Universidad Jos Carlos Maritegui

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NDICEI. RESUMEN. .Pg. 2

II. INTRODUCCIN..Pg. 4

1. ROCAS.... Pg. 5

2. TIPOS DE ROCAS.... Pg. 6 ROCAS GNEAS ROCAS SEDIMENTARIAS ROCAS METAMRFICAS

3. PROPIEDADES FSICAS Pg. 9 PESO ESPECFICO DUREZA DENSIDAD POROSIDAD PERMEABILIDAD ABSORCIN SATURACIN CAPILARIDAD

4. RESISTENCIA DE LAS ROCAS. Pg. 22 A LA COMPRESIN A LA TENSIN MECNICA DE LAS FUERZAS CORTANTES

5. ELASTICIDAD DE LAS ROCAS. Pg. 25 MDULO DE ELASTICIDAD MDULO DE COMPRESIN COEFICIENTE DE POISSON TENSIONES RESIDUALES

III. CONCLUSIONES.... Pg. 31

IV. APORTE AL ALUMNO..... Pg. 32

RESUMEN

INTRODUCCIN

PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS1. ROCASEn geologa se le denomina roca a la asociacin de uno o varios minerales, natural, inorgnica, heterognea, de composicin qumica variable, sin forma geomtrica determinada, como resultado de un proceso geolgico definido.Las rocas estn sometidas a continuos cambios por las acciones de los agentes geolgicos, segn un ciclo cerrado (el ciclo de las rocas), llamado ciclo litolgico, en el cual intervienen incluso los seres vivos.Las rocas estn constituidas en general como mezclas heterogneas de diversos materiales homogneos y cristalinos, es decir, minerales. Las rocas poliminerlicas estn formadas por granos o cristales de varias especies mineralgicas y las rocas monominerlicas estn constituidos por granos o cristales de un mismo mineral. Las rocas suelen ser materiales duros, pero tambin pueden ser blandas, como ocurre en el caso de las rocas arcillosas o arenosas.En la composicin de una roca pueden diferenciarse dos categoras de minerales:Minerales esenciales o Minerales formadores de roca.- Son los minerales que caracterizan la composicin de una determinada roca, los ms abundantes en ella. Por ejemplo, el granito siempre contiene cuarzo, feldespato y mica.Minerales accesorios.- Son minerales que aparecen en pequea proporcin (menos del 5% del volumen total de la roca) y que en algunos casos pueden estar ausentes sin que cambien las caractersticas de la roca de la que forman parte. Por ejemplo, el granito puede contener zircn y apatito.

2. TIPOS DE ROCASLas rocas se pueden clasificar atendiendo a sus propiedades, como la composicin qumica, la textura, la permeabilidad, entre otras. En cualquier caso, el criterio ms usado es el origen, es decir, el mecanismo de su formacin. De acuerdo con este criterio se clasifican en gneas o magmticas, sedimentarias y metamrficas, aunque puede considerarse aparte una clase de rocas de alteracin, que se estudian a veces entre las sedimentarias.

ROCAS GNEAS Se forman por la solidificacin del magma, una masa mineral fundida que incluye voltiles, gases disueltos. El proceso es lento, cuando ocurre en las profundidades de la corteza, o ms rpido, si acaece en la superficie. El resultado en el primer caso son rocas plutnicas o intrusivas, formadas por cristales gruesos y reconocibles, o rocas volcnicas o extrusivas, cuando el magma llega a la superficie, convertido en lava por desgasificacin.Las estructuras originales de las rocas gneas son los plutones, formas masivas originadas a gran profundidad, los diques, constituidos en el subsuelo como rellenos de grietas, y coladas volcnicas, mantos de lava enfriada en la superficie. Si el enfriamiento es rpido los cristales apenas se ven. Clsicamente las rocas magmticas se clasifican en tres grupos:Plutnicas.- Se originan a grandes profundidades. Se caracterizan por presentar cristales visibles a simple vista. Un ejemplo es el granito y la sienitaVolcnicas.- Formadas en la superficie de la corteza. Se caracterizan por presentar cristales muy pequeos apenas apreciables. Un ejemplo sera el basalto.Filonianas.-Son rocas que se forman a poca profundidad. Se caracterizan por presentar cristales grandes. Un ejemplo seran las pegmatitas.

Rocas sedimentariasLos procesos geolgicos que operan en la superficie terrestre originan cambios en el relieve topogrfico que son imperceptibles cuando se estudian a escala humana, pero que alcanzan magnitudes considerables cuando se consideran perodos de decenas de miles o millones de aos. As, por ejemplo, el relieve de una montaa desaparecer inevitablemente como consecuencia de la meteorizacin y la erosin de las rocas que afloran en superficie. En realidad, la historia de una roca sedimentaria comienza con la alteracin y la destruccin de rocas preexistentes, dando lugar a los productos de la meteorizacin, que pueden depositarse en el mismo lugar donde se originan, formando los depsitos residuales, aunque el caso ms frecuente es que estos materiales sean transportados por el agua de los ros, el hielo, el viento o en corrientes ocenicas hacia zonas ms o menos alejadas del rea de origen. Estos materiales, finalmente, se acumulan en las cuencas sedimentarias formando los sedimentos que, una vez consolidados, originan las rocas sedimentarias.Se constituyen por diagnesis (compactacin y cementacin) de los sedimentos, materiales procedentes de la alteracin en superficie de otras rocas, que posteriormente son transportados y depositados por el agua, el hielo y el viento, con ayuda de la gravedad o por precipitacin desde disoluciones. Las rocas sedimentarias se forman en las cuencas de sedimentacin, las concavidades del terreno a donde los materiales arrastrados por la erosin son conducidos con ayuda de la gravedad. Las estructuras originales de las rocas sedimentarias se llaman estratos, capas formadas por depsito, que constituyen formaciones a veces de gran espesor.Se dividen en:Detrticas.- Si se originan a partir de fragmentos de otras rocas.Qumicas.- Si se forman a partir de la precipitacin de compuestos qumicos (sales).Orgnicas.- Si se forman por acumulacin de restos de seres vivos.

ROCAS METAMRFICAS En sentido estricto es metamrfica cualquier roca que se ha producido por la evolucin de otra anterior al quedar est sometida a un ambiente energticamente muy distinto de su formacin, mucho ms caliente o ms fro, o a una presin muy diferente. Cuando esto ocurre la roca tiende a evolucionar hasta alcanzar caractersticas que la hagan estable bajo esas nuevas condiciones. Lo ms comn es el metamorfismo progresivo, el que se da cuando la roca es sometida a calor o presin mayores, aunque sin llegar a fundirse (porque entonces entramos en el terreno del magmatismo); pero tambin existe un concepto de metamorfismo regresivo, cuando una roca evolucionada a gran profundidad bajo condiciones de elevada temperatura y presin pasa a encontrarse en la superficie, o cerca de ella, donde es inestable y evoluciona a poco que algn factor desencadene el proceso.Las rocas metamrficas abundan en zonas profundas de la corteza, por encima del zcalo magmtico. Tienden a distribuirse clasificadas en zonas, distintas por el grado de metamorfismo alcanzado, segn la influencia del factor implicado. Por ejemplo, cuando la causa es el calor liberado por una bolsa de magma, las rocas forman una aureola con zonas concntricas alrededor del plutn magmtico. Muchas rocas metamrficas muestran los efectos de presiones dirigidas, que hacen evolucionar los minerales a otros laminares, y toman un aspecto laminar. Ejemplos de rocas metamrficas, son las pizarras, los mrmoles o las cuarcitas.

3. PROPIEDADES FSICAS

PESO ESPECFICOSe le llama peso especfico a la relacin entre el peso de una sustancia y su volumen.Su expresin de clculo es:

Dnde: : Peso especficoP : Peso de la sustanciaV: Volumen de la sustancia : Densidad de la sustanciam: Masa de la sustanciag : La aceleracin de la gravedad

En los minerales es funcin de la estructura cristalina y la composicin del mineral, as como de la temperatura y presin, ya que los cambios de estos factores provocan contracciones (descenso de T y/o aumentos de P) o expansiones (aumento de T y/o descenso de P) de las estructuras. Los cambios de estructura afectan a estas magnitudes; as por ejemplo, la calcita presenta un peso especfico de 2.72 y elaragonito2.94, y el cuarzo-a2.65 y el cuarzo-b2.40. La composicin tambin afecta en el caso de los minerales solucin slida; as por ejemplo, el peso especfico del olivino aumenta a medida que los tomos de Fe (ms pesados) sustituyen a los deMg(ms ligeros).

Elpeso especficoopeso especfico verdaderode una sustancia es la razn entre la masa de una unidad de volumen de la sustancia y la masa de la misma unidad de volumen de agua destilada. Para los slidos, el volumen considerado es el de la parte impermeable. Elpeso especfico globalse define de manera similar, aunque considera el volumen total del cuerpo, incluyendo los poros.

Cuadro con los pesos especficos de algunas rocas:

ROCASPeso especficoN/m3

Arenisca2600

Arenisca Porosa2400

Basalto o Melfiro3000

Caliza Compacta2800

Caliza Porosa2400

Diabasa2800

Diorita3000

Dolomita2900

Gneis3000

Grabo3000

Granito2800

Mrmol2800

Pizarra2800

Prfido2800

Sienita2800

Travertino2400

DUREZASe llama dureza al grado de resistencia que opone un mineral a la deformacin mecnica. Un mtodo til y semicuantitativo para la determinacin de la dureza de un mineral fue introducido por el qumico alemn Mohs. El cre una escala de dureza de 10 niveles. Para cada nivel existe un mineral representativo y muy comn. El mineral del nivel superior perteneciendo a esta escala puede rayar todos los minerales de los niveles inferiores de esta escala. La dureza de un mineral desconocido puede averiguarse rascando entre s una cara fresca del mineral desconocido con los minerales de la escala de MOHS. El mineral ms duro es capaz de rayar el mineral ms blando. Los minerales de la escala de MOHS que rayan el mineral desconocido son ms duros como esto, los minerales que son rayados por el mineral desconocido son menos duros. Por tanto la dureza del mineral desconocido se estrecha entre el nivel superior del mineral que puede rayarlo y el nivel inferior del mineral que es rayado por este mineral. Con cierta experiencia y algunos medios auxiliares simples se puede conocer rpidamente la dureza de forma aproximada.

Los minerales que pertenecen a la escala de MOHS son los siguientes:

La dureza de un mineral depende de su composicin qumica y tambin de la disposicin de sus tomos. Cuanto ms grande son las fuerzas de enlace, mayor ser la dureza del mineral. Grafito y diamante por ejemplo son de la misma composicin qumica, solamente se constituyen de tomos de carbono C. Grafito tiene una dureza segn MOHS de 1, mientras que diamante tiene una dureza segn MOHS de 10. En la estructura del diamante cada tomo de carbono que tiene 4 electrones en su capa ms exterior - puede alcanzar la configuracin de ocho electrones compartiendo un par de los mismos con 4 tomos de carbono adyacentes, los cuales ocupan las esquinas de una unidad estructural de forma tetradrica. El enlace covalente entre los tomos de carbono se repite formando una estructura continua, dentro de lo cual la energa de los enlaces covalentes se concentra en la proximidad de los electrones compartidos, lo que determina la dureza excepcional del diamante. En la estructura del grafito, los tomos de carbono se presentan en capas compuestas por anillos hexagonales de tomos, de modo que cada tomo tiene 3 que lo rodean. Las capas de tomos del grafito estn separadas una distancia relativamente grande, y quedan tomos dispuestos en forma alternada, exactamente por encima de los tomos de la capa adyacente. La causa de la poca dureza del grafito es que los enlaces entre las capas de tomos son muy dbiles, mientras que los tomos en el interior de las capas estn dispuestos mucho ms prximos que en la estructura del diamante.

DENSIDADLadensidades la relacin entre la masa y el volumen de la sustancia, midindose en unidades de kg/m3. Dicho parmetro se recoge en diferentes especificaciones, como la ASTM, para la utilizacin de las rocas ornamentales para edificacin. Por ejemplo, la densidad mnima para granitos es 2,56 g/cm3.

La frmula para hallar la densidad de una roca es:

Dnde:: Densidad (kg/m3)M: Masa de la sustancia (kg)V: Volumen de la sustancia (m3)

En funcin de la fraccin de porosidad que se considere, se puede definir diferentes tipos de densidad, como la densidad real, de conjunto y aparente:

La densidad real (PR).- Excluye la porosidad, y se define como el cociente entre la masa de la roca en seco y el volumen de slido. sta se puede obtener mediante los picnmetros de agua y helio, y calcular como el sumatorio de la fraccin de cada mineral que constituye la roca (tambin llamada densidad de grano).

Dnde:: Densidad (kg/m3)M: Masa de la sustancia (kg)Vr: Volumen real de la sustancia (m3)

La densidad de conjunto o bulk (PB).- Incluye la porosidad total (conectada y no conectada), y se define como el cociente entre la masa de la roca en seco y el volumen de la probeta.

Dnde:: Densidad (kg/m3)M: Masa de la sustancia (kg)Vre: Volumen relativo de la sustancia (m3)Vre = Va - haVa = Volumen aparenteha = Volumen de huecos accesibles

La densidad aparente (AP).- Depende de la porosidad que puede acceder los fluidos en cada tcnica de caracterizacin (poro simetra de mercurio, inmersin, capilaridad, etc.). En esencia, el volumen aparente excluye a los poros donde el fluido puede llegar (porosidad accesible).

Dnde:: Densidad (kg/m3)M: Masa de la sustancia (kg)Va: Volumen aparente

ROCASDENSIDAD gr / cm3

MediaLmites de variacin

Granitos2.62.4 2.7

Anortositas2.72.6 2.8

Dioritas2.82.7 - 2.9

Sienitas2.82.6 2.9

Diabasas2.92.8 3.1

Basaltos3.02.6 - 3.3

Peridotitas3.22.8 3.6

Cuarcitas2.52.3 2.7

Mrmoles2.72.6 2.8

Gneises2.72.6 3.2

Porfiritas2.82.7 2.9

Yeso2.22.2 2.3

Caliza2.11.5 2.8

POROSIDAD Es el volumen de huecos por unidad de volumen de la formacin. Es decir, la fraccin del volumen total de una muestra que est ocupada por poros o espacios vacos. El smbolo de la porosidad es .Una sustancia densa y uniforme, como lo es un pedazo de vidrio, tiene porosidad cero. Por el contrario, una esponja tiene una porosidad muy alta. La porosidad de las formaciones del subsuelo puede variar considerablemente. Los carbonatos densos (calizas y dolomitas) y las evaporitas (sales, anhidritas y yeso), pueden tener porosidades cercanas a cero, para todos los efectos prcticos. Por su parte, las areniscas bien consolidadas pueden tener de 10% a 15% de porosidad, mientras que las no consolidadas pueden tener un 30% o ms de porosidad.

Las lutitas o arcillas pueden tener una porosidad mayor a 40% llenas de agua, pero estos poros son considerados individualmente, por lo general estos poros son tan pequeos, que la roca es impermeable al flujo de los fluidos.

Los poros pueden clasificarse en funcin de su tamao en:Megaporos:____________256-0.062 mm Macrocapilares:_________0.062-0.0001 mmMicrocapilares:___________