Brunton: Un instrumento para geólogos... desorientados

Si miramos el post que escribí hace dos años, titulado El Macuto del Geólogo, recordaremos que, en aquel escrito, inventarié los objetos más representativos que solemos utilizar los licenciados en Ciencias de la Tierra. Y... como no, entre ellos destacaba: ¡la brújula de geólogo!

Pero antes de entrar en materia, repasemos que es una brújula y para qué sirve.

La brújula es un instrumento de orientación que utiliza una aguja imantada para señalar el norte magnético terrestre.

Imagen de una brújula clásica. Fuente

Fue inventada en China, allà por el siglo IX, con el fin de determinar las direcciones de los barcos en mar abierto.

Inicialmente consistía en una aguja imantada flotando en una vasija llena de agua (como si de una flor de loto se tratase). Más adelante, fue mejorada para reducir su tamaño y facilitar su uso: cambiándose la vasija de agua por un eje rotatorio y añadiéndose una «rosa de los vientos» que servía de guía para calcular direcciones.

En Europa apareció en el siglo XIV... y apareció con lo que conocemos, actualmente, como brújula seca. Este tipo de brújula consta de tres elementos: una aguja magnetizada, una caja con cubierta de vidrio y una carta náutica con la rosa de los vientos dibujada en una de sus caras.

Recreación de una brújula de tipo seco. Fuente

En contraposición a las secas, las brújulas líquidas (inventadas por Tuomas Vohlonen) utilizan una aguja o disco magnetizados pero, en este caso, dentro de una cápsula llena de algún líquido (aceite, queroseno, alcohol...). Dicho fluido hace que la aguja se detenga rápidamente en vez de oscilar repetidamente alrededor del norte magnético.

Las brújulas modernas, además, suelen llevar un transportador incorporado, que permite tomar medidas exactas de rumbos directamente de un mapa. Así como escalas para tomar medidas de distancias en mapas, marcas luminosas para usar la brújula en condiciones de poca luz y mecanismos ópticos de observación (espejos, prismas, etc.) para tomar medidas de objetos lejanos con gran precisión.

Ejemplo de brújula moderna de tipo líquido. Fuente

Una brújula, como instrumento de navegación, tiene diversos usos. Se puede utilizar sola o en combinación con cartas topográficas y sirve para:

1. Medir los rumbos (ángulos con respecto al norte magnético) en la que se encuentran referencias que podemos observar en el terreno
2. Indicar la dirección de un rumbo dado
3. Desplazarse en una dirección constante
4. Medir distancias en el terreno (mediante un cálculo trigonométrico).

Hecha esta pequeña introducción, ¡ahora sí!, pasemos a detallar como son las brújulas que utilizamos los geólogos.

La Brújula de Geólogo

La brújula de geólogo, también conocida como brújula Brunton o tránsito de bolsillo Brunton, es un instrumento de precisión patentado, en 1894, por el geólogo canadiense David W. Brunton.

El geólogo David W. Brunton, sosteniendo su brújula. Fuente

Originalmente, este tipo de brújula sólo las fabricaba la compañía Brunton, Inc. de Riverton (Wyoming). Actualmente es manufacturada por diversas empresas.

Este instrumento posee una aguja imantada que se dispone en la dirección de las líneas de magnetismo natural de la Tierra pero, a diferencia de la mayoría de las brújulas modernas, el tránsito de bolsillo Brunton utiliza amortiguación de inducción magnética en lugar de líquido, para controlar la oscilación de la aguja orientadora.

Otra gran diferencia, respecto las otras brújulas, es que incluye un clinómetro para poder tomar medidas de inclinación.

Modelo actual de brújula Brunton. Fuente

La brújula de geólogo que yo dispongo no es Brunton... ¡ya me gustaría! Se trata de una Silva, modelo 15 TD-CL.

Mi brújula de geólogo Silva, con su estuche y accesorios

Es muy sencilla... de hecho es una brújula de tipo cartográfico pero con nivel circular (que yo mismo le añadí) y clinómetro. Tened en cuenta que me la compré siendo estudiante, en el primer curso de mi carrera.

Partes de una brújula de Brunton

Si analizamos las diferentes partes de una brújula de tipo Brunton, vemos que está compuesta por tres elementos: la caja, la tapa y la pínula:

Denominación de las partes de una brújula de tipo Brunton. Fuente

1. En la caja (de base cuadrada) vemos, en primer plano: la aguja magnética, el limbo graduado, el indicador norte y el nivel cilíndrico. En un plano inferior tenemos: el clinómetro movible, la escala del clinómetro y el nivel horizontal. En el exterior de la caja tenemos un tornillo para ajustar la D.M. (desviación magnética).
2. Por otro lado tenemos la tapa, allí encontramos: la mirilla, el espejo con su línea axial y la mira plegable.
3. Por último, al lado opuesto de la tapa, encontramos una pínula (también abatible), la ranura de la pínula y la ventanilla.

Tipos de brújula Brunton

Hay dos tipos de brújula de geólogo, dependiendo de las medidas de orientación que nos den:

Las más comunes aquí en Europa son las de medio círculo. Estas miden una orientación de tipo acimutal. Es decir, el limbo de la brújula está graduado en 360 grados, siendo: 0º el Norte, 90º el este, 180º el Sur y 270º el oeste.

Graduación de un limbo acimutal de una brújula de medio círculo. Fuente

Por otra parte tenemos las rumbales (estas brújulas son más utilizadas en América). En este caso, nos miden una orientación de tipo rumbal: siendo el "rumbo" el ángulo agudo (menor de 90º) medido desde norte o desde sur, hasta la dirección establecida: este u oeste. 

Graduación de un limbo de una brújula de tipo rumbal. Fuente

Para tomar una orientación rumbal, primero miraremos si el norte de la aguja imantada está más cerca del norte o del sur del limbo graduado de la brújula. Desde ese mismo punto (norte o sur) empezaremos a contar los grados que les separa de la aguja, hacia el lado este o hacia el oeste del limbo.

La notación rumbal la escribiremos de la siguiente forma: en primer lugar pondremos N o S (dependiendo donde esté más cerca la aguja); después anotaremos el número de los "grados de separación" de la aguja respecto el N o S y, por último, escribiremos E o W, dependiendo hacia donde hemos contado.

Para que lo visualicéis, a continuación he preparado una tabla de conversión, que compara el valor de orientación tomado con una brújula de medio círculo acimutal, respecto el valor de orientación tomado con una brújula rumbal:

Tabla de conversión de valores de orientación de tipo acimutal a rumbal (clicad para ampliar)

Usos de la brújula de geólogo

Con una brújula de geólogo podemos tomar 2 tipos de mediciones: orientación respecto el plano horizontal (mediante la aguja magnética) y la máxima inclinación, manteo o buzamiento respecto el plano vertical (mediante el clinómetro).

Con estos dos valores podemos medir, con toda precisión, planos y geometrías de estructuras geológicas.

Recordemos que una estructura geológica es una discontinuidad o deformación presente en el macizo rocoso, generado por la acción de esfuerzos compresivos o tensionales de origen tectónico... tenemos: planos de falla, diaclasas, pliegues, foliaciones, etc.

Espectacular pliegue tectónico a la costa de Zumaia (Guipúzcoa). Fuente

Además, con una brújula de geólogo, también podemos medir la orientación e inclinación de galerías subterráneas, perforaciones, pernos de fortificación, taludes y otros elementos presentes en obras y minería.

Como realizar una medición

A continuación os mostraré, con mi brújula de geólogo y de una forma práctica: como se calcula la orientación y la máxima inclinación de un nivel planar cualquiera.

Para hacerlo más sencillo, he preparado en mi casa una superficie plana a la cual le he infringido una inclinación irregular y aleatoria.

Base plana con una cierta inclinación

Para hacer la medición, utilizaré mi brújula Silva. Por tanto, las indicaciones que os describiré serán para este modelo o similar... pero se puede extrapolar, fácilmente, a todos los tránsitos de bolsillo de geólogo.

1. Medición de la orientación de una estructura geológica planar:

• Buscamos un afloramiento con una cara plana, accesible y con una orientación representativa de la estructura geológica que queremos hacer la medición.
• Abrimos completamente la brújula y apoyamos uno de sus dos lados "largos" al plano que queramos medir, procurando que toda su longitud esté en contacto con la estructura.

Apoyando el lado largo de la brújula sobre la superfície a medir

• Sin separar este lado largo de la brújula del plano, la nivelamos (perfectamente) con la ayuda su nivel circular.
• Una vez nivelada, giramos la rueda del limbo graduado hasta hacer coincidir el indicador norte con el norte de la aguja magnética.

Brújula perfectamente nivelada, con el indicador norte coincidiendo con la aguja magnética

• Ya podemos apartar la brújula del afloramiento y leer la orientación que hemos obtenido. Para hacerlo, miramos los grados de separación que marca el indicador norte que hemos movido, respecto la marca norte (representada, en mi caso, con un triangulo fosforescente sobre la bisagra). Para nuestro ejemplo, vemos que marca una orientación acimutal de 51º (o un rumbo de N51E).

2. Medición de la máxima inclinación de una estructura geológica planar:

• Para determinar cuál es la línea de máxima pendiente del plano que estamos midiendo, una forma sencilla y rápida que solemos realizar es tirar por encima de la estructura geológica una piedrecita redondeada.

Preparando una canica para dejarla bajar libremente sobre la superfície

• La trayectoria que recorra el guijarro sobre el plano inclinado, nos determinará esta línea de máxima pendiente.

La canica rueda sobre la superfície marcándonos la línea de máxima pendiente

• Una vez conocida la línea de máxima pendiente, movemos la rueda del limbo de nuestra brújula Silva hasta hacer coincidir su línea W-E con su línea axial. De esta forma, dejaremos bien ajustada la escala del clinómetro.
• Apoyamos completamente el lado largo de la brújula sobre la línea de máxima pendiente.

Brújula apoyada sobre la línea de máxima pendiente, para poder tomar la medida del clinómetro

• Miramos los grados donde apunta la aguja del clinómetro y anotamos su lectura. En nuestro caso: 10º de máxima inclinación.

Para anotar la orientación y el buzamiento medido sobre una superficie planar, lo haremos de la siguiente forma: valor de los grados la orientación acimutal (con tres cifras), una "barra inclinada" y el valor de los grados obtenidos del buzamiento (con 2 cifras). En el ejemplo que hemos calculado sería pues: 051/10 (si queremos darlo en notación rumbal: N51E/10).

Espero haberos podido "orientar" un poco de como funciona una brújula de geólogo.

¡Muchas gracias por vuestra atención!