Universidad Jos Carlos Maritegui
Universidad Jos Carlos Maritegui
NDICEI. RESUMEN. .Pg. 2
II. INTRODUCCIN..Pg. 4
1. ROCAS.... Pg. 5
2. TIPOS DE ROCAS.... Pg. 6 ROCAS GNEAS ROCAS SEDIMENTARIAS
ROCAS METAMRFICAS
3. PROPIEDADES FSICAS Pg. 9 PESO ESPECFICO DUREZA DENSIDAD
POROSIDAD PERMEABILIDAD ABSORCIN SATURACIN CAPILARIDAD
4. RESISTENCIA DE LAS ROCAS. Pg. 22 A LA COMPRESIN A LA TENSIN
MECNICA DE LAS FUERZAS CORTANTES
5. ELASTICIDAD DE LAS ROCAS. Pg. 25 MDULO DE ELASTICIDAD MDULO
DE COMPRESIN COEFICIENTE DE POISSON TENSIONES RESIDUALES
III. CONCLUSIONES.... Pg. 31
IV. APORTE AL ALUMNO..... Pg. 32
RESUMEN
INTRODUCCIN
PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS1. ROCASEn geologa se le
denomina roca a la asociacin de uno o varios minerales, natural,
inorgnica, heterognea, de composicin qumica variable, sin forma
geomtrica determinada, como resultado de un proceso geolgico
definido.Las rocas estn sometidas a continuos cambios por las
acciones de los agentes geolgicos, segn un ciclo cerrado (el ciclo
de las rocas), llamado ciclo litolgico, en el cual intervienen
incluso los seres vivos.Las rocas estn constituidas en general como
mezclas heterogneas de diversos materiales homogneos y cristalinos,
es decir, minerales. Las rocas poliminerlicas estn formadas por
granos o cristales de varias especies mineralgicas y las rocas
monominerlicas estn constituidos por granos o cristales de un mismo
mineral. Las rocas suelen ser materiales duros, pero tambin pueden
ser blandas, como ocurre en el caso de las rocas arcillosas o
arenosas.En la composicin de una roca pueden diferenciarse dos
categoras de minerales:Minerales esenciales o Minerales formadores
de roca.- Son los minerales que caracterizan la composicin de una
determinada roca, los ms abundantes en ella. Por ejemplo, el
granito siempre contiene cuarzo, feldespato y mica.Minerales
accesorios.- Son minerales que aparecen en pequea proporcin (menos
del 5% del volumen total de la roca) y que en algunos casos pueden
estar ausentes sin que cambien las caractersticas de la roca de la
que forman parte. Por ejemplo, el granito puede contener zircn y
apatito.
2. TIPOS DE ROCASLas rocas se pueden clasificar atendiendo a sus
propiedades, como la composicin qumica, la textura, la
permeabilidad, entre otras. En cualquier caso, el criterio ms usado
es el origen, es decir, el mecanismo de su formacin. De acuerdo con
este criterio se clasifican en gneas o magmticas, sedimentarias y
metamrficas, aunque puede considerarse aparte una clase de rocas de
alteracin, que se estudian a veces entre las sedimentarias.
ROCAS GNEAS Se forman por la solidificacin del magma, una masa
mineral fundida que incluye voltiles, gases disueltos. El proceso
es lento, cuando ocurre en las profundidades de la corteza, o ms
rpido, si acaece en la superficie. El resultado en el primer caso
son rocas plutnicas o intrusivas, formadas por cristales gruesos y
reconocibles, o rocas volcnicas o extrusivas, cuando el magma llega
a la superficie, convertido en lava por desgasificacin.Las
estructuras originales de las rocas gneas son los plutones, formas
masivas originadas a gran profundidad, los diques, constituidos en
el subsuelo como rellenos de grietas, y coladas volcnicas, mantos
de lava enfriada en la superficie. Si el enfriamiento es rpido los
cristales apenas se ven. Clsicamente las rocas magmticas se
clasifican en tres grupos:Plutnicas.- Se originan a grandes
profundidades. Se caracterizan por presentar cristales visibles a
simple vista. Un ejemplo es el granito y la sienitaVolcnicas.-
Formadas en la superficie de la corteza. Se caracterizan por
presentar cristales muy pequeos apenas apreciables. Un ejemplo sera
el basalto.Filonianas.-Son rocas que se forman a poca profundidad.
Se caracterizan por presentar cristales grandes. Un ejemplo seran
las pegmatitas.
Rocas sedimentariasLos procesos geolgicos que operan en la
superficie terrestre originan cambios en el relieve topogrfico que
son imperceptibles cuando se estudian a escala humana, pero que
alcanzan magnitudes considerables cuando se consideran perodos de
decenas de miles o millones de aos. As, por ejemplo, el relieve de
una montaa desaparecer inevitablemente como consecuencia de la
meteorizacin y la erosin de las rocas que afloran en superficie. En
realidad, la historia de una roca sedimentaria comienza con la
alteracin y la destruccin de rocas preexistentes, dando lugar a los
productos de la meteorizacin, que pueden depositarse en el mismo
lugar donde se originan, formando los depsitos residuales, aunque
el caso ms frecuente es que estos materiales sean transportados por
el agua de los ros, el hielo, el viento o en corrientes ocenicas
hacia zonas ms o menos alejadas del rea de origen. Estos
materiales, finalmente, se acumulan en las cuencas sedimentarias
formando los sedimentos que, una vez consolidados, originan las
rocas sedimentarias.Se constituyen por diagnesis (compactacin y
cementacin) de los sedimentos, materiales procedentes de la
alteracin en superficie de otras rocas, que posteriormente son
transportados y depositados por el agua, el hielo y el viento, con
ayuda de la gravedad o por precipitacin desde disoluciones. Las
rocas sedimentarias se forman en las cuencas de sedimentacin, las
concavidades del terreno a donde los materiales arrastrados por la
erosin son conducidos con ayuda de la gravedad. Las estructuras
originales de las rocas sedimentarias se llaman estratos, capas
formadas por depsito, que constituyen formaciones a veces de gran
espesor.Se dividen en:Detrticas.- Si se originan a partir de
fragmentos de otras rocas.Qumicas.- Si se forman a partir de la
precipitacin de compuestos qumicos (sales).Orgnicas.- Si se forman
por acumulacin de restos de seres vivos.
ROCAS METAMRFICAS En sentido estricto es metamrfica cualquier
roca que se ha producido por la evolucin de otra anterior al quedar
est sometida a un ambiente energticamente muy distinto de su
formacin, mucho ms caliente o ms fro, o a una presin muy diferente.
Cuando esto ocurre la roca tiende a evolucionar hasta alcanzar
caractersticas que la hagan estable bajo esas nuevas condiciones.
Lo ms comn es el metamorfismo progresivo, el que se da cuando la
roca es sometida a calor o presin mayores, aunque sin llegar a
fundirse (porque entonces entramos en el terreno del magmatismo);
pero tambin existe un concepto de metamorfismo regresivo, cuando
una roca evolucionada a gran profundidad bajo condiciones de
elevada temperatura y presin pasa a encontrarse en la superficie, o
cerca de ella, donde es inestable y evoluciona a poco que algn
factor desencadene el proceso.Las rocas metamrficas abundan en
zonas profundas de la corteza, por encima del zcalo magmtico.
Tienden a distribuirse clasificadas en zonas, distintas por el
grado de metamorfismo alcanzado, segn la influencia del factor
implicado. Por ejemplo, cuando la causa es el calor liberado por
una bolsa de magma, las rocas forman una aureola con zonas
concntricas alrededor del plutn magmtico. Muchas rocas metamrficas
muestran los efectos de presiones dirigidas, que hacen evolucionar
los minerales a otros laminares, y toman un aspecto laminar.
Ejemplos de rocas metamrficas, son las pizarras, los mrmoles o las
cuarcitas.
3. PROPIEDADES FSICAS
PESO ESPECFICOSe le llama peso especfico a la relacin entre el
peso de una sustancia y su volumen.Su expresin de clculo es:
Dnde: : Peso especficoP : Peso de la sustanciaV: Volumen de la
sustancia : Densidad de la sustanciam: Masa de la sustanciag : La
aceleracin de la gravedad
En los minerales es funcin de la estructura cristalina y la
composicin del mineral, as como de la temperatura y presin, ya que
los cambios de estos factores provocan contracciones (descenso de T
y/o aumentos de P) o expansiones (aumento de T y/o descenso de P)
de las estructuras. Los cambios de estructura afectan a estas
magnitudes; as por ejemplo, la calcita presenta un peso especfico
de 2.72 y elaragonito2.94, y el cuarzo-a2.65 y el cuarzo-b2.40. La
composicin tambin afecta en el caso de los minerales solucin slida;
as por ejemplo, el peso especfico del olivino aumenta a medida que
los tomos de Fe (ms pesados) sustituyen a los deMg(ms ligeros).
Elpeso especficoopeso especfico verdaderode una sustancia es la
razn entre la masa de una unidad de volumen de la sustancia y la
masa de la misma unidad de volumen de agua destilada. Para los
slidos, el volumen considerado es el de la parte impermeable.
Elpeso especfico globalse define de manera similar, aunque
considera el volumen total del cuerpo, incluyendo los poros.
Cuadro con los pesos especficos de algunas rocas:
ROCASPeso especficoN/m3
Arenisca2600
Arenisca Porosa2400
Basalto o Melfiro3000
Caliza Compacta2800
Caliza Porosa2400
Diabasa2800
Diorita3000
Dolomita2900
Gneis3000
Grabo3000
Granito2800
Mrmol2800
Pizarra2800
Prfido2800
Sienita2800
Travertino2400
DUREZASe llama dureza al grado de resistencia que opone un
mineral a la deformacin mecnica. Un mtodo til y semicuantitativo
para la determinacin de la dureza de un mineral fue introducido por
el qumico alemn Mohs. El cre una escala de dureza de 10 niveles.
Para cada nivel existe un mineral representativo y muy comn. El
mineral del nivel superior perteneciendo a esta escala puede rayar
todos los minerales de los niveles inferiores de esta escala. La
dureza de un mineral desconocido puede averiguarse rascando entre s
una cara fresca del mineral desconocido con los minerales de la
escala de MOHS. El mineral ms duro es capaz de rayar el mineral ms
blando. Los minerales de la escala de MOHS que rayan el mineral
desconocido son ms duros como esto, los minerales que son rayados
por el mineral desconocido son menos duros. Por tanto la dureza del
mineral desconocido se estrecha entre el nivel superior del mineral
que puede rayarlo y el nivel inferior del mineral que es rayado por
este mineral. Con cierta experiencia y algunos medios auxiliares
simples se puede conocer rpidamente la dureza de forma
aproximada.
Los minerales que pertenecen a la escala de MOHS son los
siguientes:
La dureza de un mineral depende de su composicin qumica y tambin
de la disposicin de sus tomos. Cuanto ms grande son las fuerzas de
enlace, mayor ser la dureza del mineral. Grafito y diamante por
ejemplo son de la misma composicin qumica, solamente se constituyen
de tomos de carbono C. Grafito tiene una dureza segn MOHS de 1,
mientras que diamante tiene una dureza segn MOHS de 10. En la
estructura del diamante cada tomo de carbono que tiene 4 electrones
en su capa ms exterior - puede alcanzar la configuracin de ocho
electrones compartiendo un par de los mismos con 4 tomos de carbono
adyacentes, los cuales ocupan las esquinas de una unidad
estructural de forma tetradrica. El enlace covalente entre los
tomos de carbono se repite formando una estructura continua, dentro
de lo cual la energa de los enlaces covalentes se concentra en la
proximidad de los electrones compartidos, lo que determina la
dureza excepcional del diamante. En la estructura del grafito, los
tomos de carbono se presentan en capas compuestas por anillos
hexagonales de tomos, de modo que cada tomo tiene 3 que lo rodean.
Las capas de tomos del grafito estn separadas una distancia
relativamente grande, y quedan tomos dispuestos en forma alternada,
exactamente por encima de los tomos de la capa adyacente. La causa
de la poca dureza del grafito es que los enlaces entre las capas de
tomos son muy dbiles, mientras que los tomos en el interior de las
capas estn dispuestos mucho ms prximos que en la estructura del
diamante.
DENSIDADLadensidades la relacin entre la masa y el volumen de la
sustancia, midindose en unidades de kg/m3. Dicho parmetro se recoge
en diferentes especificaciones, como la ASTM, para la utilizacin de
las rocas ornamentales para edificacin. Por ejemplo, la densidad
mnima para granitos es 2,56 g/cm3.
La frmula para hallar la densidad de una roca es:
Dnde:: Densidad (kg/m3)M: Masa de la sustancia (kg)V: Volumen de
la sustancia (m3)
En funcin de la fraccin de porosidad que se considere, se puede
definir diferentes tipos de densidad, como la densidad real, de
conjunto y aparente:
La densidad real (PR).- Excluye la porosidad, y se define como
el cociente entre la masa de la roca en seco y el volumen de slido.
sta se puede obtener mediante los picnmetros de agua y helio, y
calcular como el sumatorio de la fraccin de cada mineral que
constituye la roca (tambin llamada densidad de grano).
Dnde:: Densidad (kg/m3)M: Masa de la sustancia (kg)Vr: Volumen
real de la sustancia (m3)
La densidad de conjunto o bulk (PB).- Incluye la porosidad total
(conectada y no conectada), y se define como el cociente entre la
masa de la roca en seco y el volumen de la probeta.
Dnde:: Densidad (kg/m3)M: Masa de la sustancia (kg)Vre: Volumen
relativo de la sustancia (m3)Vre = Va - haVa = Volumen aparenteha =
Volumen de huecos accesibles
La densidad aparente (AP).- Depende de la porosidad que puede
acceder los fluidos en cada tcnica de caracterizacin (poro simetra
de mercurio, inmersin, capilaridad, etc.). En esencia, el volumen
aparente excluye a los poros donde el fluido puede llegar
(porosidad accesible).
Dnde:: Densidad (kg/m3)M: Masa de la sustancia (kg)Va: Volumen
aparente
ROCASDENSIDAD gr / cm3
MediaLmites de variacin
Granitos2.62.4 2.7
Anortositas2.72.6 2.8
Dioritas2.82.7 - 2.9
Sienitas2.82.6 2.9
Diabasas2.92.8 3.1
Basaltos3.02.6 - 3.3
Peridotitas3.22.8 3.6
Cuarcitas2.52.3 2.7
Mrmoles2.72.6 2.8
Gneises2.72.6 3.2
Porfiritas2.82.7 2.9
Yeso2.22.2 2.3
Caliza2.11.5 2.8
POROSIDAD Es el volumen de huecos por unidad de volumen de la
formacin. Es decir, la fraccin del volumen total de una muestra que
est ocupada por poros o espacios vacos. El smbolo de la porosidad
es .Una sustancia densa y uniforme, como lo es un pedazo de vidrio,
tiene porosidad cero. Por el contrario, una esponja tiene una
porosidad muy alta. La porosidad de las formaciones del subsuelo
puede variar considerablemente. Los carbonatos densos (calizas y
dolomitas) y las evaporitas (sales, anhidritas y yeso), pueden
tener porosidades cercanas a cero, para todos los efectos prcticos.
Por su parte, las areniscas bien consolidadas pueden tener de 10% a
15% de porosidad, mientras que las no consolidadas pueden tener un
30% o ms de porosidad.
Las lutitas o arcillas pueden tener una porosidad mayor a 40%
llenas de agua, pero estos poros son considerados individualmente,
por lo general estos poros son tan pequeos, que la roca es
impermeable al flujo de los fluidos.
Los poros pueden clasificarse en funcin de su tamao
en:Megaporos:____________256-0.062 mm
Macrocapilares:_________0.062-0.0001
mmMicrocapilares:___________