MINERALES Y ROCAS. Geología Aplicada a la Ingeniería Civil y al Medio Ambiente. Unidad Temática 2

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1 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Rosario Departamento de Ingeniería Civil. Geología Aplicada a la Ingeniería Civil y al Medio Ambiente Unidad Temática 2 MINERALES Y ROCAS 2º Año - Ingeniería Civil Docentes: Ing. Claudio Giordani Ing. Gustavo Lanzone

2 1 INTRODUCION. Los geólogos utilizan una definición del término mineral: un sólido cristalino, inorgánico, que ocurre de manera natural. Lo de cristalino significa que el mineral tiene una estructura interna regular. Los minerales tienen una composición química estrictamente definida y propiedades físicas características, como densidad, color y dureza. La mayoría de las rocas son agregados de uno o más minerales, así que estos son los elementos constitutivos del las rocas. MAGMA Y LAVA. En geología se emplea el término magma para el material de roca fundida que está bajo la superficie y lava para el magma que llega a la superficie. El magma tiende a subir como flujos de lava, o ser arrojado con fuerza a la atmósfera en forma de partículas conocidas como material piroclástico. (del griego pyro: fuego, klastos: roto). Las rocas ígneas (del latín ignis, fuego) se forman cuando el magma se enfría y cristaliza o cuando la materia piroclástica, como las cenizas volcánicas (partículas que miden menos de 2mm), se consolidan. VULCANISMO El vulcanismo se refiere a los procesos por los cuales el magma y sus gases asociados ascienden a través de la corteza y son expulsados sobre la superficie o atmósfera. Las rocas producidas por erupciones volcánicas están dispersas, y representan sólo una parte pequeña de las rocas formadas por enfriamiento y cristalización del material de roca fundido o magma. La mayor parte del magma se enfría bajo la superficie y forma cuerpos de roca conocidos como plutones. El magma que llega la superficie forma rocas ígneas extrusivas o volcánicas, mientras que el que se cristaliza dentro de la corteza forma rocas ígneas intrusivas o plutónicas. TEMPERATURA Generalmente las lavas arrojadas fluctúan entre 1000 y 1200ºC, aunque se han registrado temperaturas de hasta 1350ºC.

3 2 COMPOSICION: El sílice es el constituyente primario de casi todos los magmas, según su contenido se distinguen: Magmas félsicos: +65% sílice, sodio, potasio, aluminio, y poco de calcio, hierro y magnesio. Magmas máficos: pobres en sílice y contienen mayor cantidad de calcio, hierro y magnesio. Magmas intermedios: composición intermedia entre máficos y félsicos. ORIGEN Y EVOLUCION DEL MAGMA: Parte del magma sube a la superficie de profundidades de hasta 100 a 300km, pero en su mayor parte a profundidad del manto superior o en la base de la corteza y se acumula en depósitos conocidos como cámaras magmáticas. Este magma puede enfriarse y cristalizar en su lugar (formando rocas ígneas intrusivas), ó ir a la superficie dando lugar a varios tipos de vulcanismo. MINERALES: Se han identificado más de 3500 minerales, aunque solamente dos docenas son particularmente comunes y con excepción del Mercurio (Hg), todos los minerales son sólidos a presión y temperaturas comunes. La corteza sobre la que vivimos está compuesta de minerales, constituidos por pocos elementos. Los más abundantes son: ELEMENTO SIMBOLO PORCENTAJE DE LA CORTEZA (POR PESO) OXIGENO O 46.6 % SILICIO Si 27.7 ALUMINIO AL 8.1 HIERRO Fe 5.0 CALCIO Ca 3.6 SODIO Na 2.8 POTASIO K 2.6 MAGNESIO Mg 2.1 TODOS LOS DEMAS 1.5

4 3 ORIGEN DE LOS MINERALES: Un fenómeno común que explica el origen de algunos minerales es el enfriamiento del material rocoso fundido, al enfriarse el magma o la lava, los minerales empiezan a cristalizarse y a crecer determinando la composición de rocas ígneas. Los minerales se cristalizan asimismo a partir de soluciones de agua caliente (hidrotermales) que invaden las grietas y huecos de rocas; en estas llamadas vetas hidrotermales se encuentran muchos cristales de cuarzo (Si O2). Las sustancias disueltas en agua de mar y de lagos se combinan para formar diferentes minerales como la Halita (Na Cl), el Yeso (Ca So4 2H2O), y otros cuando el agua se evapora. La Calcita (Ca CO3), puede ser extraída de la solución por diversos organismos. En otras palabras, los minerales se forman en el interior de la Tierra y en su superficie, mediante diversos procesos geológicos (ígneos, metamórficos, sedimentarios y de meteorización). Los minerales ígneos se forman por enfriamiento y solidificación del magma a temperaturas generalmente entre 650 y 1200ºC a profundidades variables. Los factores que influyen en la formación de estos minerales son: la composición química, la temperatura de cristalización y la velocidad de enfriamiento. Los minerales metamórficos se producen como consecuencia de cambios en estado sólido (recristalizaciones y reacciones en el seno de una roca preexistente) en respuesta a nuevas condiciones de presión y temperatura. Los factores que influyen en la formación de estos minerales son: el tipo de roca original que se transforma, la temperatura y la presión, así como la presencia de fluidos o de minerales hidratados. Los minerales sedimentarios se pueden formar: a) por evaporación de agua, b) por precipitación de soluciones cuando ocurren cambios en las condiciones químicas, y c) mediante el depósito de organismos, coberturas rígidas de crustáceos o huesos. Los factores que influyen en la formación de estos minerales son: la composición química de las soluciones, las condiciones ambientales y la existencia de organismos. Los minerales de origen meteórico se forman por cristalización en condiciones superficiales, mediante reacciones químicas entre otros minerales y los agentes existentes en la superficie terrestre (agua y gases). Precipitación química: consiste en la formación de cristales a partir de sustancias disueltas en agua. Ejemplo: cloruro de sodio o sal común. Sublimación: proceso de formación de cristales por enfriamiento de gases volcánicos. Ejemplo: cristales de azufre. Solidificación: proceso de formación de cristales por enfriamiento y consolidación del magma. Ejemplo: el basalto.

5 4 CRISTALOGRAFIA: estudio de la forma y geometría de los cristales minerales CRISTALES: forma exterior que afecta a la materia cristalina, producida por la disposición ordenada de sus átomos, formando un cuerpo sólido. Son sustancias minerales en estado cristalino, que poseen forma exterior, expresión del orden geométrico en que se hallan distribuidos los átomos. Ejemplo: la sal común Cl Na = cloruro de sodio (Halita). El cristal tiene forma de cubo y los átomos de Na y Cl que forman su molécula están distribuidos según la figura.(regulares y alternan distancias iguales en las tres direcciones). La repetición de un enorme número de grupos de átomos así distribuidos forman un cristal de Halita. La forma del cristal depende del ordenamiento los átomos que lo integran. Investigaciones realizadas sobre estructuras atómicas de sustancias cristalinas por medio de rayos X, han permitido comprobar que las agrupaciones atómicas que constituyen la estructura típica de cada especie de mineral se realizan según ciertas figuras geométricas que conforman catorce tipos principales. La agrupación de de los átomos que forman la partícula más pequeña se denomina paralelepípedo fundamental. Sistema cristalino: Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria ó celda unidad. FORMACION DE UN CRISTAL:

6 5 Las formas externas de los minerales son el resultado de la repartición en el espacio de la celda fundamentalmente. En este caso, la repetición de una celda cúbica puede formar un cubo (a), un octaedro (b) o un dodecaedro (c) ESTADOS CRISTALINO Y AMORFO: Depende de la distribución de los átomos de las sustancias. Estado Cristalino: un mineral es un sólido cristalino, o sea, los átomos que lo forman están dispuestos ordenadamente y separados por distancias interatómicas constantes (estructura regular tridimensional). Estado Amorfo: una sustancia es amorfa cuando los átomos no se hallan ordenados geométricamente y están separados por distancias interatómicas variables. Existen 2 estados particulares: Vítreo: ausencia de ordenamiento en la estructura atómica. (ej: Obsidiana vidrio volcánico). Coloidal: formado por dos sustancias distintas, una finamente dividida dispersa en la otra que puede ser sólida, líquida o gaseosa.(ej: Ópalo en estado gel).

7 6 Los cristales se clasifican según su forma en 7 grandes grupos denominados sistemas cristalinos Tabla de sistemas cristalinos y algunos ejemplos de minerales con su forma característica.

8 7 Los minerales están formados por átomos enlazados químicamente y presentan distintas estructuras según su proceso de formación. Puede darse el caso de que existan dos minerales con la misma composición química pero que presenten distinta estructura debido al modo en que su átomos se enlazan y disponen en el espacio. A estos minerales se les denomina polimorfos. Este es el caso del diamante y el grafito, que presentan propiedades diferentes y son considerados minerales distintos el uno del otro. CLASIFICACIÓN GRUPOS MINERALES Los criterios más comunes de clasificación mineralógica son los que tienen en cuenta la composición, estructura y génesis de los minerales. La clasificación más generalizada es en base química, de acuerdo con el tipo de anión, excepto para elementos nativos. Elementos nativos: formados por un solo elemento químico. Ejemplos son el oro, la plata, el cobre, el diamante y el grafito. Metales Oro [Au] Plata [Ag] Cobre [Cu] No metales Diamante [C] Grafito [C] Halogenuros: son sales como la halita, que es la sal que utilizamos en los alimentos. Otras sales son la silvina y la fluorita. Óxidos e hidróxidos: se combinan metales con oxígeno. Ejemplos son la magnetita y hematites (óxidos de hierro), y corindón (de aluminio). Sulfuros: combinaciones de azufre y un metal. De este grupo son la pirita (de hierro), la galena (de plomo) o el cinabrio (de mercurio). Carbonatos: minerales como calcita y dolomita forman las rocas carbonatadas. Otro de interés es la siderita (mena de hierro). Sulfatos: el más abundante es el yeso. Otros sulfatos son la anhidrita y la baritina.

9 8 Fosfatos: La clase de los fosfatos se suele dividir en anhidros, fosfatos con grupos OH- o haluros y, por último, fosfatos hidratados; de esta segunda clase, el apatito es el mineral más representativo y abundante. Forma parte de los minerales accesorios en los filones pegmatíticos. Constituyen unos 350 minerales. Ejemplo: Apatito Silicatos: son los minerales más abundantes. Destacan el cuarzo, los feldespatos, las micas (moscovita y biotita), el olivino y los granates. Se reconocen dos subgrupos principales de silicatos: los ferromagnesianos y los no ferromagnesianos. Los silicatos ferromagnesianos son los que contienen hierro (Fe), magnesio (Mg), o ambos. Son comúnmente más densos y de color oscuro. Ejemplo: Olivino. Los silicatos no ferromagnesianos (también conocidos como feldespatos) carecen de hierro y magnesio, son de color claro en general y son menos densos que los ferromagnesianos. Ejemplo: cuarzo y muscovita. PROPIEDADES DE LOS MINERALES Propiedades Físicas (o mecánicas): Dureza: medida que la superficie de un mineral ofrece a ser rayada (abrasión). El granito raya al vidrio y al acero, el topacio raya al granito, algunos se pueden rayar con la uña y otros con el acero de una navaja. El geólogo austriaco Friedrich Mohs ideó una escala de dureza relativa para 10 minerales asignándole un valor de dureza 10 al Diamante (mineral + duro conocido). Para determinar la dureza relativa de un mineral es preciso ver cuál es el último de los diez minerales de la escala que se deja rayar por el mineral en cuestión. Por ejemplo, si el mineral estudiado consigue rayar al apatito y se deja rayar por la ortosa su dureza oscilará entre 5 y 6.

10 9 Peso específico: es la razón de su peso al peso de un volumen de agua. Un mineral de peso específico 3,0 es tres veces tan pesado como el agua. El peso específico de un mineral varía según su composición y estructura. Entre los silicatos ferromagnesianos (contienen Fe y Mg ó ambos) tiene pesos específicos que van de 2,7 a 4,3, mientras que los no ferromagnesianos (llamados feldespatos más claros), valores de 2,6 a 2,9. En general los minerales metálicos como la Galena (7,58), y la Hematina (5,26), son más pesados que los no metálicos. Uno de los mayores es el Oro (19,3), y el mayor de todos corresponde al Platino (21,46). Clivaje y Fractura: el clivaje también llamado exfoliación (sinónimo de debilidad y cohesión) es la tendencia de un mineral a romperse por direcciones preferentes según superficies planas. El corte puede expresarse en términos de la calidad (perfecto, bueno, malo), dirección y ángulos de intersección de planos de corte. Los planos de clivaje so consecuencia del arreglo interno de los átomos y representan las ligaduras atómicas más débiles. La fractura, es la rotura del mineral a lo largo de superficies irregulares, lo que indica ausencia de planos de debilidad. Forma del cristal: puede servir para identificar algunos minerales (cristales en forma de barril, a veces con estriaciones horizontales profundas, granular, gruesa o fina), aunque varios minerales tienen la misma apariencia de cristal. Por ejemplo la Galena, la Pirita y la Halita. Propiedades Ópticas: Brillo (lustre): es una propiedad compleja que describe el aspecto que presenta la superficie de un mineral cuando se refleja la luz, por lo tanto depende de la intensidad de la reflexión. El brillo no tiene relación alguna con el color del mineral. Los términos que se utilizan para referirse al brillo tratan de ser descriptivos, pero se requiere un poco de entrenamiento para su correcta utilización. En principio podemos dividir el brillo en dos tipos: metálico, cuando su superficie brilla como los metales, reflejando totalmente la luz. Si no es así, se dice que el brillo es no metálico.

11 10 Color: los silicatos ferromagnesianos son característicamente de colores oscuros (negros, grises, verdes oscuros y cafés). Los no ferromagnesianos pueden variar considerablemente de color pero rara vez son oscuros (púrpura, rojo profundo, amarillo y algunos tonos café). Algunas de las variaciones de color de los minerales pueden uniformarse, para determinar el color único, pulverizándolo finamente el material en un plato o loseta de cerámica no vidriada para dejar un rastro de polvo fino. Transparencia: es la propiedad que tiene la sustancia de dejar pasar la luz. Según el grado de transparencia, todos los minerales que se observan en los grandes cristales se dividen en los siguientes grupos: Transparentes: puede verse un objeto nítido a través de ellos. Ejemplo: vidrio, Cuarzo, Calcita, Topacio. Semitransparentes o translucidos: dejan pasar algo de luz, pero no permiten ver a través de ellos. Opacos: no dejan pasar la luz. Color de la raya: es el color del polvo fino de un mineral. Este color es más preciso y constante que el color del mineral que puede sufrir cambios debido a alteraciones en su superficie. Otras propiedades: El talco se siente jabonoso, con el grafito se escribe papel, la halita tiene sabor salado y la magnetita es magnética. Algunos minerales retienen su forma al doblarlos y otros vuelven a su forma original si dejan de actuar las fuerzas que lo deformaron. La calcita y dolomita pueden identificarse aplicándoles una gota de ácido clorhídrico, reaccionando la calcita liberando bióxido de carbono; y actuando sin reacción la dolomita a menos que esté pulverizada. Para una determinación de campo, pueden ser suficientes, una pequeña lupa, un cortaplumas y algún otro elemento como una losa pulida. Etapas en la identificación de un mineral: 1. Decidir si el material tiene brillo metálico o no metálico. Si es metálico determinar el color de su raya. 2. Determinar la dureza relativa de la muestra probando primero si raya el vidrio o bien si puede ser rayado por un cuchillo. 3. Decidir si el mineral tiene clivaje. Si lo hay determinar el número de direcciones y si el ángulo se aproxima a 90º. Si no hay clivaje, determinar el tipo de fractura. 4. Una vez identificado el mineral, comprobar otras propiedades físicas y químicas (sabor, olor, reacción con ácido clorhídrico diluido) para confirmar la identificación. Cuando es necesario asegurarse de la identificación, los mineralólogos utilizan técnicas analíticas sofisticadas para determinar la composición química y la estructura interna de la muestra.

12 11 DEFINICION DE ROCA: Roca es toda sustancia sólida (excepto el petróleo), natural e inerte formada por agregados de minerales naturales, materia amorfa o una mezcla de ambos que se han originado en un proceso geológico. En las rocas han quedado registrados los procesos geológicos en los que se originaron. CRITERIO DE CLASIFICACION: Las rocas podemos clasificarlas según su criterio genético en, rocas endógenas (originadas en los procesos geológicos internos) y rocas exógenas (originadas en los procesos geológicos externos. Las rocas endógenas se dividen en dos grupos. Rocas ígneas o magmaticas: cuando se forman a partir del enfriamiento y consolidación de un magma. Rocas metamórficas: producidas por la transformación de una roca inicial, en estado sólido, cuando es sometida a elevadas presiones y temperaturas. Las rocas exógenas están representadas por las rocas sedimentarias las cuales han sido generadas durante el proceso sedimentario por la acumulación de materiales detríticos, químicos u orgánicos en ambientes marinos o continentales. Las rocas ígneas y las metamórficas representan un 95% del total. Las rocas sedimentarias solo suponen el 5%. Esto se debe a que la capa de sedimentos es una capa muy fina (localmente alcanza como mucho algunas decenas de kilómetros de espesor). TEXTURA El tamaño y disposición de los cristales que componen las rocas ígneas, da lugar a la propiedad llamada textura y tiene relación con la historia de enfriamiento de un magma o lava.

13 12 El rápido descenso de temperatura, como ocurre con los flujos de lava o intrusiones cerca de la superficie, resulta en una textura de grano fino llamada afanítica. En la situación intermedia donde existe una combinación de granos minerales de tamaños marcadamente diferentes con una historia de enfriamiento más compleja la textura es porfídica, y los granos mayores se denominan fenocristales. Algunos magmas contienen grandes cantidades de vapor de agua y otros gases que pueden quedar atrapados en la lava que se enfría y formar numerosos hoyos y cavidades pequeñas conocidas como vesículas, las rocas que poseen numerosas vesículas se denominan vesiculares. Las rocas ígneas con textura de grano grueso, o faneríticas, tienen granos minerals fácilmente visibles sin ampliación. La textura fanerítica puede desarrollarse también en los interiores de algunos flujos de lava espesa. Una lava puede enfriarse tan rápidamente que sus átomos no tienen el tiempo de disponerse en el ordenado marco tridimensional típico de los minerales, como resultado de tan rápido cambio de temperatura, se forma un vidrio natural (textura vítrea). (A) TEXTURA AFANITICA (B) TEXTURA PORFIDICA. (C) TEXTURA VESICULAR (D) TEXTURA FANERITICA. (E) TEXTURA VITREA

14 13 Clasificación según su origen: ROCAS IGNEAS. Son rocas formadas en un ambiente profundo de altas presiones y altas temperaturas. Cuando enfrían en el interior terrestre son rocas granudas o faneríticas; cuando enfrían sobre la superficie terrestre generalmente son afaníticas. Son las más importantes en cuanto a su dureza, son rocas que se forman por enfriamiento y solidificación del magma. Al descender la temperatura del magma o solución de roca fundida, se inicia la cristalización. El orden de la cristalización es el orden en que los componentes minerales se hacen insolubles en la solución de la roca. EL PROCESO MAGMATICO. Es un hecho de observación que existe una gran variedad de magmas, que dan origen a la gran variedad de rocas ígneas que se pueden reconocer en el planeta. También es posible observar cómo en términos generales los magmas (y por consiguiente, las rocas formadas a partir de éstos) se asocian con situaciones geodinámicas concretas, es decir, que en situaciones geológicas equivalentes solemos encontrar los mismos tipos de rocas ígneas. De ello se deriva la conclusión de que la formación de los magmas está íntimamente relacionada con el marco de la geodinámica que se produce en los diversos ambientes derivados de la tectónica de placas. Rocas plutónicas, intrusivas o abisales. Son aquellas que se han consolidado a partir de soluciones de roca fundida llamado magma en el interior de la corteza terrestre sin comunicación con el exterior que han penetrado en otras rocas. El tamaño de estas intrusiones varía desde pequeñas masas, hasta masas de cientos de millas de extensión. Pueden penetrar en rocas sedimentarias, metamórficas o en otras rocas ígneas. Tienen los granos gruesos, están formados de cuarzo, feldespato y mica, se utilizan como fuentes de apoyo de grandes estructuras, y sirven como material de préstamo. Modos de presentarse: Batolitos: un batolito es una gran masa de roca ígnea que se ha cristalizado a una profundidad considerable bajo la superficie de la tierra y sólo ha podido llegar a quedar expuesta a causa de la erosión. Mantos: es un tipo de plutón tabular similar, de espesor variable entre 2 y 3 cm, hasta unos 100 m. Y por supuesto de menor edad que las rocas encajantes, criterio que por otra parte sirve para diferenciarlo de los derrames de lava. Rocas en masa: se llaman comúnmente rocas en masa áreas de rocas ígneas, de contorno más o menos circular expuestas por la erosión sobre una extensión de menos de 30 a 40 millas cuadradas. Pueden ser en parte afloraciones o asomos de un batolito subyacente, todavía no expuesto, o intrusiones independientes. Lacolitos: son intrusiones que han penetrado como lentes en rocas estratificadas determinando un arco superior. Su tamaño varía desde unos cuantos centenares de metros hasta varios kilómetros de diámetro, y desde unos cuantos centenares de pies hasta varios miles de pies de espesor.

15 14 Lopolitos: se denominan así a ciertas masas grandes de rocas ígneas básicas que generalmente son concordantes, de forma lenticular pero que centralmente tienen un hundimiento ligero en forma de plato o fuente. Su espesor puede alcanzar el kilómetro y su extensión muchas veces mayor. Láminas intrusitas ó mantos (Sills): son intrusiones de magma entre los planos de estratificación de las rocas sedimentarias o los planos estructurales de las rocas metamórficas. En general, tienen un espesor relativamente pequeño, en comparación con las demás dimensiones. Dique: son intrusiones de forma tabular, relativamente alargadas, que se ha abierto paso a través de los estratos de las rocas sedimentarias, de los planos estructurales de las rocas metamórficas, o de otras rocas ígneas. Necks o cuellos volcánicos: son masas cilíndricas de rocas ígneas de posición vertical que ocupan el conducto a través del cual el magma fluyó para formar un volcán. Una vez que ha concluido el proceso volcánico, la masa fundida que aún queda en el conducto se solidifica lentamente y tan pronto como la erosión desgasta las rocas que lo cubren, queda expuesto aflorando en superficie. CUERPOS INTRUSIVOS: Algunas de estas rocas son: Lacolito Granito. Roca ácida de textura granítica, presenta: cuarzo, feldespato alcalino, plagioclasas sódicas y micas, su coloración varía de muy claro a tonos medios de gris, con sombras de rosa o rojo frecuentemente. A veces se encuentran tonos verdes. El mineral secundario más común es probablemente la biotita. También se encuentran con frecuencia la moscovita y la hornablenda. La textura de los granitos es sumamente variable, desde fina a muy gruesa. En general, tanto la textura como el color son uniformes en grandes volúmenes de roca. El granito es más resistente con clima seco.

16 15 Diorita. Es una roca intermedia, de coloración oscura debido a la abundancia de minerales ferromagnesianos. De textura grano gruesa y contiene minerales como: plagioclasas, feldespato alcalino, micas y cuarzo (escaso), con hornablenda o biotita como principal constituyente oscuro. Es un tipo de roca más abundante que las sienitas, pero menos que los granitos. Las dioritas pasan a convertirse en gabros al disminuir el feldespato que contienen y aumentar los minerales ferromagnesianos, haciendo que la roca sea más oscura. Las dioritas se han usado más para aplicaciones de piedra triturada, o para fines monumentales y decorativos, que para fines estructurales. Gabros. Roca de textura granítica de color oscuro, verde, gris oscuro o negro, se compone de: plagioclasas cálcica, augita, piroxeno, y olivino, no hay cuarzo. Los gabros son menos abundantes, probablemente que las dioritas. Los gabros, como las dioritas, se han usado mucho más como piedra ornamental que para fines de construcción. Es frecuente confundir los gabros con las dioritas. Sienitas. Son rocas granuladas compuestas esencialmente por feldespato ortoclasa. Generalmente se encuentran como minerales accesorios la biotita y la hornablenda. No contienen cuarzo. La sienita a causa de su rareza, tiene poca utilidad comercial como material de construcción. Dolerita. Se usa el término dolerita para asignar aquellas rocas de color intermedio y oscuro y textura fina, que a causa de la finura del grano, no puede saberse si son gabro o diorita. Peridotita. Los gabros al reducirse el contenido de plagioclasa, se convierten en una variedad formada principalmente por minerales oscuros como los piroxenos. También hay variedades que contienen hornablenda y olivino. GRANITO GABRO SIENITA Rocas efusivas, extrusivas, volcánicas. Son aquellas que han sido llevadas a la superficie de la tierra por la fuerza volcánica, su granulometría es fina. Ninguna de las rocas volcánicas se usa mucho para fines de construcción. La diabasa se ha utilizado ocasionalmente para monumentos o pavimentación. Tiene bastante resistencia y se pulimenta muy bien. No obstante, es difícil extraerla en bloques grandes y no es fácil de trabajar, por lo que se usa muy poco. Las diabasas y basaltos, cuando no son vesiculares o escoriformes constituyen un excelente material para balasto (cascajo) en los ferrocarriles y se usan mucho en el campo de la construcción como piedra machacada o triturada. Plagioclasas: es un conjunto de minerales del grupo de los feldespatos, constituyente importante de muchas rocas. Piroxenos: son un importante grupo de silicatos que forman parte de muchas rocas ígneas y metamórficas

17 16 Algunas de estas rocas son: Basalto. Roca básica de color oscuro, pesado, completo y resistente, de grano fino generalmente. Su composición mineralógica parecida al gabro. Riolita. Es una roca ígnea volcánica de color gris a rojizo con una textura de granos finos o a veces también vidrio y una composición química muy parecida a la del granito. A la riolita se le considera el equivalente volcánico del granito, lo que se agrega a otras evidencias que demuestran que el granito se origina a partir de magma tal como lo hace la riolita, solo que a mayor presión. Rocas filonianas. BASALTO RIOLITA Son aquellas que se forman en las grietas u orificios de salidas. Su granulometría es intermedia. Pórfido: roca muy dura de estructura compacta y de alta resistencia al desgaste. Según su composición mineralógica: PORFIDO Desde luego, no suele disponerse de análisis químicos, pero el color permite hacer una clasificación aproximada desde el punto de vista químico. Las variedades de color claro son generalmente ácidas; las de color oscuro suelen ser básicas. Los colores intermedios indican una composición química intermedia. La aplicación del término ácido a una roca, significa un contenido de silicio relativamente alto, mientras que el término básico indica una riqueza relativamente elevada en hierro y magnesio. Rocas ácidas: aquellas que contienen cuarzo. Rocas intermedias: aquellas que contienen feldespato alcalino y no contiene cuarzo. Rocas básicas: contienen feldespato cálcico. Rocas ultrabásicas: aquellas que contienen minerales oscuros como piroxenos y olivinos.

18 17 EL PROCESO SEDIMENTARIO. Los diversos procesos de intemperismo producen las materias primas componentes de los suelos y sedimentos. Los materiales intemperizados acarreados del sitio de intemperismo y depositados en otra parte como sedimento no consolidado puede intemperizarse más para formar suelo y transformarse en roca sedimentaria. La sedimentación es un proceso constructivo que cierra el proceso de los factores geodinámicos externos. Los sedimentos se acumulan en zonas deprimidas de la corteza terrestre: océanos, mares, lagos o ríos, etc, y pueden ser: Los factores de la sedimentación son:

19 18 DIAGENESIS O LITIFICACION La diagénesis o litificación es el conjunto de transformaciones físicas y químicas que sufre un sedimento para transformarse en roca sedimentaria. Cuando el sedimento se acumula consiste en partículas sólidas y espacios intersticiales, que son los vacíos entre las partículas. Si el sedimento se sepulta, la compactación, que resulta de la presión ejercida por el peso de los sedimentos suprayacentes, reduce la cantidad del espacio intersticial y, por ende, el volumen del depósito. Derivación de sedimentos de rocas preexistentes. La solidificación es por lo general suficiente para la litificación de los lodos, pero para la cementación (precipitación de algún material, por aguas que llevan sustancias disueltas entre los intersticios de un sedimento, provocando al unión de los granos del sedimento) de los depósitos de arena y grava es necesario que el sedimento se convierta en roca sedimentaria. El carbonato de calcio y la sílice, son los cementos más comunes en las rocas sedimentarias, pero los óxidos de hierro y los hidróxidos como la hematita (Fe 2 O 3 ) y la limonita FeO(OH), respectivamente, forman asimismo un cemento químico en algunas rocas.

20 19 Litificación de sedimentos detríticos por compactación y cementación para formar rocas sedimentarias. SEDIMENTO PROCESO ROCA ROCAS SEDIMENTARIAS. Cerca del 95% de la corteza de la tierra se compone rocas ígneas y metamórficas, pero las rocas sedimentarias son las más comunes en la superficie o cerca de ella. Aproximadamente el 75% de las exposiciones de superficie en los continentes consisten en sedimentos o rocas sedimentarias y cubren la mayor parte del piso marino. Clasificación de las rocas sedimentarias: Rocas sedimentarias detríticas: Las rocas sedimentarias detríticas consisten en detritus, las partículas sólidas de las rocas preexistentes. Se reconoce un gran número de variedades de estas rocas, cada una de las cuales Se caracterizan por el tamaño de las partículas constitutivas. Algunas de estas rocas son: Conglomerado. Los intersticios entre los cantos rodados suelen rellenarse con arena o con materiales más finos. Las aguas que circulan a través de depósitos de grava pueden precipitar sílice, carbonato de calcio y óxidos de hierro, que actúan como cemento, para ligar las partículas de grava entre sí y formar conglomerados. Un contenido de tipo arcilloso puede endurecerse por compactación y deshidratación y constituir un material de cementación.

21 De granos gruesos y fragmentos de rocas bien redondeados, de textura detrítica o plástica. La grava cementada se llama conglomerado, el tamaño de los fragmentos varían ampliamente cuando la grava es cascajo sin desgastar relativamente, con aristas agudas y puntiagudas se denomina brecha sedimentaria. Arenisca. Son rocas sedimentarias detríticas formadas en ambientes marinos, fluviales o de origen eólico. Con textura clástica y de grano normalmente fino, de un diámetro inferior a los 2 milímetros, formados por fragmentos de roca o minerales, básicamente cuarzo, calcita, micas o feldespatos, que pueden estar acompañados por otros, como la magnetita. El cemento puede ser calcáreo, silíceo, de óxido de hierro, arcilloso o dolomítico. Su color es variable y puede contener fósiles. 20 CONGLOMERADO ARENISCA Rocas sedimentarias químicas y bioquímicas: Las rocas sedimentarias química se originan de los materiales incorporados en la solución durante el intemperismo químico. Estos materiales disueltos son transportados a los lagos y océanos donde se concentran. Pueden ser extraídos del agua lacustre u oceánica para formar minerales, ya sea por procesos químicos inorgánicos, o por la actividad química de los organismos, a las rocas así formadas se las alude como rocas sedimentarias bioquímicas. Algunas de estas rocas son: Caliza. El componente principal es la calcita mineral de carbonato de calcio (CaCO 3 ). De las rocas sedimentarias no clásicas dominantes, la caliza es la más común, marga es un material calcáreo de grano muy fino comúnmente mezclado con arcilla. Carbón mineral. Es una roca sedimentaria bioquímica compuesta de los restos comprimidos y alterados de plantas terrestres. CALIZA CARBON MINERAL

22 21 EL PROCESO METAMORFISMO. Los tres agentes del metamorfismo (del griego meta, que significa cambio y morfos, forma ), son el calor, la presión y la actividad de los fluídos. Durante el metamorfismo, la roca original sufre cambios para lograr el equilibrio con su nuevo ambiente. Los cambios pueden dar lugar a la formación de nuevos minerales y/o a una transformación en la textura de la roca por la reorientación de los minerales originales. Además del calor, la presión y la actividad de los fluídos, el tiempo es importante en el proceso metamórfico. Las reacciones químicas proceden a ritmos diferentes y por ello requieren tiempos distintos para llevarse a cabo. El mármol resulta del metamorfismo de la roca sedimentaria caliza y de la dolomía. Tipos de metamorfismo. La cuarcita es el producto del metamorfismo de la arenisca de cuarzo. Se reconocen tres tipos principales de metamorfismo: el metamorfismo de contacto, en el cual el calor y los fluidos magmáticos actúan para producir el cambio; el metamorfismo dinámico, resultante de altas presiones diferenciales asociadas con deformación intensa; y el metamorfismo regional, que ocurre dentro de una gran área y es causado primordialmente por fuerzas orogénicas (de deformación de montañas).

23 22 Metamorfismo de contacto. El metamorfismo de contacto tiene lugar cuando un cuerpo de magma altera la roca original circundante. A profundidades superficiales, un magma intrusivo eleva la temperatura de la roca circundante, causando alteración térmica. La emisión de fluidos calientes dentro de la roca original por la intrusión que se enfría puede contribuir, asimismo, a la formación de nuevos minerales. Metamorfismo dinámico. El metamorfismo dinámico se asocia en mayor medida con las zonas de fallas (fracturas a lo largo de las cuales ha habido movimiento), en las cuales las rocas están sometidas a presiones diferenciales. Las rocas metamórficas producto del metamorfismo dinámico puro se denominan milonitas y por lo común se limitan a estrechas zonas adyacentes a las fallas.

24 23 Metamorfismo regional. La mayoría de las rocas metamórficas son resultado del metamorfismo regional, el cual ocurre en un gran área y suele ser causado por temperaturas, presiones y deformación extrema dentro de las porciones más profundas de la corteza. ROCAS METAMORFICAS. Proveen información acerca de los procesos geológicos que operan dentro de la Tierra y sobre su variación a través del tiempo. Resultan de la transformación de otras rocas por procesos metamórficos que suelen tener lugar bajo la superficie de la tierra. Durante el metamorfismo, las rocas son sometidas a suficiente calor, presión y actividad de fluidos pata cambiar su composición y/o textura minerales, con lo cual se convierten en rocas nuevas. Clasificación de las rocas metamórficas: Rocas metamórficas foliadas: Las rocas sometidas a calor y presión diferencial durante el metamorfismo se caracterizan por tener minerales dispuestos en una forma paralela que les da una textura foliada. Algunas de estas rocas son: Gneis. De textura masiva y estructura lenticular. Es la roca metamórfica de grano más grueso, rico en feldespato y cuarzo, son más granulares y de colores claros que las ricas en micas, biotitas, anfíboles, etc. Pizarras. Es la roca de grano fino, contiene grafito, hierro y manganeso. Tiene una textura foliada, estructura hojosa y está compuesta de diversos tipos de minerales prismático (muscovita, biotita).

25 24 Esquistos. De todas las rocas de metamorfismo regional, el esquisto es sin duda el más abundante, existiendo una gran variedad de ellos que pueden derivar tanto de rocas ígneas, como de sedimentarias y de metamórficas de menor grado. GNEIS PIZARRA ESQUISTO Rocas metamórficas no foliadas: En algunas rocas metamórficas, los granos minerales no muestran una orientación preferencial distinguible. En lugar de esto, tales rocas consisten en un mosaico de minerales un tanto equidimensionales y se caracterizan por tener textura no foliada. Algunas de estas rocas son: Mármol. De textura granular y estructura granítica, provienen de rocas carbonatadas, se produce por el metamorfismo de calizas o dolomias, contiene minerales como la calcita y dolomita. El color de los mármoles es variable, aunque si la roca es un mármol puro de calcita o dolomita, es generalmente blanco. Diversas impurezas dan lugar a distintos tonos, alguno de los cuales son muy atractivos y dan valor a la piedra. Son frecuentes los tonos verdes, rosados y leonado, y muchas veces existen vetas negras. Cuarcita. De textura granular y estructura granítica, provienen de areniscas cuarcíferas. MARMOL CUARCITA

26 25 Clasificación según su contenido de sílice: Rocas Acidas: Contienen más de 60% de sílice Rocas Intermedias. Contienen entre 55 y 60% de sílice Rocas Básicas. Contienen menos de 55% de sílice CICLO DE LAS ROCAS. Se considerar al ciclo de las rocas como un proceso de reciclado de rocas mundial dirigido por el calor interno de la tierra que funde las rocas subducidas en el ciclo tectónico. La cristalización de roca fundida produce rocas ígneas por debajo y en la superficie terrestre. Las rocas situadas en la superficie o cerca de ella se disgregan química y físicamente por meteorización para formar partículas conocidas como sedimentos. Estos materiales resultantes pueden ser desplazados pendiente abajo por la gravedad antes de ser captados y transportados por algún agente erosivo como las aguas superficiales (ríos y arroyos), los glaciares, el viento o las olas. Finalmente, estas partículas y sustancias disueltas, denominadas sedimentos, son depositadas. Aunque la mayoría de los sedimentos acaban llegando al océano, otras zonas de acumulación son los deltas, los desiertos, los pantanos y las dunas. A continuación, los sedimentos experimentan litificación, un término que significa "conversión en roca". El sedimento suele litificarse dando lugar a una roca sedimentaria cuando es compactado por el peso de las capas que tiene por encima o cuando es cementado conforme el agua subterránea de infiltración llena los poros con materia mineral. Si la roca sedimentaria resultante se entierra profundamente dentro de la tierra e interviene en los procesos de formación de montañas, o si es intruida por una masa de magma, estará sometida a grandes presiones o a un calor intenso, o a ambas cosas. La roca sedimentaria reaccionará ante el ambiente cambiante y se convertirá en un tercer tipo de roca, una roca metamórfica. Cuando la roca metamórfica es sometida a cambios de presión adicionales o a temperaturas aún mayores, se fundirá, creando un magma, que acabará cristalizando en rocas ígneas, comenzando nuevamente el ciclo completo. Los procesos impulsados por el calor desde el interior de la Tierra son responsables de la creación de las rocas ígneas y metamórficas. La meteorización y la erosión, procesos externos alimentados por una combinación de la energía procedente del Sol y la gravedad, producen el sedimento a partir del cual se forman las rocas sedimentarias. Caminos alternativos. Las vías mostradas en el ciclo básico no son las únicas posibles. Al contrario, es exactamente igual de probable que puedan seguirse otras vías distintas de las descriptas.

27 Unidad Temática 1 del Curso Geología Aplicada a la Ingeniería Civil y al Medio Ambiente 26 Por ejemplo: las rocas ígneas, en vez de ser expuestas a la meteorización y a la erosión en la superficie terrestre, pueden permanecer enterradas profundamente. Esas rocas pueden acabar siendo sometidas a fuertes fuerzas de compresión y a temperaturas elevadas asociadas con la formación de montañas. Cuando esto ocurre, se transforman directamente en rocas metamórficas. Las rocas metamórficas y sedimentarias no siempre permanecerán enterradas. Puede ocurrir que los materiales que las cubren sean eliminados por la erosión, dejándolas expuestas en la superficie. Cuando esto ocurre, las rocas son meteorizadas y convertidas en nueva materia prima para las rocas sedimentarias. Las rocas pueden parecer masas invariables, pero el ciclo de las rocas demuestra que no es así. Los cambios, sin embargo, requieren grandes cantidades de tiempo. EL CICLO DE LAS ROCAS. El ciclo de las rocas idealizado que muestra las tres familias de rocas y los procesos que las forman.

28 27 RESUMEN DE LA UNIDAD: 1. Todos los minerales son sólidos cristalinos, lo cual significa que poseen una disposición interna ordenada de átomos. La mayoría de más de 3500 minerales conocidos son silicatos. Los silicatos ferromagnesianos contienen hierro (Fe) y magnesio (Mg), y los no ferromagnesianos carecen de estos elementos. 2. El material de roca fundida bajo la superficie es magma, mientras que la lava es magma que llega a la superficie. 3. Las rocas volcánicas tienen en general texturas afaníticas a causa del rápido enfriamiento, mientras que el descenso de temperatura lento y las texturas faneríticas caracterizan a las rocas plutónicas. Las rocas ígneas de textura porfídica tienen cristales minerales de tamaños marcadamente diferentes. Otras texturas de rocas ígneas comprenden la vítrea y la vesicular. 4. Entre los cuerpos intrusivos (plutones) comunes están los diques (de geometría tabular, discordantes); los mantos (de geometría tabular, concordantes); los cuellos volcánicos (de geometría cilíndrica, discordantes); los lacolitos (fungiformes, concordantes) así como los batolitos y los troncos (de geometría irregular, discordantes). 5. Las partículas sedimentarias se denominan por orden de tamaño decreciente: grava, arena,limo y arcilla. Y se redondean y clasifican durante el transporte, aunque el grado de redondeo y clasificación depende del tamaño de la partícula, la distancia de transporte y los procesos de depositación. 6. La compactación y la cementación son los procesos de litificación por los cuales el sedimento se convierte en roca sedimentaria. 7. El calor para el metamorfismo proviene de los magmas intrusivos o del sepultamiento profundo. La presión es litostática o diferencial. Los fluidos atrapados en rocas sedimentarias o que emanan de magmas intrusivos pueden intensificar los cambios químicos y la formación de nuevos minerales. 8. Los tres tipos de metamorfismo principales son el de contacto, el dinámico y el regional. 9. Las rocas metamórficas se clasifican primordialmente de acuerdo con su textura. En una textura foliada, los minerales laminados tienen orientaciòn preferida. Una textura no foliada no muestra orientaciòn distinguible alguna de los granos minerales Bibliografía consultada para el resumen de la unidad: Fundamentos de Geología Reed Wicander y James S. Monroe Segunda Edición.

29 ANOTACIONES: