Geotecnia I (Geología para Ingenieros) - Carrera de Ingeniería Civil. Departamento Construcciones Civiles. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales - Universidad Nacional de Córdoba (2011)

LAS ROCAS Dr. Ing. E. Quintana Crespo (1)

Re-edición, versión preliminar (v 2.0) Definición Las rocas son agregados sólidos de minerales y otras partículas mantenidas juntas mediante la trabazón de los granos o bien con un cemento intergranular. Las rocas constituyen la porción exterior (litosfera) de la tierra y son formadas y transformadas en el manto, corteza o superficie terrestre. Los procesos de formación de las rocas en el subsuelo profundo se llevan a cabo en condiciones de alta temperatura y presión. Estos procesos involucran la recristalización de los agregados minerales en estado sólido -metamorfismo- y la producción de silicatos fundidos llamados magmas. Los cuerpos magmáticos, líquidos, tienden a migrar intruyendo las rocas que los rodean, enfriándose y cristalizando, dando lugar a las rocas ígneas, que son variables en forma y a menudo de tamaño muy grande. Algunas veces el magma es extruido en la superficie como lava y otros productos de la acción volcánica. La formación de rocas sobre la superficie terrestre se lleva a cabo mediante la transformación física y química de las rocas previamente formadas, resultando materiales más o menos estables en los distintos ambientes que componen dicha superficie. Aquí las bajas presiones y temperaturas junto con una abundancia de agentes químicos activos como el agua, o el oxígeno libre tienden a disgregar, transformar y disolver las rocas en un proceso llamado meteorización. Los productos de la meteorización pueden permanecer en su lugar como una capa superficial llamada regolito o ser transportada y depositada como sedimento.

1 Quintana C., E., 1991. Rocas. En: Geotecnia I. Temas de Trabajos Prácticos. Departamento de Construcciones Civiles. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Universidad Nacional de Córdoba. Pp 1-16. Edición digital: Ernesto G. Abril. Primera versión digital del original (v 2.0), agosto de 2011.

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Estos sedimentos en su momento pueden transformarse en rocas sedimentarias mediante compactación o la introducción de materiales cementantes precipitados por las aguas subterráneas. Las sustancias disueltas en el agua pueden transformarse en rocas sedimentarias -evaporitas- por la evaporación de las aguas superficiales.

Las unidades rocosas en el campo son reconocidas como agregados de constitución aproximadamente constante, limitadas por superfi-cies más o menos regulares y bien definidas, que sirven para separarlas de los cuerpos rocosos adyacentes. ◄ El ciclo de las rocas

Las propiedades individuales de las rocas que van desde el color hasta la resistencia mecánica, desde la porosidad hasta el valor económico, son básicamente determinadas mediante cuatro propiedades:

1) la naturaleza de los constituyentes sólidos 2) su distribución en el espacio 3) el mecanismo de vinculación intergranular 4) el tamaño de grano de la partícula.

La textura es la interrelación entre cristales o granos minerales y/o clastos y cemento, que forman una roca incluyendo tamaño, forma y unión de los mismos.

▲ Algunas estructuras primarias de las rocas

▶ Algunas Estructuras secundarias de las rocas

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La estructura es el término que designa los rasgos más notables que presentan o adquieren las rocas en su formación, producidos por enfriamiento y presiones, por sedimentación o por metamorfismo. Entre estos rasgos citaremos, las diaclasas, discontinuidades, esquistosidad, estratificación, fluidalidad, orientación de granos minerales, etc.

Descripción y clasificación de rocas Geológicamente, las rocas se clasifican en tres grandes grupos, de acuerdo a su origen: 1) Rocas ígneas: formadas por el enfriamiento y cristalización del material fundido llamado magma. 2) Rocas metamórficas: formadas por recristalización de rocas existentes a elevada temperatura y en estado sólido. 3) Rocas sedimentarias: formadas mediante agregación de minerales y otros fragmentos rocosos, en o cerca de la superficie terrestre.

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LAS ROCAS IGNEAS Las rocas ígneas se forman a partir de fluidos silicatados, llamados magmas, originados dentro de la corteza terrestre y el manto. El magma puede cristalizar a profundidad o aflorar como lava a la superficie.

La cristalización genera una masa de granos minerales que se vinculan fuertemente produciendo una masa isotrópica, impermeable mecánicamente muy resistente, cuya forma depende de la manera de emplazarse. Las rocas ígneas están divididas en tres grupos de acuerdo a la profundidad de emplazamiento:

1) Rocas plutónicas: de emplazamiento profundo, rocas intrusiva 2) Rocas hipabisales: de emplazamiento a baja profundidad, rocas intrusiva 3) Rocas volcánicas: extruida a la superficie.

En la figura 2.1 un bloque de roca es intruido por el magma en una variedad de cuerpos intrusivos y extrusivos.

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A medida que el gran cuerpo magmático asciende se puede cristalizar una gran masa de roca ígnea, formando un batolito. Tal cuerpo puede tener desde algunas decenas a varios cientos de kilómetros de diámetro y enfriarse lentamente durante varios millones de años a profundidades de 5 a 50 km dentro de la corteza. Según la forma y el lugar de emplazamiento 1.batolito 2.xenolito o inclusión 3.roca colgada 4.stock 5.dique y flujo de lava 6.dique 7.filón-capa 8.volcán

Algunos bloques de la roca de caja pueden haber sido incorporados en la cámara magmática y disueltos parcialmente, denominándose xenolitos. Una proyección del magma hacia arriba y relativamente pequeña cristalizará como un stock.

Una intrusión laminar angosta que llega a la superficie y corta a los estratos perpendicularmente forma un dique y puede producir un flujo de lava. Otro tipo de intrusión similar al dique pero que es paralela a los estratos existentes se denomina filón-capa. La estructura final es un volcán. Stocks, diques y filones capa son formas típicas de rocas intrusivas poco profundas y los volcanes y flujos de lava son cuerpos típicamente extrusivos. El magma contiene agua disuelta y otros constituyentes volátiles mantenidos en solución debido a las grandes presiones que reinan en profundidad. Estos constituyentes son expelidos del magma cuando este es extruido a la superficie,

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transformando algunas veces a la lava, en una fuente de energía explosiva que se traduce en la proyección de fragmentos. CLASIFICACION DE ROCAS IGNEAS Las rocas ígneas se dividen en los cuatro grupos que se observan en la tabla según el porcentaje de sí'ilice (SiO ) que poseen: 2 Rocas ácidas: > 65% SiO2 intermedias : 52 - 64% básicas: 44 - 51% ultrabásicas: 36 - 43%

Los minerales componentes de las rocas ígneas pueden clasificarse en principales, accesorios y accidentales.

Los principales son aquellos que constituyen la mayor parte de una roca y en base a los que se clasifica la misma, en cambio los accesorios aparecen en menor proporción y no influyen prepon-derantemente en las caracteres-ticas tecnológicas ni en un cambio de nombre de la roca. Los acci-dentales pueden o no hallarse presentes.

Existe en general un orden de cristalización de los minerales del magma dando lugar a una serie de reacciones continuas y discontinuas. Las primeras son reacciones progresivas, por ej. en los feldespatos calcosódicos (plagioclasas), los cristales que se forman primero son más ricos en Ca, luego la reacción continua y la temperatura desciende y dichos cristales se hacen progresivamente más ricos en Na. En cambio en las discontinuas, existen cambios abruptos: ciertos minerales ferromagnésianos, a

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medida que continúa el enfriamiento y la reacción, son transformados en otros de diferente estructura cristalina, por ej.: la augita se transforma en hornblenda. A continuación se presenta el diagrama de BOWEN, con las modificaciones de BARTH sobre tales series:

SERIE CONTINUA SERIE DISCONTINUA Olivino ^ Alta T Anortita Piroxeno Bitownita Piroxeno(+ Fe y Mg) Labradorita Hornblenda Andesina Biotita Baja T Oligoclasa Cuarzo Albita Zeolita Feldespato Potásico

Los primeros miembros de ambas series se forman a altas temperaturas y presión y generalmente cristalizan juntos, e igualmente sucede con los minerales de baja temperatura, por ej.: mica, feldespato potásico y cuarzo en granitos. TEXTURA DE LAS ROCAS IGNEAS La influencia de la rapidez del enfriamiento y la presión reinante durante los distintos tipos de consolidación del magma, da lugar a diversas clases de texturas. Según el grado de cristalinidad la textura de las rocas puede ser holocristalina, hialina o hemicristalina. Una roca presenta textura holocristalina cuando está compuesta en su totalidad por cristales, como por ej.: el granito, la diorita, y es característica de un enfriamiento lento.

Si la roca está constituida completamente por vidrio, su textura se denomina hialina o vítrea y es característica de un enfriamiento brusco. Constituye en cambio una textura hemicristalina cuando la roca se halla compuesta por cristales y vidrio en variados porcentajes, por ej.: la riolita.

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De acuerdo al tamaño de los cristales la textura puede ser:

Afanítica (cristales no visibles a simple vista) Fanerítica (cristales visibles a simple vista) Microcristalina (cristales visibles al microscopio) Criptocristalina (cristales no visibles al microscopio óptico)

Otra clasificación textural muy conocida en rocas ígneas las divide en: Granular: la mayor'ia de los cristales son aproximadamente equidimensionales o iguales. Porfídica: los cristales que forman la roca son desiguales o inequi-dimensionales. Los cristales más grandes se llaman fenocristales y se encuentran inmersos en una matriz vítrea o de grano fino. La matriz es una pasta o masa formada por pequeños cristales o vidrio. Según la forma de los cristales y sus relaciones mutuas se los denomina: a) Euhedrales o idiomórficos: cristales limitados por caras cristalinas. b) Anhedrales o alotriomórficos: cristales desprovistos de caras cristalinas limitantes. c) Subhedrales o hipidiomórficos: sólo en parte limitados por caras cristalinas. Rocas plutónicas Estas rocas presentan una textura granular, holocristalina. Los granos o cristales son de distintos tamaños, visibles generalmente a simple vista. Granito: Roca intrusiva ácida, compuesta fundamentalmente por cuarzo, feldespato y mica. Los feldespatos suelen ser generalmente potásicos y las micas de tipo muscovita o biotita. Es una roca muy abundante, que constituye grandes cuerpos cristalizados a profundidad y que afloran cuando la erosión remueve la tapada que los cubre. Presentan colores rosados a grises y el mejor ejemplo en Córdoba lo constituye el plutón de Achala. Diorita: Roca plutónica formada por plagioclasa, biotita y proporciones variables de anfíboles y piroxenos que le comunican un color verde negruzco. Cuando además de estos componentes poseen cuarzo y feldespato potásico se las denomina

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granodioritas. Provienen de magmas mesosilícicos y de allí su composición química intermedia. Gabro: Roca derivada del enfriamiento de un magma básico. Sus componentes principales son: plagioclasas, piroxenos, anfíboles y biotita. Peridotita: Rocas no feldespáticas constituida por olivino y piroxeno en más del 90% y otras como piroxenitas por piroxeno en mas del 90%. Son de grano grueso a medio. Rocas volcánicas En general estas rocas presentan textura porfírica debido a que una parte del magma alcanzó a cristalizar antes de la erupción formando fenocristales y el resto de la masa no alcanzó a cristalizar totalmente, sino que se enfrió rápidamente dando lugar a una textura afanítica, microcristalina o vítrea. Riolita: roca efusiva, ácida, constituida por los mismos minerales del granito, pero en una masa sin estructura cristalina visible a simple vista y cristales diseminados en ella. Andesita: son la fase efusiva de un magma mesosilícico rico en plagioclasa y hornblenda (anfíbol). También con una masa no cristalina rodeando cristales. Basalto: fase efusiva de un magma básico. Colores muy oscuros hasta negro. Predominan las plagioclasas augita y a veces olivino. Rocas filonianas o hipoabisales Estas rocas poseen textura holocristalina fanerítica semejante a las plutónicas: rocas que van de grano muy grueso (pegmatitas) a fino (aplitas). En general se presentan como filones, vetas o diques en las partes marginales de los cuerpos intrusivos. Pegmatitas: rocas de grano sumamente grueso, formadas por porciones residuales del magma, ricas en sustancias volátiles que hacen descender la temperatura de cristalización de los minerales permitiendo el crecimiento de los mismos hasta alcanzar grandes dimensiones. Se componen básicamente de cuarzo, feldespato y mica siendo la fuente importante de otros minerales como el berilo, la apatita, etc. Aplitas: formación similar a la pegmatita pero de grano fino, con aspecto sacaroide. Colores claros provenientes del cuarzo y feldespato. Se deben a magmas más viscosos, sin componentes líquidos. Rocas piroclásticas

Se forman por la fragmentación de productos volcánicos durante las erupciones y constan de cristales, trozos de rocas y vidrio volcánico desmenuzado. El tamaño de los clastos var'ia entre muy grueso en las zonas próximas al volcán donde forman aglomerados y brechas volcánicas.

Cuando estos clastos, sean vítreos o cristalinos, son transportados más lejos por los vientos disminuye su tamaño con la distancia al centro de erupción, interviene también el transporte fluvial y se incorporan otros detritos no volcánicos formándose las tufas de grano medio, fino y muy fino.

Rocas sedimentarias Las rocas sedimentarias se forman por el agregado de casi toda partícula sólida encontrada en la superficie terrestre.

Se trata de granos minerales, restos fósiles, fragmentos rocosos y de materiales precipitados químicamente, tales como sales, yeso, óxidos de hierro y otros. Estas rocas se subdividen en:

Clásticas Cuando derivan de partículas sólidas detríticas (provenientes de otras rocas) y No clásticas De origen químico o bioquímico y formadas por precipitación en una masa de agua. Las evaporitas constituyen un grupo especial que se forma mediante la evaporación de agua salina en masas líquidas, total o parcialmente encerradas, tales como lagunas o lagos, en regiones áridas. Los depósitos típicos son los de yeso, anhidrita, halita, etc.

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Los fragmentos rocosos y minerales sólidos desprendidos de la roca sólida, mediante meteorización pueden ser movidos de su sitio mediante migración gravitacional, la acció 'on del agua superficial del viento o del hielo. A medida que estos materiales ocupan posiciones más estables, como por ejemplo fondos marinos o cuencas cerradas, aumentan su tiempo de residencia dando lugar a la litificación (tranformación del material suelto en roca) mediante cementación u otros procesos. La litificación o diagénesis, conjunto de cambios que conducen a la consolidación de un sedimento, incluye procesos de compactación, disolución, reemplazamiento, consolidación y cementación por precipitación. Los detritos sedimentarios y las rocas sedimentarias exhiben un espectro de propiedades físicas relacionadas a su grado de litificación. Var'ian desde:

1) materiales sueltos, agregados muy porosos, a 2) altamente litificados, masas densas e impermeables.

Estabilidad de los minerales de los sedimentos Existen minerales inestables durante el proceso sedimentario y otros estables. Inestables son aquellos que pueden ser alterados por la meteorización, el transporte o durante el proceso diagenético, en cambio los estables prácticamente no sufren alteraciones. Cuando las partículas están expuestas a la meteorización química o a las soluciones entre estratos en sedimentos depositados, el olivino se descompone más fácilmente que los piroxenos al que le siguen la hornblenda y la biotita, es decir en el mismo orden en que cristalizaron durante el enfriamiento del magma. Las variedades de feldespatos ricos en calcio se descomponen con más facilidad que aquellos ricos en álcalis (sodio y potasio) siendo los más estables la albita y la ortoclasa y el microclino. Esta secuencia de alterabilidad no es la misma bajo todas las condiciones climáticas, por ej.: la calcita es más inestable en condición cálida y húmeda que en ambiente seco y frío. Entre los minerales arcillosos formados por la meterorización, la caolinita es más estable bajo condiciones ácidas y la montmorillonita en condiciones alcalinas y ambas tienden a transformarse en illita o clorita, durante la diagénesis en ambiente marino.

Algunos minerales tienden a ser eliminados por disolución durante la diagénesis. Entre ellos están los silicatos de alta temperatura de las rocas ígneas, como ser el olivino, el piroxeno, la hornblenda y la plagioclasa cálcica. Por esta razón estos mine-rales son comunes en las rocas ígneas y metamórficas pero son escasos en las rocas sedimentarias. Entre los minerales estables más comunes en todos los ambientes de sedimentación, están los minerales arcillosos, cuarzo, pedernal y muscovita. Es notable en las rocas sedimentarias la presencia de cuarzo y minerales arcillosos, componentes principales por ejemplo de areniscas y arcilitas. Le siguen en orden de importancia los feldespatos: ortoclasa, microclino, albita y oligoclasa, el carbonato de calcio, el pedernal y el óxido de hierro. Las rocas detríticas o clásticas Formadas por trozos de minerales o de rocas provenientes de otros depósitos y que resultan amalgamados por una pasta o cemento Conglomerados: Compuestos por fragmen-tos rocosos principalmente, empastados en una masa de grano más fino y unido por un cemento de tipo calcáreo, silíceo o ferruginoso. Los granos son redondeados, muy gruesos y su composición depende de las rocas de las cuales proceden. Brechas: Similar en cuanto a su composición y tamaño de grano al conglomerado, se diferencia por poseer clastos angulosos (mínimamente rodados). Areniscas: Rocas compuestas por fragmentos rocosos y minerales de tamaño medio, predominando el cuarzo. Los granos son redondeados por el transporte y la cementación varia en función del agente químico, como en los conglomerados. Limolitas: Roca de grano fino, constituida por limos en mas de un 50%, cementadas o a veces endurecidas por recristalización de la fracción arcillosa a alta presión. Arcilitas: Rocas de grano muy fino, constituidas por partículas arcillosas, micáceas y algunos granos finos de cuarzo. Cementos y colores muy variados reflejando el medio de deposición original de las arcillas.

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Las rocas no clásticas Se forman no a partir de agregados en forma de partículas sino por precipitación de sustancias químicas o aglomeración de restos orgánicos.

Rocas calcáreas: Las rocas calcáreas son rocas carbonáticas formadas por calcita como mineral principal (calizas) asociada con cantidades variables de dolomitas (dolomías), aragonita, etc. Se originan por la deposición de carbonatos en el fondo de cuencas generalmente marinas y de aguas poco profundas.

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Diatomitas: roca sedimentaria organógena producida por acumulación de restos de diatomeas (organismos marinos microscópicos). Su color es blanco, muy liviana, y muy friable. Radiolaritas: Similar a la anterior, se produce por acumulación de restos de radiolarios en los fondos marinos. Ftanitas: roca de formación química, formada por precipitación de sílice, siendo los principales minerales que las forman calcedonia, ópalo y sílice amorfa. Las rocas metamórficas Las rocas metamórficas se producen por la recristalización de rocas preexistentes, ya sean ígneas o sedimentarias. Dado que la cristalización de la mayoría de los minerales requiere elevadas temperaturas y presiones, el límite inferior del metamorfismo se toma en 150 grados y el superior lo fija el punto de fusión de la roca. Se distinguen tres clases principales de metamorfismo: 1. Metamorfismo de contacto (o propiamente térmico) producido por el calor de un cuerpo magmático. Se forman nuevos minerales en todas direcciones con lo que la textura resultante es granular. Puede haber además aporte ígneo, gases y fluidos, con impregnación de la roca primitiva que puede ser sometida a la acción del agua, acido carbónico, y compuestos volátiles de boro, fluidos, etc. Estos fenómenos pertenecen a la categoría de los de tipo pneumatolítico.

Las rocas intruidas por una masa ígnea son metamorfizadas hasta una cierta distancia en lo que se denomina aureola de contacto. Dentro de la aureola se distribuyen zonas donde el metamorfismo es más intenso cuanto más cerca del cuerpo ígneo se encuentran.

2. Metamorfismo dinámico. La acción de presiones determinada por movimientos de la corteza o por el peso de rocas sobrepuestas trae como consecuencia un reacondicionamiento en los componentes de la roca afectada. Los minerales se adaptan a las presiones exteriores presentando una disposición marcadamente paralela y por lo tanto las rocas afectadas adquieren una textura orientada o bandeada.

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Cuando esta textura está dada por minerales laminares o columnares se la denomina esquistosidad. Si alternan capas esquistosas con otras que lo son en menor grado, se dice que la roca posee foliación. En zonas de fracturación sometidas a grandes esfuerzos de corte, el metamorfismo dinámico queda restringido a franjas donde los minerales son triturados, deformados, etc.

3. Metamorfismo regional. Alcanza gran extensión y se produce mediante la acción combinada de presión y temperatura en grandes áreas. Está íntimamente asociado a las fajas orogénicas, donde una antigua cuenca sedimentaria se va hundiendo progresivamente y luego es sometida a un alzamiento con picos térmicos en ciertas partes y plegamientos de sus capas. Las principales rocas metamórficas Hornfels: roca maciza (no esquistosa) de grano fino y fractura concoidea. Textura granoblástica (mosaico de granos equidimensionales pequeños). Son rocas típicas de metamorfismo de contacto de rocas pelíticas o pelitas calcáreas. Se llaman también cornubianitas. Pizarra: Roca de grano muy fina con esquistosidad planar perfecta, independiente de la estratificación. Constituidos por cuarzo y minerales arcillosos (clorita) esencialmente, suele contener cristales de pirita, y materia carbonosa. Son de color gris oscuro a negro y provienen de metamorfismo regional de bajo grado de material sedimentario, por ej., lutitas. Tienen brillo mate. Filitas: Semejante a la pizarra pero de grano más grueso y brillo satinado. Compuesta en más de un 50% por minerales arcillosos y el cuarzo le sigue en abundancia. Colores desde blanco plata a amarillentos o verdosos. También colores

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oscuros debido a materiales carbonosos. Roca de grano fino. Origen similar a la Pizarra. Esquistos. Roca de grano medio a grueso con muy buena esquistosidad. Sus componentes pueden reconocerse a simple vista. Hay capas segregadas, muy ricas en micas que alternan con otras cuarzo-feldespáticas. Esta segregación es producida por diferenciación metamórfica de rocas originalmente homogéneas como los sedimentos arcillosos.

Gneis: Roca de grano medio a grueso con planos de esquistosidad poco definidos y discontinuos o inexistentes. Es una roca a menudo cuarzo-feldespática. Rocas de textura granular-esquistosa, es decir que han experimentado una orientación de sus minerales. Provienen del metamorfismo regional de rocas ígneas intrusivas (gneis granítico, etc.) o sedimentarias (gneis esquistoso).

Anfibolita: Roca oscura compuesta esencialmente de hornblenda y plagioclasa. Derivan en su mayoría de metamorfismo regional de rocas magmáticas básicas o calcáreos impuros. Generalmente el cuarzo está ausente.

Mármol: Producto del metamorfismo de contacto y regional de calizas y dolomías y constituido por lo tanto por calcita y/o dolomita, con numerosos accesorios (silicatos de Ca y Mg).

Cuarcita: Producto del metamorfismo de contacto de areniscas cuarzosas y cuarcitas sedimentarias. Compuestas por mas del 80% de cuarzo recristalizado. Tiene fractura irregular y se parte a través de los granos y no alrededor de ellos como en las areniscas.

Brecha tectónica: Roca cataclástica, es decir deformada por fractura y rotación de granos minerales o agregados. Compuesta por fragmentos angulosos producidos por la trituración a lo largo de la falla. Los fragmentos son visibles a simple vista y constituyen más del 30% de la roca. Si hay coherencia se debe a procesos secundarios (cementación, etc.)

Milonita: Brecha microscópica con clastos mayores de 0,2 mm constituyendo entre el 10 y 50% de la roca. Representan un grado muy elevado de metamorfismo dinámico, con recristalización y neomineralización.

Migmatita: rocas de mezcla, producidas por la inyección de material ígneo en rocas preexistentes. CLASIFICACION DE ROCAS CON PROPOSITOS INGENIERILES DEFINICIONES

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Las definiciones puramente geológicas de las rocas, no tienen en cuenta las características físico-mecánicas de las mismas y por lo tanto abarcan a rocas duras y blandas, con comportamientos ingenieriles muy diferentes. Si bien ciertas características de resistencia pueden inferirse de su nombre genético, esto no es suficiente para un estudio geotécnico de una obra de ingenier'ia. Frente a este inconveniente, surgen distintos intentos de definición de rocas y suelos, siendo la más clásica la de Terzaghi y Peck (1948) que dice: "Suelo es un agregado de minerales que pueden ser separados mediante una acción suave tal como la agitación en agua. Roca es un agregado de minerales unidos por fuerzas cohesivas poderosas y permanentes. Dado que los términos poderosas y permanentes están sujetos a diferentes interpretaciones, el límite entre suelos y rocas continua siendo arbitrario". Se introducen de esta manera aquí dos conceptos, de uso muy común en la ingeniería geotécnica: Suelos y rocas, términos en los que luego se basarán dos ciencias muy modernas y de gran desarrollo en la actualidad, como la Mecánica de Suelos y la Mecánica de Rocas, con técnicas y metodologías propias. La diferenciación entre suelos y rocas se ha intentado en función de diversos criterios, tales como la resistencia o dureza, porosidad y densidad, etc. pero siempre permanece el problema de los cambios graduales existentes en las propiedades de suelos y rocas. Dada la arbitrariedad que implica un límite exacto entre ellos, es que en los sistemas de clasificación actuales se observe una tendencia a uniformizar los parámetros utilizados sea para los suelos o las rocas, a fin de permitir en los casos intermedios, suelos duros o rocas blandas, un uso indistinto de las clasificaciones. El término suelo es también usado por la agronomía y la edafología, con otro sentido al aquí expuesto, para referirse a la parte superior del terreno donde se lleva a cabo una actividad biológica que permite la formación de una entidad independiente (suelo) que da sustento a las raíces de plantas. El estudio de las rocas debe ser dividido en dos partes, el correspondiente al material rocoso (referido a menudo como roca intacta) y el relacionado con el macizo rocoso. El material rocoso es un sólido o continuo policristalino, consistente en un agregado natural de minerales. Las propiedades del material rocoso dependen de las propiedades físicas de los minerales que lo constituyen, como así también del modo de vinculación existente entre ellos. Los parámetros que se deben incluir en la descripción del material rocoso son: color, tamaño de grano, textura, densidad,

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porosidad, dureza, meteorización, alteración, resistencia, permeabilidad, velocidad de onda sísmica, módulo de elasticidad, etc. El macizo rocoso es un sólido formado por material rocoso vuelto discontinuo por planos de debilidad (discontinuidades). Los parámetros a incluirse en su descripción son: la naturaleza y distribución en el espacio de sus estructuras (laminación, estratificación, etc.) y discontinuidades, así como su resistencia módulo de deformación, permeabilidad secundaria, velocidad de onda sísmica, etc. CLASIFICACION DE LAS ROCAS La clasificación de las rocas se basa en la determinación de:

A. Grupo genético

Igneas Sedimentarias Metamórficas detríticas químicas orgánicas

B. Estructura

Estratificada Foliada Masiva

C. Tamaño de grano predominante

Grano muy grueso: > 60 mm Grano grueso: 2 - 60 mm Grano medio: 0,06 - 2 mm Grano fino: 0,002 – 0,06 mm Grano muy fino: < 0,002 mm Vítreo/ Amorfo

D. Composición mineralógica

Fragmentos rocosos Cuarzo Feldespatos Minerales máficos (colores oscuros) Minerales arcillosos Carbonatos Sales: materiales silíceos y carbonatos Vidrio Una clasificación muy útil desde el punto de vista técnico es la dada en Tablas 2.1, 2.2 y 2.3, donde pueden observarse los tipos de rocas fundamentales. Estas clasificaciones tabuladas, están uniformizadas únicamente en lo referente al tamaño de granos. Ellas son similares a las usadas para suelos y tienen por finalidad dar mayor consistencia y uniformidad a ambas clasificaciones. DESCRIPCION DE ROCAS PARA PROPOSITOS INGENIERILES

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En la descripción de la roca se efectúan los siguientes pasos:

1.Determinación del nombre litológico 2.Descripción de las propiedades del material rocoso 3.Descripción de las propiedades adicionales relacionadas con las

características del macizo rocoso. 1. NOMBRE LITOLOGICO El nombre litológico es seleccionado de las tablas de clasificación (2.1, 2.2 y 2.3) y de la Asociación Internacional de Ingeniería Geológica. El uso de estas tablas requiere un conocimiento geológico que debe ser obtenido mediante un aprendizaje práctico. El nombre litológico es de gran importancia porque indica el grupo genético, es decir el origen, de la roca y provee información básica sobre la composición mineral y el tamaño de grano. De ser necesario discriminar distintos tipos de roca, con un mismo nombre, pueden utilizarse características petrológicas suplementarias y el estudio de los constituyentes minerales menores. 2. DESCRIPCION DEL MATERIAL ROCOSO Color El color de la roca es importante dado que permite inferir ciertas propiedades de la misma, como por ej. su origen y, por lo tanto, se debe tratar de describir con una terminología única que permita la comparación de trabajos de diferentes autores. Se ha desarrollado una Carta de colores publicada por la Sociedad Geológica Americana. Como alternativa de uso mas simple se recomienda el sistema mostrado en la Tabla 2.4 que limita la subjetividad de la estimación individual. Está basada en la determinación de tres parámetros: luminosidad, tonalidad y color. Un color de la columna 3 es suplementado, de ser necesario, por otro de la columna 2 y/o 1. TABLA 2.4. DESCRIPCION DEL COLOR DE LAS ROCAS -------------------------------------------------------------------------------------- LUMINOSIDAD (1) TONO (2) COLOR (3) -------------------------------------------------------------------------------------- claro rosado rosa oscuro rojizo rojo

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amarillento amarillo marronoso marrón verdoso verde azulado azul blanco grisáceo gris negro

--------------------------------------------------------------------------------------- Como ejemplo de uso podemos citar: marrón amarillento claro, marrón rojizo oscuro, verde oscuro, etc. Si fuera necesario pueden usarse términos como moteado, punteado, etc. Textura El término ya fue definido anteriormente. Comprende aspectos geométricos de las partículas componentes y su interrelación. Los aspectos geométricos son: 1. Tamaño de grano 2. Forma de los granos La interrelación se define mediante la fábrica (ordenamiento de los granos). 1. Tamaño de grano. El tamaño de grano se relaciona con el nombre litológico, como se observa en las tablas 2.1, 2.2 y 2.3. Los límites allí fijados son los usados para los suelos y que separan las gravas, arenas, limos y arcillas, estando justificados por las diferencias en el comportamiento físico de tales fracciones (tabla 2.6). TABLA 2.5.: TAMAÑO DE GRANO EN SUELOS Y ROCAS. --------------------------------------------------------------------------------------------------------- TERMINO EN ROCA TAMANO TERMINO EN SUELOS --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Muy grueso > 60 mm Rodados Grueso 2 - 60 mm Gravas Mediano 0,06 - 2 mm Arena Fino 0,002 – 0,06 Limo Muy fino < 0,002 Arcilla --------------------------------------------------------------------------------------------------------- El tamaño de grano puede obtenerse mediante una observación visual, o con la ayuda de una lupa. El límite de la visión humana es aproximadamente 0,06 mm. 2. Forma de los granos. Se describe refiriendo la forma general de las partículas, su angulosidad que indica el grado de redondeamiento de ángulos y aristas y sus características superficiales (tabla 2.6). TABLA 2.6. FORMA DE LOS GRANOS

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--------------------------------------------------- FORMA equidimensional aplastada elongada aplanada y elongada irregular --------------------------------------------------- ANGULARIDAD angular subangular subredondeado redondeado --------------------------------------------------- CARACTERISTICAS rugoso SUPERFICIALES liso --------------------------------------------------- Con respecto a la interrelación de los granos, el término textural que lo describe es la fábrica. En rocas ígneas u otras igualmente cristalinas, fábrica significa, el dibujo o diseño producido por la forma y orientación de las partes cristalinas y no cristalinas de la roca. En rocas sedimentarias, la textura puede ser macro o microscópica según el grano de la roca en cuestión. En las rocas clásticas los elementos texturales son los clastos, la matriz y el cemento. Los clastos son las unidades mecánicas de todo sedimento y de su correspondiente roca consolidada; son todos los fragmentos de cualquier tamaño, forma o composición originados por desintegración de otras rocas. Matriz es el material detrítico más fino que ocupa los intersticios entre los clastos y que actúa como ligante entre ellos; y el cemento es toda sustancia formada en los intersticios por precipitación química y que obra como ligante entre clastos y matriz. Fábrica es la orientación (o falta de ella) en el espacio de los elementos (clastos, matriz, cemento) componentes de la sedimentita. En las rocas sedimentarias no clásticas, por ej. calizas, las texturas pueden ser: granular cristalina, cuyos granos minerales componentes suelen tener variadas formas y tamaños y la amorfa como la del ópalo o semejantes. La textura granular cristalina puede igualmente que en rocas ígneas subdividirse en macro, micro y criptocristalina. En las rocas metamórficas el significado de las texturas metamórficas difiere completamente del de ciertas texturas ígneas a las que superficialmente se asemejan

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y esta semejanza puede deberse a que la "fábrica" metamórfica se origina por el crecimiento de cristales en un medio continuamente sólido. Son rocas de textura granular que cuando se forman mediante el crecimiento de cristales al azar en todas direcciones, es decir equigranular, no esquistosa, se denomina granoblástica. Por ej. las cuarcitas o mármoles. También presentan algunas rocas metamórficas grandes cristales inmersos dentro de una textura granular de grano fino, denominándose textura porfiroblástica, ej.: gneis granatífero. Estado de meteorización y alteración El término meteorización se refiere a aquellos procesos destructivos llevados a cabo por agentes atmosféricos en su zona de influencia. Produce in-situ una capa de roca deteriorada que no ha sufrido transporte y denominada saprolito. Los efectos de la meteorización pueden ser descriptos en términos de decoloración, descomposición química o desintegración física. La meteorización mecánica tiene como resultado la apertura de discontinuidades, la formación de nuevas por fractura rocosa, la apertura de juntas intergranulares, y la fractura de granos minerales. La meteorización química lleva eventualmente a cambios químicos en la mineralogía original y muy a menudo a la formación de arcillas. La alteración comprende aquellos cambios en la mineralogía o composición química original de la roca, producidos por la acción de fluidos hidrotermales. Como ejemplos típicos podrían citarse la caolinización, mineralización, etc. Es muy difícil de distinguir los efectos de meterorización y alteración, pero sirve como indicio el hecho de que la primera disminuye con la profundidad, en cambio la segunda es independiente de la misma. La calidad del material rocoso tiende a disminuir con los efectos de la meteorización y/o alteración por lo tanto es importante una descripción cualitativa que pueda realizarse mediante una estimación visual con la ayuda de la tabla 2.7. El alcance de un tipo particular de meteorización puede ser subdividido usando términos como "escasamente desintegrada", "altamente descompuesta" o "medianamente decolorada". La codificación del material requiere en ciertos casos la visualización del material fresco, ya sea en testigos de perforación o en afloramientos naturales. TABLA 2.7.DESCRIPCION DEL GRADO DE METEORIZACION --------------------------------------------------- TERMINO GRADO DE CAMBIO

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--------------------------------------------------- Fresco 0 % Escaso 0 - 10 % Moderado 10 - 35 % Alto 35 - 75 % Extremo > 75 % --------------------------------------------------- Resistencia Puede no ser esencial el conocimiento de la resistencia del material rocoso con gran exactitud, dado que la resistencia del macizo es gobernada en gran medida por las discontinuidades del mismo No obstante, es útil conocer tal resistencia como referencia para cuando se desea medir la resistencia al corte de las discontinuidades y cuando se describen macizos rocosos sin ellas. La estimación de la resistencia mecánica del material rocoso requiere algunos ensayos in-situ o en laboratorio por ejemplo, ensayos de compresión simple o de carga puntual. Las rocas con resistencia menores a 1,25 Mpa son reconocidos como "suelos duros", las "rocas blandas" tienen resistencia menores a 50 Mpa y las "duras" presentan resistencias mayores a 50 Mpa. La resistencia del material rocoso medida en compresión simple depende del contenido de humedad, la anisotropía y el método de ensayo usado. Cuando no se puede medir la resistencia rocosa, esta puede ser estimada mediante el esquema de Piteau (1970) modificado, dado en tabla 2.8. Esta tabla debe ser usada con precaución dado que los resultados son variables y dependen de la experiencia individual. TABLA 2.8. ESTIMACION DE LA RESISTENCIA EN SUELOS Y ROCAS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ TERMINO RCS [Mpa] ESTIMACION DE CAMPO DE LA DUREZA ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Muy resistente > 100 Muy dura. Más de un golpe martillo Resistente 50 - 100 Dura. Un solo golpe de martillo Moderadamente resistente 12,5 - 50 Blanda. Marca de 5 mm con punta Moderadamente débil 5,00 - 12,5 Muy dura para ser tallada a mano Débil 1,25 - 5 Muy blanda, se desintegra a golpes Suelo duro 0,60 - 1,25 Frágil y tenaz, rompe a mano Suelo muy rígido 0,30 - 0,6 No es marcado por la uña

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Suelo rígido 0,15 - 0,3 No es moldeado por los dedos Suelo firme 0,08 - 0,15 Moldeado con presión de dedos Suelo blando 0,04 - 0,08 Fácilmente moldeado por dedos Suelo muy blando < 0,04 Exuda entre los dedos a presión ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ La resistencia del material rocoso determinado en compresión simple ha sido correlacionada con el ensayo de carga puntual obteniéndose una relación:

RCS = 25 RCP donde: RCS es la resistencia a la compresión simple RCP es la resistencia a la carga puntual2

2 VERSION PRELIMINAR (v2). PRIMERA VERSION DIGUITAL DE “TEMAS DE TRA-BAJOS PRACTICOS” DE GEOTECNIA I.

Por favor, comunicar a los profesores los errores u omisiones detectados.