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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA E.AP. INGENIERÍA CIVIL FACULTAD DE INGENIERÍA Tecnología de los Materiales DAICS 2013-II
Ing. Janet Verónica Saavedra Vera
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.
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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
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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:
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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/cm3),
que son 62 libras-masa por pié cúbico (lb/pie3). Tres libras (1,36 kg) de agua ocuparán
84 pulgadas cúbicas (1.360 centímetros cúbicos).
Densidades típicas de algunas rocas son:
- Basalto 3 g/cm3 (187 lb/pie3)
- Granito 2,7 g/cm3 (169 lb/pie3)
- Arenisca 2,3 g/cm3 (144 lb/pie3)
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/cm3 (31 lb/pie3)
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 =( ρg-ρd)/ ρg x 100 (%)
ρg= peso específico de los granos minerales
ρd= densidad aparente de la roca seca
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•-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
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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
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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/
