SEMANA 2 PIEDRAS O ROCAS, ESTRUCTURA, FRACTURA, DENSIDAD, COMPACIDAD, POROSIDAD, ELASTICIDAD, DUREZA Y RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN RESISTENCIA AL DESGASTE I. PIEDRAS O ROCAS Las rocas son agregados de diversos minerales, auque, en ocasiones, pueden estar formadas por un único mineral. Las rocas se pueden formar de muy diversas maneras y a distintas profundidades. Una vez formadas, afloran. Se las encuentra por toda la superficie terrestre. Para su estudio, las rocas se dividen en tres grandes grupos, según como se han formado: ígneas, formadas por la solidificación del magma; metamórficas, formadas por transformación de otros tipos y sedimentarias, originadas a partir de los materiales de la erosión acumulados en una zona concreta. Las rocas se encuentran en la naturaleza en formaciones de grandes dimensiones, sin forma determinada y constituyendo el principal componente de la parte sólida de la corteza terrestre. Por constituir un material natural, la piedra no precisa para su empleo más que la extracción y la transformación en elementos de forma adecuada. Sin embargo, es necesario que reúna una serie de cualidades que garanticen su aptitud para el empleo a que se destine. Estas cualidades dependen de su estructura, densidad, compacidad, porosidad, dureza, composición, durabilidad, resistencia, a los esfuerzos a que estará sometida, etc.
De 3 maneras principales se utilizan las piedras en la construcción: * Como elemento resistente. * Como elemento decorativo. * Como materia prima para la fabricación de otros materiales. La clasificación más corrientemente utilizada es la que agrupa las piedras según su origen, dividiéndolas así: * Ígneas * Sedimentarias * Metamórficas 1.1 Rocas ígneas Las rocas ígneas se forman por el enfriamiento y la solidificación de materia rocosa fundida, el magma. Según las condiciones bajo las que el magma se enfríe, las rocas que resultan pueden tener granulado grueso o fino. Las rocas ígneas se subdividen en dos grandes grupos: Las rocas plutónicas o intrusivas fueron formadas a partir de un enfriamiento lento y en profundidad del magma. Las rocas se enfriaron muy despacio, permitiendo así el crecimiento de grandes cristales de minerales puros. Ejemplos: granito y sienita. Las rocas volcánicas o extrusivas, se forman por el enfriamiento rápido y en superficie, o cerca de ella, del magma. se formaron al ascender magma fundido desde las profundidades llenando grietas próximas a la superficie, o al emerger magma a través de los volcanes. El enfriamiento y la solidificación posteriores
fueron muy rápidas, dando como resultado la formación de minerales con grano fino o de rocas parecidas al vidrio. Ejemplos: basalto y riolita. Existe una correspondencia mineralógica entre las rocas plutónicas y volcánicas, de forma que la riolita y el granito tienen la misma composición, así como el gabro y el basalto. Sin embargo, la textura y el aspecto de las rocas plutónicas y volcánicas son diferentes. Las rocas ígneas, compuestas casi en su totalidad por silicatos, pueden clasificarse según su contenido de sílice. Las principales categorías son ácidas o básicas. En el extremo de las rocas ácidas o silíceas están el granito y la riolita, mientras que entre las básicas se encuentran el gabro y el basalto. Son de tipo intermedio las dioritas y andesitas una vez que las rocas se han formado a partir del magma que asciende y sale a la superficie, pueden sufrir diversos procesos que las transforman. Por una parte, pueden ser pulverizadas por la erosión y, sus fragmentos, dar origen a rocas sedimentarias. Por otra, pueden hundirse - o no haber llegado a la superficie - y ser transformada por el calor y la presión, dando lugar a rocas metamórficas. 1.2 Rocas sedimentarias Las rocas sedimentarias están compuestas por materiales transformados, formadas por la acumulación y consolidación de materia mineral pulverizada, depositada por la erosión. Las rocas sedimentarias se clasifican según su origen:
Las rocas detríticas, o fragmentarias, se componen de partículas minerales producidas por la desintegración mecánica de otras rocas y transportadas, sin deterioro químico, gracias al agua. Son acarreadas hasta masas mayores de agua, donde se depositan en capas. Ejemplos: lutitas y arenisca. Las rocas sedimentarias químicas se forman por sedimentación química de materiales que han estado en disolución durante su fase de transporte. En estos procesos de sedimentación también puede influir la actividad de organismos vivos, en cuyo caso se puede hablar de origen bioquímico u orgánico. Ejemplos: yeso, anhidrita y calizas. 1.3 Rocas metamórficas Las rocas metamórficas son aquellas cuya composición y textura originales han sido alteradas por calor y presión. A este proceso se le llama metamorfosis de la roca. Los ambientes con calor y presión suficientes para causar metamorfismo se encuentran frecuentemente donde las placas tectónicas de la Tierra se están uniendo. Allí, las placas que chocan entre sí, trituran las rocas y son calentadas a grandes profundidades por el magma. Las rocas pueden ser alteradas en pequeñas áreas de metamorfismo por contacto, o en grandes áreas por el metamorfismo regional. El metamorfismo de contacto se produce cuando un magma intruye una roca más fría. En la roca madre o de caja (la más fría) se forma una zona de
alteración llamada aureola de contacto. La aureola puede estar dividida en varias zonas metamórficas, ya que cerca del intrusivo se formaran minerales de altas temperaturas como el granate mientras que más lejos se formaran minerales de bajo grado como la clorita. El metamorfismo regional ocurre cuando grandes regiones de la corteza son comprimidos y se deforman. Cuando los rios acumulan sedimentos sobre las rocas en cuencas sedimentarias por cientos de millones de años, la presión sobre esas rocas va aumentando y la cuenca se hunde lentamente. Con el tiempo la temperatura y presión en las capas inferiores más antiguas aumentara hasta que comience el metamorfismo. Otra forma de metamorfismo regional ocurre cuando las placas tectónicas convergen. Una placa se sumerge bajo la otra hacia el manto. En estas zonas de subducción se produce magma que asciende por la corteza, provocando metamorfismo en grandes regiones de la corteza continental cercana a las zonas de subducción. Formación de las Rocas
II. ESTRUCTURA DE LAS ROCAS La estructura de una roca es el conjunto de características a escala geológica y describe los aspectos derivados de la deformación de la corteza terrestre. La estructura comprende forma, dimensiones y articulación de los componentes de las rocas. Se consideran estructuras todos aquellos elementos, que más allá de la textura original de la roca, reflejan cambios menores en su composición y ordenamiento. Entre ellas podemos mencionar la aparición de venas, pliegues, fracturas, etc. Estructura depende del proceso de formación y varía según la disposición que presentan los elementos que componen la roca. Estructura está íntimamente ligada a la durabilidad, la cual generalmente es mucho mayor para las piedras estructura compacta y cristalina, y aumentar, aún más, con la fibra del grano. III. FRACTURA Es el aspecto que presenta la superficie de rotura de una roca; pues el plan, razonada, ondulada, etcétera. Esto nos ayuda calificada estructura de calidad de la roca y no sirve de orientación sobre sus posibilidades de labra.
Una fractura es un plano de ruptura de la roca. En general la formación de fracturas es causada por los siguientes procesos geológicos: Por movimientos y deformaciones corticales (epirogénesis y orogénesis). Por contracción y disecación de los sedimentos. Por liberación de tensión (stress release), cuando por el proceso de levantamiento y erosión la roca se acerca otra vez a la superficie o por tensiones paralelas a la superficie. En rocas sedimentarias la mayoría de las fracturas están (sub)verticales, prácticamente perpendiculares a la estratificación o paralelas a la superficie. DIACLASAS Y FALLAS.. La clasificación tradicional de las fracturas está basada según se produzca o no desplazamiento relativo de las rocas, a los dos lados del plano de la fractura. Si no hay desplazamiento apreciable se llama diaclasa y si hay desplazamiento se llama falla. Aunque a primera vista parece una división muy clara y simple, hay algún inconveniente con la palabra apreciable, porque puede haber mucha diferencia de interpretación de fuerzas y tensiones entre una fractura claramente distensional (diaclasa sensu stricto) y una fractura con un desplazamiento, aunque sea a nivel de microscopio. FRACTURAS SISTEMÁTICAS Y NO SISTEMÁTICAS. A parte del problema arriba mencionado, lo que también interesa de las fracturas son aspectos como su distribución, la forma del plano y su alcance. La distribución está definida por el rumbo y buzamiento del plano de la fractura y por el espacio que hay entre fracturas vecinales (espaciamiento). La forma del plano puede ser recta o curvada. El alcance es la longitud que tiene su intersección con la superficie (alcance
lateral) y la profundidad a la quellega (alcance vertical). Por eso, recientemente se ha introducido otra clasificación. Esta clasificación divide las fracturas en fracturas sistemáticas y fracturas no sistemáticas. La intersección de una fractura sistemática con un estrato es una línea recta. Suelen formar grupos de fracturas paralelas (sets de fracturas sistemáticas) y las fracturas individuales pueden tener un gran alcance. Frecuentemente dos sets se cruzan y el ángulo entre ambos revela información valiosa acerca de las fuerzas de deformación de la corteza (figura 1). Las fracturas sistemáticas son consideradas de ser la consecuencia de deformación geológica a escala regional. La figura 1 muestra 2 sets de fracturas sistemáticas verticales. Los planos de las fracturas son rectos y el espaciamiento regular. El ángulo entre ambos sets es A. La intersección de una fractura no sistemática con un estrato es curvado. Esta geometría indica que son fracturas de dilatación, porque ya un pequeño desplazamiento paralelo a un plano curvado causa aperturas en la roca y estas aperturas no se suelen observar. También pueden formar sets, pero las fracturas individuales tienen menos alcance. Las fracturas no sistemáticas suelen ser más numerosas cerca de la superficie y en muchos casos se han formado por la liberación de tensión y por la meteorización. FRACTURAS DE EXFOLIACIÓN. Las fracturas de exfoliación son fracturas no sistemáticas muy importantes porque aumentan considerablemente la permeabilidad del subsuelo. Algunas de sus
características: suelen seguir la topografía (paralelas a la superficie), son numerosas en los primeros 30 metros bajo la superficie y son curvadas. Una descripción más completa y las teorías de su génesis serán tratadas detalladamente en el artículo acerca de la liberación de tensión. IV. DENSIDAD Con esta denominación se define la relación entre el peso de la roca y su volumen, dado y como la mayoría de los sólidos, quedando tipo de volúmenes en aparente y real, así las rocas muy compactas ambos valores suelen llegar a ser casi iguales la densidad de la roca es proporcional a su dureza, pero no guarda una relación con su durabilidad y con su existencia. Si una piedra pesa 3 libras (menos de 1,5 kilos), Cuál sería su volumen? Esto va a depender de la densidad de la materia, que puede variar mucho. Las piedras generalmente son cerca de veces más densas que el agua, por tanto el
volumen de la piedra pesara aproximadamente tres veces más que el mismo volumen de agua. La densidad del agua es aproximadamente 1 gramo por centímetro cúbico (g/cm 3 ), que son 62 libras-masa por pié cúbico (lb/pie 3 ). Tres libras (1,36 kg) de agua ocuparán 84 pulgadas cúbicas (1.360 centímetros cúbicos). Densidades típicas de algunas rocas son: - Basalto 3 g/cm 3 (187 lb/pie 3 ) - Granito 2,7 g/cm 3 (169 lb/pie 3 ) - Arenisca 2,3 g/cm 3 (144 lb/pie 3 ) Algunas rocas son muchas más pesadas y otras mucho más ligeras de aquellas que se mencionaron anteriormente. Por ejemplo, la piedra pómez es una piedra de formación de lava volcánica espumosa petrificada, está llena de espacios con aire, como una esponja Algunos ejemplos de piedra pómez tienen la mitad de la densidad del agua, unos 0,5 g/cm 3 (31 lb/pie 3 ) V. COMPACIDAD Y POROSIDAD La compacidad era relación de la densidad aparente a la densidad real, valores acerca más a la unidad cuanto mayor sea la compacidad de la roca. La porosidad es la relación entre el total de huecos existentes en la roca y su volumen aparente. MÉTODOS DE DETERMINACIÓN Método de la balanza hidrostática Ps-P no = -------------x 100 (%) Ps-PliqPs= Peso muestra saturadap = Peso muestra seca Pliq= Peso muestra sumergida -Porosidad total, n: Volumen de vacíos, comunicados o no, expresado como un porcentaje del volumen total de la muestra. n =( ρ g -ρ d )/ ρ g x 100 (%) ρ g = peso específico de los granos minerales ρ d = densidad aparente de la roca seca
-Porosidad diferencial: hace referencia a la presencia de espacios vacíos de diversos tamaños en la roca. Se expresa como fracciones del volumen total de espacios vacíos de un determinado rango: Porosimetríade Hg. VI. HELACIDAD Esta denominación marca la tendencia de la roca a disgregarse por acción de las heladas. El agua al helarse aumenta un 10% su volumen, si una piedra no tiene la cohesión suficiente para resistir esta dilatación del agua absorbida por sus poros, se agrietara hasta llegar la liquidación disgregación de sus granos y, en este último caso, se dirá que la roca que heladiza. VII. DUREZA Resistencia de las roca se pospone hasta basadas por otro cuerpo. La dureza sumida segunda escala de Mohs, formada por diez minerales en orden creciente: 01 talco 02 yeso 03 calcita 04 fluorita 05 apatita 06 feldespato 07 cuarzo 08 topazio 09 corindón 10 diamante
Las rocas, según su dureza, se clasificarán en blandas, medianas, dura y muy duras. VIII. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Las rocas apenas si pueden trabajar en otro esfuerzo de no sean dos de compresión simple, al resistir muy mal cualquier otro tipo de esfuerzo la resistencia a la compresión es el ensayo más importante a realizar en una piedra. Se efectúa con probetas cúbicas que varían entre cinco y diez centímetros, según la empresa. En la obra, 5 cm; en las deudas 7 centímetros de la blandas 10 cm. La probeta de de ensayo se corta con una sierra de carborundum, se coloca sobre un lecho de la
misma cantera y se aplica el peso con la prensa hidráulica. La forma de ruptura variará según la naturaleza de la piedra. Para calcular la resistencia a la flexión se acepta como coeficiente la décima parte de la compresión, para la cordadura 1/15 parte y para la tracción 1/30. IX. RESISTENCIA AL DESGASTE Este dato sirve para medir la actitud de las piedras para dejarse trabajadas según determinadas formas o métodos y con especiales características de superficie de acabado. Las principales operaciones a realizar para la elaboración de las rocas son: el aserrado, el pulimiento y el esculpido. El aserado depende de la dureza del material, de la cohesión y de la cementacion d ela particulas o minerales que lo componen. El pulimiento en las rocas de estructura compacta y compreción homogenea tiene la facultad de conseguir superficies pulidas y brillanerres. Las calizas compactas, los mñarmoles y los granitos, son las más idóneas para este tratamiento. Los mñarmoles y las calizas compactas pierden brillo si se clocan en el exterior, mientras que, en canbio, el granito es inalterable. Las rocas porosas, tobas areniscas y calizas blandas no admiten el pulido El esculpido es el trabajo que se realiza con las herramientas del escultura, como el cincel, el escoplo, el puntero y otros. Laos factores que determinan la mayor o menor aptitud de una roca a esta clase de elaboración son la uniformidad en el color y la finura de su grano. El material pétro clásico para el esculpido es el mármol y, especialmente, el blanco estatuario. http://www.scribd.com/doc/11835647/fracturas http://petro.uniovi.es/docencia/lrc/tema%2003%20propiedades%20fisicas%20(2).pdf http://www.construaprende.com/lab/17/prac17_1.html http://matereales-petrreos.byethost2.com/