se ha determinado el rumbo (158-338) y el buzamiento
(-38 º) de la base del miembro, se puede calcular (usando la trigonometría elemental) la distancia entre las líneas de nivel que tienen (por ejemplo) una diferencia de 10 metros. En la figura 1 se ha dibujado las líneas de nivel hasta –66,5 metros en la parte de la entrada de la Cueva de Arvajales. De algunos puntos dentro del plano se ha indicado la altura que tiene respecto a la entrada. Se puede observar que ningún punto se encuentra por debajo de la base del miembro.
Para estar seguro que la espeleogénesis se ha limitado a este miembro, también hay que investigar si los techos de la cueva se encuentran dentro del miembro. Para esto hay que dibujar las líneas de nivel del techo del miembro y compararlas con las alturas dentro de la cueva. La forma más fácil de determinar las líneas de nivel del techo es usando la altura vertical del miembro. Una vez que se sabe el buzamiento (38º) y el grosor del miembro (28 metros) se puede calcular que la altura vertical del miembro es 35,5 metros (ver artículo: “Determinación del grosor de un miembro”). Simplemente con añadir 35,5 metros a las líneas de nivel de la base (ya calculados) se obtiene las líneas de nivel del techo (figura 2). Por ejemplo, la línea de base de –6,5 metros se convierte en 29 metros y la de –46,5 metros en –11 metro. Se puede observar que ningún punto se encuentra por encima del techo del miembro.
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La figura 2 muestra las líneas de nivel del techo del miembro y algunas alturas de las galerías. Se observa de todas las alturas están por debajo del techo del miembro.
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TRAZADO DE LA BASE Y EL TECHO DEL MIEMBRO EN EL ALZADO DE LA CUEVA.
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Una vez que se ha dibujado las líneas de nivel de la base del miembro en el plano de la cueva, se puede usar para dibujar el trazado de la base dentro del alzado de la cueva. Se busca los tramos mas o menos rectos del plano y se estima la altura de la base al principio y al final de cada tramo y luego se conectan estas alturas con líneas rectas. Lo más fácil para estimar estas alturas es medir donde estos puntos se encuentran respecto a las líneas de nivel en el plano. Se notará que la inclinación de la base del miembro es más suave, cuando los tramos se acercan más al rumbo y más fuerte cuando los tramos se acercan más a la perpendicular del rumbo (figura3). El techo del miembro se dibuja paralelamente a la base, con una distancia vertical de 35,5 metros.
En la figura 3 se puede observar que ningún punto del alzado se encuentra fuera del miembro. Solo entre los puntos A y C se acerca al techo del miembro.
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La figura 3 muestra los trazados del base y del techo del miembro de Arvajales. Se observa que todo el primer sector de la Cueva de Arvajales está confinado a este miembro.
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NOTA FINAL.
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A priori, el método del trazado dentro del alzado parece mucho más claro, pero para poder dibujarlo se necesita las líneas de nivel en el plano. Además, frecuentemente muchas galerías no están representadas en un alzado, mientras que con el plano también se puede determinar su posición.
Este trabajo hay que complementarlo con medidas tomadas dentro de la cueva (aunque suele ser más complicado), porque especialmente el buzamiento de un miembro puede cambiar cuando se aleja de los puntos medidos que sirvieron para su determinación.
Hay dos situaciones en que la cueva puede pasar los límites del miembro, pero que no influyen en el confinamiento espeleogenético original:
Por hundimiento de techo y por erosión vadosa del suelo de la cueva.
En el caso de la Cueva de Arvajales, por lo menos en el sector de la entrada, la formación de las galerías se ha confinado al miembro de Arvajales. Se puede dar por seguro que esto no es una mera coincidencia., pero esto es otra historia.
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Rumbo y buzamiento
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Marius van Heiningen
E-mail: mvh@telecentroscyl.net

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INTRODUCCIÓN.
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El rumbo y el buzamiento son dos medidas que sirven para fijar la posición de un plano o una línea. En la geología los usamos normalmente para determinar la posición de los estratos, niveles, miembros y formaciones.
El rumbo o dirección es el ángulo, respecto al norte, que forma la línea de intersección del estrato con un plano horizontal. Se mide con una brújula.
El buzamiento o la inclinación máxima es el ángulo que forma el estrato con la horizontal, medido perpendicularmente al rumbo. Se mide con un clinómetro.
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EL RUMBO.
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DEFINICIÓN DEL RUMBO.

Como ya se ha mencionado, la definición del rumbo es el ángulo, respecto al norte, que forma la línea de intersección del estrato con un plano horizontal. La figura 1 muestra un plano inclinado ABCD, donde la línea roja es la intersección con la horizontal. El ángulo a entre esta línea roja y el norte es el rumbo. La flecha azul está perpendicular sobre la línea roja e indica la dirección del buzamiento.

La figura 1 muestra un plano ABCD y su intersección con la horizontal (línea roja). El ángulo a es el rumbo y la flecha azul muestra la dirección del buzamiento.
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MEDIR EL RUMBO CON LA MANERA CLÁSICA.
Es fácil medir el rumbo en terrenos horizontales con buenos afloramientos. Entonces se sitúa sobre el afloramiento del estrato y simplemente se mira con la brújula en la dirección hacia donde va el estrato, es decir paralelo a los estratos. Por ejemplo, en un plano geológico de un terreno horizontal, los bordes de las formaciones coinciden con el rumbo (figura 2).

La figura 2 muestra el rumbo de una formación de caliza en un terreno horizontal.
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Sin embargo, es mucho más frecuente encontrarnos con estratos que suben o bajan por pendientes, al final y al cabo la mayoría de los afloramientos suelen estar en la montaña. Entonces la forma más clásica de medir es buscar un plano representativo del estrato y medir con la brújula del geólogo. Lo normal es que esta brújula tiene una tapa que se coloca junto al plano del estrato y que la parte que contiene la brújula se puede colocar horizontalmente. Para los espeleólogos este método tiene dos inconvenientes: la primera es que no suelen usar brújulas geológicas (estas son muy bastas para medir direcciones en cuevas, y como mucho tienen una precisión de unos 2 grados), y la segunda razón es que los estratos raramente son completamente planos, con frecuentes deformaciones locales que puede hacer variar bastante los valores de las medidas individuales. Para solucionar este problema no queda más remedio que tomar varias decenas de medidas y calcular la media.
Aunque uno tiene una brújula de geólogo, el método es trabajoso. Sin embargo existe otra manera de medir el rumbo con 2 ventajas: se realiza en una sola vez y es más precisa, y además se hace con la brújula y clinómetro de espeleología.
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MEDIR EL RUMBO CON BRÚJULA Y CLINÓMETRO DE ESPELEOLOGÍA.
Primero se busca un estrato que lateralmente es bien visible sobre una distancia considerable, por ejemplo la base de un miembro masivo. Entonces se coloca la cabeza a la altura de la base de este miembro (punto A en figura 3) y con el clinómetro se busca un punto de la base del mismo miembro que se encuentra exactamente a la misma altura (punto B). Es decir que el clinómetro se coloca completamente horizontal (inclinación de 0 grados). Naturalmente el punto B se suele encontrar al otro lado de un hundimiento topográfico, como por ejemplo un valle (figura 3).

La figura 3 muestra la línea que conecta 2 puntos de la base de un miembro, que tienen exactamente la misma altitud. La dirección de la línea es el rumbo.
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A continuación se mide con la brújula la dirección desde el punto A hasta el punto B. El valor de la medida es el rumbo entre los 2 puntos. Lo que realmente hemos hecho es buscar otro punto del mismo estrato en la horizontal y medir su dirección, lo que justamente es la definición del rumbo.
El rumbo se suele indicar con el ángulo más pequeño que tiene con el norte, por ejemplo 60 grados en lugar de 240 grados. Sin embargo, como una línea tiene dos direcciones también se puede indicar con los dos valores, por ejemplo 60-240. Lógicamente la diferencia entre ambos valores siempre es 180 grados.
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EL BUZAMIENTO.
El buzamiento se mide mejor con el clinómetro espeleológico que con la combinación brújula/clinómetro geológica. La manera de medir el buzamiento es la siguiente:Se busca un plano de estrato y se coloca el clinómetro con la parte de arriba o con la parte de abajo, según la situación (figura 4), paralelo al plano del estrato. Es importante de medir la máxima inclinación, que es la inclinación perpendicular al rumbo. Por este razón normalmente primero se determina el rumbo. Si uno tiene ayuda y una tabla recta, también se puede colocar la tabla sobre el plano y medir a lo largo de la tabla (figura 5).

La figura 4 muestra las dos maneras de medir el buzamiento.
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Con un poco de práctica, hasta una sola persona puede realizar esta maniobra con la tabla. Por razón de las variaciones locales ya mencionadas es aconsejable de tomar unas cuantas medidas, preferiblemente unas docenas. En las figura 4 y 5 la línea azul representa la horizontal, la línea roja la inclinación de los estratos y el ángulo i es el valor del buzamiento.

La figura 5 muestra la forma de medir el buzamiento con ayuda de una tabla.
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MÉTODO ALTERNATIVO DE DETERMINACIÓN DEL BUZAMIENTO USANDO LA INCLINACIÓN APARENTE.
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A veces es difícil de encontrar buenos planos de estratos, lo que complica la determinación del buzamiento. En este caso puede ser posible de usar un método alternativo. Busca una pared con la estratificación visible y determina la dirección de esta pared y la inclinación que se observa en esta pared. Esta inclinación se llama inclinación aparente (Ia) porque no es la máxima inclinación. En la figura 6 la línea roja representa la dirección de la pared. La línea azul es paralelo a la dirección de la pared (también horizontal) y muestra la inclinación aparente. El único dato que nos hace falta para calcular el buzamiento de la estratificación es el rumbo de la estratificación, cuyo método de determinación ya se ha explicado.

La figura 6 muestra una pared y una inclinación aparente (Ia) de la estratificación. La línea roja representa el rumbo de la pared.
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MÉTODO ALTERNATIVO DE DETERMINACIÓN DEL BUZAMIENTO.
En la figura 7A se puede ver un pirámide UXZY (base UXZ y cumbre Y) donde el plano XYZ representa la pared con la estratificación, dibujado en la misma posición que en la figura 6 (para evitar confusión). Las líneas verdes representan el rumbo de la formación (ya determinado)
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Lo que ya se sabe es:
ZX es la dirección (rumbo) de la pared.
ZU es el rumbo de la formación.
YZ representa los estratos con una inclinación aparente.


La figura 7 muestra la pirámide UXZY y los triángulos rectángulos correspondientes, ver el texto para detalles.
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La figura 7B muestra el triángulo XYZ, donde ZX representa la dirección de la pared y
YZ los estratos. También muestra el ángulo de inclinación aparente (Ia) Si suponemos que XY es 1, se puede calcular XZ con el tangente (el ángulo Z también es Ia por ser ángulos zeta).
Se ha calculado XZ.
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La figura 7C muestra un triángulo UXZ (base de la pirámide), donde ZX representa la dirección de la pared y ZU el rumbo de la formación. Como se ha medido ambos se puede calcular el ángulo Z. Sabiendo XZ y el ángulo Z se puede calcular UX con el seno.
Se ha usado ZX para calcular UX.
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La figura 7D muestra el triángulo UXY, donde UX está perpendicular sobre el rumbo (de la formación) y por lo tanto YU representa los estratos de máxima inclinación.
Entonces el ángulo I entre UY y la horizontal es el buzamiento que se busca.
En la figura 7D el ángulo I es igual al ángulo U (ángulos de zeta).
Sabiendo XY y UX se calcula el ángulo Z (tangente), lo que es el buzamiento.
Se ha usado UX para calcular el buzamiento.
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EJEMPLO.
Vamos a calcular un ejemplo con los siguientes datos:
Rumbo ZX de la pared: 120 grados (dirección XZ es 300 grados).
Inclinación aparente: 30 grados.
Rumbo ZU de la formación: 75 grados.
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Según la figura 7B:
El ángulo Z es 30 grados.
YX es 1
Tan Z = YX : XZ
Por lo tanto: tan 30 = 1 : XZ
Pues: XZ = 1,732
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Según la figura 7C:
El ángulo entre ZU (75 grados) y ZX (120 grados) son 45 grados.
Pues el ángulo Z = 45 grados.
Seno X = UX : ZX
Seno 45º = UX : 1,732
UX = seno 45 *1,732 = 1,225
UX = 1,225
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Según la figura 7D:
Tan Z = XY : UX
Tan Z = 1 : 1,225
El ángulo Z = 39 grados
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El buzamiento es 39 grados.
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RESUMEN.
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Este artículo trata de explicar de cómo determinar el rumbo y el buzamiento de los estratos con el material de que disponen los espeleólogos, es decir un clinómetro y una brújula. El método más adecuado de determinar el rumbo es la siguiente: Desde un cierto estrato (punto A) se busca un punto correspondiente al mismo estrato y que se encuentre a la misma altura (punto B). Esto se consigue colocando el clinómetro en posición horizontal. A continuación se mide el rumbo del estrato con la brújula, apuntando al punto B desde el punto A.
El buzamiento se mide colocando el clinómetro paralelo a los estratos. Un método más exacto es realizar la misma medida con ayuda de una tabla.Si por falta de buenos planos de estratificación no es posible de medir el buzamiento, se puede buscar una pared con estratos visibles. La inclinación de estos estratos no es la máxima inclinación, y se llama la inclinación aparente. Midiendo el rumbo de la estratificación, el rumbo de la pared y la inclinación aparente se puede calcular el buzamiento. Este mismo método también se puede aplicar para determinar la inclinación aparente de un nivel o un miembro, pues no es muy difícil de imaginar un miembro como una estratificación a escala mayor
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Espeleogénesis y técnicas de geología

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Determinación del grosor de un miembro.
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Marius van Heiningen

e-mail: mvh@telecentroscyl.net

INTRODUCCIÓN.

Una formación geológica es una unidad que existe de rocas con unas características litológicas comunes, que las diferencian de las adyacentes. Una formación geológica se puede subdividir si existen subunidades bien diferenciadas, estas subunidades se llaman miembros. Los miembros se pueden subdividir en niveles (a veces llamados capas, especialmente cuando se trata de carbón).
Dentro de una formación de caliza la espeleogénesis frecuentemente está limitada a uno u algunos miembros. Si queremos averiguar si la formación de una cueva realmente se limita a un cierto miembro o no, tenemos dos opciones. La primera es realizar observaciones dentro de la cueva. Esto es un aspecto que deberíamos hacer siempre, pero a menudo la estratificación es muy obscurecida y es muy difícil de sacar conclusiones claras.
La segunda es proyectar las líneas de nivel de la base y del techo del miembro sobre el plano de la cueva, y mirar si los datos de altitud en el plano coincidan o no. Es decir, si un punto medido se encuentra entre la base y el techo, entonces esta galería está dentro del miembro. Para poder proyectar las líneas de nivel sobre un plano, o para poder dibujarlas en un alzado, hace falta saber el grosor del miembro.

DETERMINACIÓN DEL GROSOR DE UN MIEMBRO.

Como ejemplo usamos unos datos que he recogido esta tarde (23-12-2008), es decir un caso real. La situación es la siguiente: Hay un pendiente con un ángulo a con la horizontal, los estratos inclinan montaña adentro con un ángulo b y la estratificación aflora prácticamente horizontal (figura 1).

Figura 1 muestra la situación de pendiente, estratos y ángulos.

OBTENER LAS MEDIDAS.
Primero se determina la distancia entre la base y el techo del miembro, midiéndola paralelo a la superficie. Lo mejor es medir con una cinta métrica o con un medidor láser.
Sin embargo, esta tarde el medidor láser era completamente inútil, porque el puntito rojo ya era invisible a muy poca distancia (por culpa del sol). A final tuve que usar un método alternativo que se explica más adelante.
Segundo se determina el ángulo a del pendiente, no olvides de poner la altura de los ojos al ras del suelo, y el ángulo b de la estratificación. Para determinar la inclinación de la estratificación es mejor tomar unas cuantas medidas y calcular la media. En este caso la distancia paralelamente a la superficie es 26,2 metros, el ángulo a de la pendiente es 35 grados y la inclinación b de los estratos es 30 grados (figura 2).

La figura 2 muestra la distancia paralela y los ángulos a (35º) y b (30º).

UN POCO DE TRIGONOMETRÍA ELEMENTAL.
El grosor de una formación, miembro o capa, se mide perpendicular a la base y el techo y en la gran mayoría de los casos también perpendicular a la estratificación. Ahora podemos dibujar un triángulo rectángulo donde la hipotenusa representa la distancia paralela a la superficie y el cateto adyacente el grosor del miembro, separados por un ángulo c (figura 3). En la figura 3 también se puede ver que 180º = a + c+ 90º + b. Como a y b son conocidos podemos calcular que c = 25º. La combinación de hipotenusa y cateto adyacente nos indica que tenemos que usar el coseno.

cos c = cateto adyacente dividido por la hipotenusa.

Ahora podemos rellenar los valores que ya sabemos y obtenemos:

cos 25º = grosor miembro : 26,2

Pués: el grosor del miembro = 26,2 * cos 25º = 23,7 metros

De este modo podemos calcular el grosor de todos los miembros y capas o incluso de la formación entera.

La figura 3 muestra el grosor del miembro.

DETERMINACIÓN DEL DESNIVEL ENTRE BASE Y TECHO DEL MIEMBRO.
Porque nos puede interesar el grosor de un miembro?
Porque con el grosor del miembro y la inclinación de los estratos se puede calcular la diferencia vertical entre la base y el techo (el desnivel), lo cual es necesario para poder dibujar las líneas de nivel.

OTRO POCO DE TRIGONOMETRÍA ELEMENTAL.
Una vez obtenido el grosor se puede dibujar otro triángulo rectángulo con un ángulo d2 cuyo cateto opuesto es el grosor del miembro y donde la hipotenusa representa el desnivel vertical (figura 4). Como a + d1 = 90º, entonces d1= 60º. La figura 4 muestra que d1 y d2 son ángulos en zeta y por lo tanto son iguales. La combinación de hipotenusa y cateto opuesto nos indica que tenemos que usar el seno.

sen d = cateto opuesto dividido por la hipotenusa.

Ahora podemos rellenar los valores que ya sabemos y obtenemos:

Sen 60º = 23,7 : desnivel

Pués el desnivel = 23,7 : sen 60º = 27,4 metros.

Además, el grosor de un miembro o de una formación a menudo es muy constante lateralmente. Es probable que a cierta distancia la inclinación de los estratos es diferente pero el grosor del miembro sigue siendo el mismo. En este caso solo tenemos que medir la inclinación y repetir el último cálculo

La figura 4 muestra el desnivel entre la base y el techo del miembro.

MÉTODO ALTERNATIVO.

Aquí se describe un método alternativo para calcular la distancia entre la base y el techo del miembro, paralelo a la superficie. Este método funciona si se dispone solo de un clinómetro. Primero se determina el desnivel entre la base y el techo. Se pone con los pies a la altura de la base del miembro y con el clinómetro se busca un punto que se encuentra exactamente a la misma altura que los ojos ( a 0 grados de inclinación) y donde luego se puede poner los pies. Una vez que estamos de pie sobre este punto, repetimos el proceso hasta llegar al techo del miembro. El último tramo se puede aproximar o medir. El desnivel total es igual a la cantidad de mediciones multiplicado por la altura de los ojos más el último tramo (figura 5).
Cuando se realiza las operaciones siempre hay que ponerse del mismo modo y lo más recto posible para que la altura de los ojos sea constante. La altura de los ojos se puede determinar tranquilamente en casa.
Si representamos la situación con un triángulo rectángulo (figura 6), entonces se ve que lo que queremos saber es la hipotenusa y que se calcula con el seno.

La figura 5 muestra el modo de determinar los tramos a la altura del ojo. Con el clinómetro completamente horizontal. La figura 5 no está dibujada a la misma escala que la figura 6, eso porque el hombrecillo se hubiera quedado todavía más pequeño.

La figura 6 muestra el triángulo rectángulo con lo cual se puede calcular la distancia paralela.

sen a = cateto opuesto : hipotenusa

sen 35º = desnivel : distancia paralela

distancia paralela = desnivel : sen 35º

distancia paralela = 15,0 : sen 35º = 26,2 metros.

De este modo hemos conseguido averiguar la distancia paralela a la superficie, incluso faltando una cinta métrica o medidor láser. Lo malo es que este método puede tener (bastante) más error, especialmente cuando no se encuentran buenos sitios donde poner los pies. Lo bueno es que lo puede hacer una sola persona.