rocas sedimentarias

CURSO GEOLOGÍA

CIV-203

ALUMNOS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

UTFSM

PRIMER SEMESTRE 2012

CIV-203 GEOLOGÍA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

UTFSM

APUNTES PARTE I – TEMA 3

PROCESOS GEOLÓGICOS BÁSICOS

Rocas Sedimentarias

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias

� La meteorización de rocas existentes es el inicio del proceso deformación de rocas sedimentarias (mediante el desgaste ydesagregación de rocas existentes)

� La erosión inicia el transporte de las partículas arrancadas

� La sedimentación es la depositación de las partículas arrancadas

Acción ambiental (Meteorización,

Erosión)

ROCA ORIGINAL

•Física (cambios térmicos, agua, hielo, crecimiento cristales)

•Química (hidratación. Disolución, oxidación, etc.)

•Biológica (acción bacterias, seres vivos, putrefacción)

Disgregación

Transformación

Transporte (mayor erosión, disgregación)

DEPOSITACIÓN

TRANSFORMACIÓN EN ROCA SEDIMENTARIA

TRANSPORTE

NUEVA EROSION

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias

� Las rocas sedimentarias se generan gracias a laacumulación de sedimentos de diverso origen porlargo tiempo hasta que se convierten en rocas

� Se forman a partir de depósitos sedimentarios, los cuales sontransportados y acumulados en forma “permanente”

� Estos depósitos son en general capas subhorizontales dondelos sedimentos de acumulan por gravedad en cuencas marinas olacustres

PARTE I – Tema 3

Ambientes sedimentarios típicos

Lagos

Glaciares

Desiertos

Océano profundo

Talud continental

Margen continental

Planicie de marea

Arrecifes

Playas

Ríos

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias

� Las rocas sedimentarias cubren amplias extensiones de lasuperficie terrestre, sin embargo representan un porcentaje muypequeño del volumen total de la corteza.

� Las rocas sedimentarias dejan evidencias de ambientes pasados y delos mecanismos que participaron en su transporte

� En Ingeniería civil los depósitos sedimentarios son de gran interés,pues están involucrados en muchas excavaciones poco profundas donde serealizan obras

PARTE I – Tema 3

DIAGÉNESIS Y LITIFICACIÓN:

Transformación del sedimento en roca

� Una vez depositados los sedimentos, aumenta su compactación hastaconseguir su consolidación. Este proceso se conoce como Litificación.

� Los cambios físicos, químicos y biológicos que toman lugar dentro delárea de depositación después del enterramiento se conocen comoDiagénesis.

� La Diagénesis ocurre a pocos kilómetros de profundidad de la corteza ya temperaturas inferiores a los 150°C y 200°C

PARTE I – Tema 3

Diagénesis y litificación: Transformación del sedimento en roca

� La diagénesis es un fenómeno de:

� Baja temperatura y presiones asociadas al agua en los poros delos sedimentos

� Carga litostática de los sedimentos sobre el depósito.

� Reacciones químicas

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias

� Los tres procesos diagenéticos más importantes son:compactación, cementación y recristalización.

� Compactación: Fase por la cual los sedimentos pierden espacio poroso, alquedar bajo la presión de los materiales suprayacentes. Cuando las capassuperiores presionan las inferiores consiguen expulsar el agua que contienen, y así,al perder espacio entre los poros, se produce un endurecimiento y compactación delsedimento

� Cementación: Se produce cuando determinados materiales con alta capacidadcementante son arrastrados en solución, consiguen atravesar los sedimentospermeables y depositarse entre sus poros. La cementación convierte a losmateriales sedimentados en rocas duras. Cementos más comunes: calcita, sílice yóxidos de fierro

� Recristalización: Cambios en las condiciones de P-T generaran cambios en lamineralogía y texturas de los sedimentos.

Litif

icac

ión

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias

� Tipos de rocas sedimentarias

� Detríticas o Clásticas: Formadas por la acumulación mecánica defragmentos minerales y de roca provenientes de la desintegración de rocasmás antiguas. En general los fragmentos son transportados y depositadoslejos de su lugar de origen. Se clasifican en función de la granulometría

� Químicas: Formadas por minerales originados por precipitaciónquímica en el área del depósito

� Biogénicas: Formadas por la precipitación de minerales provenientesde algunos organismos, incluyendo bacterias (coral, moluscos, esqueletosde foraminíferos, conchas)

PARTE I – Tema 3

Textura de Rocas Sedimentarias

Al igual que las rocas ígneas, la textura de las rocas sedimentarias hace alusión a la cristalinidad, el tamaño del grano y

las relaciones entre los distintos componentes

Existen texturas:

� Texturas clásticas (rocas clásticas o detríticas)

� Texturas no clásticas (rocas sedimentarias químicas y biogénicas)

PARTE I – Tema 3


Texturas clásticas:

� Textura de rocas formadas por la acumulación de fragmentos minerales, que pueden tener cualquier tamaño, cualquier forma y cualquier composición.

� La mayor parte de los agregados clásticos (como arena o grava) pueden hacerse impermeables por cristalización de cemento en los poros o por la existencia de una sobre carga potente.

� Los elementos que definen el patrón textural de las rocas detríticas son el tamaño de grano, la selección, la morfología de los clastos y el empaquetamiento

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias Clásticas

Clasificación por tamaño de grano

TAMAÑO DE GRANO SEDIMENTO SEDIMENTO CEMENTADO

> 2mm Gravas Conglomerado o Gravas

Entre 2 y 1/16 mm Arenas Areniscas

< 1/16 mm Limos o fangosLimolitaLutitas

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias Clásticas: Lutitas

Las lutitas son las rocas sedimentarias más abundantes.

Son de grano fino ( < 1/16mm) y en general de colores oscuros (abundante materia orgánica).

En general se forman en ambientes con poco oxígeno, por lo que los componentes en vez de oxidarse se descomponen

Es frecuente que contengan restos vegetales y se depositan

en ambientes de aguas poco turbulentas y tranquilas (lagos, llanuras de inundación de ríos y cuencas oceánicas profundas

LUTITAS

PARTE I – Tema 3


A medida que los depósitos finos se

van depositando, la arcilla y el limo

tienden a formar capas delgadas como láminas.

Inicialmente estas láminas se orientan

en forma desordenada y el agua rellena los

espacios.

Secuencia de lutitas, limolitas y areniscas finas

A medida que se ve sometida a presiones de carga de los sedimentos superiores, la arcilla y limo se alinean en forma subparalela y libera el agua entre las capas, dejando una textura de

“hojarascas” o planos bien desarrollados finos denominadas “FILISIBIDAD”

PARTE I – Tema 3


�La lutita se disgrega con facilidad y tiende a formar cubiertas de suelo ocultas bajo rocas meteorizadas

�No suelen generar afloramientos espectaculares

�Algunos depósitos de lutitas tienen valor económico, usadas como materia prima para cerámicas, porcelanas, azulejos y ladrillos

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias Clásticas: Areniscas

Rocas formadas por fragmentos de tamaño

tipo arena

Es la roca sedimentaria que secunda a las lutitas

en términos de abundancia

Se forman en diversos ambientes, y presentan estructuras de depósito típicas del ambiente de

donde se formaron (forma de los granos,

composición y estructuras

primarias como marcas de viento,

etc.)

ARENISCAS

CONGLOMERADO

Rocas Sedimentarias Clásticas: Conglomerados

Los fragmentos pueden ser de 2mm

o varios centímetros.

La composición y geometría de los fragmentos, así como el tipo de

matriz y cemento son fundamentales a la hora de definir

el origen del depósito, energía y tipo de transporte de los sedimentos

que le dieron origen

BRECHA SEDIMENTARIA

LIMOLITA

Rocas Sedimentarias Clásticas: Limolita

Rocas generalmente laminadas

A veces, dependiendo de su ambiente de

sedimentación, muestra evidencia de

marcas fósiles de acción animal

PARTE I – Tema 3


•Existe una serie de indicadores geométricos de las partículas o granos de forman las rocas sedimentarias clásticas y de las relaciones entre los granos que son indicadores del proceso de depósito y transporte:

•Selección de los granos

•Grado de esfericidad y redondeamiento

•Empaquetamiento o relación matriz / clastos

•Composición de los granos

PARTE I – Tema 3

SEDIMENTOS BIEN SELECCIONADOS

SEDIMENTOS PROBREMENTE SELECCIONADOS


Grado de selección de tamaños. Es la medida de la distribución de tamaños de un sedimento (frecuencia v/s clases de tamaño). Una roca con una gran dispersión de tamaños de grano se dice que posee una pobre selección, mientras que una roca bien seleccionada muestra, por tanto, escasa variación en el tamaño de grano. La clasificación es indicativa de la historia del transporte del sedimento.

PARTE I – Tema 3


Morfología de los clastos: Se refiere a su morfología en términos de Forma, Esfericidad y Redondeamiento

Redondeamiento

Esf

eric

idad

Bajo transporte o tramos cortos. Alta energía y rapidez (glaciar)

Transporte largo o extenso. Alta abrasión. Posibles medios aire o agua

PARTE I – Tema 3


�Composición mineral de los granos: Sabemos que existen minerales más duros que otros, y por consecuencia más resistentes a erosión y meteorización

�Una meteorización sustancial y transporte prolongado, lleva a la destrucción de minerales más débiles y menos estables (feldespatos y minerales ferromagnesianos)

�En general, el cuarzo es el mineral que más resiste los procesos de meteorización y transporte

�Por ejemplo, una arenisca rica en minerales de fierro, magnesio y feldespatos, implica que sufrió poca meteorización y su transporte junto con el depósito se realizó cerca de su origen

PARTE I – Tema 3


Empaquetamiento es el espacio entre los clastos, que puede estar ocupado por un cemento o por material detrítico menor de 30 micrones (matriz).

El empaquetamiento puede caracterizarse en función del porcentaje de matriz frente al de clastos, observando si la roca presenta una textura grano-sotenida o matriz-sostenida. El empaquetamiento, entre otros factores, es indicativo de la densidad del medio de transporte del sedimento

Clasificación de Rocas Sedimentarias Clásticas

CONGLOME-RADO

PARTE I – Tema 3


�Texturas no clásticas:

�Presentan entramados de cristales (textura cristalina) de variadas formas y tamaños.

�Su textura se produce por el crecimiento o aumento de los cristales dentro de un agregado.

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias Químicas

Las rocas de sedimentación química, se clasifican principalmente según su composición química o material. Las principales rocas de este grupo son:

� Rocas Carbonatadas

� Rocas Evaporíticas

� Rocas Silíceas

� Rocas fosfatadas

� Rocas ferruginosas

PARTE I – Tema 3


� Las Rocas Carbonatadas están compuestas mayoritariamente por carbonatos: Calcita (CaCO3) o por dolomita (CaMg(CaCO3))2.

� En función del porcentaje de calcita o dolomita reciben su nombre

� Existen rocas carbonatadas que pueden tener clastos detríticos (llamadas calcirruditas, calcarenitas y calcilutitas)

� A pesar de su composición mineral tan homogénea, estas rocas pueden presentar una gran variedad de texturas en función de del tipo de aloquímicos (cantos) que las formen y del tipo de cemento (ortoquímicos).

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias Químicas: Calizas

•Las calizas son las rocas sedimentarias químicas más abundantes

•Está compuesta principalmente por mineral de calcita (CaCO3)

Formaciones Kársticas (España)

Dada su gran porosidad, las calizas son un importante reservorio de petróleo. También es utilizada como materia prima para el cemento y formación de áridos (caso de minas El Navío, Cemento Melón)

•Cuando se ve afectada por aguas (lluvias o ríos) genera formas típica de meteorización química denominada formas kársticas

Bosque de piedra (China)

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias Químicas: Calizas

PARTE I – Tema 3


� Clasificación textural de rocas carbonatadas según Folk (basada en la composición del cemento y de los cantos que las forman)

� Una características de reconocimiento de las rocas carbonatadas es que reaccionan con HCl diluido (produce efervescencia)

PARTE I – Tema 3


� Las Rocas Evaporíticas se forman a partir de la intensa acumulación de sales (sulfatos, carbonatos, cloruros, bromuros) que puede tener lugar en aguas continentales o marinas sometidas a una intensa evaporación. Estas rocas se forman por precipitación química directa de sales en un fluido acuoso sobresaturado.

� Las principales rocas evaporíticas están compuestas por la acumulación de alguno/s de los siguientes minerales: yeso (SO4Ca + 2H2O), silvina (ClK), halita (NaCl), thenardita (SO4Na2), etc.

� Estas rocas suelen presentar texturas equigranulares (como las rocas plutónicas), y se reconocen fácilmente por ser solubles o por su baja dureza.

PARTE I – Tema 3


EVAPORITA (EJ. YESO FIBROSO) EVAPORITA (EJ. CARNALITA. Cloruro de potasio y magnesio)

EVAPORITA (HALITA (SAL))

PARTE I – Tema 3

Rocas Sedimentarias Biogénicas

� Las Rocas Biogénicas se forman por la acumulación de materiales generados mediante procesos orgánicos (conchas, exoesqueletos, restos vegetales, etc.)

� Dentro de este grupo se incluyen los carbones

� Estas rocas se forman a partir de materia orgánica (fundamentalmente vegetal) transformada por un proceso denominado carbonización. Este proceso va transformando la materia orgánica, dando lugar a una serie de acumulados cada vez más ricos en carbono: turba, lignito, hulla y antracita

PARTE I – Tema 3


TURBA

LIGNITO

Constituida de fragmentos de madera en una matriz de trozos desintegrados vegetales pequeños típicos de pantanos.

Se caracteriza por la presencia de celulosa libre y por un contenido en agua mayor de 70%.

La turba forma masas de color amarillo claro hasta café o negro de restos vegetales

Roca combustible con un contenido de agua menor de 75% del volumen y un contenido en restos vegetales, que fueron transformados debido a la carbonización.

En el lignito se puede reconocer macroscópicamente algunos trozos de madera, de hojas y de frutos

Los lignitos sólo aparecen en sedimentos no compactados o muy poco compactados.

PARTE I – Tema 3


HULLA ANTRACITA

Roca sedimentaria orgánica combustible con un contenido menor de 40% en sustancias minerales en base del material seco y se compone de polímeras de hidrocarburos cíclicos.

La hulla se distingue del lignito por la variación del color de la raya : el lignito de color de raya café y la hulla de color de la raya café-oscuro a negro.

La antracita o mortroide es el carbón mineral de más alto rango y el que presenta mayor contenido en carbono, hasta un 95%. Es negro, brillante y muy duro, con iridaciones y sonoro por percusión.

Su densidad varía entre 1,2 y 1,8 g/cm3.

Este carbón fósil esta formado en el paleozoico. Los principales yacimientos de antracita se encuentran en China y Rusia.

PARTE I – Tema 3

Clasificación de Rocas Sedimentarias

ROCAS SEDIMENTARIAS CLÁSTICAS

ROCAS SEDIMENTARIAS NO CLÁSTICAS

ROCAS SEDIMENTARIAS QUÍMICAS

ROCAS SEDIMENTARIAS BIOGÉNICAS

ORIGEN Y LUGAR DE DEPÓSITOS

AMBIENTES COLUVIAL, FLUVIAL, LAGUNAS Y LAGOS,

EÓLICO, DUNAS, OCÉANO

OCÉANO (precipitación de Ca, Na, K, Si)MANANTIALES

(precipitación de Ca)SALARES (precipitación

de K)

CUENCAS DE AGUA DULCE

PANTANOSCUENCAS DE OCÉANOS

TIPOS DE ROCAS

ARENISCASCONGLOMERADOS

BRECHASGRAUVACAS

LUTITAS

CALIZASLIDITA

TURBAHULLA

LIGNITOCARBÓN

ANTRACITA

PARTE I – Tema 3

Clasificación de Rocas Sedimentarias

Fuente: GRIEM, W. & GRIEM-KLEE, S. (online): Apuntes Geología General. - GeoVirtual (Copiapó, Chile): http://www.geovirtual2.cl

PARTE I – Tema 3

Estructuras sedimentarias

•Además de características en términos de origen, morfología, relación entre los granos, las rocas sedimentarias exhiben una serie estructuras típicas generadas durante su formación

•Dados que los ambientes de formación de las rocas sedimentarias corresponden en general áreas extensas donde se acumulan los depósitos de ríos, mares, lagos, etc., denominadas cuencas sedimentarias en general las rocas sedimentarias se forman en capas o masas sub horizontales denominadas estratos

PARTE I – Tema 3

PARÉNTESIS: Generalidades sobre estratificación

Stensen en el siglo XVII formuló la ley base de la estratigrafía, que plantea que los estratos inferiores son más antiguos que los superiores

N


PARTE I – Tema 3



PARTE I – Tema 3


Facies sedimentarias de depósitos de ambientes marinos

PARTE I – Tema 3


Estratificación gradada

Condición que supone que los fragmentos de mayor tamaño se depositan abajo y a medida que

disminuye el tamaño se depositan más arriba.

Esta condición se debe a la disminución de la energía del transporte de las partículas

(ejemplo, en ríos)

PARTE I – Tema 3


Estratificación cruzada

Se puede formar en zonas de declive de aguas profundas, en deltas, en zonas de

dunas (por variaciones del viento, o en

sedimentos fluviales

PARTE I – Tema 3


En depósitos eólicos, se generan ondulaciones llamadas Ripples (ambientes deserticos o litorales). En ocasiones estas marcan se reflejan como estructuras primarias en rocas sedimentarias detríticas

PARTE I – Tema 3


En ocasiones, organismos dejan marcas en los sedimentos, los cuales se reflejan en rocas sedimentarias. Las estructuras de bioturbación

�Fósiles

�Coprolitos

�Huellas

PARTE I – Tema 3


Grietas de desecación o de resecamiento.

Se forman, si la superficie de sedimentación se sitúa temporalmente por encima del agua y se las mantienen incluidas en la roca a causa del depósito

rápido de una nueva capa de sedimentos

PARTE I – Tema 3


SEDIMENTOSROCAS SEDIMENTARIAS

ROCA METAMÓRFICA

METEORIZACIÓN

TRANSPORTE

SEDIMENTACIÓNCEMENTACIÓN Y COMPACTACIÓN (LITIFICACIÓN)

MAGMA

CRISTALIZACIÓN

METAMORFISMO

FUSIÓN

Ciclo Geológico de las RocasPARTE I – Tema 3

METEORIZACIÓN

TRANSPORTE

SEDIMENTACIÓN

METAMORFISMO

ROCA ÍGNEA

FUSIÓN

FUSIÓN

Uso de las Rocas en construcciónPARTE I – Tema 3

� Rocas Ígneas:

�Granito sano: Pedraplenes

�Rocas volcánicas: Sub bases y bases

�Rocas basálticas: Aglomerados asfálticos u hormigones

�Pórfidos: Pavimentos

� Rocas Sedimentarias:

�Siliceas: Áridos para hormigón, asfaltos, fundaciones

�Aglomerados: Cimientos

�Arcillosas: NO para fundaciones

�Cálcicas: Fundaciones, rellenos

� Rocas Metamórficas:

�Fundación de terraplenes

�Caso asbestos

Características geotécnicas de los sedimentos en función del proceso de

depositación

Suelos

� Los suelos son agregados naturales de minerales unidas por fuerzas de contacto normales y tangenciales a las superficies de las partículas adyacentes, separables por medios mecánicos de poca energía o agitación del agua

� Los suelos se originan por los procesos de alteración y disgregación de rocas sedimentarias, ígneas, metamórficas mediante los procesos exógenos y climáticos de la tierra. Los procesos que dan origen a los suelos son de tipo físicos (cambios térmicos, acción del agua, congelamiento, acción viento, gravedad, etc.), químicos (hidratación, disolución, oxidación, cementación, etc.) y biológicos (actividad bacteriana, putrefacción orgánica)

PARTE I – Tema 3

Suelos

� Existen suelos residuales (cuando el producto de la descomposición de la roca permanece en el lugar de origen) y suelos transportados(cuando no permanece en su lugar de origen)

� Los procesos para la formación de suelo comprenden meteorización, erosión, transporte, acumulación o depositación y diagénesis

PARTE I – Tema 3

Tipos de Depósitos

�En función del tipo y lugar de depósito, es factible tener ciertas características y propiedades de los suelos:

�Depósitos Aluvial (materiales transportados y depositados por el agua, con tamaños que varían de arcillas a gravas. La geometría de los fragmentos y su distribución depende del transporte. En general tienen nivel freático alto)

PARTE I – Tema 3

Depósitos aluviales Madrid España

Tipos de Depósitos

�Depósitos Coluvial (materiales transportados por gravedad, agua o acción hielo/deshielo. En general compuestos por fragmentos angulosos de diverso tamaño en una matriz limo-arcillosa). Están frecuentemente asociados a masas inestables

PARTE I – Tema 3

Tipos de Depósitos

�Depósitos Lacustres (sedimentos de grano fino, tipo limo o arcillas y en algunos casos con alto contenido orgánico)

PARTE I – Tema 3

Tipos de Depósitos

�Depósitos Litorales (arenas y limos generados por la acción y composición mixta continente – océano)

PARTE I – Tema 3

PARTE I – Tema 3

Tipos de Depósitos

�Depósitos Glaciares (depósitos transportados o arrastrados por hielo glaciar o agua de deshielo. En general muy heterogéneos en tamaño y depositación)

Tipos de Depósitos

�Depósitos de climas áridos y desérticos (bajos en humedad y materia orgánica, con costras ricas en sales, con mala graduación y estructura suelta)

�Depósitos evaporíticos (generan reacciones químicas y son muy solubles, forman costras y pueden cambiar de volumen, generando riesgo de hundimiento)

PARTE I – Tema 3

Tipos de Depósitos

�Depósitos Climas tropicales (suelos residuales en que las condiciones de humedad y temperatura favorece su composición mineralógica y geoquímica. Ej. Suelos negros o suelos rojos)

PARTE I – Tema 3

Tipos de Depósitos

�Depósitos volcánicos (Pueden ser residuales o transportados. Son altamente inestables y su composición depende de la composición de las rocas volcánicas que los originaron. La variación de los tamaños puede ser desde ceniza (< 2mm) a fragmentos de tamaño menor. La granulometría y graduación depende de los agentes que transportan los depósitos y lugar de depositación).

PARTE I – Tema 3

Lago Calafquén

PARTE I – Tema 3

rocas sedimentarias

Documents