Universidad : UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE Facultad: FACULTAD DE TECNOLOGÍADepartamento: INGENIERÍA CIVIL Carrera: INGENIERÍA CIVILAsignatura: GEOLOGÍA Código: GEO1V2Curso: SEMESTRAL Semestre: SEGUNDODependencia: DPTO. INGENIERÍA CIVIL

PROGRAMA ANALÍTICO

2. MATERIALES QUE CONFORMAN LA TIERRA. MINERALES Y ROCAS

2.1. MINERALOGÍA, CLASIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN

Mineralogía es el reconocimiento de un mineral tanto objetiva como químicamente.

Los minerales se forman en la naturaleza bajo un amplio conjunto de compresiones termodinámicas de la cual la Presión y la Temperatura son los más importantes, frecuentemente provienen de disoluciones solido magnaticos o hidrotermales.

Los minerales son sólidos homogéneos, inorgánicos y de origen natural, con una composición química definida y una disposición atómica ordenada.

PROCESO DE FORMACIÓN DE LOS MINERALES

Minerales singeneticos: son los que se forman al mismo tiempo que se forma la roca Minerales epigeneticos: Son las que se forman posteriormente a la formación de las rocas

2.2. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES

2.2.1. COLOR

El color es lo primero que nos llama la atención cuando observamos minerales pero, en realidad, es una de las propiedades menos útiles en su identificación, ya que hay muchos minerales que pueden presentarse con coloraciones muy variadas y, por otra parte, minerales diferentes pueden presentar colores idénticos.

El color de los minerales se debe a la absorción selectiva de ciertas longitudes de onda de la luz blanca por algunos de los átomos del mineral. Cuando un mineral absorbe todas las longitudes de onda lo veremos negro, si la refleja todas será blanco y si, por ejemplo, lo vemos azul, es porque absorbe todas la longitudes de onda excepto las que corresponden al azul, que las refleja. En estado puro una gran mayoría de minerales son blancos o poco coloreados, pero algunas impurezas pueden conseguir una gran variabilidad de colores.

Los metales de transición suelen ser los responsables de la mayoría de las coloraciones. El cobre generalmente produce minerales verdosos o azulados; el hierro es responsable de coloraciones rojas y amarillas, etc.

2.2.2. RAYA

El color de la raya es el color del polvo fino de un mineral. Este color es más preciso y constante que el color del mineral que puede sufrir cambios debido a alteraciones en su superficie.

2.2.3. DUREZA

La escala de Mohs, es una relación de diez materiales ordenados en función de su dureza de menor a mayor. Se utiliza como referencia de la dureza relativa de una sustancia. Fue propuesta por el geólogo Friedrich Mohs y se basa en el principio de que una sustancia dura puede rayar a una sustancia más blanda, pero no es posible lo contario.

Por no guardar la misma proporción de los intervalos, se han establecido otras escalas de dureza, basadas en otros métodos.

DUREZA MINERAL COMPOSICIÓN QUÍMICA

OBJETO COMÚN PARA COMPARACIÓN

1 Talco Mg3Si4O10 (OH)2 Se puede rayar fácilmente con la uña2 Yeso CaSO4. 2H2O Se puede rayar con la uña con más

dificultad

3 Calcita CaCO3 Se puede rayar con una moneda de cobre

4 Fluorita CaF2 Se puede rayar con un cuchillo

5 Apatito Ca5(PO4)3 (OH-Cl- F)

Se puede rayar con dificultad con un cuchillo

6 Ortosa KAlSi3O8 Se puede rayar con una lija de acero7 Cuarzo SiO2 Raya al vidrio8 Topacio Al2SiO4 (OH-F)2 Raya a todos los anteriores

9 Corindón Al2O3 Zafiros y rubíes son formas de corindón

10 Diamante C Es el mineral natural más duro

2.2.4. FRACTURA Y EXFOLIACION

La rotura de un mineral a lo largo de una superficie irregular se denomina fractura. Se llama exfoliación cuando un mineral se rompe a favor de alguna de sus caras planas. Esta propiedad está íntimamente ligada a la estructura cristalina. Los planos de exfoliación representan las direcciones en las que los enlaces que unen a los átomos son relativamente débiles. Existen unas cuantas reglas acerca de la exfoliación, una es que es reproducible, esto es que un cristal se podrá romper una y otra vez a lo largo de planos paralelos a los de exfoliación. Otra es que todo plano de exfoliación debe de ser paralelo a caras reales o posibles del cristal. También podemos establecer que los mismos minerales presentarán siempre la misma exfoliación. Para describir los grados de exfoliación se emplean términos como: perfecta, buena, regular (apreciable), pobre o imperfecta… Existen también diversos nombres para designar las diferentes clases de fractura: concoidea (con superficies curvas en forma de concha), fibrosa o astillosa (con entrantes y salientes puntiagudos) granular, desigual o imperfecta, etc.

2.2.5. TENACIDAD

La Tenacidad es la resistencia que opone un sólido a ser roto. Esta propiedad no tiene ninguna relación con la dureza (por ejemplo el diamante es el mineral más duro que se conoce pero debe tratarse con cuidado para evitar que se fragmente por un golpe). Frente a la tenacidad, un mineral puede comportarse como tenaz o resistente o bien como frágil si se rompe con facilidad. Por otra parte existen una serie de términos referidos a la facilidad con la que un sólido puede ser deformado. Destacamos los siguientes:

Dúctil, si se pueden hacer hilos delgados. Maleable, si puede moldearse en láminas delgadas. Flexible, si se curva fácilmente sin romperse.Elástico, cuando recobra su forma primitiva al cesar la fuerza que lo deforma yPlástico si no recobra su forma original.

2.2.6. PESO ESPECIFICO

El peso específico es la relación entre el peso de un mineral con el peso del mismo volumen de3

agua pura a 4º C (que es la temperatura en la que el agua alcanza su densidad exacta de 1 g/cm ). Semuestra numéricamente sin unidades.

Un PE de 3,5 indica que el mineral pesa tres veces y medio el peso del agua. El PE está determinado por la estructura cristalina y por la composición química. Cuanto mayor es número atómico de los elementos que forman el mineral y más compacto es su ordenamiento interno mayor es el peso específico.

Se consideran:

ligeros los minerales con pesos específicos inferiores a 2. normales los minerales con pesos específicos entre 2 y 4. pesados los minerales con pesos específicos superiores a 4.

La mayoría de los minerales que forman las rocas tienen un peso específico de alrededor de 2,7.

El PE es un dato de gran fiabilidad para la determinación de los minerales. Con un poco de práctica se pueden realizar buenas aproximaciones sopesando los minerales en nuestras manos, pero es bastante fácil determinarlo con exactitud utilizando una balanza.

2.2.7. BRILLO

El brillo o lustre, es una propiedad física que describe la manera en que la luz interactúa con la superficie de una roca, cristal o mineral y se refleja en ella. Depende de varios factores, tales como: Índice de refracción y Absorción.

BRILLO CARACTERÍSTICAS EJEMPLO

1.- METÁLICO Producido por sustancias opacas Galena, Antimonita, etc.

2.- NO METÁLICO Producido por sustancias transparentes. Dentro de este existen varios tipos de brillo:

2.1.- VÍTREO Que tiene el brillo del vidrio Cuarzo Turmalina

2.2.- RESINOSO Que tiene el brillo de la resina Blenda Azufre

2.3.- NACARADO

Que tiene el brillo irisado de la perla. Se observa por lo general en las superficies de los minerales paralelos a los planos de exfoliación

Apofilita Talco

2.4.- GRASO Que parece estar cubierta por una delgada capa de aceite

Nefelina Cuarzo masivoVariedad de blenda

2.5.- SEDOSOComo la seda. Resultado de la reflexión de la luz sobre un agregado paralelo de fibras finas

Yeso Malaquita Serpentina

2.6.-ADAMANTINO Que tiene un reflejo fuerte y brillante como el diamante

Cerusita Anglesita

2.7.- CORNEO Que casi no brilla Calcedonia

2.8.- TERROSO Aquellas sustancias que no reflejan a la luz Bauxita

2.9.- HÚMEDO Que refleja muy poco a la luz Fluorita

3.- SUBMETALICOSon sustancias opacas cuando son gruesas pero que cuando se exfolian en láminas finas son transparentes

Fuente: Dana, 19va Edición, 1992.

2.3 SISTEMAS CRISTALOGRÁFICOS

Cúbico Tetragonal Ortorrómbico Hexagonal

,

Trigonal o Romboédrico Monoclínico Triclínico

2.4 ESTADO DE FUSION

El punto de fusión es la temperatura a la cual el estado sólido y el estado líquido de una sustancia, coexisten en equilibrio térmico, a una presión de 1 atmósfera. En la mayoría de las sustancias el punto de fusión y de congelación generalmente son iguales.

La parte más caliente de la llama del soplete está justo más allá de la parte visible y puede alcanzar una temperatura de 1,500° C. La determinación del grado de fusibilidad de un mineral es una ayuda muy importante en su identificación.

MINERAL PUNTO DE FUSIÓN APROXIMADO OBSERVACIONES

Estibina (antimonita) 525° C Funde fácilmente a la llama de una vela

Calcopirita 800° C Un pequeño fragmento funde fácilmente a la llama de un mechero Bunsen

Granate (almandino) 1,050° C Infusible a la llama de un mechero Bunsen,

pero fusible a la llama del soplete

Actinolita 1,200° C Una astilla puntiaguda funde con poca dificultad en la llama del soplete

Ortoclasa 1,300° C Las aristas de los fragmentos son redondeados con dificultad por la llama del soplete

Broncita 1,400° CPrácticamente infusible a la llama del soplete. Solamente se redondean los extremos finos de las astillitas

Cuarzo 1,710° C Infusible a la llama del sopleteFuente: Dana, 19va Edición, 1992.

CLASIFICACION DE LOS MINERALES

Los minerales son sustancias compuestas de uno o varios elementos químicos y son ordenados en grupos según su composición química y su estructura, por tanto los minerales se pueden dividir en nueve clases principales:

GRUPOS DESCRIPCIÓN EJEMPLOS

1- ELEMENTOS NATIVOS

SON SUSTANCIAS CONSTITUIDAS POR ATOMOS DE UNA SOLA CLASE.SON APROXIMADAMENTE 50

ORO - PLATA -PLATINO - AZUFRE - GRAFITO - DIAMANTE - HIERRO - COBRE - ARSENICO - ANTIMONIO - ETC.

2- SULFUROS SON COMPUESTOS DE AZUFRE CON OTROS ELEMENTOS, SOBRE TODO METALES.SON APROXIMADAMENTE 300

PIRITA (FeS2) GALENA (PbS) ESFALERITA (ZnS) NIQUELINA (NiAs)CALCOSINA (Cu2S) - ETC.

3- HALOGENUROS SON COMPUESTOS DE METALES CON LOS HALOGENOS.(F - Cl - Br - I).SON APROXIMADAMENTE 100

FLUORITA (CaF2)SAL GEMA (HALITA NaCL) SILVINA (KCl)ATACAMITA (Cu2(OH)3Cl) - ETC.

4- OXIDOS, HIDROXIDOS SON COMPUESTOS POR OXIGENO ENLAZADO A DIVERSOS ELEMENTOS METALICOS.SON APROXIMADAMENTE. 250

CUARZO (SiO2) RUTILO (TiO2) GOETHITA (FeOOH) BRUCITA (Mg(OH)2) CUPRITA (Cu2O) - ETC.

5- CARBONATOS SON DERIVADOS DE LA COMBINACION DE DIVERSOS OXIDOS METALICOS CON ANHIDRIDO CARBONICO.SON APROXIMADAMENTE 200

MAGNESITA (MgCO3) SIDERITA (FeCO3) CALCITA (CaCO3)SMITHSONITA (ZnCO3) - ETC.

6- SULFATOS SON SALES DEL ACIDO SULFURICO, MUY DIFUNDIDAS EN LA NATURALEZA INCLUYEN CROMATOS-MOLIBDATOS

BARITINA (BaSO4) ANHIDRITA (CaSO4) YESO (CaSO4.2H2O) SCHEELITA (CaWO4) CROCOITA (PbCrO4)

7- FOSFATOS SON COMPUESTOS DE ELEMENTOS CON EL GRUPO PO4.- INCLUYE ARSENIATOS Y VANADATOS.SON APROXIMADAMENTE 200

TRIFILINA (LiFePO4) MONACITA (CePO4) TRIPLITA (Mn,Fe)2FPO4 CLOROAPATITO Ca5Cl(PO4)3 PIROMORFITA PbCl(PO4)3

8- SILICATOS ESTAN FORMADOS POR SILICIO Y OXIGENO, SON LOS MAS ABUNDANTES DE LA CORTEZA TERRESTRE.SON APROXIMADAMENTE 500

ALMANDINO (GRANATE) Fe3Al2(SiO4)3TOPACIO (Al2Fe2SiO4) BERILO (Al2Be3Si6O18) DIOPTASA (Cu6Si6O18.6H2O)

9- SUSTANCIAS ORGANICAS

SON COMPUESTOS DE CARBONO QUE SE FORMAN DEBIDO A LA ACCION DIRECTA DE ALGUNOS SERES VIVOS.SON 20

AMBAR - OXALITA - MELITA - FLAGSTAFFITA - SIMONELITA - IDRIALITA

CAR

ACT

ERÍS

TIC

AS

GEN

ERA

LES

DE

LOS

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ERA

LES

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2.5 ROCAS. COMPOSICIÓN Y CLASIFICACIÓN

En geología se le denomina roca a la asociación de uno o varios minerales, natural, inorgánica, heterogénea, de composición química variable, sin forma geométrica determinada, como resultado de un proceso geológico definido.

Las rocas están sometidas a continuos cambios por las acciones de los agentes geológicos, según un ciclo cerrado (el ciclo de las rocas), llamado ciclo litológico, en el cual intervienen incluso los seres vivos.

Las rocas están constituidas en general como mezclas heterogéneas de diversos materiales homogéneos y cristalinos, es decir, minerales. Las rocas poliminerálicas están formadas por granos o cristales de varias especies mineralógicas y las rocas monominerálicas están constituidas por granos o cristales de un mismo mineral. Las rocas suelen ser materiales duros, pero también pueden ser blandas, como ocurre en el caso de las rocas arcillosas o arenosas.

En la composición de una roca pueden diferenciarse dos categorías de minerales:

Minerales esenciales o Minerales formadores de roca – Son los minerales que caracterizan la composición de una determinada roca, los más abundantes en ella. Por ejemplo, el granito siempre contiene cuarzo, feldespato y mica.

Minerales accesorios – Son minerales que aparecen en pequeña proporción (menos del 5% del volumen total de la roca) y que en algunos casos pueden estar ausentes sin que cambien las características de la roca de la que forman parte. Por ejemplo, el granito puede contener zircón y apatito.

Las rocas se clasifican de acuerdo a su origen. Una determinada roca puede convertirse en otra diferente, dependiendo de las condiciones a que está sometida. Los principales grupos de rocas son:

Rocas magmática o ígneas Rocas sedimentarias Rocas metamórficas

2.4.1 MINERALES QUE FORMAN LAS ROCAS

Los silicatos son el grupo de minerales más abundante en la naturaleza. Tanto, que el 75% de la corteza terrestre está compuesta por ellos.

Los tres silicatos más abundantes son la ortosa, el cuarzo y la plagioclasa.

La ortosa y plagioclasa pertenecen al grupo de los feldespatos, que son los minerales más numerosos, seguidos por el grupo de los cuarzos.

Otros silicatos frecuentes en la corteza terrestre, aunque en menor proporción que los anteriores son la moscovita, la biotita y el olivino.

2.4.2 ROCAS ÍGNEAS

Se forman a partir de un magma incandescente por enfriamiento y posterior solidificación, cristaliza para formar los diversos minerales que la constituyen.

Si el magma cristaliza en el interior de la tierra lentamente, a presión elevada pero multidireccional, da lugar a las rocas plutónicas.

Si lo hace en el exterior más rápidamente, a presión atmosférica, origina las rocas volcánicas.

Si las condiciones son intermedias, se forman las rocas filonianas (normalmente aparece en filones)

Clasificación de las Rocas ígneas:

Feldespatoides

Cuarzo > 5% Sin cuarzo ni feldespatoides Feldespatoides mayor a 5%

Grano grueso

plutónico

Grano fino volcánico

Grano grueso plutónico

Grano fino volcánico

Grano grueso

plutónico

Grano fino volcánico

Feldespato potásico> plagioclasa Granito Riolita Sienita Traquita

Sienita nefelinica o leucitica

Fonolita leucitica

plagioclasa > Feldespato potásico Granodiorita Dacita Monzonita Latita Monzonita

NefelinicaPlagioclas (oligoclasa o andesita)

Tonalita Cuarzo Andesita Monzodiorita Basalto

LatiticoDiorita nefelinica

Plagioclasa/(labrador o anortita)

Cuarzo- diorita

Andesita curcifera Gabro Basalto Gabro

nefelinica Tefrita

Sin feldespatoPeridotita Piroxenita Horblendita

CLASIFICACIÓN MAGMÁTICA (ALCALINO - CÁLCICAS)C O M P O S I C I O N

ACIDO

BÁSICO

I N T R U S I V A

GRANITO

SIENITA

DIORITA

GABRO

DOLERITA

PERIDOTITA

E F U S I V A

RIOLITA

TRAQUITA

ANDESITA

BASALTO

DIABASA

PICRITA

C U A R Z O

█████

Feld

P O T A S I C O

█████

Feld Na,Ca

P L A G I O C L A S A

███████████

B I O T I T A

███████████

H O R N B L E N D A

█████

P I R O X E N O

██████

O L I V I N O

██████

COMPOSICIÓN QUÍMICA MEDIA (%) DE ALGUNAS ROCAS ÍGNEAS

OXIDO SIENITA GRANITO RIOLITA DIORITA GABRO PERIDOTITA DUNITASiO2 59.41 72.08 66.15 51.86 48.36 43.54 40.16TiO2 0.83 0.37 0.62 1.50 1.32 0.81 0.20

Al2O3 17.12 13.86 15.56 16.40 16.84 3.99 0.84Fe2O3 2.19 0.86 1.36 2.73 2.55 2.51 1.88FeO 2.83 1.67 3.42 6.97 7.92 9.84 11.87MnO 0.08 0.06 0.08 0.18 0.18 0.21 0.21MgO 2.02 0.52 1.94 6.12 8.06 34.02 43.16CaO 4.06 1.33 4.65 8.40 11.07 3.46 0.75Na2O 3.92 3.08 3.90 3.36 2.26 0.56 0.31K2O 6.53 5.46 1.42 1.33 0.56 0.25 0.14H2O 0.63 0.53 0.69 0.80 0.64 0.76 0.44P2O5 0.38 0.18 0.21 0.35 0.24 0.05 0.04Fuente: S. R. Nockolds, 1954.

DIFERENCIACIÓN MAGMÁTICA

En la cristalización de un magma, si la diferencia de densidad entre los minerales ya formados y el líquido residual es alta; y si la viscosidad de éste es baja, los cristales recién formados pueden quedar aislados del resto del magma, que por tanto se verá enriquecido progresivamente en sílice De continuar el proceso, se obtendrá, a partir de un solo magma, una serie de rocas ígneas de distinta composición, por cristalización fraccionada. Este proceso es denominado diferenciación magmática. Como ocurren varias reacciones sucesivas conforme disminuye la temperatura del magma, la serie ordenada de reacciones se llama la SERIE DE BOWEN.

En las rocas ígneas el orden de cristalización de sus minerales es muy importante y son identificables en muchos casos por las relaciones texturales que se establecen entre ellos. El proceso de cristalización se basa en un factor termodinámico durante el enfriamiento del magma.

EVOLUCIÓN MAGMÁTICA CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA:

Los minerales van solidificando en función de sus puntos de fusión DIFERENCIACIÓNGRAVITATORIA: Los minerales más densos se irán al fondo de la cámara magmáticaTRANSPORTE GASEOSO: Los gasespueden arrastrar iones a la parte superior de la cámara.MEZCLA: Cuando entran en contacto dos tipos de magmas diferentes ASIMILACIÓN: El magma se contamina por fusión de la roca encajonante.

SERIE DE BOWEN

TEMP. (˚C)

DISMINUCIÓN DE AGUA

DISMINUCIÓN DE

VOLÁTILES

SERIE SERIEDISCONTINUA CONTINUA

(Ferromagnesianos) (Plagioclasas)

+ ││││││││││

- ▼

- ▲│││││││││

+ │

- ▲│││││││││

+ │

Olivino AnortitaPiroxeno (> Mg) Bytownita

Piroxeno (> Fe) Labradorita Hornblenda Andesina

Biotita OligoclasaAlbita (Na)

Feldespato K

Cuarzo Zeolitas

Soluciones deutéricas (H2O)

MASAS ÍGNEAS (FORMAS)

FORMAS SUBYACENTESBatolito.- Una masa con un piso indeterminado, y cuyo afloramiento tiene una área de por lo menos 100 Km². Típicamente es discordante con la roca huésped, ó parcialmente concordante con la misma.Stock.- Una masa con las características de un batolito; pero afloramientos cuyas áreas son menores a 100 Km².

FORMAS INTRUSIVASApófisis.- Una masa con forma irregular, típicamente discordante. Generalmente desde el plutón penetran en la roca caja. Un neck (cuello volcánico) es una apófisis.Lacolito.- Una masa concordante, de formas más pequeñas y que se insertan en forma de un lente entre las capas sedimentarias.Lopolito.- Una masa concordante, de formas más pequeñas y que se insertan en forma de un lente invertido entre las capas sedimentarias.Facolito.- Una masa concordante de formas más pequeñas y que se insertan en forma de un lente cóncavo - convexo entre los paquetes de estratos. Se forma durante los plegamientos.Sills.- Son cuerpos de geometría tabular y que se disponen paralelamente a la estructura de la estratificación.Dique.- Son cuerpos de geometría tabular y que se disponen transversalmente a la estructura de la estratificación.

FORMAS VOLCÁNICAS

Caldera.- La mayoría de los volcanes presentan en su cima un cráter de paredes empinadas por el interior. Cuando este cráter supera a 1 Km de diámetro se denomina Caldera volcánica. Las calderas son estructuras de forma circular y la mayoría se forman cuando la estructura volcánica se hunde sobre la cámara magmática, debido a un desequilibrio físico –químico de la misma.

Flujo de Ceniza.- Es un depósito piroclástico producido por ceniza volcánica cargada de gas. También se denomina flujo piroclástico de grano fino. Cuando alrededor del cráter del volcán se depositan estos detritos piroclásticos de tamaño fino, se denomina Anillo de Tobas.

Ignimbrita ó toba soldada.- Es la acumulación de material piroclástico y originadas por nubes ardientes pesadas o de flujos de lava con abundante ceniza. La movilización de los materiales es en forma efusiva (en forma de derrame). El tipo de estructura común es la Eutáxica (similar a la fluidal). Asimismo es común observar pumitas elipsoidales denominadas fiames.

Cono Cinder.- Una ventana cónica formada por la acumulación de ceniza volcánica. Típicamente son de composición basáltica a andesítica. También se denomina Cono piroclástico.

Lava Domo.- La lava rica en sílice es viscosa y por lo tanto apenas fluye, cuando es extruida fuera de la chimenea puede producir una masa bulbosa de lava solidificada que se denomina Domo de Lava. También se denomina cono lava, y se compone de flujos de lava asociado a un cuerpo dómico.

Flujo de Lava.- Masas de roca consolidada, generalmente de espesores cortos y largos. Las mismas han sido emanadas desde una fisura en el sistema volcánico. Las corrientes de lava que salen del cráter o por las fisuras laterales pueden formar depósitos extensos semejantes a lenguas y que se denominan Coladas.

Flujo piroclástico (Tobas).- Cuando las erupciones de un volcán llegan acompañadas de gases calientes y cenizas, se produce un flujo piroclástico o nube ardiente. También se conoce como avalancha incandescente. Las mismas se desplazan pendiente abajo y a velocidades cercanos a 200 Km / hora. Entre ellas se tiene toba de lapilli, toba lítica, toba cristalina, etc. Las tobas son ceniza volcánica consolidada.

Las mismas pueden depositarse como flujo o lluvia de ceniza. Generalmente los clastos o trizas son muy angulosos. Las tobas se clasifican como:

Toba vítrea.- Constituida por vitroclastos mayor al 90 % (ejemplo, la cinerita) Toba cristalina.- Con vitroclastos entre 25 a 50 % y una mayor proporción de cristaloclastos. Toba lítica.- Con vitroclastos entre 25 a 50 % y una mayor proporción de litoclastos.

Estrato volcán.- Un cono volcánico que consiste de flujos de lava que interestratifican con materiales piroclásticos. Posee una estructura que atestigua periodos alternantes de erupciones explosivas y tranquilas. Muestra una alternancia de mantos de lava y de material piroclástico.

Fumarola.- Es una mezcla de gases y vapores que surgen por las grietas exteriores de un volcán a temperaturas altas. Las Fumarolas de acuerdo a su composición y temperatura pueden ser: Secas, Acidas, Alcalinas y Frías

2.4.3 ROCAS SEDIMENTARIAS

Las rocas sedimentarias proceden de otras rocas preexistentes, a través de un proceso de destrucción y transporte, deposición y cosolidacion de los restos. El transporte puede ser mecanico por medio de un fluido o bien pueden estar disueltos en el agua. Las rocas sedimentarias también pueden formarse por la acción de los restos de los organismos vivos. Según esto tendremos:

Rocas detríticas Rocas químicas o bioquímicas Rocas de origen organico

Rocas detríticasNOMBRE NO COMPACTADA COMPACTADA TAMAÑO DE GRANOPSEFITAS Grava Conglomerados (canto

rredondeado)Brecha (cantos angulosos)

Mayor a 2 mm

PSAMITAS Arena Arenisca De 2 a 1/16 mmPELITAS Limo Limonita De 1/16 a 1/256 mm

Arcilla Arcillita Menos a 1/256 mm

Rocas químicas

Carbonatadas Caliza Dolomias Margas

Evaporitas Yeso Sales Nitratos

Ferruginosas Sideriticas

Fosfatadas Fosforita Guano

Rocas carbonosasCarbones minerales Hulla

Lingnito Turba Atracita

PetroleoGas Natural

2.4.4 ROCAS METAMÓRFICAS

Se llaman rocas metamórficas a las rocas formadas bajo condiciones de altas presiones y temperaturas. Proceden indistintamente de la transformación de rocas ígneas y sedimentarias. A medida que estas rocas son sometidas a condiciones físico – químicas elevadas (presión y temperatura). De los elementos químicos existentes en la roca original surgen gradualmente nuevos minerales que cristalizan para formar la nueva roca.

Los tipos de metamorfismo, dependen del carácter de la energía aportada para su puesta en marcha, que puede ser en forma de calor o en forma de presión.

TIPOS DE METAMORFISMO

Metamorfismo Térmico.- Ocurre cuando la transformación de las rocas se debe solo a las altas temperaturas a las que se ven sometidas. A este tipo también se le denomina Metamorfismo de Contacto. El mármol es un ejemplo de este tipo de metamorfismo.

Metamorfismo Regional.- Es la forma más común, ocurre cuando la presión y temperatura actúan. Ocurre en grandes profundidades y en la formación de montañas. Un ejemplo es el Gneis.

Metamorfismo Dinámico.- Es producto de fuertes presiones, ocurre en el entorno de deformaciones tectónicas como las fallas. Por ejemplo las Milonitas.

TEMPERATURAS EN LOS PROCESOS METAMÓRFICOS

TIPO DE ROCA PIZARRA ESQUISTO GNEIS FUNDIDOTEMPERATURA 200 ˚ C 500˚ C 800˚ CClorita (mica) ----------------------------------------Moscovita (mica) ----------------------------------------Biotita (mica) --------------------------------------------Granate ---------------------------------------------Estaurolita --------------------------------------------Andalucita -------------------------------Sillimanita --------------------------------Cuarzo -------------------------------------------------------------------------------------------------Feldespato -------------------------------------------------------------------------------------------------

FORMA Y DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS DE LOS CRISTALES

Granoblástica.- El tamaño de los cristales es parecido y forman un mosaico de granos, con tendencia al empaquetado hexagonal (cuarcitas, mármoles, etc.).

Lepidoblástica.- Consiste de un apilamiento de minerales planares (micas), los cuales están orientados de forma que sus caras planares son paralelas entre sí. (esquistos, gneis, etc.).

Nematoblástica.- Es similar a la anterior, solo que en este caso el apilamiento de minerales es de aquellas con hábito acicular. (anfibolitas, etc.).

Porfidoblástica.- Cuando una serie de cristales de gran tamaño se encuentran englobados en una matriz compuesta por granos pequeños.

EJEMPLOS DE ROCAS METAMÓRFICAS

2.5 PROPIEDADES DE LAS ROCAS

Las propiedades de las rocas se clasifican generalmente como:

Física (densidad, porosidad, permeabilidad a líquidos y gases, capacidad calorífica, conductividad y expansión térmicas, etc.)

Química (resistencia a soluciones ácidas y alcalinas, y a las reacciones inducidas por la presencia de sales)

Mecánicas (resistencia a la compresión, tensión, flexión e impacto y penetración por otro cuerpo y por otras acciones que involucran la generación de fuerzas, como la cristalización de hielo y sales en el interior del sistema poroso de los materiales y los cambios volumétricos de los mismos debidos a cambios de temperatura)

2.5.1 PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD

Aunque se utilizan indistintamente, los términos de densidad y peso específico no son idénticos. La densidad es la relación entre la masa y el volumen de la sustancia, midiéndose en unidades de masa/unidades de volumen (g., g/cc). El peso específico es la relación numérica entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de agua a 4°C, esto es la relación entre las densidades del cuerpo y la del agua. Esta propiedad es adimensional (no se expresa en términos de unidades determinadas) ya que es la relación entre dos cantidades con la misma dimensión. Dado que el volumen del agua varía con la temperatura, se toma como referencia la densidad del agua a 4°C.

Densidad = masa/volumen (gr/cc)

Peso específico = Densidad cuerpo/Densidad agua a 4°C

Cuando estudiamos materiales de construcción y atendemos a las propiedades físicas e los mismos, los conceptos densidad o peso específico se refieren al mismo concepto, con independencia de lo que la física explica al respecto.

ROCA GRANITO BASALTO ARENISCA LUTITA GABRO CUARCITA CALIZADENSIDAD

P.E. 2.5 – 2.7 2.7 – 3.1 2.0 – 2.6 2.0 – 2.5 2.8 – 3.1 2.5 – 2.7 1.8 – 2.7

Piedras artificiales• Adobe 1.600• Baldosa cerámica 1.800• Baldosa hidráulica 2.100• Hormigón ordinario 2.200• Ladrillo cerámico macizo (0 a 10% de huecos) 1.800• Ladrillo cerámico perforado (20 a 30% de huecos) 1.400• Ladrillo cerámico hueca (40 a 50% de huecos) 1.000• Ladrillo de escorias 1.400• Ladrillo silicocalcáreo 1.900

2.5.2 POROSIDAD

La porosidad de un material es el volumen de espacios abiertos que contiene relativo a su volumen total. Los poros son pequeños espacios abiertos existentes en los materiales rellenos por soluciones acuosas y/o gaseosas (aire). Los poros pueden estar abiertos (intercomunicados) o cerrados, y ser

V V

grandes o pequeños. El tamaño de poro medio y el grado de intercomunicación entre los poros determinan el tipo y grado de movimiento de soluciones líquidas y gaseosas por el interior de los materiales. Esto controla en gran parte su durabilidad. Los poros pueden clasificarse en función de su tamaño en:

Megaporos: 256-0.062 mm

Macrocapilares: 0.062-0.0001 mm

Microcapilares: <0.0001 mm

Existen distintos conceptos de porosidad. La porosidad teórica viene dada por la ecuación:

Vp o sólidos

P 100

100

Vo Vo

donde: P es la porosidad total (%)Vp (m3) es el volumen de porosVsólidos (m3) es el volumen agregado de las partículas sólidas yVo (m3) es el volumen total de la muestra.

2.5.3 ABSORCIÓN Y ADSORCIÓN

Estas propiedades se relacionan con la movilidad de vapor de agua o agua líquida en los materiales, esto es con la permeabilidad del medio a estas sustancias:

Adsorción es la adhesión de moléculas de gases o de moléculas en solución a las superficies de los cuerpos sólidos con los que están en contacto. La higroscopicidad es la propiedad de los materiales de adsorber vapor de agua de la atmósfera.

Absorción es la incorporación o asimilación de líquidos en el interior del sistema poroso del material. La succión de agua es la propiedad de los materiales de absorber agua líquida en contacto con los mismos.

La higroscopicidad está controlada por la temperatura y humedad relativa del aire, por los tipos de poros, su número y tamaño, y por la naturaleza de la sustancia implicada. Debido a la naturaleza polar del agua, este último control se debe a la existencia o no de cargas residuales no compensadas en las superficies de las sustancias. Así, las superficies de algunas sustancias compuestas por átomos con enlaces iónicos atraen al agua (sustancias hidrófilas) mientras que las superficies de otros compuestos por átomos con enlaces covalentes la repelen (Sustancias hidrófobas). Las sustancias hidrófilas tienen a disolverse en agua, mientras que las hidrófobas no, resistiendo la acción de los medios acuosos.

A igualdad de otros factores, la higroscopicidad de un material depende del área superficial expuesta, incluyendo la de los poros y canales capilares. Los materiales con idéntica porosidad total, pero con poros más finos (capilares) son más higroscópicos que los que presentan poros grandes, lo cual es debido a que los primeros presentan mayor superficie específica.

t

mojado

secado

mojado

Adsorción de agua por partículas hidrófilas

Adsorción de moléculas agua (polares) por partículas hidrófilas (con cargas electrostáticas residuales en su superficie) durante ciclos de mojado y secado.

La succión de agua en el interior de los sistemas porosos de los materiales incluye también la higroscopicidad. La saturación en agua afecta de forma sustancial a otras propiedades físicas y mecánicas de los materiales, tales como densidad global, conductividad térmica y resistencia mecánica, por lo que su medida es importante. La técnica es muy sencilla, y se basa en sumergir una probeta de muestra completamente en agua, a tiempos parciales, y medir el incremento de masa de las probetas en esos tiempos. Las recomendaciones indican utilizar probetas cúbicas de 5x5x5 cm. Los incrementos de masa permiten calcular la cantidad de agua absorbida:

W Mt M 0 100

M 0

donde: Wt (%) es el contenido de agua absorbida en el tiempo t (s)Mt (kg) es el peso medido en el tiempo t (s) yMo (kg) es el peso seco de la muestra

Estructura del agua

PERMEABILIDAD

La permeabilidad es la propiedad que tienen algunas rocas para permitir el movimiento de fluidos (líquidos o gases) dentro de ellas, debido a la intercomunicación de los poros; en otras palabras, es una medida de la conductividad del fluido en la roca. La permeabilidad depende de tres requisitos: Porosidad, poros interconectados, poros de tamaño supercapilar.

2.5.4 RESISTENCIA DE LAS ROCAS

Las propiedades mecánicas definen la capacidad del material para resistir acciones externas o internas que implican la aplicación de fuerzas sobre el mismo. Esencialmente, estas fuerzas son de compresión, tensión (o extensión), flexión y de impacto.

2.5.5 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por cizalla o extensional. Esta propiedad es muy importante en la mecánica de materiales, tanto en situación no confinada (uniaxial) como confinada (i.e., triaxial). Dado que los materiales cerca de la superficie terrestre, incluyendo los edificios, suelen estar sometidos a condiciones no confinadas, consideraremos exclusivamente esta situación. En este caso, la resistencia a la compresión uniaxial (longitudinal) se mide en una prensa hidráulica que registra el esfuerzo compresor (l) aplicado sobre una probeta de material en una dirección del espacio, y la deformación lineal (l) inducida en esa misma dirección.

Desarrollo de fracturas extensionales y de cizalla como resultado de compresión.

Es importante indicar que los resultados obtenidos en los experimentos de resistencia a la compresión para un mismo material depende de la forma y tamaño de la probeta. Así, los prismas y cilindros largos presentan menores resistencias a la compresión que los cubos con la misma área de

sección, y estos a su vez menores que los prismas y cilindros cortos (con alturas menores que sus lados o radios). Igualmente, la resistencia a la compresión depende de la tasa de aplicación de la carga, de forma que a mayores velocidades de compresión mayor es el valor de la resistencia. La metodología experimental puede seguir la norma ASTM D3148-86, según la cual las probetas de muestra serán cilíndricas, con una relación altura/diámetro comprendida entre 2.5 y 3 (10 cm de altura por 4 cm de diámetro). Deben ensayarse al menos 5 probetas por cada tipo de material, manteniendo la tasa de aplicación de la carga constante (entre 0.5 y 1 MPa/s). Por otra parte, hay que evitar una mala colocación de la probeta en la prensa, para asegurar una distribución homogénea del esfuerzo compresor.

El esfuerzo es igual a la fuerza aplicada por sección o superficie:

Fll S

donde: Fl es la fuerza aplicada longitudinalmente, expresada en newtons en el sistema mks (N=kg·m·s-2), dinas en el sistema cgs o kilogramos-fuerza en el sistema técnicoS es la sección de la probeta (m2) yl es el esfuerzo lineal expresado en Pa (N/m2), dinas/cm2 o kg/m2 (las dimensiones del esfuerzo son las mismas que las de presión).

Dado que la fuerza es un vector, también lo es el esfuerzo. Así, dado que el signo de la fuerza se toma negativo por convenio cuando es compresiva, y positivo cuando es tensional, el esfuerzo compresor es negativo y el tensor es positivo.

La resistencia a la compresión de los materiales de construcción es muy variable, oscilando desde materiales:

muy débiles (<70 kg/cm2) débiles (70-200 kg/cm2) moderadamente resistentes (200-700 kg/cm2) fuertes (700-1400 kg/cm2) hasta muy fuertes (>1400 kg/cm2).

Resistencia a la compresión de algunas rocas y materiales de construcción (modificado de Winkler, 1973).

(Mpa) kg/m2·106 kg/cm2·103

Granito 97 310 10 32 1.0 3.2Sienita 186 434 19 44 1.9 4.4Gabro, diabasa 124 303 13 31 1.3 3.1Basalto 110 338 11 34 1.1 3.4Caliza 14 255 1 26 0.1 2.6Arenisca 34 248 4 25 0.4 2.5Gneiss 152 248 15 25 1.5 2.5Cuarcita 207 627 21 64 2.1 6.4Mármol 69 241 7 25 0.7 2.5Pizarra 138 207 14 21 1.4 2.1Hormigón 5.5 69 1 7 0.1 0.7

2.5.6 RESISTENCIA A LA TENSIÓN.

La resistencia a la tensión es el esfuerzo tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación extensional. Esta propiedad, que es una indicación del grado de coherencia del material para resistir fuerzas “tirantes”, depende de la resistencia de los minerales, del área interracial entre granos en contacto y del cemento intergranular e intragranular.

Resistencia a la tensión (Mpa) de algunas rocas (de Touloukian y Ho, 1981).

Basalto 8.6Conglomerado 29.7Calizas 4.2 5.8Arenisca 1.1 1.7Arenisca calcárea 4.3Esquistos 3.1

3.5.7. RESISTENCIA A LA FLEXIÓN

La resistencia a la flexión, o módulo de ruptura, es la resistencia de un material a ser doblado (plegado) o flexurado. La medida de esta propiedad se realiza con barras de material asentadas sobre dos pivotes y aplicando carga sobre el centro de la barra (norma ASTM C99-52). La resistencia a la flexión (Sm) viene dada por la expresión:

donde: P (Pa) es la carga aplicada

Sm

8 P l d

3

l (m) es la distancia entre los pivotes yd3 (m) es el diámetro de la probeta

si la probeta es cilíndrica, y por la expresión:

EQUIVALENCIAS:

1 MPa = 1 000 000 Pa

1 MPa = 1 N/mm2

1 MPa = 10,197 kgf/cm2