LAS ROCAS:
Clasificación, propiedades y usos en ingeniería
Volcán de Fuego de Colima (cortesía: Max. Madrigal F)
Por: Ing. Julio César Viggiano-Guerra
Morelia, Mich., octubre-noviembre de 2014
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
PREFACIO He preparado estos apuntes sobre rocas pensando en que les sean de utilidad a los estudiantes de ingeniería civil de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Esto, sin embargo, no constituye un acotamiento o restricción para quienes estudian cualquier otra carrera y están interesados en el conocimiento del tema. Es más, creo modestamente que pueden ser de utilidad no sólo a estudiantes sino también a profesionistas cuyo desarrollo involucre la convivencia con rocas. El tema principal a tratar es el concerniente a su clasificación, muy poco respecto a la fenomenología de su genética, tema por cierto muy complejo, que prima en el ámbito de la petrología (ciencia geológica que estudia las rocas). Las clasificaciones son las más comunes y sencillas conocidas años ha, que se basan en la mineralogía y textura de las mismas. Después intento de modo muy general explicar algunas propiedades de las rocas desde el punto de vista de la ingeniería. Este tema es realmente apasionante porque trasciende el tabú de los tecnicismos etimológicos en relación con la taxonomía de las rocas, para involucrarse en asuntos puramente ingenieriles. En efecto, los susodichos tecnicismos etimológicos provocan, a menudo y con razón, fobia en algunos ingenieros que por necesidad son usuarios de esta información. Proveo, en cambio, los conceptos básicos necesarios para la aplicación práctica en ingeniería civil. Este tema, lamentablemente, es solo complementario porque el objetivo de los apuntes es más geológico. En el apartado final suministro algunos datos importantes relacionados con los usos de las rocas (ya sean usados tanto como macizos rocosos o bien como agregados pétreos). Creo que esta información será de una gran utilidad tanto a estudiantes como a profesionales ligados al asunto. Las ilustraciones no pretenden ser a priori el complemento de la parte literaria de los apuntes sino un ornamento didáctico cuyo objetivo radica en incentivar al lector en el terreno práctico. Y esto es especialmente válido para las fotografías de especímenes de rocas del museo de Geología de la Facultad de Ingeniería Civil como también para las ilustraciones de rocas vistas al microscopio. PD. El índice o contenido es muy generalizado. Está en proceso la edición del mismo más completa. Por ahora les encarezco una disculpa. Julio César Viggiano Guerra Noviembre de 2014, un sábado, Morelia, Mich.
2
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
3
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
1. INTRODUCCIÓN Las rocas, se subdividen en ígneas, sedimentarias y metamórficas. Su “hábitat” es la Corteza terrestre y parte superior del Manto o Litósfera, esto significa que la capa más somera de La Tierra en el mundo inanimado son rocas. La Tierra es uno de los nueve planetas que giran alrededor del Sol cuya morfología es una esfera ligeramente aplastada, el diámetro en la zona aplastada o sea en el Ecuador es de 12756 kilómetros. Se subdivide en tres principales capas, La Corteza externa que varia enormemente en espesor pero con 35 kilómetros en promedio. Está compuesta por rocas del tipo que acostumbramos ver alrededor de nosotros con una capa relativamente delgada de suelo y agua. Debajo de la corteza está el Manto de algunos 2900 kilómetros de espesor, compuesto posiblemente de material con un alto contenido de hierro y magnesio y con ciertas posibilidades de ser algo fluido, al menos en las partes superiores. El núcleo de la Tierra es de alrededor de 3400 kilómetros de radio y se considera que consiste principalmente de hierro y níquel en un estado fundido. Muy poco se conoce en torno al Manto y al Núcleo, pero el hombre ha aprendido bastante respecto a la corteza. Los constituyentes mayores de la corteza son oxígeno (46.6%en peso) y silicio (27.72% en peso). 8.13 % es aluminio; 5% es hierro, 3.63 % calcio. Sodio, potasio y magnesio cada uno constituyen como el 2%. Estos 8 elementos constituyen cerca del 99% de la corteza de la tierra. Así, el balance de los 92 elementos hace justo el 1.135% de la corteza. Hay menos de cinco milésimas del 1% de la mayoría de los elementos. Además, hay un número de otros elementos, sintetizados por el hombre que no se encuentran en la naturaleza. DISTRIBUCIÓN DE LAS ROCAS EN LA CORTEZA TERRESTRE Las tres categorías genéticas de rocas, y los minerales que las constituyen, que serán estudiadas en estos apuntes se distribuyen en la corteza terrestre de acuerdo a las siguientes tablas, respectivamente: MINERALES Y ROCAS: Nuestro conocimiento directo de la corteza terrestre se supedita, por razones lógicas, a la parte muy superior de la misma; ahí, la materia inorgánica puede ser subdividida en minerales y rocas.
4
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
ROCAS Sedimentarias Arenas Arcillas y limos Carbonatos (incluyendo depósitos sálicos) Ígneas Granitos Granodioritas, dioritas Sienitas Basaltos, gabros, anfibolitas, eclogitas Dunitas, peridotitas Metamórficas
Gneises Esquistos Mármoles Totales
Sedimentarias Ígneas Metamórficas
Julio César Viggiano Guerra
%VOLUMEN DE LA CORTEZA 1.7 4.2 2.0 10.4 11.2 0.4 42.5 0.2 21.4 5.1 0.9 7.9 64.7 27.4
5
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
MINERAL: Los minerales son compuestos inorgánicos de ocurrencia natural con propiedades físicas y composición justamente bien definidas que les confieren, presumiblemente, una fórmula. En otras palabras, los minerales son mezclas homogéneas de uno o más de los 92 relativamente estables elementos, dichas mezclas pueden ser expresadas mediante una fórmula. Sin embargo, los minerales que forman rocas son relativamente pocos predominando entre ellos los silicatos sin menospreciar otros como los carbonatos que son la materia prima mineral de las calizas (véase tabla de página 3). En contraste, el vidrio es una substancia amorfa que puede originarse de una lava velozmente enfriada o altamente viscosa provocando con esto la dificultad de cristalización de sus componentes. Un típico vidrio volcánico es la obsidiana o la piedra pómez ambos de naturaleza riolítica pero los hay también de tipo andesítico o basáltico. MINERALES Cuarzo SiO2 Feldespato alcalino KAlSi3O8 Plagioclasa NaAlSi3O8 a CaAl2Si2O8 (serie continua) Micas K(Fe,Mg)3AlSi3O10(OH)2 KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2 Anfíboles (Ca,Na)2–3(Mg,Fe,Al)5[(Si,Al)8O22](OH)2 Piroxenos (Mg,Fe)2Si2O6 (serie de la enstatita) y Ca(Mg,Fe)Si2O6 (augite) Olivinos (Fe,Mg)2SiO4
Minerales arcillosos (+ cloritas) Calcita (+ aragonito) CaCO3 Dolomita CaMg(CO3)2 Magnetita (+ titano magnetita) Fe3O4 Otros (granates(Ca,Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)2Si3O12, cianita, andalusita, silimanita, apatita, etc.) Totales Cuarzo+feldespato Piroxeno + olivino Silicatos hidratados Carbonatos Otros
%VOLUMEN DE LA CORTEZA 12 12 39 5 5 11 3 4.6 1.5 0.5 1.5 4.9
63 14 14.6 2.0 6.4
6
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
MINERALOGÍA: Ciencia que estudia los minerales en todos sus aspectos. Pertenece a las ciencias geológicas que estudian la Corteza Terrestre. Significa literalmente ciencia de los minerales y abarca todos los problemas referentes a ellos comprendido el del origen. La mineralogía aplicada se constriñe al estudio de los minerales para su pronta aplicación en la industria.
7
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
ROCA: Las rocas son compuestos minerales extensivos que se constituyen de uno o de varios minerales, discriminándose, por consiguiente en monomimerálicas o poliminerálicas, respectivamente. Su estudio comprensivo le corresponde a la petrología pero su descripción y clasificación sea microscópica que macroscópica es de la competencia de la petrografía. Técnicamente sin embargo, las rocas son estudiadas por la mecánica de rocas. MINERALES FORMADORES DE ROCAS 1. Silicatos: 1.1.
Tectosilicatos: variedades de la sílice, grupo de los feldespatos.
1.2.
Filosilicatos: grupo de las serpentinas.
1.3.
Inosilicatos: anfíboles y piroxenos.
1.4.
Nesosilicatos: granates.
1.5.
Sorosilicatos: grupo de la epidota: allanita, vesubianita.
2. Óxidos: perovskita, corindón, grupo del espinelo, rutilo, anatasa, casiterita. 3. Haluros: halita, fluorita. 4. Sulfatos: alunita, yeso, anhidrita, baritina, celestina, jarosita. 5. Ciclosilicatos: berilo. 6. Fosfatos varios: wolframatos: scheelita. 7. Minerales de REE (tierras raras): allanita, pirocloro. Su presencia como minerales accesorios es indicativa de composiciones específicas. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS: Las rocas, por ser agregados de minerales, fuerte o débilmente unidos entre sí, deben sus fuerzas de cohesión a varios factores, por ejemplo, cementos naturales, compactación por compresión, soldamiento y, yuxtaposición de granos, entre otros. La calidad de la coherencia entre los granos minerales permite una clasificación sencilla que puede ser considerada como técnica o geotecnológica, a continuación se proporciona: COHERENTES: Compuestas por elementos tenazmente unidos entre sí.
8
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
INCOHERENTES: Rocas sueltas, formadas de elementos libres e independientes (por ejemplo, las arenas). SEMICOHERENTES: Con características intermedias tales como algunas tobas. PSEUDOCOHERENTES: Que se comportan como coherentes si secas y como incoherentes si han absorbido y retenido una cantidad considerable de agua (por ejemplo algunas tobas). Desde un punto de vista genético-mineralógico las rocas se distinguen en: ROCAS ENDÓGENAS O ÍGNEAS: Generadas a partir de un magma en el interior de la corteza terrestre en condiciones de presión y temperatura muy elevadas. ROCAS EXÓGENAS O SEDIMENTARIAS: Se forman sobre la superficie terrestre, mediante la sinergia de los procesos de erosión (de la roca preexistente), transporte (del sedimento generado por la erosión) depósito (del sedimento transportado) y litificación (ulterior endurecimiento del sedimento depositado). ROCAS METAMÓRFICAS: Derivadas de la transformación de los dos tipos precedentes, mediante procesos térmicos, mecánicos y químicos que se desarrollan dentro de la corteza terrestre. 2. ROCAS ENDÓGENAS O ÍGNEAS ROCAS PLUTÓNICAS (o plutonitas o intrusivas): Se forman en el interior de la Tierra por gradual enfriamiento del magma (teoría de Bowen). Su textura (véase adelante) es holocristalina (constituida sólo por cristales en ausencia de vidrio), debido a que el magma se ha enfriado muy lentamente y en presencia de fases volátiles catalizadoras como H2O, CO2, H2S entre otras, que contribuyen al desarrollo de los cristales a pesar de las grandes presiones ahí existentes. En observación megascópica (muestra de mano) son faneríticas o granulares. En esta categoría de rocas predominan las rocas ácidas, es decir, aquéllas cuyo contenido de sílice (SiO2) derivado de un análisis químico de la misma es superior a 62%, éstas son, consecuentemente, más claras; por ejemplo, los granitos las granodioritas y las tonalitas. El magma se define como un fluido natural generalmente muy caliente, formado principalmente por una mezcla mutua de silicatos, con algunos óxidos, sulfuros y agua, mantenidos en disolución por presión; el agua puede reducir la viscosidad del fluido pero el calor es el factor principal para su fluidez. El magma se genera en el interior de la corteza terrestre por fricción entre placas corticales (referente a la Corteza Terrestre) tectónicas. Magmatismo. Son todos los fenómenos en que se involucra el magma: origen, evolución, solidificación, etc. 9
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
El plutonismo es un concepto general usado para designar todos los fenómenos que tienen su origen en el movimiento y solidificación del magma dentro de la corteza (conocidas como modo de yacimiento). En contraste con el vulcanismo que estudia y explica el destino del magma en el exterior de la Corteza, denominado lava o productos piroclásticas.
ROCAS VOLCÁNICAS (o vulcanitas o efusivas): Se originan de un magma profundo subcortical (ubicado debajo de la corteza terrestre) que ha ascendido a la superficie, terrestre en donde se ha consolidado. Su textura es hipocristalina o vitrofídica, es decir, constituida por cristales y vidrio con un evidente contraste de granularidades entre estos, es decir, cristales más grandes envueltos en una matriz más fina debido a que el magma ha perdido las fases volátiles catalizadoras de la cristalización y se ha enfriado muy rápidamente. En observación megascópica o muestra de mano son afaníticas. Predominan en esta categoría genética de rocas las básicas, es decir, aquéllas en las que el contenido de sílice (SiO2) es inferior a 62%, pero las fases férricas están siempre presentes imprimiéndole a la roca un color obscuro; por ejemplo, andesitas y basaltos, harto comunes por cierto en el estado de Michoacán. ROCAS FILONIANAS: Son rocas de tipo intermedio en relación con su emplazamiento espacial respecto a las intrusivas y a las extrusivas, derivadas de un magma que se ha consolidado en fisuras de la corteza terrestre en condiciones de presión y temperaturas intermedias con respecto a las categorías precedentes. Sus categorías texturales son también intermedias con respecto a los dos tipos de rocas anteriormente descritas.
10
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
VULCANISMO Y VOLCANES Vulcanismo: conjunto de fenómenos relacionados con las erupciones volcánicas y con la expansión, enfriamiento y consolidación de los magmas por la superficie terrestre. La ciencia que estudia los volcanes y su actividad se denomina vulcanología. La importancia de su estudio en el contexto de las rocas se desprende de que los volcanes dan lugar a las rocas volcánicas. Volcán: Apertura o fisura de la corteza terrestre a través de la cual el magma, los gases y otros fluidos ascienden a la superficie terrestre o al fondo marino. Se caracteriza por tener una cámara de magma subyacente que lo alimenta, un conducto volcánico o chimenea por donde asciende el material magmático, un cráter que es el intermediario de la conversión del magma en lava una vez que ha sido derramado o extravasado a la superficie y un cono formado en las etapas de explosión cuyos flancos varían en pendiente de acuerdo a la composición.
Actividad Volcánica: Efusiva: con emisión lenta de lavas y con un pausado y pacífico desprendimiento de gases. Explosiva: Con un violento desprendimiento de los gases y la proyección de masas notables de materiales piroclásticos, estos son los materiales sólidos o subsólidos expulsados por los volcanes durante las erupciones. Actividad Fumarólica: La actividad subsiguiente a la actividad volcánica, con predominio de gases, a esta se debe la formación de grandes depósitos de caolín, como el caso del Cerro del Gallo en Los Azufres, Mich.
11
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Productos de la actividad volcánica: Gaseosos: Gases (H2O, CO2, H2S, etc.). Líquidos: Lavas. Sólidos: Bloques y bombas (32mm), Lapilli (4-32mm) y Cenizas (4mm). CLASIFICACIÓN DE LOS VOLCANES Lacroix estableció una clasificación de los volcanes a principios del siglo pasado basada en el tipo de erupción: Hawaianos: Con actividad exclusivamente efusiva (volcanes de Hawai) Estrombolianos: Con explosiones frecuentes pero no muy violentas y algunas emisiones de lava (volcán Stromboli de Italia). Vulcanianos: Con emisión de lavas poco fluidas que se solidifican en la chimenea volcánica taponándola y provocando grandes explosiones. Peleanos: Son los que presentan mayor explosividad, originando grandes nubes ardientes, agujas y domos de lava muy viscosos. Este tipo de erupción es la que da lugar en mayor escala a las rocas piroclásticas.
Los tipos principales de volcanes: 1) islandés, derrame de lava por una fisura; 2) hawaiano, erupción de lava por un cráter; 3) estromboliano, erupciones explosivas discontinuas; 4) vulcaniano, erupciones explosivas violentas; 5) pliniano (Vesuvio), expulsión de grandes cantidades de material volcánico en grandes cantidades y a altura considerable; 6) peleano, formación de nubes ardientes.
12
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
ROCAS PIROCLÁSTICAS Los productos de la actividad volcánica son tres: líquidos (lavas), sólidos que proceden de erupciones violentas o de la actividad explosiva de los volcanes y gaseosos (H2O, CO2, H2S, etc.) que son los responsables de la actividad fumarólica e hidrotermal asociada a los volcanes. Las rocas que resultan de la actividad explosiva se denominan Rocas Piroclásticas o más común y correctamente tobas. Cualquier erupción violenta que no sea líquida o lávica propiamente dicha, como la estromboliana, la vulcaniana y la peleana podrían ser consideradas como causales de la formación de rocas piroclásticas o tobas (depósitos de caída libre o air fall). Existe, sin embargo, una erupción muy sui generis dentro de esta categoría responsable de la formación de nubes ardientes cuyos productos tobáceos ulteriores, denominados ignimbritas (o flujos piroclásticos o ash flow) han sido muy apreciados en las intervenciones arquitectónicas realizadas durante la colonia en la ciudad de Morelia, sobretodo en monumentos religiosos aunque también en obras civiles. Se denominan comúnmente canteras. La expulsión de estos flujos subsólidos que originan las ignimbritas puede ser a través de un conducto amorfo o de un volcán en sentido estricto. Nubes ardientes: Son una mezcla de materiales incandescentes sólidos de todas las dimensiones, con bastante escoria y de gases a elevadas temperaturas, que son difundidos a gran velocidad por los flancos de un volcán y posteriormente
13
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
depositados sin estratificación y de modo heterogéneo. Pueden ocasionar grandes destrucciones, de ahí que no deben soslayarse en el escenario del riesgo volcánico. La caída de estos materiales origina una verdadera lluvia de fuego y la formación de depósitos característicos denominados ignimbritas, harto conocidas en Morelia y en el centro de la república como CANTERAS, según se apuntó atrás. Escoria: Son fragmentos esponjosos de lavas enfriadas muy bruscamente durante la erupción, ejemplo: piedra pómez. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS ÍGNEAS Clasificar rocas para quien no tiene una cultura geológica más o menos considerable se antoja quasi imposible porque no es evidente que existan diferentes tipos de rocas en la Corteza, como sí es evidente que haya distintos tipos de seres vivos, por ejemplo. De suerte que las rocas tienen orígenes perfectamente discernibles lo que ayuda ya de entrada a su clasificación. Por otro lado, el hecho de que las rocas sean asociaciones de minerales y estos sean cada vez más fácilmente identificables, permite una taxonomía ampliamente conocida, si bien desde la perspectiva de otros científicos, bastante arcaica. La clasificación adoptada en estos apuntes es mineralógica semi-cuantitativa y textural, porque de la textura se infiere su origen aunque con algunas excepciones. Quedan exentas de esta consideración las clasificaciones basadas en análisis químicos y en cálculos modales mineralógicos exactos (análisis cuantitativo). El criterio cuantitativo es excelente para el mero catalogador o petrógrafo de museo, pero muy inadecuado para el ingeniero práctico sea cual fuere su especialidad, quien cuenta con herramientas demasiado escasas pero que se encuentra necesariamente vinculado a las rocas y que pretende con su trabajo hacer ingeniería para bien de la sociedad. De los análisis químicos ni que decir, están muy por encima de la expectativa de casi cualquier ingeniero práctico y caen en el campo de la “ingeniería científica”, digamos. Sin embargo, estos, los análisis químicos, suelen ser muy útiles en la clasificación cuando la metodología petrográfica resulta confusa. Textura: Indica las relaciones existentes entre los gránulos de los minerales que constituyen una roca. Depende de cuatro factores (el tercero de ellos privativo de las rocas ígneas): 1. Granulometría o granularidad, 2. Forma de los gránulos, sean cristales que cualquier tipo de constituyente (euhedral, idiomorfo, o automorfo; subherdral, hipiodiomorfo, o epautomorfo, y anhedral, alotriomorfo o xenomorfo); 3. Grado de cristalinidad (constituidas sólo por vidrio, vítreas u holovítreas; sólo por cristales, holocristalinas y por mezclas de los componentes previos, hipocristalina, merocristalina, hialocristalina o hipohialina); 4. Relaciones mutuas entre los gránulos (granular, porfídica, granofídica, gráfica, pecilítica, ofítica mirmequítica, simplectítica, eutaxítica piroclástica, etc.; para texturas metamórficas: blástica, cristaloblástica lepidoblástica, nematoblástica, etc; para
14
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
texturas sedimentarias: conglomerática o rudítica, arenácea o psammitica, limolítica, arcillosa o lutítica, micrítica, espatítica, etc. La textuta de las rocas es la impronta de las características fisicoquímicas de formación de la misma. A continuación se suministra una tabla para la clasificación de las Rocas Igneas excluyendo las piroclásticas, que se verán posteriormente. En la fila superior de la tabla se encuentran tres columnas, la primera de ellas menciona los clanes o familias. Esto quiere decir que las rocas ígneas se clasifican por clanes o familias en virtud de que se asume que para cada roca volcánica con una determinada asociación de minerales y con textura afanítica, le corresponde una roca intrusiva con los mismos minerales pero con textura fanerítica, las texturas, obviamente son diferentes dadas las condiciones diferentes de emplazamiento y de enfriamiento como ya se ha dicho. El hecho de que las rocas ígneas se clasifiquen de acuerdo a determinada asociación de minerales se debe a que durante el proceso de enfriamiento de los magmas se separan fracciones del mismo en forma de asociaciones de minerales conforme el enfriamiento y la solidificación ocurren. Cada asociación constituirá un determinado tipo de roca. En suma, los minerales de mayor punto de fusión que son los óxidos de hierro y de magnesio como la ilmenita y la magnetita junto con los silicatos anhidros de magnesio como el olivino asociados con la plagioclasa cálcica como la labradorita-bitownita son los primeros en solidificar y formaran el clan gabro-basalto, por ejemplo, siempre y cuando el primero haya solidificado en el interior de la Corteza y el otro a partir de una lava y así sucesivamente. Las transiciones, no obstante, son muy comunes tornando eventualmente la clasificación confusa y difícil, en esos casos la discriminación se hace con base en análisis químicos poniendo especial énfasis en la concentración de sílice (SiO 2). CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS ÍGNEAS CLAN O FAMILIA INTRUSIVA EXTRUSIVA (granular o (afanítica) fanerítica *GRANITO *RIOLITA (obsidiana, piedra pómez, perlita) SIENITA TRAQUITA *GRANODIORI *RIODACITA TA *MONZONITA *DACITA CUARCÍFERA
MINERALOGÍA
COLOR
FK>>Plna-ca>+Q(>10%) +BTHORNMT
Claro, blanquecino , cremoso
Idem sin Q AUG FKPlna-ca>+Q(>10%) +BTHORNMT FKPlna-ca>+Q(>10%) +BTHORNMT
Idem Idem
DIORITA
PLna-ca>AUG>MTOPXHORN
*ANDESITA
Idem, puede haber grisáceo. Obscuro, gris, gris
15
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
GABRO
PERIDOTITAS
*BASALTO
Julio César Viggiano Guerra
PLca-na>AUG>MTOLOPXIL
OL, PX, ANF, BT
obscuro, negro Idem, más obscuro que el anterior Obscuro
NOTAS: -La textura de las rocas ígneas intrusivas es fanerítica (megascópicamente cristalina), puede ser porfrítica o porfídica (con cristales grandes rodeados por otros más pequeños). La textura de las rocas ígneas extrusivas es afanítica (megascópicamente no cristalina), o vítrea (como la obsidiana; pumicítica, como la pumicita o piedra pómez; perlítica como la perlita o piedra pez), muy comúnmente porfídica (con cristales bien definidos rodeados de una matriz afanítica o vítrea). -Las rocas con asterisco son las más comunes en el estado de Michoacán. -Claves: Q= cuarzo; FK=feldespato potásico; PLna-ca=plagioclasa sódica (oligoclasa-andesina); PLca-na=plagioclasa cálcica (labradorita- bitownita); BT=biotita; HORN=hornblenda; MT=magnetita AUG=augita; PX=piroxeno; OPX=ortopiroxeno; ANF=anfibol; IL=ilmenita. -El estilo itálico en las letras en la tabla significa que los minerales son accesorios, es decir que su presencia no es “clave oficial” en la clasificación de las rocas, aunque están siempre presentes. -El color de la roca original suele ser modificado por la presencia de minerales formados en etapas posteriores a la consolidación del magma original que les dio origen, o bien por el intenso intemperismo o meteorización, siendo este criterio aplicable también para las rocas piroclásticas. Los más comunes son: Colores claros en general por la presencia de calcita, de yeso, de anhidrita, de arcillas (caolinita, montmorillonita, illita, etc.) Color verdoso por la presencia de clorita y de arcillas magnésicas. Color rojizo por la presencia de hematita. Color amarillento por la presencia de limonita.
16
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
17
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Arriba se ilustra uno de los componentes de las rocas volcánicas llamado cuarzo.
Arriba se ilustra una roca intrusiva granítica que está compuesta por tres diferentes minerales: cuarzo, hornblenda y feldespato. A continuación se muestra una roca ígnea extrusiva o volcánica vista al microscopio del subsuelo de Las Tres Vírgenes, B, C. S.
18
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
La siguiente figura es una roca ígnea intrusiva vista al microscopio de La Tres Vírgenes, B. C. S.
CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS PIROCLÁSTICAS Debido a que las rocas piroclásticas son granulares o clásticas o sea formadas por un agregado de fragmentos de rocas o de líticos que generalmente provienen del conducto volcánico, de minerales o cristales, y de pómez o vidrio volcánico de diferentes tamaños, originadas por la violencia de la erupción, en medios aéreos o
19
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
acuáticos, su clasificación es granulométrica, involucrando de hecho el tamaño de grano. Sin embargo, debido a que estas rocas son composicionalmente tripartitas, es decir, contienen eminentemente líticos, cristales y vidrio, existe una clasificación basada en este criterio, se proveerá después de la clasificación granulométrica. CLASIFICACIÓN GRANULOMÉTRICA DE LAS ROCAS PIROCLÁSTICAS Tamaño del clasto (mm)
Piroclasto
> 64
Bomba, bloque
64-2
Lapilli
2-1/16 < 1/16
Depósito piroclástico Predominantemente Predominantemente No consolidado: consolidado: roca tefra piroclástica Aglomerado, capa Aglomerado, de bloques o tefra Brecha piroclástica de bomba o de bloques Capa o lecho de Toba de lapilli lapilli o tefra de lapilli Ceniza gruesa Toba (de ceniza)
Ceniza de grano grueso Ceniza de Ceniza fina (polvo) grano fino (polvo)
Toba de ceniza fina (Toba de polvo)
20
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
ROCAS PIROCLÁSTICAS Y SUS RELACIONES TRANSICIONALES CON ROCAS SEDIMENTARIAS TERRÍGENAS Piroclástico
Tufitas (mezclas epicláticopiroclástico)
Epiclástico Tamaño promedio (volcánico y/o no de clastos (mm) volcánico)
Piroclastos Epiclastos volcánicos + no volcánicos (+ cantidades menores de constituyentes biogénicos, de sedimentación química y autigénicos)
Aglomerado, aglutinado, brecha piroclástica.
75% 25% Conglomerado Conglomerado, tobáceo, brecha brecha tobácea
0% >64
64-2 Toba de lapilli Gruesa
Arenisca tobácea
Arenisca
2-1/16
Fina
Limolita tobácea
Limonita
1/16-1/256
Toba (de ceniza)
Lodolita tobácea
o
lutita Lodolita, lutita
<1/256
3. ROCAS SEDIMENTARIAS DEFINICIÓN: - Son contrastantes con las rocas ígneas cuyo origen es endógeno o en el interior de la Corteza Terrestre. - Su materia proviene directamente o en su totalidad del exterior de la corteza terrestre. Ejemplo: Las arenas de las playas. - Son, por consiguiente, de origen exógeno, es decir se han formado en el exterior de la Corteza Terrestre.
21
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Mares Ríos - Ambientes
comunes de formación.
Lagos Glaciares Desiertos Mixtos: lagunas , deltas, pantanos.
- No se extienden indefinidamente en profundidad en virtud de que si eso ocurre son transformadas en rocas metamórficas. - Forman estratos, es decir, están estratificadas. Caracteres frecuentes: a menudo no contienen minerales visibles. A veces conservan fósiles, es decir restos de huellas de animales ó plantas, pero las excepciones son frecuentes. Roca sedimentaria: (sedimentum =asentamiento). Son rocas formadas con el material que deriva de rocas preexistentes después del proceso de denudación y con materiales de origen orgánico. El material no consolidado se denomina sedimento: Detríticos ó clásticos Formación de Sedimentos (por su origen)
Químicos Orgánicos u organógenas Mixtos
Estas rocas han sido fuertemente comprimidas por enormes cantidades de sedimentos acumulados encima, en una cuenca en subsidencia, es decir, en hundimiento debido al peso de los sedimentos. Así, los procesos sedimentarios dan lugar a la formación de sedimentos siempre sueltos o incoherentes, que se compactan por efecto de procesos químico-físicos conocidos como diagénesis. En síntesis, son comprensivamente cuatro los estadios del proceso que da origen a las rocas sedimentarias. 1) DEGRADACIÓN: demolición de rocas y minerales preexistentes debido al intemperismo o meteorización que actúa química (oxidación, hidratación) o mecánicamente (disgregación mecánica). Esta destrucción facilita la erosión de
22
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
las masas rocosas y es más intensa cuanto más se exponen las rocas a la intemperie. 2) TRANSPORTE: los productos de la demolición, denominados sedimentos son acarreados por las aguas superficiales, por la gravedad, por el viento, por los glaciares y por las corrientes marinas, y son transportados a otros lugares. 3) SEDIMENTACIÓN: cuando tales productos encuentran una cuenca que los “recoge”, entonces se depositan sobreponiéndose elemento sobre elemento, generalmente de modo estratificado. En tales depósitos es posible distinguir una porción mineralógena de una organógena (cuando existe), que componen las facies del sedimento, y a su vez, distinguibles en litofacies y biofacies, respectivamente. 4) DIAGÉNESIS: la acumulación de los sedimentos produce su transformación en rocas mediante los siguientes procesos: a) Constipamiento: endurecimiento del sedimento por compresión. b) Cementacion: producida por la precipitación de substancias presentes en las aguas circulantes del sedimento. c) Cristalización: crecimiento secundario de minerales con la aparición de una nueva generación de minerales. d) Desalacion: desaparición de las sales contenidas en los sedimentos marinos. e) Silicificacion: substitución con sílice de substancias orgánicas o inorgánicas. f) otras como calcitizacion, dolomitizacion, carbonizacion, etc. En la figura siguiente se muestran los principales ambientes de formación de las rocas sedimentarias.
23
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
24
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS Las rocas sedimentarias cubren aproximadamente el 80% de la corteza terrestre aunque el volumen porcentual de abundancia es muy bajo, apenas el 7.9% (pág. 4). Todos los conocimientos que se tienen sobre estratigrafía y la mayor parte de geología estructural, indispensables en la exploración petrolífera, están basados en el estudio de estas rocas. En valor económico, un enorme porcentaje de los depósitos minerales del mundo, proviene de rocas sedimentarias, como por ejemplo: petróleo (tan codiciado y generador de grandes disputas entre las naciones; además, en México, el primer generador de divisas), gas natural, carbón, sal, azufre, potasa, yeso, caliza, fosfatos, uranio, hierro, manganeso, etc., sin mencionar otros materiales más comunes como la arena para la construcción, piedra de cantera (pero de caliza, no de ignimbrita como la empleada en la ciudad de Morelia), rocas para la elaboración del cemento, o arcillas para la cerámica. El estudio de las rocas sedimentarias es también de mucha importancia para la prospección de reservas minerales económicas, especialmente en la actualidad, ya que se está haciendo cada vez más difícil la localización de nuevos depósitos. Las compañías petroleras y las mineras que explotan fosfatos, uranio, hierro, etc., hacen intensivos estudios de sedimentos, con objeto de localizar nuevos depósitos y de interpretar el origen de aquellos ya conocidos. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS Las rocas que proceden del endurecimiento de fragmentos como las gravas, las arenas, los limos y las arcillas se denominan clásticas o terrígenas y su clasificación es granulométrica, es decir, basada en el tamaño del grano. Las que proceden de la precipitación de substancias químicas en la cuenca de depósito se denominan de origen químico. Y las que proceden de la intervención de organismos en su formación se denominan organógenas. Las puede haber mixtas. En efecto, las rocas mixtas o híbridas suelen estar más presentes en el mundo geológico de los sedimentos que todas las demás; aquí, la regla casi se convierte en una excepción.
25
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS TERRIGENAS (GRANULOMETRÍA DE TERRÍGENOS) NOMBRE DE LA PARTÍCULA DIAMETROS DE LAS ROCA O SEDIMENTO O SEDIMENTO PARTÍCULAS CONSOLIDADO G CANTOS RODADOS > 256 mm CONGLOMERADO R GUIJARROS DE 256 A 64 mm IDEM A GUIJAS DE 64 A 4 mm IDEM V GRÁNULOS DE4 A 2mm IDEM A A MUY GRUESA DE 2 A 1 mm ARENISCA R GRUESA DE 1 A 0.5 mm IDEM E MEDIANA DE 0.5 A 0.25 mm IDEM N FINA DE 0.25 A 0.125 mm IDEM A MUY FINA DE 0.125 A 0.062 (0.05 IDEM LIMO DE 0.062 (0.065) A LIMOLITA 0.005 mm ARCILLA
MENOS DE 0.005 mm
ARGILITA O LUTITA
Las gravas son generalmente fragmentos de rocas o líticos angulosos o redondeados aunque puede haber minerales del tamaño de las mismas, siempre, no obstante, subordinados en abundancia total. En las arenas el predominio composicional son minerales o fragmentos de estos también redondeados (cuarzo, feldespato, plagioclasas) subredondeados o angulosos, pero hay fragmentos líticos que incluso dan lugar a las famosas grauvacas. En los limos ocurre lo mismo, siendo por decirlo así arenas más finas. En cambio las arcillas no son fragmentos redondeados sino minerales del grupo de las arcillas en forma de hojuelas escamosas de ahí su capacidad de absorción de agua y, entonces, su omnipresente plasticidad que puede variar de acuerdo a la tipología de las mismas. Las más comunes son: illita, montmorillonita (smectita) y caolinita. De estas la más abundante en rocas viejas es la illita pero la más abundante en suelos y en sedimentos modernos es la montmorillonita cuyo color es cafesoso, verdoso e incluso rojizo por la presencia de magnesio e hierro. Por otro lado, las mezclas de terrígenos son muy comunes en el record geológico, cuando esto pase el nombre de la roca será el del sedimento que predomine mencionando después y jerárquicamente los de menor alcance porcentual. Por ejemplo, conglomerado areno arcilloso o lutita conglomerática arenosa. No obstante, los esquemas de clasificación más ortodoxos, digamos, son bastante complicados; no es el caso que me ocupa en estos apuntes. El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) basa su clasificación en la mezcla de los terrígenos aludidos en la tabla anterior.
26
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
ROCAS SEDIMENTARIAS ORGANÓGENAS U ORGÁNICAS T NATURALEZA I P O S
ROCAS INCOHERENTES
A U T Ó B C I T O O C N L CALCÁREAS LODOS CALCÁREOS Y A Á Y DEPÓSITOS S S DOLOMÍTICA CONCHÍFEROS A T S CORRESPONDIENTES L I Ó C C A T S O N A S
ROCAS COHERENTES
CLINTITAS (CALCÁREOBIOHERMALES)=PREDOMINIO DE FORMAS BENTÓNICAS CALCÁREO COQUINOIDES O (CALCÁREO BIOSTROMALES)=PREDOMINIO DE FORMAS PELÁGICAS O BENTÓNICAS CALCÁREO PELÁGICAS=PREDOMINIO DE FORMAS PELÁGICAS CALCIRRUDITAS:COQUINA (FRAGMENTOS COQUINOIDES), BANCOS, BRECHAS DE ESCOLLERA CALCARENITAS: MICROCOQUINA (DETRITOS MICROSCÓPICOS DE FÓSILES), ENCRINITAS (CALCÁREOS A ENTROCOS) ESPERGENITAS (DETRITOS DE CARBONATOS INORGÁNICOS MIXTOS CON DETRITOS FÓSILES, FORAMINÍFEROS, ETC.) BRECHAS OSÍFERAS, CAPAS DE HUESOS CARBONES FÓSILES RADIOLARITAS ESPONGILITAS DIATOMITAS
FOSFÁTICAS CARBONOSAS TURBA B SILÍCICAS LODOS DE RADIOLARIOS I LODOS DE ESPONJAS O LODOS DE DIATOMEAS Q HARINAS DE FÓSILES U TRÍPOLIS Í FOSFÁTICAS GUANO FOSFORITAS M I BITUMINOSAS PETRÓLEO, GAS BITUMEN, PIROSQUISTO C ASOCIADO A S
27
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
ROCAS SEDIMENTARIAS DE DEPÓSITO QUÍMICO NATURALEZA
TIPOS
SALINAS
SAL GEMA SALES POTÁSICAS Y POTASICO-MAGNÉSICAS YESO CRISTALINO ALABASTRO YESOSO ANHIDRITA CALCÁREO CRISTALINO QUÍMICAS
YESOSAS CALCÁREAS
COMPONENTES PRINCIPALES NaCl KCl, KMgCl.6H2O
E V A P CaSO4.2H2O O CaSO4 R I CaCO3 T A S CaCO3+IMPUREZAS VARIAS
OOLÍTICO-CALCÁREOS PISOLÍTICO-CALCÁREOS ALABASTRO-CALCÁREO CALCÁREO-CONCRECIONAL TRAVERTINO CARNIOLE, DOLOMÍA CaMg(CO3)2+IMPUREZAS CRISTALINA QUÍMICA OOLÍTAS FERRÍFERAS 3FeO.Al 2O3.3SiO2.3H2O
DOLOMÍTICAS SÍLICOFERRÍFERAS SÍLICOALUMINOSAS SILÍCICAS
LATERITAS
SiO2+Al2AO 3+Fe2O3+H2O
GEYSERITAS
SiO2
IDENTIFICACION DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS Nombre de la Roca
Conglomerado
Brecha Arenisca
Composición Esencial
Prueba – Clave
1. Rocas clásticas o terrígenas Partículas cementadas, Las partículas más algo redondeadas; uno por grandes tienen más de 2 ciento considerable es del mm. De diámetro: las tamaño de guijarro. partículas más pequeñas y la pasta cementante ocupan intersticios Fragmentos claramente Las partículas grandes son angulosos con pasta del tamaños de un guijarro cementante o aun mayores. Fragmentos redondeados, Generalmente son de del tamaño de los granos cuarzo los granos, pero de arena. De 0.02 a 2 mm; también entran otros material cementante materiales derivados de
28
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
otras rocas. Nombre de la Roca Arcosa
Composición Esencial
Prueba – Clave
Un porcentaje importante esta constituido por granos de feldespato, del tamaño de los granos de arena o de mas grandes.
Es esencial que los granos de feldespato constituyan 25 % o más de la roca; algunos pueden ser mas grandes que los granos de arena. Grauvaca Fragmentos de cuarzo, Ingredientes de diversas feldespato, fragmentos de clases, pobremente roca cualquier otra clase, clasificados, con una con una cantidad cantidad considerable de considerable de arcilla. arcilla en la matriz. Limolita Principalmente partículas La superficie es de limo con algunas de ligeramente áspera al arcilla tacto. Lutita Principalmente minerales La superficie es suave al arcillosos. tacto, aparenta ser áspera. 2. Rocas de Origen orgánico y de origen químico. Caliza Calcita; puede ser afanítica Se raya fácilmente con la o cristalina. navaja; efervese con HCl diluido, frió. Roca dolomítica o Dolomita; puede ser Mas dura que la caliza, dolomía afanítica o cristalina más suave que el acero; se necesita rayarla o pulverizarla para que haga efervescencia con HCl frió. Turba Fragmentos obvios de material vegetal. Carbón bituminoso Carbón negro, dispuesto Se raya fácilmente, hace en capas o bloques. raya negra. Depósitos de Sal Halita, yeso
29
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
A continuación se muestra una roca sedimentaria terrígena o clástica vista al microscopio, procedente de Las Tres Vírgenes B.C.S. y después dos muestras de mano procedentes del Museo de Geología y Mineralogía, del Departamento de Materiales de la Facultad de Ingeniería Civil (cortesía del estudiante Salvador Moreno).
30
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
4. ROCAS METAMÓRFICAS Las rocas inicialmente ígneas o sedimentarias se transforman ulteriormente a profundidad debido a fuertes presiones y temperaturas a las que son sometidas y entonces son, consecuentemente, metamorfoseadas. Las rocas así originadas sufren en la transformación química, mecánica o mecánico-química que se registra en su textura o en su estructura y/o en su composición mineral. En algunas ocasiones la mineralogía y química de la roca original queda intacta y el cambio es sólo textural, en otras, puede ser lo contrario. Así, las rocas metamórficas son rocas sedimentarias o ígneas que han sido transformadas totalmente por el proceso del metamorfismo. Además, las mismas rocas metamórficas pueden sufrir grados más altos de metamorfismo en la medida en la que cualquier parámetro sea modificado. Metamorfismo: transformaciones de las rocas a consecuencia de: temperatura, presión, fluidos mineralizantes, gases. Tipos de metamorfismo desde el punto de vista químico: Isoquímico: sin cambio global del quimismo de las rocas que han sido metamorfosadas. Quimismo: condiciónes químicas de las rocas. Aloquímico. Con aporte o substracción de substancias de las rocas que han sido metamorfoseadas. Tipos de matamorfismo desde el punto de vista físico:
31
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Dinamometamorfismo: Por acción mecánica ligada a dislocación tectónica, generalmente a través de planos de fallas. Por ejemplo cataclasitas y milonitas Metamorfismo de contacto: Por acción térmica ejercida de los cuerpos magmáticos sobre las rocas de contacto, es decir, aquellas que circundan el cuerpo magmático en enfriamiento. Puede ser térmico o químico (incluso con reacciones químicas en los minerales). Por ejemplo, mármoles o hornfelses. Metamorfismo regional: Grandes masas rocosas son soterradas en cuencas sedimentarias con subsidencia (hundimiento debido al peso de los sedimentos) a elevadas presiones. Por ejemplo pizarras, filitas, esquistos y gneises. A continuación se suministra una tabla, la más práctica y simple posible, en la que se proveen las rocas metamórficas más comunes y sus rocas precursoras.
ROCA ORIGINAL
ARCILLA LUTITA GNEIS GRANITO ARENA ARENISCA CUARCITA
ROCAS VOLCANICAS
ROCA RESULTANTE DESPUES DEL METAMORFISMO REGIONAL O DE DE CONTACTO REGIONAL CONTACTO ESQUISTOS: ESQUISTOS CON OJOSOS SERICITA, NODULOSOS ESQUISTOS CON MICACEOS CLORITA, CON MINERALES FILITA MICACITA, CORBUNIANITAS PARAGNEIS O CORNEANAS ORTOGNEIS GRAUVACAS OJOSAS NODULOSAS MICACEAS CON CUARCITAS LEPTINITA MINERALES ESQUISTO ANFIBIOLITAS TALCOSO ESQUISTO SERPENTINA CLORITICO
PERIDOTITA CALIZA
MARGA LUTITA CALCAREA DOLOMIA
SERPENTINA CALIZA CON MINERALES O MÁRMOL ESQUISTO CALCAREO CON MINERALES CORNEAS ANFIBOLICAS
CALIZA CRISTALINA
ANFIBOLITA DOLOMIA
32
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
CRISTALINA O MÁRMOL DOLOMÍTICO GRAFITO
CARBONES
ANTRACITA
CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS METAMORFISMO DE CONTACTO: rocas ordinariamente en masa; algunas veces con estructura paralela escasamente desarrollada. Constituidas (calcita) Constituidas silicatos
principalmente principalmente
por por
carbonatos Mármol Mármol de dolomita cuarzo y/o Corneana o hornfels Cuarcita Serpentinita
METAMORFISMO REGIONAL Y *DINÁMICO: rocas con estructura y/o textura paralela (frecuentemente muy constante) Constituidas principalmente por silicatos y cuarzo Pizarra (proceden de rocas arcillosas lutíticas) Filita Esquisto presión Gneis
Aumenta
Constituidas principalmente por carbonatos
Mármoles Mármoles dolomíticos Constituidas principalmente por carbono Grafito *Constituidas por cualquier tipo de mineral Cataclasita deformado o incluso milonitizado (remolido) Milonita
AUXILIARES PARA LA IDENTIFICACION DE ROCAS METAMORFICAS
33
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Nombre de las Rocas
Julio César Viggiano Guerra
Características que las distinguen
34
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Pizarra
Filita
Esquisto
Gneiss
Cuarcita
Nombre de las Rocas Mármol
Hornfels o corneana
Julio César Viggiano Guerra
1. Rocas Metamórficas foliadas Se separa en láminas planas, delgadas, que tienen mucho lustre; por lo común los planos de estratificación de la lutita con la que guarda relación marcan líneas sobre las láminas; en capas delgadas, suena cuando se le golpea de pronto. Las superficies de las láminas son excesivamente lustrosas: las láminas comúnmente están plegadas o dobladas en forma abrupta; se encuentran cristales de granate y otros minerales en alguna láminas. Bien foliada, con minerales laminados o alargados, visibles (mica, clorita, hornblenda); el cuarzo es un integrante prominente; es común encontrar granos de granate y otros minerales accesorios; las hojuelas pueden estar plegadas o corrugadas. Generalmente de grano grueso, con foliación imperfecta, pero conspicua; las lentes y las capas difieren en su composición mineralógica; el feldespato, el cuarzo y la mica son ingredientes comunes. 2. Rocas Metamórficas sin foliación. Consiste totalmente de arena de cuarzo cementada con cuarzo; los granos de arena se esbozan en las superficies rotas, pasando las roturas a través de los granos. Amplia variedad de colores y tonos. Características que las distinguen Caliza o dolomía totalmente cristalizadas; el grano varía de grueso a fino; responde a la prueba con ácido clorhídrico como lo hacen la calcita y la dolomita; los minerales accesorios se desarrollan de las impurezas contenidas en la roca original. Roca dura, maciza de grano fino, por lo común con granos o cristales dispersos, de granate, cianita, estaurolita, u otros minerales que son comunes en las zonas de metamorfismo de contacto.
35
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
36
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
A continuación se muestra una roca dinamometamórfica, vista al microscopio, del subsuelo de Las Tres Vírgenes, B.C.S., Después se muestran otras tres rocas metamórficas procedentes del Museo de Geología y Mineralogía, del Departamento de Materiales de la Facultad de Ingeniería Civil (cortesía del estudiante Salvador Moreno).
37
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
38
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
5. ALGUNAS PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS. Peso específico: Es el peso por unidad de volumen de una roca, expresado en kg/cm3. Al constructor no le basta conocer el Peso Específico real sino el Peso Específico Aparente o sea el peso en kilogramos de un decímetro cubico de material muestreado in-situ. Este parámetro es fuertemente afectado por la porosidad y por el agua que contiene la roca cuyo referente es la absorción. Porosidad: Es la propiedad de contener espacios vacíos entre los elementos sólidos de una roca. Se expresa en %, como relación entre el volumen de vacíos Vp y el volumen total Va. Absorción: Es la propiedad que tienen las rocas de absorber agua por capilaridad cuando se ponen en contacto con el agua misma o con el terreno húmedo. Se expresa en %. Índice de Calidad de la Roca (Rock Quality Designation): Este índice refleja el grado de alteración y de discontinuidad de la roca que pueden deberse a fracturamiento, fisuración, o a cualquier otro tipo de discontinuidades tales como estratificación, planos entre coladas, etc. Su cálculo es una estimación de la capacidad de carga de la roca (véase abajo). Se obtiene de núcleos de rocas procedentes de la perforación de pozos en macizos rocosos. Su cálculo se efectúa de la siguiente manera: R. Q. D. =
Suma de los segmentos mayores a 10 cm. Longitud del Muestreo
x
100
Ejemplo: Si obtenemos una muestra de 3.00 m de longitud y la suma de los segmentos mayores de 10 cm. es de 2.10 m entonces el R. Q. D. es: R. Q. D. = (2.10 / 3.00) x 100 = 70%
R. Q. D. (%)
CALIDAD
0 – 25 25 – 30 50 – 75 75 – 90 90 – 100
Muy mala Mala Buena Muy Buena Excelente
PRESIÓN ADMISIBLE Kg/cm2 10-30 30-65 65-120 120-200 200-300
Indice de recuperación: Es otra estimación de la resistencia de las rocas. Se obtiene a partir de núcleos de roca como el RQD. Se calcula de la siguiente manera: 39
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
R%=
Longitud Total Recuperada Longitud Total Perforada
Julio César Viggiano Guerra
x
100
A valores altos tanto del RQD como del R, se asumen rocas impermeables con buenas propiedades mecánicas en tanto que a valores bajos, las rocas son permeables pero con propiedades mecánicas mucho menos deseables. Permeabilidad: Es la capacidad que tienen las rocas de dejarse atravesar por un fluido cuando están sometidas a un cierto gradiente hidráulico. Está regida por la Ley de D’arcy. La interpretación del cálculo o la estimación de esta propiedad es ambivalente porque en el ámbito del alumbramiento del agua subterránea conviene que sea de gran magnitud pero en el ambiente constructivo es preferible que sea baja o nula por razones lógicas. De hecho, las inyecciones en rocas tienden a impermeabilizar y a mejorar el módulo de deformabilidad del terreno; en contraste, el empleo de explosivos en el subsuelo pretende estimular la permeabilidad de un acuífero por ejemplo. Grado de permeabilidad relativa Alta Media Baja Impermeable
Coeficiente de permeabilidad en m/s
Tipos de Rocas
>10-2 10-2 - 10-4 10-4 - 10-9 <10-9
Grava Arena Arena Fina o Limo Arcilla
Resistencia de las Rocas: Hay que considerar 4 clases de esfuerzos: esfuerzos de compresión, esfuerzos cortantes, esfuerzos de tensión y en algunos casos esfuerzos de torsión. La resistencia a la compresión de una roca es a menudo medida por cargas de ruptura por aplastamiento de una muestra cúbica, prismática o cilíndrica de la misma (número de kilogramos de carga por centímetros cuadrados de superficie). A continuación algunos ejemplos. Roca de densidad 2.7- 400 kg/cm 2 Ladrillos y yeso 100 “ Concreto 360 “ Hierro 3600 “ En la resistencia a la tracción la ruptura es por estiramiento y suele resultar en promedio 30 veces menos que la de la compresión. La flexión en cambio, es menor que la compresión, sólo de 2 a 12 veces, ésta, representa la ruptura de la roca sometida a carga cuando está fija de un extremo.
40
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Clasificación de las rocas de acuerdo a su resistencia Magnitud de la Resistencia
Resistencia a la Compresión Simple en Kg./cm.2
Muy Elevada Mayor de 2,250 Elevada De 1,125 a 2,250 Media De 565 a 1,125 Baja De 280 a 565 Muy Baja Menor de 280 Características Ingenieriles de los Materiales Rocosos Inalterados Comunes Tipo Litológico Ígneas Basalto Diabasa Granito Pegmatita Sienita Diorita Gabro Peridotita Dolerita Aplita (roca clara afanítica) Felsita Vidrio Volcánico Pómez Toba Andesita Dacita Riolita Metamórficas Gneiss Mármol Cuarcita Esquisto
Variación usual de la resistencia
Textura usual y otros atributos
De muy baja a muy alta De alta a muy alta De media a alta De media a alta De alta a muy alta De media a alta De baja a muy alta De media a alta De media a alta De alta a muy alta
Cristalina puede ser vesicular Cristalina Cristalina Cristalina Cristalina Cristalina Cristalina Cristalina Cristalina Cristalina
De alta a muy alta De alta a muy alta De muy baja a baja De muy baja a baja De media a muy alta De media a muy alta De media a muy alta
Cristalina Vítrea Porosa Cementada, fragmentaria Cristalina Cristalina Cristalina
De media a alta Media De alta a muy alta Muy baja a alta
Foliada Cristalina Cristalina Foliada, frecuentemente orientada Foliada Foliada De masiva a Foliada Foliada, frecuentemente orientada Foliada, frecuentemente
Gneiss de Granito Serpentina Clorita Filita
De media a alta Muy baja a alta De muy baja a baja De baja a muy alta
Pizarra
De baja a Alta
41
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Hornfels Antracita Sedimentarias Dolomita
De alta a muy alta Media
Julio César Viggiano Guerra
orientada Cristalina, isótropa Puede estar orientada
Sal de Roca Arenisca Limolita Conglomerado Brecha Arcosa
Isótropa, sin estar finamente estratificada De baja a muy alta Isótropa, estando finamente estratificada De muy baja a muy alta Cristalina, muy soluble De baja a muy alta Cementada De baja a alta Cementada De muy baja a media Cementada De muy baja a media Cementada De muy baja a muy alta Cementada
Grauvaca
De media a muy alta
Cementada
Lutita
Variación usual de la resistencia De muy baja a alta
Yeso
Baja
Lignito
De muy baja a baja
Textura usual y otros atributos Frecuentemente Laminada, puede expandirse bajo presión reducida Cristalina, moderadamente soluble Cristalina
Caliza
Tipo Litológico
De media a muy alta
La resistencia a la compresión está influida por la textura de la roca, en especial por el grosor de los granos (grano fino es más resistente que el grueso siempre que su cohesión sea alta). En rocas sedimentarias depende del material que cemente o compacte, si es cuarzo el que cementa, la resistencia aumenta, en cambio si es arcilla la que compacta, la resistencia es baja. La resistencia a la compresión depende también de la inclinación de las fuerzas que sobre ella actúan con respecto a los planos de estratificación o lechos. De modo que la mayor resistencia corresponde a los esfuerzos normales a la estratificación. La resistencia a la tensión o tracción se desprecia dado que difícilmente la solicitación ingenieril será de esa naturaleza. Los ensayos de compresión y cortantes son los mismos que se aplican a los suelos (pruebas triaxiales y sin confinar). Con ambas pruebas se determina la resistencia a la compresión y a los esfuerzos cortantes. 42
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Elasticidad de las rocas: El módulo de elasticidad o módulo de Young E expresa la resistencia que opone una roca de sección transversal S y de longitud L a experimentar un alargamiento l cuando es sometido a una fuerza de alargamiento P. Su valor es tanto mayor cuanto más pequeño es el alargamiento. E=LP/lS Las propiedades elásticas en las rocas son variables en distintas direcciones y el valor del módulo de elasticidad depende de la dirección de la medida. Las deformaciones máximas de una roca sometida a carga sobrevienen cuando se coloca perpendicularmente con respecto a los lechos de estratificación. Las propiedades elásticas de las rocas de cimentación vienen afectadas por circunstancias geológicas, tales como zonas de falla fracturas e intrusiones lenticulares. Cuanto más elevada es la resistencia a la compresión de una roca más alto es el módulo de elasticidad, con algunas excepciones. Modulo de Compresión o Compresibilidad: El módulo de compresibilidad es el recíproco del cambio de volumen específico dV y de la densidad bajo una determinada presión hidrostática dP expresado en kg/cm 2. Se deduce de la siguiente expresión matemática: dV= dP-Vo
= (dV+Vo)/dP Donde Vo=volumen inicial u original de la roca El módulo de incompresibilidad K será, consecuentemente: K=1/ Modulo de rigidez o módulo de cizalla. El módulo de rigidez o módulo de cizalla G es el cambio de forma de un material elástico sujeto a un esfuerzo de cizalla o cortante y viene conceptualizado en la siguiente ecuación: G= / donde es el ángulo generado debido a la deformación o distorsión del cuerpo Coeficiente de Poisson: Es la relación entre la contracción transversal fraccional y la extensión longitudinal fraccional de un cuerpo sometido a presión, en otras palabras, expresa la relación entre la deformación lateral y la deformación 43
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
longitudinal, sus valores son variables y sólo aproximados. La siguiente expresión se refiere a la relación de Poisson:
=E-2G/2G Donde E es módulo de elasticidad y G el de rigidez. Se asume en términos generales que a mayor módulo de Young, más grande será la relación de Poisson y, relativamente, a mayor módulo de rigidez, menor relación de Poisson. En la tabla subsiguiente se presentan unos resultados de estudios petrofísicos de núcleos de rocas del campo geotérmico de las Tres Vírgenes BCS (pozo LV-3). Obsérvese como tanto la densidad como la porosidad condicionan no sólo a la permeabilidad sino al resto de las resistencias de las rocas. ROCA ANDESITA ANDESITA VÍTREA ARENISCA GRANITO
D 2.6 2.2
3.1 18.8
K 0.3 1.3
E 561240 216110
G 232120 95790
K 321410 96840
0.209 0.128
2.4 2.8
14.7 0.4
2.7 0.4
715310
292090
432680
0.224
D=densidad en gr/cm 3 ; =porosidad efectiva en %; k=permeabilidad absoluta en microdarcys; E=módulo de Young; G=módulo de rigidez; K=módulo de incompresibildad; =relación de Poisson, en kg/cm2 desde E. 6. LAS ROCAS: SUMARIO Y APLICACIÓN EN INGENIERIA CIVIL CLASIFICACION DE LAS ROCAS. Una roca designa una masa de material natural, de semidura a dura, compuesta por uno o varios minerales. Para su clasificación se utilizan las siguientes propiedades: Textura: ordenación de granos o partículas según una fractura reciente. Si los minerales se ven a simple vista se les llama de textura fanérica, si no se ven se dice que tienen textura afanítica. En el caso de los materiales grandes embebidos en granos finos se consideran que tienen textura porfídica. En rocas sedimentarias tenemos: Faneritas o areniscas Afanitas, argilita o limolita. Pórfidos o conglomerados.
44
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Estructuras (ígneas): Existen los siguientes tipos: Vesicular: Contienen pequeños huecos (o vesículas) repartidos en toda la roca. Vacuolas o geodas: Están rellenos o cubiertos con minerales diferentes a los constitutivos de la roca. Fracturas: transcurren en cualquier dirección y bajo cualquier Angulo. Trama: se refiere a los esquemas especiales de las partículas de la roca, abarca el tamaño de los granos, sus relaciones, formas, microfracturación, acoplamiento y entrelazamiento de partículas. ROCAS ÍGNEAS. Por su color, los tonos claros indican la presencia de feldespatos y de cuarzo y los oscuros de ferromagnesianos y óxidos. Se clasifican en: 1. Rocas Extrusivas.- Son aquellas rocas expulsadas por un volcán, ya sea mediante flujos de lava o por el estallido del mismo. Se dividen en: a) Rocas Extrusivas (Derrames de lava).- Las principales en la construcción son:
Andesitas y riolitas.
Tipos de estructura: Fracturamiento excesivo (Andesitas lajeadas) cuando son muy afaníticas. Composición mineralógica: Intermedias y ácidas respectivamente. Forma característica intemperizables.
de
intemperizar:
Andesitas
fácilmente
Uso general: Se utiliza con éxito para la construcción de presas y pueden construirse excelentes cimentaciones sobre esos tipos de roca. Problemas: Si están fisuradas pueden ser altamente permeables. Andesita, uso específico: Puede usarse para mampostería según el estado de la roca, se usa con éxito para sub-base y base en
45
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
carreteras y para revestimientos. Triturada se usa como cementante mezclada con tezontle, para construir la base de la carretera. Riolita, uso específico: Es dura y resistente, apropiada en general para la construcción. Se usa para fabricar losas para revestimiento y adoquines para pavimentación.
Basalto. Tipos de estructura: Fracturamiento excesivo, lajas, columnas prismáticas, vesicular, masiva, cavernas y escoria. Composición Mineralógica: Básica o máfica. Forma característica de intemperizar: suelos arcillosos o regolita. Características: Macizo, muy resistente y duro. Su explotación requiere explosivos y herramientas de perforación. En estado masivo es impermeable, cuando está fisurado es altamente permeable. Uso específico: Cimientos, enrocamientos, agregados para el asfalto y pavimentos.
Obsidiana. Uso específico: Fabricación de artículos de ornato.
Perlita. Uso específico: Fabricación de concretos ligeros corno material
aislante.
Piedra Pómez. Uso específico: Fabricación de material de construcción ligero (ladrillo, tabique y rellenos ligeros).
b) Rocas Ígneas Piroclásticas. Son aquellas formadas cuando el polvo o la ceniza volcánica, constituida por materiales finos producidos por las erupciones explosivas, se consolidan, es decir, se compactan y sueldan hasta formar una roca maciza. Para la construcción las principales son:
Tobas.
46
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Tipos de estructura: Masiva, fracturada, en bloques, en capas pseudoestratificadas, porque se supone que los estratos sólo se forman en rocas sedimentarias. Composición Mineralógica: cristalinas, vítreas y líticas. Forma característica de intemperizar: rápidamente. Uso específico: cuando sus minerales cristalinos y vítreos son resistentes, impermeables y tienen poca deformabilidad se usan en presas rígidas (De concreto). Características: son ligeras y débiles, pueden ser suaves o duras, aunque algunas consolidadas pueden recibir una cimentación, son muy deslizables.
Brecha volcánica.
Pumicita.
2. Rocas Plutónicas o Intrusivas.- Son los cuerpos ígneos formados bajo la superficie de la tierra que representan el magma de roca de mayor antigüedad. Hay dos tipos: hipabisales (diques y mantos) y profundas (batolito, tronco, lacolito, lopolito). Las principales rocas intrusivas para la ingeniería son:
Granito. Tipos de estructura: Masiva, fracturada en bloques. Composición Mineralógica: Homogénea (de ácidas a básicas). Forma característica de intemperizar: exfoliación. Uso específico: Magníficas como base para la construcción de obras de ingeniería. Características: Macizo, sano, impermeable y muy resistente (1,000 a 1,400 kg/cm2). Problemas: fracturamiento, juntas o grietas. Su explotación requiere el uso de explosivos y el desgaste de herramientas: brocas, trituradoras.
Diorita. Es muy resistente y menos dura que el granito, es un buen material para la construcción.
Gabro.
47
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
La roca sana es dura, resistente y excelente material para la construcción. 7. PROBLEMAS GEOTÉCNICOS EN ROCAS. NOTA: ES COMUN UTILIZAR EL TÉRMINO GEOTECNIA COMO SINÓNIMO DE GEOLOGÍA APLICADA A LA INGENIERÍA CIVIL. ÍGNEAS INTRUSIVAS: Granitos, dioritas, gabros. Profundidad de meteorización Alteración hidrotermal Alto grado de fracturamiento y argilitización Exfoliación por liberación de esfuerzos Fracturamiento bastante regular con dos o más sistemas Permeabilidad EXTRUSIVAS 1. Depósitos volcánicos recientes 2. Secuencias anisotrópicas 3. Capas débiles (cenizas, tobas) 4. Suelos fósiles 5. Espesores delgados de lava 6. Diaclasas de enfriamiento (estructuras columnares) 7. Vesículas, ductos y cavidades 8. Depósitos heterogéneos (variaciones en resistencia, brechas) 9. Variaciones en resistencia, deformabilidad y permeabilidad (tobas, brechas) 10. Seudoestratificación 11. Depósito de cenizas metaestables 12. Alteración (p.e. tobas básicas a bentonitas) 13. Tubificación 1. 2. 3.
DEPÓSITOS VOLCÁNICOS ANTIGUOS Fracturamiento Alteración meteórica Permeabilidad
SEDIMENTARIAS. Los diversos tamaños de granos son, en orden descendente: boleos, cantos, gravas, arenas, limos y arcillas. Desde el punto de vista ingenieril las rocas más importantes son: areniscas, calizas y margas.
Lutitas (arcilla compactada). Estructura típica: Estratificación delgada o laminar. 48
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Composición: Minerales arcillosos. Forma característica de intemperizar: Físil. Tipos: Argilita (arcilla compactada), Lodolita (Mezcla de arcilla, limo, poca arena y materiales orgánicos consolidados) y Limolita (Limo Consolidado), los anteriores se consideran de resistencia media. Presenta buena resistencia a la compresión y bajo esfuerzo cortante. Hay que tener en cuenta la posición de la estratificación. Problemas: Es deformable debido a su alta plasticidad, propiedad heredada de su antecesor sedimentario, la arcilla.
Calizas y Dolomitas. Tipos de estructura: Estratificación gruesa, media y delgada. Composición mineralógica: Calcita, dolomita y aragonita. Forma característica de intemperizar: carst (cavidades por disolución como las cavernas). Características: Su posición de estratificación es importante en la ingeniería. Problemas: Son peligrosas en cimentaciones cuando presentan estratificación delgada, deformada y cavernosa. Su resistencia al esfuerzo cortante disminuye debido a la saturación o humedad o cualquier sobrecarga o causa activa. Son portadoras de agua subterránea, es decir, pueden constituir buenos acuíferos. Uso: Se utilizan en cimentaciones de presas o cualquier otra cimentación cuando son de estratificación gruesa, poco deformada y no cavernosa. Triturada se emplea en la construcción de carreteras; en el terraplén, en la base y aún para mezcla asfáltica, es muy buen material para balasto. La dolomita se utiliza en la industria por la calidad refractaria.
Caliza fosilífera. Cuando sus bancos son gruesos y sin fracturas, proporcionan piedras labradas y pulidas que le dan aspecto de mármol.
Aragonita. Se usa en la fabricación de planchas para revestimiento de muros, piezas y artículos de ornato. Los fragmentos de la roca se usan en la fabricación de piedra artificial para pisos y revestimientos.
Travertino. Se usan en el cubrimiento de fachadas, muros interiores, lambrines,
Yeso y anhidrita.
etc.
49
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
El yeso se usa en la fabricación de morteros, molduras y artículos de ornato en general. La anhidrita presenta problemas en obras subterráneas, es inestable en presencia de agua.
Areniscas. Estructura típica: Estratificación delgada, media y gruesa. Composición mineralógica: Cuarzo, feldespatos, arcillas y ferromagnesianos. Cementante: Sílice, calcita, óxido de hierro y arcilla (que es de hecho un compactante). Características: En función de su cementante pueden ser frágiles, pobremente, medio y bien cementado para indicar la calidad de estas rocas como materiales propias para la cimentación.
Margas. Estructura típica: Estratificación delgada, media y gruesa. Composición mineralógica: Arcilla mezclada con carbonato de calcio. Uso: En cimentaciones profundas defendidas contra la intemperie. Problemas: Se desintegra rápidamente y generan suelos altamente
plásticos. PROBLEMAS GEOTÉCNICOS EN ROCAS SEDIMENTARIAS LUTITAS Sus propiedades mecánicas dependen de:
Contenido mineralógico Tipo de arcilla predominante (actividad) Grado de compactación (menos resistentes) Grado de cementación (más resistente) Grado de fracturamiento y deformación Edad de la roca
PROBLEMAS Fisilidad (lutitas con mica) Bandas (lutitas carbonosas) Desintegración por intemperismo (lutitas con bajo grado de compactación) Desmoronamiento (contracción) Deformables (baja capacidad de carga) Baja resistencia al esfuerzo cortante Expansión (lutitas con montmorillonitas, pirita y marcasita) Facilidad de erosión Estratificación y grado de fracturamiento Anisotropía 50
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Solubilidad (lutitas con yeso) Gases (lutitas carbonosas) Fluencia plástica (creep)
ARENISCAS Sus propiedades mecánicas e hidráulicas dependen de:
Cantidad de cemento o matriz Porosidad Composición de los granos de arena Grado de compactación Contenido de agua Grado de alteración Edad de la roca
Problemas:
Sistemas y grado de fracturamiento Estratificación y plegamiento Asociación con lutitas (baja resistencia, buzamiento) Tubificación) Disgregación (areniscas no cementadas) Alteración por meteorización Baja resistencia y alta deformabilidad (no cementadas) Permeabilidad
QUÍMICA (calizas, dolomías, greda, caliche, evaporitas, margas) Sus propiedades mecánicas dependen de:
Edad de la roca Porosidad Mineralogía Grado de fracturamiento y plegamiento Espesor de los estratos
PROBLEMAS
Permeabilidad (disolución y fracturamiento) Fluencia plástica (evaporitas y greda) Cavernas de disolución (con o sin relleno) karst
51
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Presencia de lutita interestratificada Resistencia al esfuerzo cortante (lutitas con yeso) Grado de fracturamiento y estratificación Hundimientos superficiales (karst) Asentamientos y deformación pequeña (greda) Expansión (evaporitas con anhidrita) Disolución rápida (yeso) Desmoronamiento en presencia de humedad (margas)
METAMÓRFICAS. Son rocas formadas como consecuencia de recristalizaciones completas e incompletas de rocas ígneas o sedimentarias debidas a agentes como altas temperaturas, altas presiones, Intensos esfuerzos cortantes en fallas, etc. Tipos de metamorfismo Hay tres tipos: 1) Metamorfismo regional. - Se lleva a cabo a gran profundidad, altas presiones y temperaturas. Su principal característica es que son foliadas. Ejemplos de ellas son: pizarras, filitas, esquistos y gneiss. 2) Metamorfismo de contacto.- Se presenta cuando a una roca preexistente se intrusiona otra ígnea. Su principal característica es que no son foliadas. Ejemplos de ellas son: mármol, homfels, skarn y cuarcita. 3) Metamorfismo cataclástico o dinámico.- Es el que se presenta en zonas de fallas. Ejemplos de ellas son: milonita (fino), cataclasita (grueso) y sal banda (fino y grueso). Las principales rocas metamórficas de uso en la construcción son:
Cuarcita. Estructura: masiva, densa o fracturada. Composición mineralógica: cristales de cuarzo y cementante silícico. Uso: Es utilizable en la construcción. Problemas: Si está fracturada no permite la formación de bloques de gran tamaño haciéndola inapropiada para banco de enrocamiento.
52
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Mármol. Estructura: masiva, densa, compacta pero frágil. Composición mineralógica: cristales de calcita. Resultado del metamorfismo en calizas y otros compuestos de carbonato de calcio. Uso: Triturado para la fabricación de granito artificial. Piezas y artículos de ornato.
Pizarra. Estructura: foliada Composición mineralógica: minerales arcillosos, micas. Uso: Techos, lambrines, repisas, mesas de billar, etc. En cimentaciones, deben ser profundos, para evitar o reducir dificultades. Problemas: Dificultades en los cortes, tajos a cielo abierto o cimentaciones debido al buzamiento de la foliación, provocando deslizamientos y derrumbes.
Gneiss. Constituyen buenos materiales para ingeniería, excepto los que contienen demasiada mica. No se pueden utilizar como piedras de construcción ni como elemento del concreto.
PROBLEMAS GEOTÉCNICOS EN ROCAS METAMÓRFICAS Pizarra, filitas y esquistos
Orientación preferencial (foliación y esquistosidad) Bandas de minerales laminares (clorita, mica) Fisilidad (pizarras) Anisotropía (resistencia y deformabilidad) Fracturamiento y deformación intensa
53
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Alteración meteórica Presencia de minerales de baja resistencia al esfuerzo cortante (esquistos de clorita, talco y sericita)
Gneiss
Alteración meteórica Bandas gruesas de minerales laminares (micas) Fracturamiento
Cuarcita, hornfels
Sólo problemas asociados al grado de fracturamiento
Mármol
Las mismas características de las calizas
8. BIBLIOGRAFÍA SELECTA Anguiano M. 1997. Apuntes del curso de Geología impartidos por el Ing. Julio César Viggiano Guerra. Universidad Latina de América, Morelia, Mich. Artini, E., 1969. Le Rocce, concetti e nozioni di petrografia. Editore Ulrico Hoepli Milano. Biblioteca Salvat de Grandes Temas, 1975. Cordilleras Terremotos y Volcanes. Salvat Editores, S. A. Blyth, F.G. H. y Freitas, M. H., 1989. Geología para Ingenieros. CECSA. Traducción de la obra original: A geology for Engineers por López Rubio, J. M. Folk, R. L. 1969. Petrología de las Rocas Sedimentarias. Traducida del inglés por el Instituto de Geología de la UNAM. Herrera C. S. Inyecciones en Roca. Apuntes sin fecha de referencia. Krumbein W.C. Y Sloss L. L. 1963. Estratigrafía y Sedimentación. UTEHA. Neri, M., 1994. La Cartografía Geologica e Tematica quale Elemento Fondamentale nella Pianificazione del Territorio. Apuntes del curso impartido en la Facultad de Ingeniería Civil de la UMSNH. Diciembre de 1994, Morelia, Mich. Roberts A. 1977. Geotechnology: An Introductory Text for Students and Engineers. Pergamon Press.
54
LAS ROCAS: CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES...
Julio César Viggiano Guerra
Williams, H., Turner, J. Francis y Gilbert, M., Charles, 1983. Petrografia: introducción al estudio de las rocas en secciones delgadas. CECSA. Viggiano-Guerra J. C. 1996. Petrología y Petrofísica de núcleos del Campo Geotérmico de Las Tres Vírgenes, B.C.S. Reporte GG-TV-17/96, diciembre de 1996. Gpg-cfe. Informe inédito. Morelia, Mich. Viggiano-Guerra J. C., 2003. Procedimientos para Realizar Estudios Petrográficos en Sistemas Geotérmicos. CFE-GPG. Inédito. Morelia, Mich. Viggiano-Guerra J. C., 1994-2004. Apuntes de Geología para la impartición de la materia de Geología Básica en la Facultad de Ingeniería Civil de la UMSNH.
55