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DEFINICIONES BÁSICAS:

Macizo rocoso: Forma en la que se presentan las rocas en el medionatural. Un macizo rocoso está compuesto por una o varias rocas(litotipos) que a su vez contiene diversas discontinuidades: planos deestratigraficación, fallas, juntas, pliegues y otras caracteristicasestructurales. Los macizos rocosos son por tanto discontinuas y puedenpresentar propiedades heterogéneas y/o anisotropías.

Esfuerzo (stress): es la cantidad de fuerza que actúa sobre una unidadde roca y que como resultado de su acción la roca cambia de forma y/ovolumen.

Los esfuerzos pueden ser originados por diversas causas (presiónconfinante, compresión, tensión y cizalla).

Deformación (strain): es el cambio de forma y/o de volumen de unaunidad de roca causada por el esfuerzo (es el efecto en la roca delesfuerzo aplicado).

La deformación es un efecto de la intensidad del esfuerzo, de talforma puede ser elástica, frágil ó dúctil. 2

TIPOS DE DEFORMACION

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Deformación elástica:Aquélla en la que los cambios son reversibles, antes de llegar el

límite elástico), una vez sobrepasado las rocas se deformanplásticamente o se fracturan.

Deformación plástica ó dúctil:Los cambios son permanentes y como la roca “fluye” en esta

deformación, se forman pliegues (arrugas) en la roca. Sucede cuando losesfuerzos son lentos y continuos.

Deformación frágil ó quebradiza:Los cambios son permanentes. Sucede cuando los esfuerzos son

rápidos y/o muy intensos y como consecuencia la roca se rompe. Seforman fallas (rupturas con desplazamiento) y fracturas (rupturas sindesplazamiento) en la roca.

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TIPOS DE ESFUERZO

Son causas de deformación los esfuerzos debidos a:

La presión confinante: Una columna de rocas de una región aplasta unaunidad de roca).

Esfuerzos compresivos: Son fuerzas colineales actuando en sentidosopuestos y convergentes; acortan y adelgazan un cuerpo.

Esfuerzos tensionales: Son fuerzas colineales actuando en sentidosopuestos y divergentes; jalan ó alargan y adelgazan un cuerpo.

Esfuerzos de cizalla: Son fuerzas paralelas no colineales actuando ensentidos opuestos; desgarran un cuerpo.

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DEFORMACION DUCTIL: PLEGAMIENTOS

o Limbo

o Charnela

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CLASIFICACION DE PLIEGUES

Según el ángulo del eje axial, se tienen:

Pliegues con eje horizontal.

Pliegues con eje inclinado oeje buzante (plungue, inmersión).

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Efecto topográficode la erosión sobre plieguesbuzantes.

Distintos tipos deplegamientos puedenafectar a una mismasecuencia estratificada.

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Pliegue volcado

Anticlinal asimétrico

Sinclinal asimétrico

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Anticlinal simétrico.

Pliegue volcado.

Sinclinal simétrico

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TIPOS ESPECIALES DE PLIEGUES

Domos: el eje axial esvertical y los flancos se inclinanhacia afuera.

Perfil en un domogenerado por la presiónascendente de un cuerpointrusivo bajo una secuenciade esquistos y sedimentos.

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Cuencas: el eje axial esvertical y los flancos se inclinanhacia adentro.

Perfil de la cuencade Michigan generada en unasecuencia de rocassedimentarias.

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Cordillera de la sal: Intercalaciones detríticas y secuencias evaporíticas que forman domos y cuencas sedimentarias.

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Pliegues monoclinales: se forman como consecuencia dedesplazamientos verticales a lo largo de fallas que hacen que se inclinenlos estratos debido al levantamiento, sin que la falla llegue a romper losestratos.

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DEFORMACION FRAGIL: DIACLASAS Y FALLAS

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Diaclasas (joints):

Discontinuidadesfísicas del macizo rocoso, queno han tenido desplazamientoparalelo apreciable de susplanos.

Sistema de diaclasas:

Dos o más juegos dediaclasas presentes en unafloramiento o mapa

Criterios de trabajo para estudiardiaclasas:

Frecuencia: Número de planosde diaclasas intersectados por unalínea perpendicular a ellas.

Densidad: Número de diaclasascontenidas en una unidad deárea.

Espaciamiento: Distanciapromedio entre los diferentesplanos de fracturas, reconocidos alo largo de una distanciadeterminada.

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Características de una falla:

Plano de falla: Plano o superficie alo largo de la cual se desplazanlos bloques que se separan en lafalla. Con frecuencia el plano defalla presenta estrías, que seoriginan por el rozamiento de losdos bloques.

Labio levantado: También llamadoBloque Superior o techo, es elbloque que queda por encima delplano de falla (hanging wall).

Labio hundido: También llamadoBloque Inferior o piso (foot wall).

Escarpe: Distancia entre lassuperficies de los dos labios,tomada en vertical.

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Características de una falla:

Dirección: Ángulo que forma unalínea horizontal contenida en elplano de falla con el eje norte-sur

(rumbo).

Buzamiento: Ángulo que forma elplano de falla con la horizontal(dip, manteo).

Salto de falla: Distancia entre unpunto dado de uno de losbloques (p. ej. una de lassuperficies de un estrato) y elcorrespondiente en el otro,tomada a lo largo del plano de

falla.

Espejo de falla: es la superficieplana aunque con declive, que seproduce a lo largo del escarpe defalla .24

TIPOS DE FALLAS

Extensión

Compresión

Cizalle

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Fallas de desplazamiento horizontal:

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Salto de falla≈ 4,5 m.

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FALLAS ESPECIALES: PLIEGUE – FALLA

Cuando el labio levantado avanza sobre el hundido, se forman

los mantos de corrimiento o cabalgamientos.

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Cabalgamientos: Fallas inversas de bajo ángulo que colocan rocasmás antiguas encima de rocas más jóvenes e implican acortamientos dedecenas de kilómetros, normalmente son fallas de bajo ángulo.

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ASOCIACIÓN DE FALLAS

Cuando varias fallas están escalonadas y paralelas, se forman los

grabens, fosas tectónicas o rift-valleys que están progresivamente hundidas y los

horst, en que los bloques elevados se encuentran en la zona central.

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Efecto de la erosión sobre un Horst y Graben:

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Falla de SanAndres:

Sistema de fallashorizontal o derumbo conmovimientodextral (derecha).

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Por la energíadel movimientoalgunas veces las rocasen la zona de falla serompen y se quiebran,para formar unabrecha tectónica obrecha de falla. unabrecha de falla se vecomo depresión. Queson rellenada pormaterial rocoso deformas angularesdenominado polvo oharina de fallas (gouge), que alconsolidarse danorigen a lascataclasitas ocataclastitas.

BRECHAS DE FALLA ( FAULT BRECCIA)

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Cataclasita:

Roca de fallaconstituida por fragmentosde roca (porfiroclastos)habitualmente angulososembebidos en una matrizmuy fina de composiciónsimilar y que ocupa mas del50% de la falla. No presentafoliación tectónica o tiene undesarrollo pobre de ella. Esproducida por deformaciónfrágil con reducción detamaño de grano cristalino yligeramente recristalizada.

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Comúnmente presenta un espejode falla que es una superficie pulida,suave, brillante y con estrías en elcontacto de los dos bloques, querepresentan la dirección del últimomovimiento de la falla.

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Generalmente el fallamiento no esta restringido al movimiento dela falla en un solo plano, sino que cubre zona o áreas que van desdecentímetros a metros donde la roca ha sido triturada.

Milonita:

La milonita esuna roca metamórficaque se formó por lasfuerzas tectónicas. Losminerales (cuarzo) se venelongados hacia ladirección principal delmovimiento. Las milonitasson generalmente duras ymuy resistentes contra lameteorización.

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COMPARACIÓN ENTRE DIACLASAS Y FALLAS

FALLAS DIACLASAS

Con desplazamiento No tiene desplazamiento

Estrías No hay

Brechas de fallas/ Milonitas/ Cataclastitas

No hay

Arrastres No hay

Tal vez relleno Tal vez con relleno

Menos frecuentes Mas frecuentes

Más extensas Mas pequeñas

Superficie lisa Superficie rugosa

Zona de falla blanda No hay

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Deformaciones (cuadro resumen)

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Es una zona tabular o laminar, plana o curviplana, compuestade rocas que están más altamente deformadas que las rocasadyacentes. En esta angosta zona es donde se concentra ladeformación y se caracteriza por una relación longitud/ancho que esmayor que 5:1

ZONAS DE CIZALLE

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Zonas de cizalla frágil: Definidas por una superficie de fractura o falla,a través de la cual el desplazamiento por cizalla está evidenciado poruna discontinuidad geométrica abrupta.

Zonas de cizalla dúctil: La deformación a través de la zona escontinua con estructuras altamente dúctiles.

Zonas de cizalla frágil-dúctil: Tiene características de cizalla dúctil,con elementos de discontinuidad en la forma de fallas o venas.

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Zonas de cizalla a diferenteprofundidad

Fallas o zonas de falladesarrolladas en condicionesmás superficiales pasan enprofundidad a zonas de cizallafrágil-dúctil y zonas de cizalladúctil.

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Corteza superior

Transiciónfrágil-dúctil

Corteza inferior

ZONAS DE CIZALLE A DIFERENTES PROFUNDIDADES

• Condiciones frágiles: La zona de falla es una red apretada de fallas.

• Condiciones dúctiles: La zona de falla presenta foliaciones, lineaciones,pliegues, con metamorfismo.

• Condiciones frágil-dúctil: La zona de falla es una combinación dedistintas estructuras.

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DEFINICIONES:

Competencia de las rocas: Roca, capa, estrato que tiene escasa ductilidad yque frente a un esfuerzo, tienden a deformarse y a recuperarse si no se sobrepasasu resistencia. En cambio, su dominio de comportamiento plástico es reducido, porlo cual la roca tiende a fracturarse rápidamente después de sobrepasada suresistencia elástica.P/E: Las rocas ígneas de grano fino, no alteradas ni fracturadas son muycompetentes. En cambio, las rocas clásticas pelíticas, ricas en minerales de arcilla,son muy poco competentes (rocas plásticas). Sin embargo, el comportamiento deuna roca depende también de la temperatura y presión que la afectan, de sucontexto litológico-estructural, así como de la brusquedad o gradualidad con laque se le aplica un esfuerzo.

Resistencia de las rocas: Valor del esfuerzo que una roca es capaz de soportarsin romperse. Corresponde a la ordenada máxima de la curva esfuerzo-deformación.

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Geometría

Las zonas de cizallapueden formar juegosparalelos, anastomosados yconjugados.

Pueden tambiéndisponerse como zonashorizontales o subhorizontales.

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EL CONCEPTO DE ESFUERZO

Corresponde a la Intensidad de una fuerza aplicada respecto a una unidad deárea (Kg/cm2).

F= Fuerza aplicada.

A= Superficie.

S= Intensidad de la fuerza.

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Fenómenos de tensión, compresión y cizalle:

Stress = Esfuerzo.

Strain = Deformación.

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Si un cuerpo es sometido a un campo de esfuerzos, el vector esfuerzoaplicado y el vector esfuerzo reacción (Principio de acción y reacción de Newton) sepueden descomponer en tres ejes ortogonales. Los módulos de estos componentespor lo general no tienen el mismo valor y se distinguen el esfuerzo máximo (P oσ1), intermedio (Q o σ2) y el mínimo (R o σ3).

La diferencia (ΔP = σ1- σ3) es el esfuerzo diferencial.

La manera práctica de visualizar los ejes de esfuerzo es darle una longitudproporcional a la magnitud o módulo de cada componente del esfuerzo aplicadopara generar el elipsoide de esfuerzos.

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σ1

σ1

σ1

σ1

σ1

σ1

σ3

σ3

σ3

σ3

σ3

σ3

Izquierda, tipos de fallas: inversas (A), normales(B) y de rumbo (C) relacionadas con losesfuerzos que las determinan. Derecha, fallanormal con esfuerzos y estrías en producidas porel roce de los bloques desplazados en el planode falla.

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Cuando un esfuerzo es aplicado sobre una discontinuidad inclinada, elesfuerzo principal se descompone en un vector paralelo al plano (esfuerzotangencial o de cizalla) (σs o T) y un vector perpendicular (σn). La magnitud decada uno depende del ángulo de incidencia neta de la fuerza aplicada sobre el plano

LA ACCIÓN DE UN ESFUERZO ENUNA SUPERFICIE INCLINADAAL VECTOR ESFUERZO PRINC IPAL

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CIZALLA PURAImplica deformación plano o deformación general en la cual las líneas de partículasque son paralelas a los ejes principales del elipsoide de deformación y tienen lamisma orientación antes y después de la deformación por no existir rotación de laslíneas materiales a lo largo de las direcciones principales; por tanto se puedeclasificar como cizalla irrotacional.

CIZALLA SIMPLEDeformación homogénea constante. Implica deformación plana en la cual en elestado deformado solo una familia de planos paralelos entre si no se distorsionan yse mantienen paralelos a la familia de planos en estado no deformado. La cizallasimple implica cambios de orientación de líneas materiales y por tanto se la definecomo cizalla rotacional.

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Fracturas conjugadas y fenómenos de cizallapura en edificios, Terremoto de Chile, 2010 .

Deformación por cizallapura en experimentos .

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Deformación generada porcizalle simple.

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TEORÍA DE LA FRACTURACIÓN

La fracturación es tal vez el fenómeno tectónico de mayor importanciaglobal y de ocurrencia universal. Prueba de ello son los bordes de placas y laaparición de fracturas en otros planetas. Para el estudio de la deformación frágil esnecesario hacer hincapié en los principios teóricos que gobiernan la fracturación.

Ruptura: Proceso irreversible por el que los materiales de la corteza tratan deajustarse a un nuevo estado de equilibrio mediante la aparición de superficies dediscontinuidad.

Criterios relativos a la fracturación por cizalla:

La ruptura en rocas sigue leyes generales en las cuales es importanteconocer la posición espacial de los esfuerzos. Los esfuerzos generados sobre uncilindro de roca, se pueden descomponer en un esfuerzo normal (σn) y un esfuerzode cizalla (σs ó T) paralelo al plano de ruptura. Los valores de ambos varían enfunción de la orientación del plano (o bien del esfuerzo aplicado - σ1) y por lo tantoestán en función del ángulo θ.

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La fracturación en experimentosLos experimentos de fracturación en

laboratorio muestra la consistencia entre la actitudde zonas de fracturas y la dirección del esfuerzoaplicado para lograr la deformación del materialmientras ellos sean frágiles. Cuando los materialesson comprimidos se desarrollan planos de cizallainclinados a 45° (o menos) a la dirección delesfuerzo principal (θ) y posteriormente sedesarrollan fracturas tensionales paralelas a ladirección del esfuerzo. También suelen aparecerfracturas perpendiculares al esfuerzo cuando se lequita la aplicación del mismo.

En general, los materiales exhibencomportamiento frágil a bajas temperaturas ypresión confinante.

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CIRCULO DE MOHR

El circulo de Mohr es una herramienta importante que se aplica pararepresentar los esfuerzos normales ( que pueden ser de tensión o compresión) ylos esfuerzos tangenciales, que actúan en un cuerpo.

Con el circulo de Mohr se puede calcular las componentes normal y de cizalla delesfuerzo que actúa sobre un plano cualquiera, es decir cualquier ángulo que tenga el planodonde se fractura. Conociendo los esfuerzos principales.

Los esfuerzos principales pueden ser de tracción o de compresión. El circulo de Mohres muy usado en la geología estructural que nos permite hacer cálculos de modo gráfico.También tiene aplicación en la mecánica de rocas.

Para poder trabajar con el círculo de Mohr es necesario establecer un convenio designos.

-Esfuerzos normales de compresión son negativos y los esfuerzos normales de tracción otensión son positivos.-Esfuerzos de cizalla o esfuerzos tangenciales: los senestros son negativos y los dextros sonpositivos.

NOMENCLATURA DEL CIRCULO DE MOHR

Ángulo de planodonde ocurrefracturamientocon respecto alesfuerzoprincipal (máx.45º).

Esfuerzo Normal y decizalla en el plano de

ángulo θ

Estos trazos de azul indican quecada punto del circulo de Mohrrepresenta a un plano defracturamiento con diferentesángulos θ.

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Tmax

Tmin

σ max

σ min

Ф

Angulo de fricción. Esfuerzo máximo.

Esfuerzo mínimo.

Esfuerzo cizalla máximo.

Esfuerzo cizalla mínimo.

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CRITERIO DE MOHR-COULOMB

Coulomb (1773) propuso que la fractura de cizalla se produciría cuando elesfuerzo de cizalla sobre un plano de falla potencial inclinado respecto al esfuerzoprincipal, alcanzara un valor crítico dado por:

T(σs) = c + tanФ σn, donde:

c: Coeficiente de resistencia a la cizalla.Ф : Coeficiente de rozamiento interior.

En 1900 Mohr dió otra sugerencia para el desarrollo de la fracturación.Dijo que σn y T se relacionan por una función no lineal, diferente para cadamaterial, con lo que definió la envolvente de Mohr. Por ello una vez determinadala envolvente se puede determinar la resistencia última, el ángulo de falla que seproducirá en ensayos efectuados a otras presiones de confinamiento

Este criterio permite obtener buenas aproximaciones teóricas respecto alcomportamiento de los materiales en el campo compresivo.

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Diagrama de Mohr mostrando el desarrollo de la envolvente basado en unset de experimentos con un incremento diferencial de stress. Los círculosrepresentan los estados de stress diferencial en el instante del fracturamiento. Laenvolvente es representada por dos líneas rectas, en las cuales los puntosrepresentan los planos de fracturamiento.

ENVOLVENTE DE DESLIZAMIENTO

Punto de fracturamiento

Dominio estable

Dominio inestable

Angulo θ (máx. 45º).

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La curva envolvente proporciona algunos datos interesantes como ser:

-El punto donde la envolvente toca al circulo permite conocer R, entonces paracierto esfuerzo aplicado podemos conocer la angularidad del plano de ruptura.- Se pueden definir los dominios de estabilidad e inestabilidad de un determinadomaterial para ciertas condiciones ambientales .- Permite estimar elángulo de los planosde fracturas.- Cuando la presiónhidrostática es grandeentonces tiende a 45°y θ es menor cuandoσ3 es aprox = 0- Se demuestra que laresistencia de losmateriales alalargamiento es menorque a la compresión.

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TECTONICA DE PLACAS

ROCAS IGNEAS

ROCAS SEDIMENTARIAS

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ROCAS METAMORFICAS

Foliación:

Estructura constituida por superficiesparalelas muy próximas entre sí encualquier tipo de roca.

Esquistosidad:

Fábrica plana anisótropa definidadominantemente por filosilicatos degran tamaño (visibles a simple vista)y en la que la mayoría de los granospresentan un orientación preferentede su dimensión mayor.

Metamorfismo regional:

Tipo de metamorfismocaracterizado por ocurriren un área de granamplitud (p. ej. que afectaa un gran volumen derocas), y que está asociadoa procesos geotectónicosde gran escala tales comoexpansión de fondooceánico, zonas desubducción, engrosamientocortical relacionado concolisión de placas,subsidencia de cuencas,etc.

Metamorfismo de contacto:

Metamorfismo de extensión local, de tipo térmico, que afecta a las rocas de caja de un cuerpo magmático. Está causado por el flujo de calor desde el cuerpo magmático. El rango de temperaturas que pueden alcanzarse es muy amplio y puede ir acompañado de deformación por esfuerzos desviatorios.

ESTRUCTURAS SEDIMENTARIASLey de Superposición

DATACION RELATIVA

Discontinuidades geologicas:

Discordancia: Relación geométrica entre dosunidades estratigráficas superpuestas en la queno guarda paralelismo la estratificación de losmateriales infrayacentes y suprayacentes.

Inconformidad: Relación entre un conjunto demateriales estratificados con otros infrayacentesno estratificados (rocas ígneas y metamórficas).

Disconformidad: Discontinuidad estratigráficaen la que, entre las unidades infrayacente ysuprayacente, hay paralelismo de capas, peroentre ambas media una superficie claramenteerosiva.

Paraconformidad: Discontinuidad estratigráficaen la que hay un paralelismo entre los materialessubyacentes y los superpuestos, siendo lasuperficie de discontinuidad paralela a los planosde estratificación.