rocas sedimentarias

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Documento sobre la clasificación, formaciones y generalidades de las rocas sedimentarias

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  • Clsticas y no clsticas.

    Las rocas sedimentarias clsticas estn formadas por la acumulacin y litificacin de partculas minerales y/o fragmentos de rocas, depositadas por la accin del agua y, en menor medida, del viento o del hielo glaciar.

    Las rocas sedimentarias no clsticas pueden ser qumicas u orgnicas.

  • Tabla 4.4.- Principales rocas sedimentarias. (Modificada de Dennen y Moore, 1986).

    Clsticas

    Tamao de grano

    Nombre

    Grueso (>2mm)

    Conglomerado

    Grueso, fragmentos angulosos (>2mm)

    Brecha

    Arena (0.063-2mm)

    Arenisca

    Limo a arcilla (

  • La litificacin o diagnesis es el fenmeno por el cual un sedimento se convierte en roca y es inducido por la presin y temperatura que afecta a los sedimentos cuando tienen una sobrecarga de varios cientos de metros de sedimentos.

    La litificacin consiste en tres procesos:

  • Compactacin: Se refiere a la disminucin del volumen de los poros de un sedimento debido a la presin ejercida por los sedimentos que lo sobreyacen. Para que exista esta disminucin de la porosidad, debe existir un arreglo del empaquetamiento de los granos y prdida de agua. La disminucin del volumen del sedimento debido a compactacin puede, en algunos casos, llegar al 50%, como es el caso de algunas arcillas.

  • NOTA: En jerga geolgica, compactacin incluye los conceptos de compactacin y consolidacin en ingeniera. A su vez el trmino consolidacin, se utiliza para referirse en general al proceso de litificacin.

  • Cementacin: Corresponde a la depositacin de minerales como calcita, slice, xidos de fierro o arcillas en los poros o espacios que existen entre las partculas que constituyen el sedimento. Este proceso es facilitado por la circulacin de agua.

  • Recristalizacin: Consiste en la disolucin y cristalizacin, a pequea escala, de algunos minerales como el cuarzo y la calcita y su redepositacin.

    El resultado es similar a la cementacin.

  • ConglomeradosBrechasAreniscasLutitasLimolitasArcillolitas

  • Cementos ms comunes son cuarzo (SiO2, el ms resistente), xidos de hierro, calcita (CaCo3), dolomita (CaMg(Co3)2) y yeso (CaSO4 2H2O).

    A veces arcillas unen los granos, dando un aspecto de roca, pero que al perturbarse se disgrega fcilmente. Por meteorizacin, el proceso de cementacin puede revertirse.

    Sedimentos con apariencia de roca pero sin cemento deben clasificarse y tratarse como suelos.

  • En general, a porosidades sobre 30% en rocas de arcilla y limo o sobre 20% en areniscas, el comportamiento en compresin es dctil.

    Bajo n=10%, el grado de cementacin entre granos y en los poros permite un comportamiento frgil.

  • ConglomeradoBrechaArenisca

  • Alta porosidad, conductividad hidrulica puede ser alta. Fracturamiento puede elevar ms la conductividad. Inyeccin con cemento puede ser difcil en areniscas muy finas o arcillosas.Pueden actuar como acuferos.

    En conglomerados, brechas y areniscas cuarcferas, puede ser difcil la perforacin de sondajes.

    En climas secos, se produce una costra de mayor dureza, que puede ser malinterpretada como la resistencia de la roca.

  • En general forman taludes estables, pero pueden formarse fracturas paralelas al talud que generen planchones, en especial en areniscas masivas.

    Rocas con Vp

  • LimolitaArcillolitaLutita (shale)

  • Las lutitas se distinguen por ser fisibles: la fisibilidad es la tendencia a romperse en planos muy poco espaciados y paralelos, es decir se rompe en lminas.

    Cuando la roca no ha desarrollado fisibilidad, se usan los trminos arcillolita, limolita, fangolita, etc. Estas tienden a romperse en terrones.

    Segn el grado de diagnesis, las rocas pueden comportarse como verdadera roca (resistencia del orden del concreto) o ms bien como suelos.

  • Al igual que los suelos, las rocas con minerales de arcilla tipo montmorillonita presentan problemas de expansividad.

    Otro problema comn es el slaking (desgaste), deterioro de la roca al ser expuesta a condiciones ambientales. Se manifiesta por agrietamiento y a veces hinchamiento. En rocas fisibles, las lminas se abren; en rocas no fisibles, se forman nuevas grietas que al intersectarse pueden partir la roca en pedazos menores. El slaking se manifiesta especialmente ante presencia de agua, por lo que el efecto es mayor en rocas expansivas.

  • Lutitas carbonosas pueden producir gas, lo que debe considerarse al hacer sondajes o excavaciones.

    Pueden ser difciles de recuperar en sondajes, por su tendencia a romperse. Debe preservarse su humedad in-situ.

    En estado masivo, las rocas sedimentarias finas son impermeables. Sin embargo, si estn fracturadas pueden tener alta conductividad hidrulica.

  • En rocas arcillosas son comunes los deslizamientos, pudiendo ser de gran extensin.

    En rocas ms duras (ej. lutitas cementadas), la estratificacin puede generar planos de deslizamiento si estn favorablemente orientados c/r a la ladera.

    En rocas ms blandas, se puede generar deslizamiento rotacional similar a los de suelo.

    En ambos casos, el movimiento puede convertir el material en un barro viscoso que puede continuar movindose como un flujo.

  • En general, debe evitarse fundar grandes cargas (ej. Represas), por su deformabilidad y tendencia a generar altas presiones hidrulicas. Algunas lutitas calcreas pueden presentar problemas de disolucin.

    La excavacin de tneles puede presentar problemas de colapso por hinchamiento (squeezing) que deforme las paredes. Esto se produce en general si los esfuerzos superan la resistencia de la roca, por lo general baja.

  • En general, se presentan problemas de squeezing si la profundidad del tnel es:

    Rocas con tendencia al desgaste (slaking) pueden dificultar la sujecin de shotcrete en tneles y taludes, o las placas que sujetan los pernos se pueden soltar.

  • Es comn que se produzcan capas o estratos alternados de areniscas y lutitas, a distintas escalas, los que presentan propiedades ingenieriles particulares.

  • Capas permeables-impermeables, agua se concentra en las capas de arenisca resultando en altas velocidades de flujo, pudiendo generar erosin o movimientos de roca.

    Erosin ms rpida de capas de lutitas puede dejar las capas de areniscas colgadas, provocando su inestabilidad.

  • Igualmente, bloques completos de arenisca pueden deslizar sobre superficies de cizalle generadas en lutitas, generando deslizamientos en bloque en taludes.

    En tneles, el mtodo de excavacin debe ser adaptado a las condiciones variables.

    Al tronar, los esfuerzos se concentran en las areniscas ms rgidas y resistentes, provocando mayor fracturamiento de stas y tendencia a deslizar hacia la excavacin.

    Posibilidad de asentamientos diferenciales para fundaciones.

  • Rocas formadas fundamentalmente por depositacin y/o precipitacin de materia inorgnica o biolgica, de composicin qumica determinada, sujeta posteriormente a diagnesis.

    Destacan rocas silceas, carbonatadas y rocas evaporticas.

    Desde el punto de vista ingenieril, las rocas que presentan mayores problemas son aqullas que son solubles, como las calizas y evaporitas.

  • Calizas, compuestas por cristales, fragmentos o restos de conchas compuestos fundamentalmente por calcita (CaCo3).

    Dolomitas, donde calcita ha sido parcialmente reemplazada por el mineral dolomita dolomita, CaMg(Co3)2.

    Las calizas pueden presentar granulometra distinta, pudiendo a su vez hablarse de areniscas o lutitas calcreas cuando hay un % importante de material calcreo en los clastos, cuando los fragmentos calcreo han sufrido un transporte y redepositacin.

  • Formadas por precipitacin de minerales durante la evaporacin de mares o lagos.

    Destacan las rocas formadas por los minerales de Yeso (CaSO4 2H2O), Anhidrita (CaSO4)y Halita (NaCl).yeso

  • El agua disuelve las rocas segn su grado de acidez, al incorporar CO2 de la atmsfera y los suelos, convirtindose en cido carbnico diluido (H2CO3).

    En rocas carbonatadas, el cido libera los cationes de Ca++ y/o Mg++, dejndolos en solucin: CO2+H2O+CaCO3 Ca+2 + 2HCO3-

    Similarmente, las evaporitas pueden ser altamente solubles.

  • A ambientes donde predominan rocas solubles se les llama Karst. En estos lugares, con el paso del tiempo se forman cavernas, depresiones y otras formas debido a la disolucin parcial de las rocas.

    La disolucin es mayor en zonas de estructuras como fallas y fracturas. El drenaje superficial es perturbado.

    Estos ambientes pueden ser de gran complejidad para la construccin de obras de ingeniera.

  • Evolucin en el tiempo de un paisaje en rocas krsticas (Goodman, 1993).

  • En ambientes krsticos, el suelo sufre subsidencia progresiva, pudiendo producirse grandes depresiones o cavidades llamadas Dolinas o Sinkholes. Estos pueden formarse de manera gradual o por colapso.

  • Causan peligros asociados a colapsos y deslizamientos, debidos a cambios en condiciones de aguas subterrneas y disolucin.

    Necesitan una exploracin cuidadosa para detectar zonas disueltas. Tcnicas geofsicas son tiles cerca de la superficie.

    Irregularidad en la superficie de la roca puede causar errores en estimacin de volmenes, profundidad de fundaciones, etc.

    Anhidrita puede presentar problemas de expansividad al absorber agua.

  • Obras pueden causar percolacin de agua que disuelva rocas en corto plazo, particularmente yeso. Manejo del agua debe hacerse con cuidado.

    Variabilidad en dureza de las rocas puede causar problemas operacionales en excavaciones.

    Cavidades ocultas pueden ser de gran ri