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    Captulo 8

    PROPIEDADES NDICE DE LAS ROCAS

    1. INTRODUCCIN

    Las propiedades ndice permiten describir las rocas de una manera sencilla y predecible

    con respecto de su comportamiento en ingeniera.

    En su condicin natural las rocas estn sujetas a esfuerzos de tipo geosttico y no

    geosttico y a unas ciertas condiciones de flujo de agua, y todas las rocas reaccionan de

    manera diferente frente a estmulos naturales como la meteorizacin, denudacin,

    desecamiento, sismos etc. o a las nuevas condiciones impuestas por las obras. En estos

    cambios es muy importante el factor tiempo.

    En las obras de ingeniera las rocas son solicitadas como Material Rocoso o como Masa

    Rocosa. Se tratan a continuacin los aspectos relacionados con el Material Rocoso

    solamente.

    2. SOLICITACIONES DE COMPORTAMIENTO FSICO-

    QUMICO

    o ABRASIVIDAD Rocas que contienen cuarzo en abundancia como ganito, granodiorita y

    cuarcita son particularmente abrasivas y producen un fuerte efecto de

    desgaste en los equipos de excavacin (desgarradores mecnicos y

    cuchillas) y perforacin (brocas de perforacin).

    o SUSCEPTIBILIDAD QUMICA. Vara segn la composicin de las rocas. En orden decreciente de

    susceptibilidad: gneas bsicas: como granito, basalto y diabasa; rocas

    gneas cidas, como granito, granodiorita y riolita; las metamrficas en

    general, segn procedan de rocas cidas o bsicas; las sedimentarias no

    clsticas como las calizas y finalmente, las rocas sedimentarias clsticas,

    como las areniscas, se les considera las menos susceptibles, puesto que

    estn formadas al fin y al cabo por cuarzo y productos de

    descomposicin.

    o EXPANSIVIDAD Las rocas arcillosas: lutitas o rocas descompuestas en general que posean

    minerales arcillosos, especialmente la montmorillonita, son

    particularmente contracto-expansivas.

    o SOLUBILIDAD La sal y la caliza se disuelven en agua. En clima hmedo la caliza est

    expuesta a formar canales o cavernas por disolucin.

    o ERODABILIDAD En presencia de lluvia, muchas rocas con minerales arcillosos

    (montmorillonita, caolinita por ejemplo) u otros dbiles (clorita, sericita,

    vermiculita, etc) o rocas de cualquier tipo pero muy fracturadas o

  • 122

    cizalladas, principalmente si se localizan en zonas de falla, se erosionan

    fcilmente en taludes y laderas.

    o DESLEIBILIDAD Cuando las lutitas mal cementadas se humedecen y se secan

    alternativamente, se expanden y se contraen, lo cual provoca una

    fisuracin progresiva en estas rocas. Finalmente se deslen y se degradan

    rpidamente. Se dice entonces que son poco durables. Las rocas

    descompuestas en general, pueden poseer abundantes minerales

    desleibles, que pueden ser arrastradas fcilmente por el agua que circula

    a presin por fracturas, diaclasas y zonas de falla. En el caso ce las

    lutitas, las ms durables son las limonitas silceas, los shales con cemento

    silceo o calcreo y las argilitas. Las menos durables, la arcillolitas,

    lodolitas y shales arcillosos o lodosos, principalmente de color oscuro

    que son ricos en materia orgnica.

    3 SOLICITACIONES DE COMPORTAMIENTO MECNICO

    Desde el punto de vista mecnico las rocas son solicitadas en general respecto de su

    resistencia, deformabilidad y permeabilidad.

    4 PROPIEDADES NDICE

    Le permiten al ingeniero tener alguna idea sobre el comportamiento real de las rocas

    respecto de su comportamiento fuerzo-deformacin en las obras.

    Se clasifican en 3 grupos segn se presentan en la tabla 1.

    (1) Propiedades ndice descriptivas: como su nombre lo indica no se expresan

    cuantitativamente.

    (2) Propiedades ndice de clasificacin: se obtienen con ensayos rpidos y de bajo costo

    y se refieren a parmetros de densidad, parmetros de resistencia y parmetros de

    degradabilidad, que se relacionan de alguna manera con los parmetros de diseo.

    (3) Propiedades ndice de diseo.

    En el caso de los grupos 2 y 3 se cuantifican las propiedades. En el grupo 2 mediante

    ensayos sencillos de muy bajo costo; en el grupo 3 los ensayos son costosos y algunos

    de ellos algo complicados.

    4.1 PROPIEDADES NDICE DESCRIPTIVAS

    Se relacionan con la litologa, grado de meteorizacin y/o alterabilidad de las rocas y

    rasgos de esfuerzos.

    Tipo de roca: La litologa y la edad de las rocas guardan una importante relacin con el

    comportamiento general de las rocas en ingeniera y con la calidad de las rocas como

    material de construccin.

  • 123

    Color: Los colores de las rocas son inherentes o adquiridos por alteracin; ej. Las rocas

    gneas son inherentemente oscuras o claras, segn sean bsicas o cidas,

    respectivamente. Algunas rocas son inherentemente oscuras, porque poseen abundante

    materia orgnica, como las lutitas bituminosas; otras tienen tonalidades verdes porque

    poseen clorita. Por otra parte muchas rocas adquieren color marrn rojizo, marrn

    amarillento, por oxidacin.

    Tabla 1 Grupos de propiedades ndice

    Grupos

    Propiedades

    Atributos

    Grupo 1 P. ndice

    Descriptivas

    Nombre de la roca

    Color

    Textura y fbrica

    Grado de meteorizacin

    Rasgos de esfuerzos.

    Grupo 2 P. ndice de

    Clasificacin

    (bajo costo,

    ensayos simples)

    Densidad:

    Peso especfico, Porosidad, Absorcin

    Peso unitario

    Resistencia:

    Dureza

    Velocidad snica

    Resistencia a la carga puntual

    Resistencia a la compresin simple

    Degradabilidad

    ndices de meteorizacin

    ndices de durabilidad.

    Grupo 3 P. ndice de

    diseo

    (muestreo y/o

    ensayos

    complejos y

    costoso)

    Modulo de Elasticidad o Deformacin

    Relacin de Poisson

    Permeabilidad Primaria

    segn: nombre, matiz e intensidad Ej. La diabasa, en estado fresco es verde oscura, pero

    descompuesta puede ser verde clara, amarillenta.

    Textura

    La textura de las rocas puede ser: fuertemente entrabada, como en las rocas de fbrica

    cristalina masiva (granito, cuarcita, caliza); entrelazada algo entrabada como en las

    rocas de fbrica cristalina foliada (pizarra, esquisto); o cementada-consolidada como

    en las rocas clsticas (lutita-arenisca). Estos tipos de fbrica producen efectos especiales

    en la deformabilidad y resistencia de las rocas. Ejemplo: mientras que una muestra de

    granito, se deforma y falla de manera similar en cualquier direccin que se ensaye la

    muestra, un esquisto o unas pizarra se deforma menos y falla ms fcilmente, cuando la

    muestra se ensaya en la direccin de los planos de foliacin de estas rocas.

  • 124

    4.2 PROPIEDADES NDICE DE CLASIFICACIN

    4.2.1 Parmetros de Densidad

    Peso especfico

    Porosidad

    Absorcin

    Peso Unitario

    4.2.2. Parmetros de Resistencia

    Velocidad snica

    Dureza (martillo schmidt)

    Resistencia a la carga puntual

    Resistencia a la compresin simple

    4.2.3 Parmetros de Degradabilidad

    ndices de meteorizacin

    ndices de durabilidad.

    4.2.3.1 PARMETROS DE DENSIDAD

    Relacione de Fase

    En la figura 1 se muestran las fases del suelo (aplicable a las rocas): Fase mineral

    (slidos); Fase de poros, grietas y fisuras (vacos ocupados por agua o aire/otros

    gases).

    Va

    Vv

    Ws

    Vs Ws

    Figura 1 Fases del suelo

    Las relaciones de fase permiten definir las siguientes propiedades en peso o en volumen

    de los slidos:

    Relaciones en Volumen

    Porosidad n

    Ww

    Ww

    W

    Va

    Va Vv

    V Vw

    Vs

    AIRE

    AGUA

    SLIDOS

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    Es la relacin entre el Volumen de vacos Vv y el Volumen total de la muestra V

    expresada de modo porcentual.

    n %=Vv/V (1)

    Las rocas poseen dos tipos de porosidad: la porosidad de poros np, que se relaciona con

    lar aberturas o vacos entre las partculas minerales, y la porosidad de poros, relacionada

    con las fisuras dentro de las partculas nf.. Entre mayor sea np en las rocas, existen

    menos reas de contacto partcula-partcula y en consecuencia menos resistencia.

    La porosidad de fisuras nf por su parte, crea dependencia de esfuerzos: estas fisuras

    estn abiertas cuando la roca est sin confinamiento lateral y se cierran cuando estn

    confinadas.

    Las rocas gneas plutnicas y las metamrficas son las menos porosas; alguna porosidad

    se desarrolla en las rocas gneas volcnicas efusivas y entre las volcnicas piroclsticas

    se encuentran las rocas ms porosas de todas. Por su parte las rocas clsticas poseen

    una porosidad variable.

    Relacin de vacos

    Es la relacin entre el volumen de vacos Vv y el Volumen de slidos Vs, expresada en

    forma decimal.

    e =

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