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Capitulo 4
MINERALES Y ROCAS
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Capítulo 4
LOS MIERALES
1. GEERALIDADES
1.1 Elementos
Los 8 elementos elementos de la Tabla 1 integran el 98% en peso de la litósfera, y se mezclan
para formar los grupos de minerales de interés en ingeniería. (Tabla 1)
Tabla 1 Elementos y grupos minerales más comunes
ELEMENTOS
Oxígeno y Sílice
Aluminio y Hierro
Calcio, Sodio, Potasio y Magnesio
PORCENTAJE
74.3%
13.1%
11.1%
GRUPOS MINERALES
Silicatos
Óxidos, Sulfuros (Fe)
Carbonatos, Sulfatos
Los minerales se mezclan entre si a través de procesos complejos para formar rocas de
composición y características variables. En esta unidad se definen y se describen las
características de los minerales.
1.2 Definición
Los minerales se definen como sustancias inorgánicas naturales, de composición química y
estructura cristalina definidas. Poseen características físicas y químicas distintivas que permite
su identificación y determinan su comportamiento.
1.3 Estructura cristalina
En los minerales los átomos y moléculas están organizados de tal manera que se forman
estructuras típicas llamadas cristales. Un cristal se puede definir como un cuerpo homogéneo
limitado por superficies planas suaves que corresponde a la expresión externa de ese
ordenamiento interno de los átomos de un cristal.
La mayor parte de los cristales pueden formarse por solución o por fusión. En el primer caso
los iones se combinan cuando se segregan o se separan gradualmente de una solución para
formar el cristal, como en el caso de la formación de los cristales de sal; en el segundo caso,
los cristales se forman a partir de enfriamiento gradual de un líquido inicialmente muy
caliente. De esta manera la solidificación de minerales-silicatos en estado de fusión (Magma)
da lugar a las rocas ígneas.
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Cuando se forma un cristal en un espacio abierto, los átomos de los elementos que lo
constituyen se organizan, de tal manera que se desarrolla una forma característica con ángulos
iguales entre las caras que lo conforman. Las caras cristalinas se desarrollan a lo largo de
direcciones en las cuales se interceptan el mayor número de átomos.
Para estudiar los cristales minerales, se describen de acuerdo con ciertos elementos de simetría
llamados ejes y planos de simetría.
La figura 1 ilustra los elementos de simetría de los cristales y la Figura 2 los sistemas
cristalinos, basados en dichos elementos.
Figura 1 Elementos de simetría en un cristal cúbico
La forma cristalina influye de manera importante en la direccionalidad de ciertas propiedades
físicas y mecánicas de las rocas. Estas son más débiles si los minerales son laminados,
tabulares o alargados, independientemente de la composición química como tal.
1.4 Minerales amorfos
En algunos pocos minerales los átomos se disponen de manera desordenada y por esto se les
llama amorfos. El ópalo, la limolita y la calcedonia constituyen ejemplos de este tipo.
Los minerales pueden estudiarse al microscopio de luz polarizada, usando ciertas propiedades
ópticas que se derivan de su estructura cristalina la cual esta ligada a los elementos de
simetría.
1.5
Susceptibilidad
La composición química de los minerales determina la susceptibilidad de estos a combinarse o
a descomponerse químicamente. Las rocas que poseen minerales ricos en hierro magnesio y
calcio son más susceptibles que las que poseen minerales ricos en sílice, potasio, y sodio.
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Figura 2 Sistemas cristalinos
2.1 Brillo o Lustre
Figura 2 Sistemas cristalinos y sus elementos de simetría.
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2
IDENTIFICACION
Los minerales se identifican de acuerdo con las siguientes características: Brillo o lustre,
Color, Color de la Raya, Dureza Relativa, Clivaje, Fractura, Solubilidad en Ácidos, Peso
Específico y otras como Diafaneidad, Maleabilidad, Elasticidad etc.
2.1 Brillo o lustre
Según el aspecto del mineral frente a la luz reflejada en su superficie. Se describe como
vítreo, perlado, sedoso etc.
2.2 Color
Muy pocos minerales poseen un color característico (ejemplo: la clorita siempre es verde
oscuro); por lo general el color observado es debido a impurezas, así, el cuarzo puro es
incoloro, pero por lo general se observa con colores gris, blanco o rosado.
2.3 Color de la Raya
Cuando se practica una traza con un mineral, sobre una placa áspera de porcelana, quedan
adheridas pequeñas partículas de éste, cuyo color es el característico del mineral. Ejemplos: la
raya del cuarzo, la calcita y la mica es incolora; la de la hematita es roja y la de la limonita,
es castaño.
2.4 Dureza Relativa
Sedefine como la aptitud de los minerales (también las rocas) a dejarse rayar o penetrar por
algún objeto. Los geólogos han establecido una escala de 1 a 10 denominada Escala de Mohs
de Dureza según la cual un mineral se deja rayar de los de mayor jerarquía o raya a los de
inferior jerarquía. (Tabla 2)
Tabla 2 Dureza relativa de Mohs
Talco
Yeso
Calcita
Fluorita
Apatito
1
2
3
4
5
Ortoclasa
Cuarzo
Topacio
Corindón
Diamante
6
7
8
9
10
Con respecto a la dureza los minerales se pueden clasificar de acuerdo con la siguiente escala
comparativa como se muestra en la Tabla 3.
No debe confundirse la dureza, con la abrasividad, esta última propiedad referida al desgaste
que produce un mineral sobre otro mineral u otro objeto por fricción, si bien, los minerales
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más duros son por lo general más abrasivos. El cuarzo es el mineral más abrasivo y por eso
las brocas que se usan en perforación son de materiales más duros como corindón o diamante.
Tabla 3 Dureza comparativa
MATERIALES
Muy blandos
Blandos
Duros
Muy duros
Se rayan con la uña
Se rayan con el cobre (moneda)
Se rayan con el acero (navaja)
No se rayan con el acero
(navaja)
DUREZA
2.5
3.0
6.5
>6.5
Por otra parte, la dureza se considera como una prueba índice de resistencia en geotecnia, lo
cual es apropiado, si se tiene en cuanta que, tal como se determina, muestra la relativa
facilidad para separar las partículas minerales de una roca, lo cual está íntimamente ligado con
su resistencia.
2.5 Clivaje
Se dice que un mineral presenta clivaje, cuando rompe a lo largo de superficies de debilidad
planas, paralelas a las caras cristalinas. Así, la mica, presenta un plano de clivaje perfecto y
rompe en laminillas delgadas, elásticas.
2.6 Fractura
Otros minerales ofrecen fracturas irregulares, independientes de su arreglo cristalino:
Concóidea, (como una concha), en el cuarzo o desigual, en la Hematita.
2.7 Densidad
Los minerales con abundante Ca, Fe y Mg son más densos que los que contienen bastante
Sílice, sodio y potasio.
2.8 Efervescencia en ácidos
Algunos minerales como la calcita efervecen en presencia de ácidos diluidos.
2.9 Otras Características
Algunos minerales presentan características particulares de diafaneidad, elasticidad y otras,
que ayudan también a identificarlos.
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3. CLASIFICACIÓ
En la clasificación de los minerales se debe hacer diferencia en primer lugar entre los
minerales formadores de rocas o minerales petrogenéticos y los restantes minerales entre los
cuales se deben destacar por su interés en ingeniería los minerales de alteración como los
minerales arcillosos y las micas hidratadas.
3.1
SILICATOS
3.1.1 Grupo Silicatos (Petrogenéticos)
Constituyen combinaciones sílice y oxígeno con cationes metálicos (Ca+2, Na+, K+, Mg+2,,
Fe+2, Fe+3, A+3,) , en diferentes proporciones. Su unidad básica estructural es el tetraedro de
sílica, presente en el 90% de los minerales de la corteza terrestre. (Figura 3). Este tetraedro
está conformado por un pequeño ión de silicio (radio atómico 042 Amstrong), rodeado en la
forma más densa posible por 4 iones grandes (Radio Atómico 1,32 Amstrong) de oxígeno. Los
iones de oxígeno aportan una carga eléctrica de + 4, con lo cual el tetraedro posee una carga
neta de (SIO4) -4 Algunos silicatos están conformados por tetraedros individuales que alternan
con iones metálicos positivos. En otros, los tetraedros se unen en cadenas, placas, o
estructuras tridimensionales, para constituir diferentes tipos de silicatos ferromagnesianos y no
ferromagnesianos. En conjunto con la sílica, estos minerales dan lugar originalmente a las
rocas ígneas.
Figura 3 Tetraedro de sílica
3.1.1.1 Subgrupo SILICA: Cuarzo, Opalo, Calcedonia
La sílica constituye la unidad fundamental de los silicatos.
CUARZO (SiO2) Sílica cristalina. Está conformado exclusivamente por tetraedros de sílica y
su peso específico es de 2.65. Incoloro, blanco nublado o humo y fractura en forma
concoidea. Es insoluble en ácido.
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El cuarzo está presente en la mayor parte de las rocas: ígneas ácidas, metamórficas y
sedimentarias silíceas; conforma venas y diques; es muy resistente tanto mecánicamente como
frente a la descomposición.
CALCEDONIA: variedad de cuarzo (SiO2) Sílica criptocristalina (partículas minerales muy
pequeñas). Color gris claro, lustre opaco o seroso.
Es un mineral secundario muy común en rocas ígneas silíceas alteradas, especialmente las
vítreas de grano fino; también abunda en calizas y en rocas sedimentarias silíceas como el
chert. Es insoluble en ácido.
ÓPALO (SiO2 . H2O) Sílica amorfa, hidratada. Generalmente incoloro o blanco. Y lustre
seroso a vítreo. Es insoluble en ácido.
Mineral secundario por alteración de silicatos formado muchas veces por alteración
hidrotermal que se introduce en grietas de las rocas. Se forma en ambientes donde la sílica
disuelta es depositada rápidamente a partir de soluciones.
3.1.1.2 Sub-grupo FELDESPATOS: Comprende la Ortoclasa KAl Si3 O8 y la serie de las
Plagioclasas: (Ab) /a, Al Si3 O8 - (An) Ca Al2 Si2 O8.
La ortoclasa es un mineral de color blanco, rosado o grisáceo y de lustre vítreo. Es insoluble
en ácido. Por alteración da lugar a minerales arcillosos, sericita y cuarzo criptocristalino.
(cristales muy pequeños).
La serie de las plagioclasas está integrada por 6 minerales. Anortita (Ca), Bitownita (Ca >Na).
Labradorita (Ca >Na), Andesita (Na=Ca), Oligoclasa (Na>Ca) y Albita (Na). En esta serie se
presenta una sustitución isomorfa: La Anortita (Ca), que cristaliza a alta temperatura y la
Albita (Na), que cristaliza a baja temperatura, constituyen los extremos de esa serie, en la cual
el calcio se sustituye gradual y progresivamente por sodio.
Los feldespatos constituyen lon los minerales más abundantes dentro de los silicatos y
constituyen el 50% de los minerales de la corteza terrestre.
En estos minerales, todos los iones de oxígeno de los tetraedros, están compartidos con los de
oxígeno adyacentes, conformando retículos tridimensionales en los cuales el aluminio
reemplaza parcialmente al silicio en diferentes proporciones según el tipo de feldespatos.
Debido a esta sustitución, resulta una carga eléctrica compensada por introducción de iones de
potasio K, sodio Na, o calcio Ca, en la estructura. Las proporciones de potasio, sodio, y calcio
quedan determinadas por la temperatura a la cual ocurrió la cristalización.
3.1.1.3 Sub-grupo MICAS
Moscovita (Mica Blanca) K Al3 Si3 (OH)2
Posee la misma estructura cristalina básica de la biotita, pero cada par de láminas de tetraedros
de silica está fuertemente unida por iones de aluminio, lo cual la hace más estable. Estas
láminas dobles a su turno están débilmente unidas por iones positivos de potasio por lo cual
presentan un clivaje perfecto y fácil exfoliación.
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En estos silicatos los tetraedros de sílica se unen mediante iones de hierro y magnesio para dar
lugar a su estructura cristalina característica. El hierro puede ser intercambiado por el
magnesio, gracias a que estos iones poseen el mismo tamaño e igual carga negativa.
Biotita (Mica negra). K (Fe Mg)3 Al Si3 O10 (OH)2
Tetraedros de sílica dispuestos en placas o láminas, en las cuales cada ión de silicio comparte
3 iones de oxígeno con sus adyacentes de silicio, formando una malla, el cuarto ión de oxígeno
no compartido de cada tetraedro, sobresale del plano cristalino entre todos los demás.
La unidad estructural básica de esta mica está constituida por láminas dobles de tetraedros de
sílica unidas por iones positivos de hierro y magnesio, las cuales a su vez están unidas
débilmente por iones positivos de potasio.
3.1.1 .4 Sub-grupo OLIVI/O (Mg, Fe)2 SiO4.
En este mineral los tetraedros de sílica, están ligados con iones positivos de hierro y magnesio.
3.1.1.5 Subgrupo PIROXE/O-AUGITA. ( Mg, Fe) SiO3
Conforma cadenas aisladas de tetraedros de sílica enlazados mediante iones de hierro y
magnesio. En las rocas, la augita se presenta en forma de granos cortos y gruesos.
3.1.1.6 Subgrupo: A/FIBOLES-HOR/BLE/DA (Ca2 ( Mg, Fe)Si8 O10 (OH)2
Cadenas dobles de tetraedro de sílica, enlazados mediante iones de hierro magnesio calcio
sodio y aluminio. En las rocas se parece a la Augita pero sus granos son más largos y
delgados.
3.1.2
Silicatos (Minerales de Alteración )
El Ingeniero debe aprender a reconocer algunos minerales de alteración, debido a que
imparten inestabilidad, tales como la clorita, la vermiculita, el talco, la serpentina y la sericita.
Clorita (Mica hidratada de Aluminio y hierro)
Silicato hidratado de aluminio con hierro ferroso y magnesio, formado por alteración
hidrotermal de algunas rocas ígneas, (a partir de anfibol y piroxeno), o como mineral
constituyente de pizarras y esquistos principalmente. Se reconoce por presentarse en láminas
o escamas de color verde.
Vermiculita (Mica hidratada de hierro y magnesio)
Este mineral se forma por alteración de la biotita y tiene tendencia a expandirse cuando se
calienta. Su color es marrón bronceado o gris y se parece a la biotita pero su lustre es opaco y
se presenta en láminas blandas, flexibles, no elásticas.
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Talco (mineral micáceo de magnesio)
Es un silicato hidratado de magnesio que se forma por alteración de rocas ígneas básicas como
el basalto y la peridotita. También puede ser un mineral constitutivo en esquistos talcosos. Se
puede rayar con la uña y es grasiento al tacto, su color varía entre blanco plateado a verde.
Serpentina
Es un mineral que resulta de la alteración de rocas que contiene bastante magnesio como el
olivino. También es el mineral principal de las rocas llamadas serpentinita. Se parece algo al
talco; al tacto es suave o grasiento y su color mancha las rocas de verde amarillento, marrón,
rojizo y tintes oscuros.
Sericita (variedad de moscovita)
Este mineral es una variedad de moscovita producto de alteración hidrotermal de los
feldespatos. Se presenta en escamas o láminas de color blanco plateado. Algunos silicatos
pueden identificarse en muestras de rocas graníticas, gracias a ciertos aspectos claves tal como
se indica en la Tabla XVII para el cuarzo y los feldespatos y en la Tabla 6 para los minerales
ferromagnesianos.
Dentro del sub-grupo de los silicatos formados por alteración se destacan los minerales
arcillosos (silicatos hidratados de aluminio, hierro, etc los cuales se estudian más adelante.
3.2 Óxidos e Hidróxidos
Resultan de la unión directa de un metal con el Oxígeno en presencia o no del agua. Estos
minerales presentan estructuras más simples. Son más duros que cualquier otro mineral,
exceptuando los silicatos y más pesados exceptuando los sulfuros.
Los óxidos más importantes son el Corindón (Al2 O3) y la Hematita (Fe2 O3). Entre los
hidróxidos se destacan el hidróxido de Hierro: Limonita o Goetita Fe (OH) y el Hidróxido de
Aluminio o Gibsita Al (OH)3 , minerales abundantes en los suelos lateríticos.
3.2.1
Hematita (Oxido de Hierro) (Fe2 O3)
Se presenta en forma de escamas de color rojizo marrón a negro y raya de olor rojo marrón.
No presenta clivaje y su brillo es sub-metálico a terroso. Soluble en ácido concentrado.
Abunda como mena o depósito concentrado de hierro y pigmenta las rocas que se oxidan.
Abunda también en suelos lateríticos y algunas rocas sedimentarias en forma de cemento
mineral.
.
60
3.2.2
Limonita o Goetita (HIDRÓXIDO DE HIERRO) FeO (OH)
Este mineral se presenta en forma compacta, fibrosa. Es de color marrón amarillo rojizo y
raya marrón rojiza. Abunda en suelos residuales y en forma diseminada o como cementante de
algunas rocas sedimentarias.
3.2.3
Gibsita (hidróxido de aluminio) Al (OH)3
Es un mineral de grano muy fino que abunda en depósitos de bauxita.
3.3 CARBOATOS
En estos minerales el ion carbonato, que consta de un ion de carbono y 3 de oxígeno a su
alrededor (CO3)2 -, se unen con el Ca o el Mg dando lugar a la calcita y a la dolomita.
Calcita Ca (CO)3
Es un mineral muy abundante: componente de la caliza (roca sedimentaria) y el mármol (roca
metamórfica); cementante mineral muy común y presente en venas y diques.
En las rocas se presenta en forma granular; es incolora o de varios colores por impurezas;
lustre vítreo y soluble en ácido diluido. También se puede presentar como cristales
romboédricos individuales.
Dolomita Ca Mg (CO3) 2
Es el principal componente mineral de la dolomita, las calizas dolomíticas y algunos
mármoles. Es incolora o de varios colores por impurezas. Lustre vítreo. Disuelve con
dificultad en HCl diluido.
3.4 SULFATOS
Por su parte el ion sulfato consta de 1 ion de azufre y 4 de oxígeno = (SO4)2 combinan con Ca en la anhidrita. El sulfato de calcio no hidratado se le llama yeso.
que se
Anhidrita SO4 Ca
Mineral o roca del grupo de las evaporitas. Incoloro a blanco rosado; lustre vítreo. Se asocia
en los depósitos con sal, yeso y carbonatos.
Yeso SO4 Ca.2 H2O
Otro mineral o roca del grupo de las evaporizas donde se asocia con anhidrita o sal. También
abunda en venas o cavidades de rocas lodosas o depósitos de origen hidrotermal.
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.3. 5 SULFUROS
Resulta de la unión del Pb, el Fe, u otros elementos semejantes con el S.
El principal sulfuro es la pirita, (Sulfuro de Hierro).
Pirita Fe2S
Mineral amarillento con manchas gris, verde o rojizo; lustre resinoso; se asocia a las
evaporitas con el yeso, anhidrita o calcita. Tambien es frecuente como mineral accesorio de
algunas rocas lodosas u otras rocas.
4. IMPORTANCIA DE LA MINERALOGÍA EN INGENIERÍA
El interés del ingeniero por la composición mineral e las rocas se sitúa en dos aspectos
generales de su interés.
La dureza de los minerales.
Si la mayoría de los minerales son duros y resistentes, (con calcita, cuarzo o feldespato por
ejemplo), las rocas son muy resistentes y poco deformables (ej. Cuarcita). Rocas de ese tipo
se deforman muy poco cuando se someten a carga y fallan súbitamente.
Si la roca posee solo minerales débiles (micas, arcillas) cuando se somete a carga se comporta
débilmente y su resistencia es baja (ej. Arcillolita).
El carácter de muchos minerales conduce a múltiples comportamientos.
Algunos minerales muestran comportamientos especiales: abrasivos (cuarzo); expansivos
(montmorillonita); desleíbles (clorita, sericita); solubles (caliza).
Otros reaccionan de manera desfavorable frente al clima: las rocas cristalinas básicas (ej
basalto, diabasa) son más susceptibles que las rocas cristalinas ácidas (ej granito)
Otros reaccionan o se comportan desfavorablemente frente a ciertas solicitaciones: el cuarzo
repele al asfalto en los pavimentos y no liga bien en esas estructuras; la sílice amorfa
(calcedonia, ópalo) reacciona con los álcalis de los cementos deteriorando los concretos.
En la tabla 4 se destacan algunas características de comportamiento de los minerales en
ingeniería.
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Tabla 4. IMPORTANCIA DE LA MINERALOGÍA EN INGENIERÍA
Comportamiento de algunos minerales en Ingeniería
Mineral
Comportamiento
Cuarzo
Muy abrasivo, (costo alto de perforaciones y excavaciones
mecánicas)
Las rocas con mucho cuarzo, especialmente si son
cristalinas, poseen pobre adherencia con el asfalto en los
pavimentos.
Calcedonia (>5%), ópalo (> 0,25%),
cuarzo molido o muy fracturado, illita
En el proceso de fraguado del concreto estos minerales
reaccionan con los álcalis de los
cementos(Na2O, K2O), liberados en la hidratación; se
originan geles que provocan expansión y agrietamiento del
concreto1 en lo que se conoce como reacción álcali-agregado
Clorita, sericita, vermiculita, talco,
Serpentina
Minerales desleibles en presencia del agua
Halita, Calcita
Minerales solubles
Pirita, marcasita
Cuando se emplean como agregados en concretos los
sulfuros se oxidan y luego se hidratan, con un incremento
importante de volumen. Aparecen manchas y ampollas en las
estructuras.
Yeso
Junto con otras sales puede producir dilatación y
desintegración del concreto.
Montmorillonita
Expandible en presencia del agua
Haloisita y Alofana
Minerales de alteración de cenizas volcánicas en ambientes
húmedos2, que se fluidifican cuando se remoldéan.
1
Cementos con menos del 0,6% de álcalis no reaccionan desfavorablemente. También se evita la reacción álcali-agregado
cuando el material reactivo está mezclado con bastante material inerte o si adiciono puzolanas. El chert y las limonitas silíceas;
las rocas volcánicas como riolita, dacita y andesita con abundante vidrio y las filitas con abundante illita, se cuentan entre las
rocas que poseen minerales reactivos; igualmente las rocas basálticas con más del 5% de minerales secundarios como
calcedonia u ópalo, o algunas areniscas y cuarcitas con más del 5% de chert.
2
Estos minerales propios de los suelos llamados andosoles, se forman por descomposición de cenizas volcánicas. Con alto
contenido de humedad, altos límites líquido y plástico y bajo índice de plasticidad. Son muy inestables cuando se remoldean,
debido a que cuando se perturban (excavaciones, rellenos), su plasticidad se incrementa significativamente y entonces fluyen.
Muchos problemas de estabilidad de taludes y de rellenos en el viejo Caldas, se deben a la presencia de estos suelos.
63
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5.0 RECONOCIMIENTO DE LOS MINERALES EN EL CAMPO Y EN EL
LABOTRATORIO.
Se adjuntan algunas tablas para facilitar el reconocimiento de los minerales en el Campo y en
el laboratorio.
Tabla 5 Identificación de Cuarzo y Feldespato
CARACTERÍSTICAS
FELDESPATO
Color
Blanco, o rosado
Transparencia
Opaco
Clivaje
Bueno. Dos caras formando
Entre ellas un ángulo de 90° Rotando la
muestra es fácil distinguir las caras.
Forma del cristal
Paralelipípedo
Maclado
Frecuente: Con una lupa se observan
diminutas líneas paralelas muy juntas
Lustre
Porcelanáceo, algo opaco si la muestra
está alterada.
CUARZO
Gris ahumado
Translucido o transparente
No se identifican caras
Sin forma
No se presenta maclado
Vítreo
Tabla 6 Identificación de los minerales ferromagnesianos
Mineral
Augita
Características
Color verde oscuro. Puede presentarse en granos o masas, o cristales cortos y
gruesos, con sección cuadrada o rectangular.
Horblenda
Color verde oscuro como la Augita, pero generalmente los cristales son hojosos
delgados y largos, con extremos irregulares
Olivino
Raras veces forma cristales; se presenta como granos o masas y su color es
verde oliva a verde amarillento
Mica Biotita Laminillas o escamas brillantes negras flexibles que se pueden separar con
facilidad de la muestra
En el Anexo 1 se describen los elementos y minerales más comunes. Los Anexos 2 y 3
contienen tablas para identificación de los minerales.
LAS ROCAS
Juan Montero Olarte – 2003
64
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ANEXO 1 - ELEMENTOS Y MINERALES DE INTERÉS EN INGENIERÍA CIVIL
ELEMENTOS NATIVOS
Azufre
S
No metal, amarillento y frágil, fabricación pólvora negra, fósforos y ácido sulfúrico. Se
presenta en depósitos del tipo evaporitas, asociado con yeso, anhidrita, calcita, etc. y
en depósitos fumarólicos asociado con rocas volcánicas, también como producto de
oxidación de sulfuros.
Cobre
Cu
Metal maleable, color rojo característico, se usa en la fabricación de monedas, vasijas
y muchas artesanías, alambres de conducción, aleaciones (latón es cobre con zinc,
bronce es cobre con estaño) como sulfato sirve para combatir los hongos de los
viñedos.
Diamante
C
No metal; carbono químicamente puro; puede ser transparente, turbio u opaco; se
talla en brillantes de gran valor; los diamantes turbios (bort) se usan para cortar vidrio,
tornear piezas y estirar alambre fino; pulverizado se usa como esmeril para tallar
diamantes y otras piedras duras; el de tipo carbonado se usa para la fabricación de
brocas de perforación.
Grafito
C
Forma de carbono de alta presión; se presenta en masas hojosas o granulares; es
opaco, posee brillo metálico y es muy blando (tiñe con facilidad); el tipo hojoso se usa
para crisoles y lubricantes, el terroso para fabricar lápices, electrodos, varillas negras
para pilas, colorante y en la industria del hierro, acero y fundición.
Mercurio
Hg
Único metal líquido a temperatura ordinaria, color blanco, brillo metálico, se presenta
en forma de goticas; se usa en la fabricación de termómetros y barómetros, espejos,
fieltros y pinturas de barco; se amalgama con el oro por lo que se emplea para
separarlo de los minerales que lo acompañan.
Oro
Au
Metal precioso maleable; se explota en minas de yacimientos primarios hidrotermales
combinado con cuarzo en rocas profundas, en eruptivas o en tobas, si bien la mayor
parte procede de placeres (aluviones). Es muy conocido su uso en joyería y
monedas, aleado con cobre o como reserva bancaria en barras.
Plata
Ag
Otro metal maleable precioso; se explota en filones principalmente en menas de
galena; tiene usos semejantes al oro pero es metal menos codiciado.
Platino
Pt
También maleable, se presenta en granos o pepitas de color gris acero y brillo
metálico.
LAS ROCAS
Juan Montero Olarte – 2003
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SILICATOS: COMPUESTOS DE SILICA AISLADA O COMBIADA CO
METALES
Feldespatos
Cuarzo
SiO2
MINERALES
El más abundante y resistente a la Generalmente no se descompone; en
meteorización
casos especiales da lugar a sílice
disuelta (ambientes con pH > 9)
Variedades: calcedonia y ópalo; en forma cristalina adhiere con dificultad con los
asfaltos en los pavimentos; las variedades citadas reaccionan con los álcalis de
los cementos en los concretos, deteriorándolos.
Ortoclasa
K, Na, Al
Abunda en rocas ígneas alcalinas, Se altera a arcillas (illita) y sericita
metamórficas y clásticas.
principalmente
Plagioclasa
Ca, Na, Al Abunda en rocas ígneas de cualquier Se altera a minerales arcillosos,
tipo y según el tipo, ayuda a sericita y la variedad cálcica a calcita
clasificarlas; la variedad cálcica abunda
en las metamórficas.
Biotita (Mica
negra)
Piroxenos
Olivinos
Abunda en rocas ígneas alcalinas y Por hidratación y lavado se pueden
metamórficas como neises y esquistos y convertir en illita (arcilla). La sericita
en algunas rocas clásticas.
se considera una variedad de
moscovita.
K, Mg; Fe; Abunda en muchas rocas ígneas y Por hidratación y lavado pasa a
Al
metamórficas. En sedimentos como vermiculita.
También a clorita,
biotita hidratada o vermiculita.
epidota y carbonatos.
Hornblenda
Ca, Na,
Mg, Fe,
Mn, Al
Abunda en rocas intermedias como Se altera
Diorita y Andesita también en rocas carbonatos,
metamórficas como anfibolita y en (hematita).
algunas clásticas.
Augita
Ca, Mg,
Fe, Al
Abunda en rocas ígneas básicas y Se altera a clorita,
metamórficas máficas de alto grado.
carbonatos, y hematita.
Olivino
(Mg Fe)2
SiO4
Abunda en rocas ígneas básicas y Junto con la augita se alteran a
ultrabásicas y metamórficas de origen serpentina; también es común su
calcáreo.
alteración a talco.
Anfíboles
Micas
Moscovita
K, Al
(Mica blanca)
a clorita, epidota,
óxidos de hierro
Nota: Las rocas ferromagnesianas en general en condiciones de buen drenaje, dan lugar a hidróxidos de
aluminio (gibsita) y hierro (goetita o limonita), a partir de minerales como biotita, hornblenda, augita y olivino.
LAS ROCAS
Juan Montero Olarte – 2003
66
epidota,
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Alofana
Substancia amorfa
Caolinita
Substancia cristalina
Haloisita
GRUPO ARCILLAS (SILICATOS HIDRATADOS)
Silicato
Amorfa; frecuente en grietas y fisuras en Estructuras de las arcillas
hidratado capas de carbón y muchas rocas
cristalinas:
de
volcánicas alteradas de la Cordillera
Lámina de Sílica
Alluminio Central de Colombia.
Silicato
hidratado
de
Aluminio
1:1 sílice/alúmina; en ambientes bien
drenados; procede de rocas ácidas e
intermedias (Cordillera Central), por
hidrólisis o alteración hidrotermal de
feldespatos.
(Al, Si) *
Es una variedad de caolinita no
hidratada, constituida por cristales
tubulares, por lo cual es muy liviana.
Lámina de
Alúmina
CAOLI NITA
1: 1
Haloisita hidratada
(*)4H2O
Debido a su baja densidad e
inestabilidad en procesos de secado, es
problemática en la construcción de
terraplenes.
Metahaloisita
(*)2H2O
La forma hidratada de haloisita por
secado pasa irreversiblemente a
metahaloisita.
Montmorillonita
Al, Mg, Na, 2:1 sílica/alúmina; se forma en
Si
ambientes de pobre drenaje a partir de
rocas cristalinas básicas como diabasas
y basaltos en zonas de la Cordillera
Central y región norte del país.
Illita
Al, K
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2:1 sílica/alúmina, semejante a la
moscovita.
ILLITA
2:1
Potasio
Potasio
Agua
MONTMORILLONITA
2:1
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GRUPO ÓXIDOS
Corindón
Al2O3
Se forma en rocas metamórficas y algunos basaltos; los rubíes y zafiros constituyen
las variedades nobles del corindón, en forma impura se usa como esmeril.
Hematita
Fe2O3
Óxido color rojizo sangre; abunda en todo tipo de rocas como producto de alteración
de minerales primarios ferromagnesianos y como cementante en las lateritas.
GRUPO HIDRÓXIDOS
Gibsita
Al(OH)3
Hidróxido de aluminio incoloro. Se le llama también Bauxita y se forma por
alteración de silicatos ricos en aluminio en ambientes cálidos y húmedos.
Goetita
(Limonita)
Fe2O3 • n H2O
Hidróxido color rojizo, marrón o amarillento ampliamente distribuido en
rocas descompuestas y en forma diseminada o como cementante en rocas
sedimentarias.
Nota: En condiciones de pobre drenaje el grado de meteorización es bajo y se forman minerales como
clorita, sericita, y vermiculita, a partir de minerales ferromagnesianos; con más drenaje (meteorización
moderada), se forma la montmorillonita y en condiciones óptimas de drenaje, los suelos lateríticos (ricos en
caolinita, bauxita y goetita).
Calcita
Ca CO3
Dolomita
Ca Mg (CO3)2
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GRUPO CARBONATOS
Es un mineral incoloro o de colores variados, dependiendo de las impurezas que
contenga; es el principal componente de las calizas y mármoles, y un cemento
mineral de muy buena calidad, es muy frecuente como venas y otros rellenos de
grietas.
Aspecto semejante a la calcita; se presenta como mineral original en calizas
dolomitas y mármoles o como mineral de reemplazo cuando estas mismas rocas
son dolomitizadas. Al igual que la caliza es un producto de alteración de
minerales ferromagnesianos de rocas ígneas y metamórficas e igualmente se
puede presentar como relleno de grietas.
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Anhidrita
CaSO4
Yeso
CaSO4.•2H2 O
GRUPO SULFATOS
Mineral incoloro, blanco o rosado de lustre vítreo; se asocia con el yeso, sal o
carbonatos en depósitos de evaporitas.
Incoloro o blanco de lustre perlado; se presenta asociado en las evaporitas con la
sal y la anhidrita; también en venas de origen hidrotermal o formando capas
delgadas en rocas sedimentarias.
GRUPO SULFUROS
Mineral muy común en venas reemplazos o diseminado en muchos tipos de rocas:
es perjudicial en los concretos al igual que el resto de sulfuros porque al oxidarse
puede dar lugar al ácido sulfúrico que lo ataca y deteriora.
Pirita
FeS2
Calcopirita
Cu Fe S2
Color amarillento y lustre metálico; ocurrencia y características semejantes a la
pirita y otros sulfuros.
Galena
Pb S
Mineral grisáceo y opaco de lustre metálico semejante a los dos anteriores en
cuanto a su ocurrencia y características.
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ANEXO 2
ALGUNAS CLAVES SENCILLAS PARA EL RECONOCIMIENTO DE MINERALES (1 de 2)
Olivino, Augita y Horblenda
SILICATOS
Los tres poseen color verde a negro; se diferencian por su forma (olivino: granular; augita: barritas gruesas
y cortas; Horblenda barritas largas y delgadas. Su densidad varía entre 2.8 y 3.2 (más pesado el olivino)
Biotita, Moscovita
Ambas se ven como laminillas flexibles. La biotita es de color verde oscuro, café o negro. La moscovita es
de color amarillo claro o rojizo. En general no se dejan rayar con la uña pero este criterio no es seguro.
Feldespato, Cuarzo
El cuarzo raya al feldespato y a cualquier otro mineral común. Mientras el feldespato es de color blanco,
rosado; el cuarzo es gris ahumado. Mientras el feldespato es transparente; el cuarzo es traslúcido: Mientras
el cristal de feldespato presenta bordes claros; el de cuarzo no los presenta.
Mientras el lustre o brillo del feldespato es como el de la porcelana; el del cuarzo es vítreo.
Además, el feldespato es más abundante.
ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS
Hematina y Limonita
La Hematina es de color rojo a pardo oscuro y su raya es rojiza parda
La limonita es de color amarillo a pardo y su raya es parda amarillenta
CARBONATOS
Caliza
Se deja rayar con la navaja y muestra efervescencia en ácido diluido; los cristales son romboédricos :
SULFATOS
Yeso
Es incoloro a blanco y se deja rayar con la uña; algo fibroso
SULFUROS
Pirita
Color amarillo latón (oro de los tontos) y raya de color verde oscuro a negro; cristales cúbicos
ANEXO 3 Tabla para identificación de Minerales
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Capítulo 5
LAS ROCAS
1. ORIGEN Y CLASIFICACIÓN GENERAL
Se cree que la corteza terrestre se formó por diferenciación del Manto Superior de la tierra. Se
llama ciclo de las rocas, al conjunto de procesos que dieron lugar a los 3 tipos de rocas que se
conocen: ígneas, sedimentarias y metamórficas.
Las roca ÍGNEAS, las primeras en formarse, se originaron por enfriamiento y consolidación
del magma. Este material consiste en una masa viscosa de silicatos, en estado de fusión, con
temperatura superior a 1200º C, que ascendió y asciende en el presente, desde el interior de la
corteza terrestre, y después de emplazarse en otras rocas en profundidad, o ser arrojado a
superficie por los volcanes, se enfría y cristaliza, para formar diferentes tipos de rocas ígneas.
Posteriormente estas rocas quedaron expuestas a los agentes atmosféricos (oxígeno, anhídrido
carbónico, y vapor de agua) y a la acción de ácidos orgánicos. Al contacto con el agua o bajo
el efecto de la circulación de ésta por sus fracturas, experimentaron alteraciones físicas y
químicas en el proceso de meteorización; luego, en el proceso de erosión, los productos de
estas alteraciones son desalojados, acarreados y depositados transitoriamente en los
continentes para formar suelos transportados o llevados a receptáculos llamados cuencas
sedimentarias, donde se litifican, para formar ROCAS SEDIMENTARIAS CLÁSTICAS.
ROCAS SEDIMETARIAS QUÍMICAS U ORGÁNICAS se originan en estas mismas cuencas
a partir de sustancias precipitadas químicamente en ellas.
En las raíces de las montañas, donde las rocas sedimentarias quedan sujetas a altas presiones
de sobrecarga, o en las zonas de contacto de magmas ascendentes con las rocas emplazadas
por éstos, ocurren cambios en estado sólido que dan lugar a las ROCAS METAMÓRFICAS.
Rocas semejantes se forman en las zonas de falla, por cizallamiento. El origen y ciclo de
evolución de las rocas y los procesos superficiales y profundos que intervienen en su
formación, se representan en la Figura 5.1. En la Tabla 5. I se muestra una clasificación
general de las Rocas.
2. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS
Dos aspectos además de su origen (ígneas, sedimentarias o metamórficas), son de interés en el
estudio de las rocas:
(1) Litología: término referido a la composición química y mineral de las rocas, y la
textura, que se define como el tamaño, forma y disposición de las partículas minerales.
(2) Estructura: se relaciona con las formas de yacimiento de las rocas en la naturaleza,
referidas a la geometría de los cuerpos rocosos generada en el momento de su formación, o
estructuras primarias; o a las estructuras resultantes de la deformación y ruptura a que las
rocas están sometidas en campos naturales de fuerzas, llamadas estructuras secundarias.
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Figura 5.1 Ciclo de las rocas:
rocas: Las rocas ígneas se forman a partir de material sedimentario o metamórfico que
funde y luego se cristaliza: las sedimentarias se forman a partir de otras rocas o de las sedimentarias mismas por
intemperismo o meteorización, trasporte (erosión) sedimentación y mitificación. Finalmente las metamórficas, a
partir de rocas sedimentarias o ígneas sujetas a fuertes presiones y temperaturas (por debajo de la temperatura de
2.1 Rocas ígneas
2.1.1 Modo de formación y clasificación general
Las primeras rocas Ígneas se formaron por enfriamiento y solidificación (con formación
de cristales) del magma proveniente de la zona subcortical o de la fusión de otras rocas.
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Tabla 5. I Clasificación General de las Rocas
Clasificación
Proceso
Ejemplos de rocas
IGNEAS
- Enfriamiento y
rocas se llaman Intrusivas o plutónicas. (ejemplo,
consolidación del magma
Granito) Si se presenta en o cerca de superficie las
Si la consolidación ocurre a gran profundidad las
rocas se llaman Extrusivas o Volcánicas. Estas
últimas pueden ser:
Efusivas (lavas, como el Basalto) o
Explosivas (Piroclastos como la Toba)
Si el tamaño de las partículas clásticas es mayor
Dos clases:
SEDIMENTARIAS
1. Clásticas:
- Fragmentos (clastos) de
roca alterada de varios
de 0.06 mm (fracción gruesa), las partículas se
tamaños, se acumulan, se
litifican debido principalmente a que se aglutinan
consolidan y se litifican
por un cementante. (ejemplo, Arenisca)
Si el tamaño de las partículas clásticases menor de
0.06 mm (fracción fina),
las partículas se litifican
debido
a
principalmente
que
se
consolidan
diagenéticamente (ejemplo, Lutita) .
2. No clásticas
- Precipitados químicos u
litifican, o que se concentran
Si los precipitados se acumulan se forman rocas
como las Calizas o el Chert.
orgánicos que se acumulan y
Si los precipitados se concentran por evaporación
del solvente, se forman las evaporitas como la Sal
a partir de una solución.
y el Yeso.
METAMÓRFICAS
- Recristalización de otras
Metamorfismo Regional: Grandes presiones
rocas (cambio en estado
debidas a sobrecarga de sedimentos y fuerzas
sólido) por acción de
desequilibradas de origen tectónico. (ejemplo
elevadas temperaturas y
Pizarras, filitas, cuarcitas)
presiones.
Metamorfismo
de
Contacto:
por
reacciones
químicas en las aureolas de contacto de rocas
plutónicas. (ejemplo, algunos tipos de Pizarras)
Metamorfísmo Dinámico: en zonas de falla
(ejemplo, Milonita)
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De acuerdo con su origen las rocas Ígneas se clasifican en (1) Plutónicas o Intrusivas:
cuando el magma se emplaza o encaja en otras rocas y su enfriamiento ocurre a gran
profundidad; (2) Volcánicas o extrusivas, en este caso se originan en erupciones
volcánicas y pueden ser: (2.1) Efusivas, si el magma se enfría cerca de superficie o en
superficie después de perder gran parte de sus gases (lava) y escurrir desde los aparatos
volcánicos; o (2.2) Explosivas, llamadas también Piroclásticas, a partir del
enfriamiento y acumulación de fragmentos incandescentes arrojados por los volcanes,
principalmente los de actividad violenta. Las rocas intrusivas y efusivas son masivas
en contraste con la piroclásticas que son fragmentarias semejantes a las sedimentarias.
2.1.2 Rocas Igneas Intrusivas y Efusivas
Según una teoría propuesta por N. L. Bowen, las rocas ígneas se formaron en su mayoría
por enfriamiento diferencial y cristalización fraccionada del magma.
La serie de Bowen (Figura 2) muestra el orden de cristalización de los minerales a
medida que el magma se enfría. Los minerales que cristalizan primero y a altas
temperaturas (1200ºC), corresponden a los niveles superiores de la serie, en tanto que los
de niveles inferiores lo hacen al final del proceso a bajas temperaturas (800ºC).
Los minerales ferromagnesianos, (olivino-biotita) constituyen una serie discontinua,
producto de cambios abruptos en su composición y poseen formas cristalinas
individualmente diferentes, en tanto que las Plagioclasas (albita-anortita) conforman una
serie continua, con la misma forma cristalina, resultado de un reemplazo progresivo de
Sodio (Na) por Calcio (Ca).
1200°C
800°C
Figura 5. 2 Serie de reacciones de Bowen
Estamos familiarizados con la formación de cristales de hielo cuando el agua se congela por
descenso de temperatura. En el caso de la cristalización diferencial del magma la situación es
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bastante más compleja: abarca, según se expuso, un intervalo de temperaturas entre 1200°C y
800°C aproximadamente y se van formando minerales distintos a diferentes temperaturas.
A medida que disminuye la temperatura del magma los iones pierden progresivamente su
movilidad y se van acercando hasta que a una cierta temperatura se unen en forma ordenada
dando lugar a cristales. Los primeros átomos que se unen son los de silicio y oxígeno para
formar tetraedros de sílica, estructura básica de los silicatos. En la medida que la temperatura
sigue bajando, los tetraedros se unen entre sí o con otros átomos para formar diferentes tipos
de cristales minerales. Cuando todo el magma se transforma en una masa sólida de cristales (o
vidrio), se habrá formado una roca ígnea.
A medida que se van formando rocas que contienen minerales de la parte superior de la serie
de Bowen, la fase líquida residual del magma es cada vez más pobre en hierro y magnesio y
más rica en sílice (SiO2) y álcalis (Na, K). De este modo, cuando predominan minerales de la
parte superior de la serie de Bowen, se generan rocas plutónicas de tipo gabro si éstas se
forman a profundidades, o rocas volcánicas del tipo basalto, en el caso de que los cristales
hayan solidificado, en superficie.
De manera similar, si los minerales constitutivos de la roca pertenecen a los niveles
intermedios de la serie, las rocas resultantes son del tipo diorita,. si formadas en profundidad,
o andesita si en superficie. Finalmente, cuando minerales de la parte baja de la serie de
Bowen son los dominantes, se produce Granito, si la cristalización ocurre a gran profundidad,
o Riolitas si ésta tiene lugar en superficie.
•
Composición
La composición química y mineral de las rocas ígneas queda determinada por el nivel de
temperatura a la cual se formaron los minerales, es decir hay una relación estrecha entre la
composición del magma del cual se originó la roca y su composición, independientemente de
la profundidad a la cual ocurrió la solidificación. Desde el punto de vista químico, las rocas
Ígneas se pueden clasificar de acuerdo con el contenido de sílice (Tabla 5. II).
Tabla 5. II Clasificación química de las rocas ígneas
SÍLICE %
> 66
66 - 52
52 - 45
<45
CLASIFICACIÓ
Félsica (ácidas)
Intermedia
Máfica (básicas)
Ultramáfica (ultrabásica)
EJEMPLOS
Granito-riolita
Diorita-andesita
Gabro-basalto
Peridotita
Las rocas Félsicas, presenta colores claros y son ricas en sílice y álcalis (Na, K), mientras que
las rocas Máficas, de color oscuro, son ricas en calcio (Ca) y en minerales ferromagnesianos
(Fe, Mg).La composición de las rocas ígneas determina la susceptibilidad de estas rocas a
descomponerse en el proceso de meteorización. A este respecto, las rocas félsicas son menos
susceptibles que las rocas máficas. La Figura 5. 3 contiene una gráfica que ilustra la
composición de las rocas Ígneas.
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•
Textura
En el caso de las rocas ígneas, el término Textura se refiere al tamaño de los cristales
(granularidad3) y a las proporciones de cristales y vidrio que posean (grado de cristalinidad4),
factores que dependen de la manera como ocurrió la cristalización. La textura es relativamente
independiente del la composición del magma y más bien guarda relación con la profundidad a
la cual ocurrió la consolidación del mismo.
La textura es un reflejo del grado de cristalinidad y la granularidad. A grandes profundidades
la cristalizacíón cerca a 800°C y fue lenta dando lugar a rocas con solo cristales. Éstos son
grandes (grano medio y grueso), muy bien entrabados, con una porosidad mínima. En este
caso, se forman las rocas Plutónicas como el granito y la diorita las cuales poseen textura
Faneritica.
Figura 5. 3 Clasificación química y mineral
Cerca de superficie o en superficie, el magma pierde sus gases -se le llama lava- y se enfría
muy rápidamente, a temperaturas cercanas a 1200°C, dando lugar a rocas volcánicas como la
diabasa o el basalto, la mayor parte de las cuales posen una mezcla de cristales con textura
afanítica, de cristales no observables a simple vista. Estas rocas pueden presentar una
3
Según el tamaño de la mayoría de los cristales de la roca: grano fino (< 1mm); grano grano medio (1mm-5mm); grano grueso
(5mm-3cm) y grano muy grueso > 3cm). Petrografía de Howel, Turner y Gilgert, 1968.
4
Holocristalina: roca con solo cristales, ejemplo Granito; roca con solo vidrio: Holohialina, ejemplo, Obsidiana; roca con cristales
y vidrio: hipocristalina, ejemplo Basalto. Petrografía de Howel, Turner y Gilgert, 1968.
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porosidad relativamente alta, debido a que por enfriarse tan rápido, quedó gas atrapado y al
salir éste quedaron muchos vacíos.
Cuando por alguna razón el magma se enfría en dos tiempos, uno lento y uno rápido, las rocas
ígneas adquieren una textura Porfídica, con cristales relativamente grandes llamados
fenocristales, incluidos en una masa de cristales más pequeños o en una pasta parcial o
totalmente vítrea. A las rocas correspondientes se les denomina pórfidos.
Las rocas ígneas poseen una fábrica cristalina masiva, es decir, de cristales fuertemente
entrabados, no orientados; lo cual les imparte alta a muy alta resistencia y rigidez, sin
direccionalidad en sus propiedades mecánicas. Las de grano fino (< 1 mm. de diámetro) son
algo más resistentes (ej.: la diabasa es más resistente que el granito).
Las rocas ígneas en general son las más resistente y menos deformables entre todas las rocas,
pero debido a su mayor porosidad, la calidad de las rocas volcánicas es más dispersa.
Se incluyen algunos ejemplos de microfotografías de secciones delgadas, donde se aprecia la
textura de las rocas ígneas (Figuras 5.4 y 5.5) y en la Tabla 5. III se incluye la clasificación
general de las rocas ígneas intrusitas y efusivas.
Figura 5.4
Feldespato
Granito biotita: Contiene cuarzo, feldespato, biotita y algo de hornblenda. Qu: Cuarzo, B: Biotita, F:
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Figura 5. 5 Basalto olivino: Contiene plagioclasa cálcica, olivino y augita. Pl: Plagioclasa Cálcica; O: Olivino; A: Augita
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Tabla 5. III.
III. Clasificación General de las Rocas Ígneas Intrusitas y Efusivas
71.5%
14.%
2.9%
9.9%
65.3%
16.1%
4.4%
12.1%
61.6%
16.2%
6.3%
13.7%
60.4%
17.0%
5.6%
14.8%
58.2%
17.0%
6.9%
15.4%
48.6%
16.2%
10.8%
19.6%
ULTRA
BÁSICAS
41.1%
4.8%
11.1%
38.1%
1*
Granito
Granodiorita
Cuarzodiorita
(Tonalita)
Sienita
Diorita
Gabro
Peridotita
2*
Granito
porfírico
Granodiorita
porfírica
Cuarzodiorita
porfírica
Sienita Porfírica
Diorita
porfírica
2*
Riolita
porfírica
Dacita porfírica
Traquita
porfírica
Andesita
porfírica
1*
Riolita
Dacita
Traquita
Andesita
DIQUES
LACOLITOS
MANTOS
COLADAS
MANTOS
PLUTÓNICAS
O
INTRUSIVAS
BATOLITOS
LACOLITOS
Si02
Al2O3
Fe O
Mg, Ca, Na, K (O)
VOLCÁNICAS
O
EXTRUSIVAS
FORMAS DE YACIMIENTO
Composición
química
Fd K > 2/3
del total de
Fd
INTERMEDIAS
Fd K > 10% del
total de Fd
Fd K < 10% del
total de Fd
Fd K > 2/3
del total de Fd
Fd Na-Ca > 2/3 del total de Fd
Minerales esenciales
Augita, hornblenda, biotita
Basalto
porfírica
Porfirítica
Basalto
Fd K<10% del total de Fd
Fd Na
Cz > 10%
Augita,
hornblenda,
biotita,
moscovita
Gabro porfírico
Fanerítica
Afanítica
Fd poco o nada
Fd Na-Ca > 2/3 del total de Fd
Fd Na
Minerales accesorios característicos
BÁSICAS
Diabasa
ÁCIDAS
Fd Ca
Olivino y/o augita
Olivino y augita
Principalmente
serpentina
Cz < 10%
Augita,
hornblenda,
biotita, moscovita
Augita,
hornblenda,
biotita
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2.1.3
Rocas explosivas o piroclásticas
Estas rocas se forman por acumulación de fragmentos de roca y trozos incandescentes de
lava arrojados por los volcanes de actividad explosiva. A los piroclastos también se les
conoce individualmente como Tefra
En la naturaleza, se disponen en forma muy similar a las rocas sedimentarias en capas
relativamente horizontales. Los fragmentos también en este caso se clasifican por
tamaños como se aprecia en la Tabla 5. IV
Tabla 5. IV Clasificación de la Tefra y rocas correspondientes
Material no consolidado
Tamaño
Material consolidado
.
Ceniza volcánica
< 2 mm
Lapilli
2 mm. - 64 mm.
Tobas y Tobas de Lapilli
Aglomerados y
Bombas
> 64 mm.
Conglomerados
Bloques
> 64 mm.
Brechas
La diferencia entre bombas y bloques tiene que ver con su origen. Mientras que las bombas
son eyectadas en estado casi fundido (su forma de huso se debe al estilo aeródinámico
adquirido por fricción con el aire); los bloques son fragmentos sólidos con formas angulares.
Generalmente los depósitos piroclásticos de varios tamaños alternan con mantos de lava y
presentan espesores muy considerables. Sus acumulaciones pueden alcanzar varios cientsl de
metros de espesor.
2.1.4 Formas Primarias de yacimiento de las Roca Plutónicas
Las formas de yacimiento que acompañan la formación de las rocas plutónicas pueden
ser concordantes o discordantes, según se acomoden entre las capas que intruyen o las
atraviesen. En cualquiera e los dos caso además, se consideran tabulares o masivas, si
su espesor es o no considerablemente inferior a sus otras dos dimensiones.
El Batolito (discordante-macizo) constituye la estructura plutónica de origen primario
más importantes; es de tamaño muy considerable5, constituye por lo general la espina
dorsal de las cordilleras de plegamiento, está constituidos por material granítico (granito,
granodiorita) y se formó después que las capas sedimentarias donde se inyectó se plegó.
Parece que se origina por escalonamiento del magma6 o por granitización7.
5
Mayores a 100 Km2 , si menores se les llama troncos
El magma asciende a través de las fracturas fundiendo parte de la masa intruÍda en las zonas más profundas.
7
Cuando la solución magmática se inyecta, se produce un intercambio catiónico y la roca intruida se granitiza.
6
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Otra estructura de interés es el Dique. Es una estructura discordante-tabular compuesta
de generalmente de cuarzo, calcita, o algún tipo de lava. Los diques se ven expuestos en
excavaciones de taludes o túneles con mucha frecuencia.
Las restantes estructuras plutónicas: Lacolitos (macizos y concordantes) y los Mantos
(tabulares y concordantes), son más difíciles de identificar en el campo; litológicamente
se asemejan a los batolitos. En la Figura 5.6 se muestran las relaciones estructurales de
las masas ígneas.
Figura 5.6. Formas de yacimiento de rocas ígneas
2.1.5 Estructuras primarias de las rocas ígneas volcánicas
•
Origen
Cuando el magma asciende por fracturas u otros conductos pierde sus gases y se convierte en
lava, la cual da origen en o cerca de la superficie de la tierra a las rocas volcánicas.
Comprende las rocas formadas en procesos de erupciones violentas de fragmentos, conocidas
como rocas piroclásticas- o emisiones de lava que dan lugar a las rocas efusivas.
Las lavas varían en fluidez y viscosidad, según su composición de la lava, lo cual habrá de
reflejarse en el carácter de los productos y en la expresión morfológica de las masas
solidificadas.
Las lavas ácidas como la riolita, proceden de magmas ricos en sílice y volátiles y son de
carácter explosivo, por lo que son expulsadas con gran violencia, desprendiendo fragmentos
de roca de los bordes de los conductos y arrojando muy alto y muy lejos los productos
piroclásticos asociados. Por su menor fluidez -mayor viscosidad- originan geoformas de
relieve fuerte.
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Con mucho mayor frecuencia, las rocas piroclásticas se originan en erupciones explosivas, es
decir, expulsión de fragmentos incandecentes que varía según su carácter y tamaño y se
acumulan en capas originando depósitos consolidados, que corresponden propiamente a las
Rocas Piroclásticas. (Tabla 5. IV)
En contraste las lavas básicas como el basalto, provienen de magmas pobres en sílice y
volátiles, por lo que las erupciones son tranquilas y originan geoformas suaves, dada su
mayor movilidad.
Tipos de estructuras primarias
Las formas básicas de las estructuras primarias de las rocas volcánicas efusivas se conocen
como Mantos y Coladas.
Los Mantos son formaciones estratiformes producidas en efusiones terrestres o submarinas,
en tanto que las Coladas son formaciones originadas como rellenos de valles u hondonadas.
Estructura interna de los mantos y coladas
Durante la solidificación y enfriamiento de las lavas se forman grietas de retracción las cuales,
en el caso de los mantos y coladas de basaltos dan origen al Disyunción columnar debido a
que en este caso la lava se enfría y se contrae a partir de centros de enfriamiento en tres
direcciones convergentes a 120º. (Figura 5.7)
Figura 5.7 Disyunción columnar de los basaltos
♦ Mantos de Piroclastos
Resultan de erupciones explosivas asociadas principalmente a lavas ácidas, con expulsión de
bombas, escoria, pómez, lapillis, arena volcánica, ceniza y fragmentos de roca arrancados de
las paredes de la chimenea volcánica; asociadas principalmente a erupciones terrestres. En las
erupciones marinas la carga de masa de agua impide la difusión de los piroclastos; se cree que
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a más de 2 Km de profundidad la presión de la columna de agua supera la presión crítica del
vapor de agua que moviliza la masa de piroclastos. En la eyección al aire, debido a un
mecanismo de diferenciación gravitacional, cerca del cráter se acumula la porción mas pesada
de bloques y fragmentos; más tarde y más lejos los trozos menudos y livianos vitrificados
como la cenizas. Se forman así mantos estratiformes de gran espesor cuyas dimensiones
disminuyen a partir del centro de erupción; para cada manto la dimensión de las partículas
disminuye hacia el tope en forma menos precisa que en las capas sedimentarias. En el
departamento de Nariño, estas acumulaciones en la Meseta de Cano, se presentan una potente
secuencia de aglomerados y tobas bien cementadas expuestas en los cortes de la carretera
Pasto- Popayán, a 50 km de Pasto.
Se pueden también formar acumulaciones tobaceo-sedimentarias como consecuencia de
combinaciones de transporte aéreo y terrestre que permite la incorporación de materiales de
origen detrítico asociado a procesos de avalanchas y fenómenos parecidos como es el caso de
las avalanchas de lodos y piedras (lahares) originadas en el Nevado del Ruiz, que sepultaron
la población de Armero en noviembre de 1985. Los lahares volcánicos corresponden
entonces a un tipo especial de depósitos mezclados, que se forman después de las erupciones,
por lluvia o descongelamiento de los casquetes nevados, dando lugar a grandes masas de lodo,
que forman flujos y avalanchas muy peligrosas. Pueden contener fragmentos gruesos o
partículas pequeñas, generalmente en matriz de cenizas, las cuales conforman con otros
materiales finos, las coladas de barro que le dan gran energía a estos movimientos.
o Mantos y Coladas de Tobas e Ignimbritas
En erupciones terrestres de magma ácido o intermedio tipo Dácita y Traquita, se forman
aludes o riadas de emulsiones calientes de gases y piroclastos que contienen gotas, coágulos y
lava saturada de volátiles, con fragmentos incandescentes de cenizas, que se mantienen en
suspensión en una nube densa de vapores de agua y gases, expulsada a gran presión por la
chimenea volcánica. Estos aludes se desparraman a gran velocidad por los flancos del volcán,
dando lugar a depósitos heterogéneos no estratificados, acumulados como lluvias de fuego, y
constituidos por tobas. Se les conoce como IGNIMBRITAS y son frecuentes en nuestra
cordillera Central.
•
Aparatos volcánicos y tipos de volcanes
En los volcanes de Tipo Central la erupción se produce puntualmente desde una chimenea, la
cual coincide por lo general con la intersección de grietas abruptas; estos volcanes, los más
comunes, tienen forma de cono.
En los volcanes de Tipo Fisural; la erupción se produce linealmente desde fisuras o grietas
muy largas.
•
Morfología
Las formas de los volcanes dependen principalmente del tipo de magma que los origina,
(Figura 5.8). Como los magmas básicos son más fluidos que los ácidos, los productos de las
erupciones de este tipo, conforman coladas y mantos de morfología muy suave y tipo escudo,
frecuentes en Hawai. Si son de tipo fisural (frecuentes en Islandia), se forman colinas suaves
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en forma de caballete, con pequeños conos dispuestos a lo largo de las fisuras o grietas. Se
llaman estratovolcanes, aquellos que arrojan mezclas de lava y piroclastos.
Por su parte los magmas ácidos e intermedios, más viscosos, son de carácter explosivo, y por
esto dan lugar a conos y otras acumulaciones más prominentes. En el cinturón de fuego del
Pacifico, es característico este tipo de actividad, explosiva, asociada a la zona de compresión
terrestre donde colisionan las placas tectónicas de Nazca y América.
Figura 5.8
Ejemplos de morfología volcánica: (a) Volcán en forma de escudo; (b) Estrato volcán 9 (1
lava; 2 centros parásitos de erupción; 3 cúpula; 4 capas de piroclastos).
2.1.5 Algunos comentarios sobre la calidad y el comportamiento de las rocas ígneas en ingeniería
o La composición química y mineral de las rocas ígneas está reflejada de manera
horizontal en el cuadro de clasificación. Las rocas ácidas, como el granito y la riolita, y
las algunas intermedias como la granodiorita o la dacita, ricas en sílice y álcalis,
poseen tonos más claros, son más livianas y menos susceptibles a la meteorización
química; en contraste las rocas básicas como el basalto y la diabasa, y algunas
intermedias como la diorita, ricas en hierro, magnesio y calcio, presentan colores
claros, son más pesadas y se altera más fácilmente en proceso de descomposición.
Estas rocas poseen más minerales de alteración como clorita, sericita, talco etc),
cuando están químicamente descompuestas y en esta condición son más débiles e
inestables.
o En cuanto a su comportamiento frente a los agentes climáticos, se debe tener en cuenta
el grado de meteorización que han alcanzado al presente.
Las rocas con
descomposición avanzada, pueden contener caolinita, clorita, sericita, talco, sepentina,
caolinita, ilita, montmorillonita, u otros minerales que le imparten debilidad y pobre
calidad en general, que no permiten recomendarla como material de construcción y
desmejora notablemente su estabilidad en fundaciones o excavaciones.
o La abundancia de cuarzo en el caso de los granitos, las granodioritas, las riolitas y
rocas félsicas mejantes, limita su uso como materiales para carpetas asfálticas, debido a
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o
o
o
o
o
o
o
o
o
que el cuarzo posee alta afinidad por el agua y repele los asfaltos, originándose así
problemas de adherencia.
Rocas plutónicas o volcánicas como las anteriores (ricas en cuarzo) son muy abrasivas
lo cual encarece su perforación y excavación.
Muchas lavas como las andesitas y riolitas y algunos basaltos, contienen cantidades
importantes de vidrio lo cual las demerita para su uso en concretos, dado a la tendencia
de los álcalis de los cementos a reaccionar con la sílice y producir expansión y
deterioro del concreto.
También el alto contenido de vidrio afecta el índice de forma de las rocas volcánicas,
algunas de las cuales producen fragmentos astillosos y alargados en la trituración.
En realidad, en el caso de ambos tipos de rocas se desarrollan perfiles de meteorización
y éstos son más espesos y diferenciados en nuestro medio, en el caso de las rocas
ígneas plutónicas ácidas, como las expuestas en el Batolito Antioqueño. Es en este
caso donde con más frecuencia se presentan situaciones particulares de inestabilidad en
las excavaciones, debido principalmente al patrón particular de flujo de agua en los
horizontes saprolíticos.
Las rocas ígneas poseen en general una textura cristalina masiva, con cristales
enérgicamente entrabados, y con una muy limitada presencia de poros intergranulares,
lo que les confiere alta resistencia y poca deformabilidad. Bajo estas circunstancias
estas rocas en estado fresco (no descompuestas) y sano (no degradadas mecánicamente
en zonas de falla) constituyen excelentes fundaciones para obra de ingeniería y en
general materiales de buena calidad para pavimentos, concretos y otros usos, salvo el
caso de las limitaciones expuestas anteriormente.
En muchas lavas, el enfriamiento fue tan rápido que no permitió el escape de gas, y las
rocas formadas, es el caso de algunos basaltos y riolitas, pueden poseer una porosidad
relativamente alta, que reduce su resistencia y su calidad en general. Solo las diabasas
son muy poco porosas y en consecuencia, más resistentes y menos deformables entre
las volcánicas e ígneas en general.
Debido a su carácter masivo las rocas ígneas plutónicas y las diabasas entre las
efusivas, poseen un alto índice de forma, es decir que producen agregados de tamaño y
forma uniformes cuando se trituran para se usados en pavimentos o concretos. Se ha
observado sin embargo que el basalto, si está algo descompuesto, se astilla en la
trituración, lo cual desmejora su índice de forma.
Entre los depósitos volcánicos de edad reciente se pueden presentar situaciones de
comportamiento, en principio inesperadas, debido a la marcada anisotropía que ofrecen
las secuencias de lavas, piroclastos y flujos de lodo de origen volcánico. En estas
circunstancias estos depósitos podrían no soportar cargas desadas como presas u otras
estructuras grandes. (F. G. Bell, 1992). Estas mismas secuencias originan laderas muy
inestables, especialmente si las rocas están descompuestas y afectadas tectónicamente.
Los depósitos piroclásticos en particular proveen condiciones extremadamente
variables en su comportamiento geotécnico debido a sus altas variaciones de
resistencia, durabilidad y permeabilidad. Así por ejemplo, mientras muchos
aglomerados poseen alta capacidad portante y baja permeabilidad, las cenizas
volcánicas son siempre débiles y en algunos casos muy permeables. Una situación
particularmente desfavorable se presenta en cenizas previamente secas que se saturen;
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en esa condición la relación de vacios decrece significativamente y se convierte en un
material muy inestable en fundaciones y excavaciones.
o En las lavas de basaltos se presentan rasgos estructurales como diaclasamiento
columnar (asociado a los mantos de lava), cavidades, inclusive túneles (asociadas a
coladas de lava) y estructura interna vesicular, en la parte superior de los cuerpos de
lava, los cuales deben ser adecuadamente considerados en los diseños geotécnicos de
los proyectos.
2.2 Rocas Sedimentarias
Las rocas sedimentarias son de dos tipos: Clásticas y no Clásticas. Las rocas clásticas se formaron
por alteración física o química de rocas preexistentes (incluyendo las sedimentarias mismas), el
transporte por acción del agua, el viento o el hielo de trozos desgastados de cristales y rocas
preexistentes, o pedazos de conchas, y su posterior sedimentación y litificación. Por su parte las
rocas no clásticas, se originaron de compuestos químicos y orgánicos, que precipitaron formando
cristales o una combinación de cristales y restos orgánicos preservados, o a partir de procesos de
evaporación en medios acuosos ricos en sulfatos y carbonatos disueltos.
ROCAS CLÁSTICAS
2.2.1.1 Meteorización y Erosión
Los productos de desintegración mecánica (fragmentos de roca, cuarzo, o feldespato, por ejemplo), y
descomposición (caolinita, clorita, sericita, y otros minerales provenientes de la descomposición de
otras rocas), quedan expuestos a los agentes de erosión y transporte, que los acarrean hasta las cuencas
sedimentarias.
En el proceso de transporte los fragmentos de la fracción gruesa son desgastados y redondeados,
además de que se seleccionan por tamaños y se segregan químicamente de las partículas de la fracción
fina, más livianas y por lo general laminares. En esta condición se acumulan selectivamente junto con
las sustancias disueltas evacuadas de la fuente. La sedimentación ocurre gradualmente, y los clastos se
depositan en capas horizontales, donde alternan clastos de diferente composición y la gradación.
(Tabla 5. V)
Tabla 5. V . Clasificación de los clastos por tamaño
ombre e integración del sedimento
Diámetro (mm)
Fracción Gruesa: ej: pequeños fragmetos de
cuarzo, feldespato y otros productos de
desintegracióm mecánica
Grava
Arena
Fraccción Fina: ej: caolinita, clorita, sericita y
otros productos de descomposición
Limo
> 2 mm
2 mm a 0,06 mm
Arcilla
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0,06 mm a 0,002
mm
< 0,002 mm
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2.2.1.2 Litificación
Este proceso comprende un conjunto de transformaciones conocidas como cambios diagenéticos, los
cuales comprenden: cementación, consolidación y/o compactación y recristalización. Aunque puede
predominar un de estos cambios en la litificación, se les debe considerar concurrentes.
Cementación: Comprende el aglutinamiento de los clastos o detritos mediante algún cemento
mineral, el cual puede ser silíceo, calcáreo, o ferruginoso, en orden decreciente de calidad. El
cemento mineral cristaliza en los vacíos de los fragmentos, precipitándose primero sobre la
superficie de los granos y rellenando después los vacíos entre ellos.
Consolidación y/o Compactación: Estos cambios se deben al efecto de la sobrecarga por lo
sedimentos que se van acumulando, obligando a que las capas, unas más que otras, se densifiquen
expulsando el agua a lo largo de las capas más permeables.
Recristalización: Comprende la formación de nuevos minerales en los vacíos, mejorando el
contacto entre las partículas mediante un efecto de soldadura que sutura los granos, y el
precipitado de soluciones minerales que recristalizan en forma de sílice provocando un
sobrecrecimiento de los granos y una cementación adicional muy efectiva, a través de su
entrabamiento.
Los cambios diagenéticos afectan de manera diferente a los sedimentos de la fracción gruesa y a los
sedimetos de la fracción fina, como se explica y aprecia en las Figuras 5.9 y 5.10.
Figura 5.9. Esquema que muestra la fábrica de depósitos naturales de arcilla y arena. (a) Arcilla en
suspensión durante el transporte; (b) Depósitos de arcilla sujetas a atracción cara-borde en depósitos
marinos; (c) Estructura floculenta de algunas arcillas marinas; (d) Estructura dispersa de sedimentos
consolidados de arcilla; (e) Granos de arena con matriz fina; (f) Arena uniforme; (g) Granos de arena
bien empaquetados; (h) Contactos de granos de arena suturados en un depósito profundo.
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Figura 5.10. Arenisca cuarzosa, se muestra el entrabamiento entre los granos causado por disolución
de sílica en los contornos entre los granos originales de cuarzo (g) durante la diagénesis. Los materiales
disueltos son precipitados como sílica la cual se aglutina alrededor de los granos, formando nuevo
cemento (sc), y reduciendo de esa manera la porosidad original. La porosidad original también se
puede reducir por revestimientos de hematita alrededor de los granos originales (h). De todas maneras
quedan vacíos (p).
Tipos de rocas clásticas
Los tipos de rocas clásticas difieren según la fración de donde provienen los clastos.
Fracción gruesa
La mayor parte de los clastos de esta fracción son tridimensionales y poseen un tamaño superior a 0.06
mm; provienen de meteorización mecánica o física de otras rocas y por lo tanto guardan mucha
relación mineralógica con la roca parental. A partir de fragmentos tamaño grava (tamaños de
fragmentos mayores de 2 mm), constituidos por fragmentos de roca, cuarzo, minerales
ferromagnesianos, feldespato, mica y algunos minerales de alteración, se forman los conglomerados,
por aglutinamiento de clastos redondeados con algún cemento mineral, (el redondeamiento revela un
buen desgaste en el proceso de transporte) y las brechas, por aglutinamiento de clastos angulares
tamaño grava por algún cemento mineral (la falta de redondeamiento revela poco desgaste en el
proceso de transporte).
A partir de fragmento tamaño arena, constituidos mineralógicamente de modo similar a las
conglomerados, se forman las areniscas. Estas pueden ser de 3 tipos: ortocuarcita, conformada por
granos de cuarzo unidos fuertemente con cemento silíceo, es la de mejor calidad; arcosa, es una
variedad de arenisca rica en feldespato, el cual no ha alcanzado a descomponerse a arcilla en el proceso
de meteorizaciòn; en tanto que la grawaca, es una arenisca formada a partir de cuarzo, feldespato y
fragmentos de roca, en una matriz de grano fino.
Los conglomerados, las brechas y las areniscas derivan su calidad y comportamiento en ingeniería
principalmente, de la calidad del cementante (sílice, calcita, óxidos de hierro en orden decreciente de
calidad) y del grado de empaquetamient; con un buen empaquetamiento los clastos se agrupan de tal
manera que están muy juntos, lo que se traduce en mayores áreas de contacto entre las partículas y una
porosidad relativamente baja, lo cual les confiere mayor resistencia y coherencia.
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o Fracción Fina
Los clastos de esta fracción poseen un tamaño menor a 0.06 mm. Fracción limo entre 0.06 mm y 0.002
mm (partículas redondeadas) y fracción arcilla, menor de 0.002 mm (láminas). La mayor parte de las
partículas de esta fracción, en especial las láminas de arcilla, provienen de meteorización química de
otras rocas; en consecuencia su composición mineral es diferente a la de la roca parental (caolinita,
illita, montmorillonita) o hidromicas (clorita, sericita), principalmente.
A esta fracción fina se le denomina lodo por los geólogos, y rocas lodosas o lutitas a las rocas
sedimentarias provenientes de su consolidación diagenética. Con baja consolidación diagenética se
forman las arcillolitas, lodolitas y limonitas de baja consolidación; con alta consolidación diagenética
se forman los shales arcillosos y lodosos y limonitas de alta consolidación; y en la transición al
metamorfismo se forman las argilitas
Con respecto a la calidad y comportamiento de las lutitas en ingeniería, se debe considerar dos
aspectos: sus características mecánicas (resistencia, deformabilidad, permeabilidad) y su durabilidad.
Las arcillolitas, lodolitas y limonitas, comunes en el Terciario, son poco resistentes y son muy
deformables. Los shales y las limonitas silíceas, abundantes en el Cretaceo, son más resistentes y
menos deformables; y las argilitas, comunes en el Paleozoico, son las de mejor calidad y
comportamiento, si bien no se les considera lutitas, en sentido estricto.
Las más durables entre las rocas lodosas o lutitas, son los shales lodosos cementados con sílice o
calcita y las limonitas silíceas, es decir que la durabilidad de las lutitas depende principalmente de la
calidad del cemento mineral. En la tabla 5. VI se muestra la relación entre las fracciones clásticas y
las rocas derivadas
Tabla 5. VI. Clasificación de los clastos por tamaño
ombre e integración del sedimento
Fracción Gruesa
Grava
Arena
Fraccción Fina:
Limo
Arcilla
Diámetro (mm)
> 2 mm
2 mm a 0,06 mm
Conglomerado y
brecha
Arenisca
0,06 mm a 0,002 mm
< 0,002 mm
Lutita o
roca lodosa
En la Figura 5.11 se comparan diferentes texturas de rocas sedimentarias. En el caso de la ortocuarcita
(a) se presentan casi exclusivamente, granos de cuarzo con un buen entrabamiento mientras que en la
grawaca (b) hay variedad mineralógica y abundante matriz, lo cual puede reducir la calidad de la roca.
La cementación es el factor más importante para la litificación, en el caso de la fracción gruesa que da
lugar a los conglomerados y las areniscas, en tanto que, la consolidación es más efectiva en la fracción
fina de los limos y las arcillas, de la cual se originan las lutitas. En ambos casos los clastos se
aglutinan con algún cemento mineral.
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(a)
(b)
Figura 5. 11. Contraste textural entre (a) Ortocuarcita -arenisca madura- y (b) Grawaca -arenisca
inmaduraEn la Tabla 5. VII se presenta la clasificación de las rocas lodosas o lutitas según el grado de
consolidación diagenética. Se incluye la argilita que en realidad se debe considerar como una roca de
transición al metamorfismo.
Tabla 5. VII. Clasificación de las lutitas, según el grado de consolidación diagenética
Material no consolidado
Grado de consolidación
Baja consolidación
Alta Consolidación
Muy alta consolidación
Arcilla
Arcillolita
Shale arcilloso
Lodo
Lodolita
Shale lodoso
Argilita
Limo
Limolita
Limolita
En los shales, la consolidación es tan fuerte que se presentan fenómenos de flujo plástico de los cuales
se deriva la laminación. Estas rocas presentan láminas entre 5 mm. y 1 cm. de espesor. En las
lodolitas y arcillolitas, la consolidación es inferior, las láminas son más gruesas y se aprecia un patrón
de degradación mecánica muy particular, debido a la presencia de fragmentos subesféricos que
constituyen elementos débiles. (Figura 5.12)
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Figura 5.12 (a) Shale; se aprecia muy bien la laminación. (b) Lodolita o arcillolita. Además de la
debilidad a lo largo de los planos de las capas, estas rocas poseen estructuras esféricas que dan lugar a
una fragmentación que produce “nueces” al desmenuzar muestras alteradas hídricamente. Estas
estructuras revelan su contenido calcáreo o silíceo.
2.2.2 Rocas sedimentarias no clásticas
Rocas sedimentarias no clasticas (orgánicas o químicas) se forman a partir de acumulaciones de
organismos o por acción de precipitados químicos de soluciones en cuencas sedimentarias
continentales y marinas. De estas rocas son importantes las siguientes:
Calizas Orgánicas (Biomicrita o Bioesparita)
Son calizas formadas por la acumulación de restos orgánicos, principalmente calcáreos, que no han
sido transportados previamente. Existen numerosas variedades según el constituyente principal:
calizas de algas, calizas coralinas, etc. Estas calizas fueron creadas por la acción de plantas y animales
que extraen carbonato de calcio del agua, el cual es posteriormente incorporado a su esqueleto y
cuando el organismo muere, este carbonato de calcio preservado se acumula. Los arrecifes coralinos de
hoy, de algas, moluscos y corales, constituye la materia prima de tales acumulaciones.
Calizas Cristalinas (Micritas)
Son calizas de grano sumamente fino de carbonato de calcio (calcita microcristalina) depositado
químicamente como lodo en lagos y mares. La pricipitación inorgánica de carbonato de calcio puede
producirse por cualquier fenómeno que reduzca el contenido de anhidrido carbónico del agua, como
una disminución de la presión o el incremento de temperatura por ejemplo. Los pequeños cristales se
presentan enérgicamente entrelazados, como en el caso de las rocas plutónicas, ensamblados de tal
manera que quedan muy pocos poros intergranulares visibles.
Dolomitas y Calizas Dolomíticas.
Formadas a partir de calizas o lodos calcáreos no consolidados y alterados; compuestos por un
carbonato doble de magnesio y calcio.
Margas Son calizas que contienen cantidades importantes de arcilla.
Lidita.
Esta roca silícea se presenta de dos maneras: en forma de sedimentos compactados de ópalo,
calcedonia y cuarzo criptocristalino o microcristalino, en cuyo caso se trata de la variedad llamada
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Chert; o como Flint que consiste en módulos de calcedonia y cuarzo criptocristalino frecuente en
calizas y lutitas. También el Flint como el Chert provienen de caparazones y precipitados químicos
silíceos.
Pläner
Esta roca abundante en secuencias sedimentarias el cretáceo en Colombia, corresponden a liditas
contaminadas con arcilla.
Evaporitas:
Rocas sedimentarias que contienen sales solubles de precipitación formadas por evaporación. Las rocas
más comunes de este tipo son el yeso, la anhidrita (sultafo de calcio hidratado y no hidratado,
respectivamente) y la sal común .(cloruro de sodio)
En la Tabla 5.VIII se presenta la clasificación de las rocas sedimentarias, donde se destacan algunas
características mineralógicas y de importancia en ingeniería de mucho interés.
2.2.3 Formas de yacimiento
Las rocas sedimentarias en el momento de su formación forman estratos o capas las cuales
posteriormente se pliegan para formar montañas de plegamiento. Las capas presentan diferente espesor
y composición lo cuan desde el punto de vista de ingeniería se traduce en marcar contrastes de rigidez
o ductilidad, permeabilidad y resistencia. Los buzamientos de las capas son variables pero en general
entre más jóvenes, los estratos tienen inclinaciones más suaves y en general están menos deformados.
.
La estratificación constituye la forma de yacimiento básico de las rocas sedimentarias, es decir, la
disposición de éstas en estratos o capas superpuestas, con espesor y litología relativamente uniforme.
La separación entre estratos puede definirse por la presencia de granos minerales de diferente
composición o tamaño, o cierto tratamiento del tope o la base de cada estrato, adquiridos en los breves
intervalos en que se interrumpe el depósito; tales como ligera oxidación o la impregnación de sales
ferruginosas.
Los estratos son originalmente horizontales pero pueden ser algo inclinados en los bordes de las
cuencas, donde además se pueden acuñar o ser lentiformes. Su espesor es muy variable; en el caso de
que no sobrepasen un centímetro de espesor se les denomina “laminas”. Los shales o alguna areniscas
con muchas laminas, se describen como rocas laminadas.
Estructura Interna.
En un estrato los fragmentos minerales alargados o planares de las rocas clásticas (micas o hidromicas
por ejemplo), pueden tener una cierta orientación preferencial, o presentar microestratos, es decir
capitas muy delgadas en disposición paralela. Cuando estos microestratos se presentan en posición
oblicua respecto de la disposición paralela general, se dice que el estrato posee estratificación cruzada.
En la superficie de algunos estratos se observan huellas que esculpen las olas o marcas de oleaje; en
otros, vestigios del secado o grietas de desecación.
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Tamaño
de
Material no consolidado
partículas
ombre de la roca
COGLOMERADO
64
A
2 mm.
Limo - arcilla
Limo
Limo - arcilla
Limo
Limo
Arcilla
<
mm
Alta consolidación
diagenética > 10%
0.002 láminas
Arcilla
LIMOLITA
LODOLITA
SHALE LODOSO
ARGILITA
CALIZA AFAÍTICA
CALIZA BIÓGEA
DOLOMITA Y CALIZA DOL.
CHERT (Lidita)
La calidad de las lutitas es mejor mientras
mayor sea la consolidación diagenética.
Las más consolidadas son más resistentes.
La laminación de estas rocas produce
direccionalidad
de
las
propiedades
mecànicas. Su durabilidad depende de la
calidad del cemento. Las más antiguas
están por lo general más consolidadas.
Muy
alta
consolidación
Transición a
diagenética.
metamor-fismo
No laminada
Clastos calcáreos
CALIZA CLÀSTICA
EVAPORITAS
Baja consolidación
diagenética < 10%
láminas
0.06 mm a
0.002mm
LIMOLITA
ARCILLOLITA
SHALE
ARCILLOSO
GRAWACA
Arcilla
AREISCA CUARZOSA
AREISCA ARCOSICA
LUTITA
⇐ Aumenta la consolidación diagenética
(Partículas de limo y láminas de arcilla consolidadas cementadas)
ROCAS SEDIMETARIAS CLÁSTICAS
AREISCA
ROCAS SEDIMETARIAS
QUÍMICAS Y ORGÁICAS
Fragmentos
Detritos de cuarzo
Redondeados
y fragmentos de
roca tamaño grava,
Fragmentos
cementados
Angulosos
La calidad de las areniscas y los
conglomerados es mejor en la medida que
estas rocas estén mejor cementadas
(cemento
silíceo/calcáreo/ferruginoso),
posean
mayor
proporción de granos de
Detritos de cuarzo y otros minerales
esqueleto/matriz y mejor empaquetamiento
tamaño arena cementados
(si los granos del esqueleto componen más
2
mm.
Cuarzo predominante
de 2/3, hay entrabamiento). Las areniscas
A
Cuarzo y feldespato Na-Ca > 25%
son de mejor calidad mientras más antiguas
0.06 mm.
Fragmentos de roca, cuarzo y
feldespato Na - Ca > 10%
BRECHA
OTRAS VARIEDADES DE
ROCAS SEDIMETARIAS
mm.
Características de ingeniería
Buena calidad si no contiene arcilla
Cristales diminutos de calcita, restos Son rocas de buena calidad; la variedad
de esqueletos orgánicos, reemplazo afanítica constituye un excelente material
de Ca por Mg en calizas
de construcción si no posee impurezas
Precipitados silíceos de ópalo,
Muy frágil y con frecuencia poroso; uso
calcedonia y cuarzo afanítico.
muy limitado; abrasivo
SAL
YESO
Las propiedades geotécnicas de estas rocas
Concentración por evaporación del
son poco conocidas. Son por lo general
agua en el medio marino.
solubles principalemente la sal.
AHIDRITA
PLÄER
Mezclas de sílice y sedimentos finos; semejantes a las liditas pero de inferior
calidad
MARGA
Roca de composición y calidad intermedia entre la caliza y la lutita
CARBÓ
Restos vegetales y orgánicos turba/hulla/lignito/antracita (De menor a mayor
calidad)
Tabla 5. VIII Clasificación de las Rocas Sedimentarias
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En la Tabla 5. IX se presenta una clasificación simplificada de las rocas sedimentarias
Tabla 5. IX Clasificación simplificada de las rocas Sedimentarias
Clasificación/
Yacimiento
SEDIMENTARIAS
Estratos
Láminas
Lentes
Proceso
- Fragmentos (clastos):
Fracción gruesa FG- Ф >
0.06mm: de roca fresca o
Fracción Fina FF- Ф0.002
mm-0.06mm de roca
descompuesta), a se
acumulan y se litifican
predominantemente por
cementación (FG) o por
consolidación diagenética
(FF)
Precipitados químicos y
orgánicos:
(1) Precipitados químicos
u orgánicos que se
acumulan y litifican
(2) Precipitados químicos
que se concentran a partir
de una solución por
evaporación del solvente.
Ejemplos de rocas
Si el tamaño de las partículas clásticas
es mayor de 0.06 mm (fracción
gruesa), las partículas se litifican
debido principalmente a que se
aglutinan
por
un
cementante.
(Conglomerado, brecha, Arenisca)
Si el tamaño de las partículas clásticas
es menor de 0.06 mm (fracción fina),
las partículas se litifican debido
principalmente a que se consolidan
diagenéticamente (Diferentes tipos de
lutita, ver Tabla 7)
- Calizas biógenas: biomicrita y
bioesparita o calizas cristalinas
micrita/( Carbonatads)
- Chert (silícea)
- Sal (/a Cl), Yeso (SO4.Ca.H2O ).
- Anhidrita (SO4.Ca)
Algunos estratos principalmente de caliza o lutita poseen inclusiones irregulares principalmente
silíceas, llamadas nódulos o concentraciones locales del material cementante que ha litificado un
depósito, por lo general en forma esférica o de disco, conocidas como concreciones.. Otro rasgo de
estructura interna muy común en las rocas sedimentarias es la presencia de fósiles, cuya lixiviación
puede incrementar la porosidad de algunas rocas, como ocurre en algunas liditas.
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2.2.4
Algunos comentarios sobre la calidad y comportamiento de las rocas sedimentarias en
ingeniería
o Una arenisca con bajo grado de empaquetamiento y deficiente cementación, será muy
deleznable y su calidad muy reducida; si los granos están bien empaquetados (mayor
área de contacto entre sus partículas) y el cemeto mineral es de buena calidad como el
cemento silíceo y aún el calcáreo, estas rocas se comportan mejor. El mayor grado de
empaquetamiernto de los clastos se refleja en una baja porosidad. El comportamiento
de los conglomerados y las brechas esta controlado por factores semejantes.
o Entre mayor es el grado de consolidación de las lutitas, éstas son más resistentes y las
variedades más laminadas que corresponden al shale, más débiles en la dirección de
las láminas.
o Las lutitas o rocas lodosas como también se les llama, son muy inestables el
excavaciones, principalmente en taludes de carretera.
o La durabilidad de las lutitas, está controlada por la calidad del cemento y la proporción
de arcilla. Las variedades menos arcillosas y cementadas con sílice o aún calcita,
corresponden a las de mejor calidad, como material de construcción, ejemplo.
Limolitas silíceas y algunos shales. Estas mismas son menos expansivas y más
estables en excavaciones, y fundaciones.
o Las calizas del tipo micrita, entre las rocas sedimentarias no clásticas, son las rocas de
mejor calidad entre las rocas sedimentarias en general. Compiten con las diabasas
(volcánicas) y con las cuarcitas (metamórficas masivas)
o Las calizas biógenas (biomicrita y bioesparita) son de comportamiento muy variable,
Además cualquier tipo de caliza contaminado con arcilla -en este caso se denominan
Margas - son de muy baja calidad en pavimentos y concretos, y de comportamiento
inestable en excavaciones y fundaciones. La mayor parte de las calizas en Colombia
son de este tipo.
o En fundaciones y excavaciones debe investigarse la posible presencia de tubos o
cavernas de disolución en calizas de zonas húmedas.
o Las liditas se comportan de una manera muy similar a las limolitas silíceas, si bien
estas rocas y algunas calizas pueden reaccionar con los álcalis de los cementos
causando el deterioro del concreto, en el caso de contener minerales reactivos como
ópalo y calcedonia.
o Entre las evaporitas la anhidrita es en general más resistente que el yeso y la roca
salina, ésta última la más débil. El yeso se disuelve más fácilmente que la caliza: 2.100
mg de yeso se pueden disolver en un litro agua no salina, mientras que solo 400 mg de
caliza se disuelven en la misma condición, dando lugar en ambos casos a huecos y
cavernas, que favorecen fenómenos de subsidencia y otros problemas.
o Cuando la anhidrita se hidrata y se convierte en yeso el volumen de roca se incrementa
en un 30 a 60%, ejerciendo una presión que se estima entre 2 y 70 MPa en un tiempo
relativamente corto.
o La sal es la evaporita más soluble de todas y puede dar lugar a procesos de subsidencia
en el caso de algunos tipos extracción.
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2.3
2.3.1
2.3.2
Rocas Metamórficas
Origen
Cuando en cualquier tipo de roca operan cambios mineralógicos o estructurales de origen
natural, en estado sólido, se dice que están sujetas a metamorfismo. Las rocas metamórficas se
originan así a partir de otras rocas preexistentes, cuyos minerales recristalizan, es decir, se
transforman en nuevos minerales por efecto de grandes presiones estáticas o dinámicas, severos
aumentos de temperatura o acción de soluciones magmáticas, suficientemente calientes para
agilizar las reacciones químicas de modo apreciable.
Tipos de metamorfismo y rocas metamórficas.
El metamorfismo es de tres tipos: Regional, de Contacto y Dinámico.
2.3.2.1 Metamorfismo regional
En el metamorfismo regional, las rocas sepultadas en las raices de antiguas montañas, son
sometidas a drásticos cambios de presión y temperatura. La presión es de dos tipos: la
geostática que viene acompañada de aumento de temperatura y plastifica los minerales, y la
que se origina en presiones tectónicas, estas úiltimas desequilibradas que produce
reorientación de los mismos. como consecuencia se originan cristales orientados y paquetes
de rocas foliadas. Para entender este proceso es necesario comprender cómo afecta a las
rocas el incremento de presión y temperatura con la profundidad. De acuerdo con la Tabla 5.
X se pueden considerar tres zonas:
Epizona: La presión de sobrecarga es mínima y si las fuerzas tectónicas desequilibradas con
altas, las rocas se fracturan y desmenuzan presentándose fenómenos de cataclasis. En la parte
inferior de esta zona, sin embargo, pueden presentarse foliación y esquistosidad con rocas de
bajo grado de metamorfismo
Mesozona: Debajo de la epizona las presiones desequilibradas de origen tectónico producen
un efecto muy significativo sobre la textura de la roca. Se rebaja el punto de fusión de los
minerales, los granos de cristales de la roca afectada se reorientan y se alinean en la dirección
de mínima presión. Se desarrolla así, la textura propia de los esquistos y las filitas.
Catazona: Debajo de la mesozona, la temperatura es tan alta que las rocas se plastifican y se
crea una condición de presión uniforme cuasi-hidrostática y en esta condición, los cambios
metamórficos ya no son posibles.
Los fenómenos de metamorfismo regional parecen ocurrir en la Mesozona, a profundidades
entre 9.000 y 12.000 metros donde las presiones alcanzan 2.800 y 4.200 Kg/cm2
respectivamente, garantizando la fluencia plástica de las rocas afectadas. Entre los
fenómenos de fluencia se citan desplazamientos intergranulares, diminutos planos de
deslizamiento, reorientación de granos y crecimiento de cristales.
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Tabla 5. X. Distribución de la presión y temperatura en zonas de metamorfismo
Zona metamórfica
Epizona
(Zona superior)
Mesozona
(Zona media)
Catazona
(Zona baja)
Presión
Desequilibrada
Hidrostática
Algunas veces puede
Baja
ser muy alta
Temperatura
Baja
Muy alta
Media
Media
Baja
Muy alta
Muy alta
Tipos de rocas de metamorfismo regional.
La mayor parte de las rocas de metamorfismo regional presentan planos de foliación (pizarrosidad,
esquistosidad o bandeamiento), dando lugar a la secuencia pizarra-filita-esquisto-neis. Estas rocas se
originan por metamorfismo regional de las lutitas y en algunos casos de tobas. El neis también puede
provenir de rocas feldespáticas del tipo granito, conglomerado y arenisca. Otra roca metamórfica
como la anfibolita proviene de rocas ígneas básicas y sedimentos calcáreos.
En las pizarras los minerales de las lutitas se alinean y se reorganizan en una condición más compacta,
dando lugar a una roca laminada dura de grano muy fino. La filita se asemeja a la pizarra, solo que los
minerales son más grandes, los planos de foliación son más gruesos y poseen un brillo satinado; los
esquistos poseen una textura esquistosa en la cual los cristales, también orientados, son más gruesos y
en conjunto forman escamas; finalmente el gneis es una roca de aspecto bandeado como consecuencia
de una segregación minral típica en la cual los silicatos oscuros y claros está separados en bandas. En
la pizarra, la filita el esquisto y el gneis la foliación imparte en la roca fuerte anisotropía y
direccionalidad de la propiedades mecánicas; en el gneis
por otra parte, la foliación es de
bandeamiento y las rocas no son tan débiles a lo largo de esas estructuras debido a su ondularidad y
amplio espaciamiento. Para ilustrar algo la textura de las rocas de metamorfismo regional en las
Figuras 5. 13 y 5. 14 se muestran secciones delgadas de esquisto y gneis.
Dentro de las rocas masivas, de metamorfismo regional, se cuentan la cuarcita, proveniente de la
ortocuarcita; el mármol, proveniente de la caliza; así como el esquisto masivo y la granulita originadas
principalmente a partir de rocas ígneas y sedimentarias.
2.3.2.2 Metamorfismo de contacto
Se trata de una alteración por transferencia iónica que ocurre a altas temperaturas en el
contacto de las intrusiones con las rocas emplazadas. Durante este proceso, las temperaturas
varían entre 300 y 800ºC.
Este metamorfismo se desarrolla en las últimas etapas del proceso de formación de montañas
a profundidades someras y es debido a las soluciones hidrotermales residuales de la
formación de las rocas ígneas.
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Figura 5. 13 Esquisto micáceo. El cuarzo (Qu) y la moscovita (M) se observan segregados en los
panos de esquistosidad. Rocas de este tipo son muy débiles en la dirección de las láminas,
especialmente cuando están descompuestas y la clorita o sericita son abundantes.
Figura 5. 14. Neis. Presenta una textura bandeana. Bandas de cuarzo (Qu) y feldespato (F) separadas
por bandas de biotita (B) y hornblenda (H). Este tipo de rocas no son débiles a lo largo del
bandeamiento, a menos que el contenido de mica sea predominante.
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Afecta una zona muy restringida llamada aureola de contacto con un espesor de unas pocas decenas de
metros, rodeando a los lacolitos y a los batolitos. Ciertas pizarras llamadas moteadas y rocas corneanas
de grano fino denominadas hornfelsa, pueden observarse en las aureolas de contacto.
2.3.2.3 Metamorfismo dinámico
Se trata de rocas formadas en las zonas de falla debido a fenómenos de fricción a alta
temperatura.
Cataclasitas
Se trata de rocas desmenuzadas en zonas de falla, (catazona), sin ningún cambio químico.
Pasan gradualmente a milonitas que ya tienen un aspecto bandeado.
Milonitas
Son rocas de grano fino producidas por cizallamiento y granulación extrema. Tienen un
aspecto de pedernal, son bandeadas y presentan pequeños filones donde se preserva la
apariencia de la roca original, embebidos en una matriz granulada, estas rocas no
experimentan ninguna transformación química.
Filonitas
En estas rocas ya se observa una modificación química importante y se puede confundir con
la filita. Ofrece una textura sedosa proveniente de la mica y es untuosa a lo largo de los
planos de esquistosidad.
En la Tabla 5. XI se presenta y se comenta la clasificación de rocas metamórficas tanto
foliadas como no foliadas.
2.3.3
Algunos comentarios sobre la calidad y comportamiento de las rocas metamórficas en
ingeniería
Desde el punto de vista de ingeniería la clasificación de las rocas metamórficas en masivas y
foliadas es de gran connotación. Las masivas se comportan de manera muy similar a las
ígneas plutónicas, en tanto que las foliadas se comportan de manera algo similar a los shales y
otras rocas sedimentarias laminadas. Esto se debe, de una parte, al efecto desfavorable de la
direccionalidad en las propiedades mecánicas; por otra parte, las rocas foliadas por lo general
poseen minerales más débiles, como la clorita, el talco y la sericita.
En la medida que mejor se desarrolle la foliación o esquistocidad las rocas metamórficas
foliadas son más problemáticas en ingeniería. Entre las rocas metamórficas, las que poseen
textura bandeada (gneis) para efectos de ingeniería se pueden considerar masivas.
La textura (fábrica) de las pizarras, filitas y esquistos se caracteriza por una marcada
orientación preferencial de los minerales. En particular las pizarras son altamente fisiles y los
esquistos talcosos, cloríticos y sericíticos son muy débiles y sus planos de esquistosidad están
espaciados alrededor de 1 milímetro. Como materiales de fundación estas rocas responden de
manera variable según el grado de meteorización o degradación mecánica en zonas de falla.
Por lo general el buzamiento de los planos de foliación es superior a los 50° y las rocas
metamórficas en general están expuestas en valles de laderas abruptas. Los cortes viales y
otras excavaciones en tales valles son por lo general inestables.
La textura del neis es bandeada y esta roca se comporta de manera similar al granito salvo si
posee mucha mica en cuyo caso su calidad desmejora.
La cuarcita y la hornfelsa son rocas metamórficas masivas de comportamiento similar al resto
de rocas con fábrica cristalina masiva.
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Finalmente el marmol se asemeja en comportamiento al de otras rocas carbonatadas.
Cuando los planos de foliación son verticales o muy inclinados y se orientan en la dirección
de la máxima pendiente de las laderas, es muy probable la ocurrencia de flujos canalizados y
avenidas torrenciales. (carretera Bogotá-Villavicencio, por ejemplo)
Como materiales de construcción el comportamiento de las rocas metamórficas masivas es
bueno; apenas aceptable si son foliadas. En este último caso en la trituración se produce un
alto porcentaje de partículas alargadas y / o planas.
Cuando los planos de foliación son verticales o muy inclinados y se orientan en la dirección
de la máxima pendiente de las laderas, es muy probable la ocurrencia de flujos canalizados y
avenidas torrenciales, como ocurre en la carretera Bogotá-Villavicencio, en el tramo del río
Negro, delante del viaducto de la Quebrada Chirajara.
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Tabla 5. XI. Clasificación de las Rocas Metamórficas
Proveniente de acción magmática, incremento en profundidad o fricción en zonas de
esfuerzo o falla.
Estática o equilibrada por sobrecarga; dinámica o desequilibrada por presiones
diastróficas.
AGETES
Calor
Presión
Fluidos químicamente activos
TIPOS
REGIOAL
[R]
COTACTO
[C]
Cambios mineralógicos en el contacto de intrusiones.
Baja temperatura / epizona: La presión desequilibrada puede ser muy alta.
Alta temperatura / mesozona: Presión desequilibrada alta.
Muy alta temperatura / catazona: Presión hidrostática.
En la mesozona la presión desequilibrada rebaja el punto de fusión de los minerales e incrementa su
solubilidad.
(Recristalización: desarrollo de cristales en la dirección de mínima presión: Esquistocidad)
Reacciones químicas en las aureolas de contacto, es decir, las zonas en contacto con intrusiones (100 m.
Aprox.)
OMBRE DE
COMPOSICIÓ Y TEXTURA
LA ROCA
PIZARRA [R]
ROCAS
MASIVAS
ROCAS FOLIADAS
PIZARRA
MOTEADA
[C]
Roca homogénea de grano fino; en algunos casos presenta vestigios
de la estratificación original mostrando trazas de ésta a través de los
planos de foliación; color gris / negro (material carbonoso), rojo /
púrpura (óxidos de hierro y manganeso), verde (silicato ferroso).
Se forma generalmente por metamorfismo regional a partir de
lutitas y tobas.
CARÁCTER
Se exfolia con mucha facilidad en
láminas muy delgadas de aspecto
mate. Son inestables en
excavaciones.
FILITA [R]
Semejante a la pizarra pero con brillo lustroso y grano algo más
Exfolia en láminas más gruesas;
grueso; generalmente poseen clorita, sericita, cuarzo y moscovita;
lustrosas.
tono verdoso.
ESQUISTO
[R]
Esquistos cloríticos: Color verde; grano grueso; deriva de basaltos,
andesitas, tobas y pizarras, gabros y otras rocas ferromagnesianas.
Esquistos micáceos: Ricos en mosvcovita, cuarzo y biotita; color
claro y aspecto brillante. Provienen de pizarras, tobas, arcosas y
riolitas.
Esquistos grafíticos: Ricos en grafito. Provienen de pizarras
carbonosas.
EIS [R]
Roca bandeana (segregación mineral) de grano grueso; sólo si
poseen alto contenido de mica se puede considerar como roca El bandeamiento de estas rocas hace
foliada. Provienen de rocas feldespáticas de grano grueso como que en la práctica se comporten
granito, gabro, conglomerado y arenisca; o por alto grado de como rocas relativamente masivas.
matamorfismo en la secuencia pizarra / esquisto a partir de lutitas.
AFIBOLIT
A [R]
Roca metamórfica foliada compuesta de hornblenda y plagioclasa; a Al igual que al neis, se le puede
partir de rocas ígneas básicas y sedimentos calcáreos
considerar masiva.
Excelente clivaje a lo largo de planos
paralelos con superficies planares a
veces replegas, lo cual tiene gran
influencia en la direccionalidad de su
resistencia.
Los esquistos en general poseen baja
resistencia friccionante a lo largo de
sus planos de foliación.
Las rocas de este grupo son por lo
general masivas y resistentes debido
Esquisto cuarzo - feldespático de grano grueso, de alto grado de a que se exfolian y a que sus cristales
ESQUISTO
metamorfismo; esquistosidad poco desarrollada. Provienen de están, por lo general, bien
MASIVO [R]
ígneas y sedimentarias.
entrabados. Las de carácter básico
son más degradables por acción del
clima.
GRAULITA Semejante al anterior pero sin mica ni hornblenda. Si contiene
piroxeno presenta coloración verde olivo o marrón por alteración.
[R]
CUARCITA
Roca metamórfica cuarzosa con textura entrabada muy firme.
[R]
MÁRMOL
Roca metamórfica calcárea con textura entrabada; dura pero frágil.
[R]
Rocas corneanas de grano fino, formadas en las aureolas de contacto
HORFELS
de rocas plutónicas como granito, granodiorita y cuarzodiorita
A [C]
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En ingeniería las rocas se pueden clasificar según su fábrica, un aspecto de la textura que se relaciona
principalmente con el carácter de direccionalidad de la propiedades mecánicas de las rocas. En la tabla
5. XII se presenta la clasificación de las rocas según su fábrica y se comentan las características
decomportamiento de cada grupo. Nótese que esta clasificación reagrupas las rocas de una manera muy
conveniente.
Tabla 5. XII FÁBRICA DE LAS ROCAS
CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS POR SU FÁBRICA
Cristalina masiva
(CM)
Ejemplos:
Granito
Cuarcita
Caliza cristalina
Rocas de cualquier origen, con cristales fuertemente entrabados. Entre
las ígneas, las plutónicas son más uniformes en su calidad, con alta
resistencia y mínima
deformabilidad; las volcánicas (lavas y
piroclástos) pueden poseer alta porosidad y su rango de calidad es
variable8. Entre éstas últimas las diabasas son muy poco porosas y
poseen la calidad más uniforme entre todas las rocas ígneas. La
resistencia de la caliza micrita (sedimentaria) y la cuarcita
(metamórfica) es comparable a la del granito.
Cristalina foliada (CF) Rocas metamórficas con cristales entrelazados y orientación
preferencial, lo cual les imparte a estas rocas direccionalidad en las
Ejemplos:
propiedades mecánicas. Son también muy resistentes y poco
Pizarra
deformables pero su calidad es algo variable; dependiendo de que las
Filita
su resistencia se solicite en la dirección de la foliación (menos
Esquisto
resistentes y deformables) o perpendicularmente a ésta (más
resistentes y deformables.)
Clástica cementada
(CCe)
Ejemplo:
ARENISCA
Clástica Cementada
(Cco)
Ejemplo
LUTITA
Sedimentarias de la fracción gruesa (SFG), con calidad muy abierta;
ninguna roca de este grupo comparte la calidad de las mejores rocas
cristalinas masivas. Su calidad depende de la calidad del cementante y
del empaquetamiento de sus granos; pueden tener direccionalidad de
las propiedades mecánicas, en el caso de presentar alto contenido de
micas, hidromicas o arcilla.
Sedimentarias de la fracción fina (SFF), con calidad muy
abierta; ninguna roca de este grupo comparte la calidad de las
mejores rocas cristalinas masivas. Su calidad depende del grado de
consolidación diagenética y de la calidad del cementante.
8
La diabasa (roca volcánica), posee la más alta resistencia entre las ígneas; el basalto y las andesita son
de calidad variable.
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TALLER DE RECONOCIMIENTO DE MINERALES
DEFINICIONES
MINERAL: sustancia inorgánica natural de composición química y estructura
definidas. La estructura definida de los minerales se manifiesta en la Forma
Cristalina que posee la gran mayoría de ellos.
El petróleo y el carbón no son minerales, pues son materiales orgánicos
No todos los minerales son cristalinos (algunos minerales son amorfos)
El mineral se puede expresar en una fórmula química, ejemplo: Ej: SiO2
Existen dos grupos: Minerales Formadores de rocas y otros de interés
En los minerales cristalinos
los átomos y moléculas se
agrupan en forma
organizada, con formas
geométricas definidas de
caras y ángulos entre sus
caras similares. Ejemplo:
Cristales de Cuarzo
En los minerales amorfos
Los atomos y moléculas no
tiene oportunidad de
organizarse cuando el
mineral se forma, por lo
cual no se forman cristales.
Ej:
Obsidiana
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LOS MINERALES FORMAN ROCAS
Las rocas son agregados de uno o más minerales, es decir son mezclas
de minerales en las cuales cada componente mineral conserva sus
propiedades. Ej.: el granito está constituido por cuarzo, horblenda y
feldespato.
Los grupos más importantes de minerales son:
Silicatos (SiO4) -4 (Formadores de rocas y otros de interés para el Ingeniero
Óxidos e Hidróxidos: Hematina (Fe), Limonita ó Goetita (Fe-hidratado) y
Gibsita (Al)
Carbonatos (CO3)-2 : Calcita (Ca), Dolomita(Ca,Mg)
Sulfatos (SO4)-2 : Yeso (Ca-Hidratado), Anhidrita (Ca)
Sulfuros (S)-2 Pirita (Fe)
Haluros sal común Na Cl
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SILICATOS
Minerales constituidos por sílicio y oxígeno, la mayor parte de ellos además
con uno o más minerales metálicos, con o sin hidrógeno.
La unidad fundamental
de los silicatos es el
tetraedro de Sílica. Un
ión con carga negativa
de menos 4, constituido
por por un átomo de
sílice en el centro y
cuatro oxígenos en las
puntas del tetraedro
Los átomos de oxígeno con carga negativa se enlazan entre si con
cationes metálicos que aportan cargas positivas(A) para formar
estructuras químicamente estables. Ej: tetraedros individuales ligados
con iones cargados positivamente (B).
(
(B)
(A)
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ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Los tetraedros de Sílica pueden presentarse de manera independiente (ej.:
OLIVINO), o formar varios tipos de estructuras en las cuales los átomos de
oxígeno son compartidos de manera variable
variable por los átomos de silicio de los
tetraedros adyacentes.
1. CADENAS SIMPLES
Cada átomo de sílice está rodeado por 4 átomos de oxígeno y dos de los 4
átomos de oxígeno están unidos con otros átomos de sílice mientras que los
otros dos no. (ej.: AUGITA)
La conexión a través de los iones de oxígeno compartidos une los tetraedros
en las esrtructuras e cadena.
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2 CADENAS DOBLES
(Ej.: HORNBLENDA)
3
LAMINAS
4. REDES TRIDIMENSIONALES
(Ej.: MICAS)
(Ej.: (FELDSPATOS Y CUARZO)
En el caso de las estructura laminar aumenta el número de iones de oxígeno
compartidos y en el caso de la estructura tridimensional todos los ionesde
oxígeno están compartidos.
Es decir: la proporción de iones de silicio-
oxígeno (relación Si:O) difiere en los diferentes silicatos. El Olivino esta
formado por tetraedros aislados y la relación Si:O es 1:4; en la Augita (cadena
simple) esa relación es 1:3 y en el cuarzo (red tridimensional) la misma
relación es 1:2. Entre más iones de oxígeno se compartan los silicatos,
silicatos, mayor
será la cantidad de silicio en la estructura del silicato y así mismo las
estabilidad química.
química.
PLANOS DE CLIVAJE O EXFOLIACIÓN
MUCHOS MINERALES TIENDEN A ROMPERSE MÁS FÁCILMENTE A LO LARGO DE
PLANOS CON ENLACES DÉBILES. LA MICA TIENE ENLACES DÉBILES EN UNA
DIRECCIÓN; OS ANFIBOLES PRESENTAN DOS PLANOS A 60° Y 120° Y LOS
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FELDSPATOS DOS PLANBOS A 90°. LOS CRSTALES DE CUARZO NO SE
EXFOLIAN;
EN ESTE CASO NO SE FRACTURAN SIGUIENGO LAS CRAS
CRISTALINAS.
MINERALES FORMADORES DE ROCAS
COMPOSICIÓN QUÍMICA, CLIVAJE Y ESTRUCTURA DE LOS SILICATOS
FORMADORES DE ROCAS.
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GRUPOS DE SILICATOS
A) FERROMAGNESIANOS
OSCUROS, PESADOS, MÁS INESTABLES QUÍMICAMENTE
b) NO FERROMAGNESIANOS
CLAROS. LIGEROS. MÁS ESTABLES QUÍMICAMENTE
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SUSCEPTIBILIDAD QUÍMICA DE LOS SILICATOS FORMADORES DE ROCAS
Está determinada por la relación Sílice:Oxígeno de los minerales. Entre menos
átomos de sílice por cada átomo de oxígeno posean, el mineral es más
susceptible a descomponerse químicamente.
Minerales compuestos de tetraedros de sílica poseen en su esrtuctura
cristalina 1 atomo de sílice por cada 4 de oxígeno (relación Si:O 1:4)
son los más susceptibles (ej olivino)
En los minerales conformados por cadenas simples la relación Si:O es
1:3 puesto que tiene dos oxígenos compartidos.
En los minerales conformados por redes tridimensionales la relación
Si:O es 1:2 y son los menos susceptibles químicamente. Ej: Cuarzo
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OXIDOS E HIDRÒXIDOS
HEMATINA
Fe2 O3
LIMONITA O GOETITA
FeO (OH)
Fe2 O3. n H2 O
GIBSITA (Bauxita)
Al O (OH)
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CARBONATOS
Calcita
Dolomita
Caliza
SULFATOS
Yeso
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Anhidrita
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SULFUROS
Pirita
Galena
HALUROS
Sal
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IDENTIFICACIÓN DE LOS MINERALES
FORMA
FORMA CRISTALINA
BRILLO O LUSTRE
Lustre Metálico
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Lustre no metálico (Opaco)
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COLOR
El color no es característico
COLOR DE LA RAYA
El color de la raya si es característico.
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DUREZA RELATIVA
La dureza está relacionada con la resistencia y la abrasividad de las rocas.
Escala de Mohs
Escala de dureza
Mineral
Relativa
comparativa
1
Talco
2
Yeso
2,5
UÑA
3
Calcita
4
Florita
5
Apatito
6,5
ACERO
6
Ortoclasa
7
Cuarzo
8
topacio
9
Corindón
10
diamante
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Dureza relativa
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CLIVAJE
FRACTURA
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DENSIDAD
Los minerales Ferromagnesianos son las pesados (Densidad >3)
Los minerales no ferromagnesianos son más livianos (Densidad <3)
REACCIÓN AL ACIDO
La calcita efervese cuando se aplica gotas de ácido diluido en la calcita
o en la caliza, En el caso de la dolomita solo efervese si el mineral se
pulveriza. Se dice entonces que la calcita (Caliza) es soluble en ácido
diluido.
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TALLER DE RECONOCIMIENTO DE ROCAS
Textura de rocas igneas plutónicas y volcánicas efusivas
Textura Fanerítica: Grano grueso. Holocristalina: solo
cristales. Un tiempo lento de cristalización y cristales
grandes. La roca puede tener cualquier composición.
Se da en rocas plutónicas las cuales se forman a gran
profundidad y después quedan expuestas por
4
denudación.
Textura Afanítica: grano fino. Hipocristalina: vidrio y
cristales. Un tiempo rápido de cristalización y cristales
pequeños o vidrio. La roca puede tener cualquier
composición. Se da rocas volcánicas efusivas (lava
vertida por los volcanes que se enfría y consolida); se
forman en superficie en el fondo del mar o sobre el
continente.
Textura vítrea: sin cristales (solo vidrio) Holohialina: .
Un tiempo extremadamente rápido de enfriamiento. La
roca puede tener cualquier composición. Se da también
En rocas efusivas.
Textura vesicular: textura porosa, propia de algunas
rocas piroclásticas. Los poros se forman por escape
rápido de grandes cantidades de gas en el momento que
se enfrían los piroclastos.
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COMPOSICIÓN ROCAS IGNEAS
DE IZQUIERDA A DERECHA CAMBIA LA COMPOSICIÓN QUÍMICA Y MINERAL (GRANITO-RIOLITA; DIORITA-ANDESITA; GABROBASALTO. SE PASA GRADUALMENTE DE COLOR CLARO A COLOR OSCURO (EL PORCENTAJE DE SÍLICE DISMINUYE)
DE ARRIBA ABAJO CAMBIA LA TEXTURA. SE PASA DE GRANO GRUESO A GRANO FINO: GRANITO-RIOLITA Y GABRO-BASALTO.
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GRANITO
DIORITA
GABRO
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RIOLITA
ANDESITA
BASALTO
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SECCIÓN DELGADA GRANITO
SECCIÓN DELGADA DIABASA
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EJEMPLOS DE (PIROCLASTOS) TEFRA
PUMITA
CENIZAS Y LAPILLI
BOMBA
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CLASIFICACIÓ
CLASIFICACIÓN ROCAS ÍGNEAS PLUTÓNICAS
PLUTÓNICAS Y VOLCÁNICAS EFUSIVAS
CLASIFICACIÓN QUÍMICA
CONTENIDO DE SÍLICE %
FÉLSICAS ÁCIDAS
> 66
INTERMEDIAS
66 – 52
MÁFICAS BÁSICAS
52 – 45
ULTRABÁSICAS ULTRAMÁFICAS
< 45
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CLASIFICACIÓN DE LA ROCAS ÌGNEAS PIROCLÀSTICA
CLASIFICACIÓN DE ROCAS PIROCLÁSTICAS
TIPO DE TEFRA
ROCA PIROCLASTICA
TOBA
CENIZA
PREDOMINANTE
TOBA-LAPILLI
LAPILLI
PREDOMINANTE
TOBA – BRECHA
25% - 75% BLOQUES Y/ O BOMBAS
BRECHA PIROCLÁSTICA
AL MENOS 75% DE BLOQUES Y BOMBAS
AGLOMERADO
AL MENOS 75% DE BOMBAS
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ORIGEN DE LAS ESTRUCTURAS PRIMARIAS
DE LAS ROCAS ÍGNEAS PLUTÓNICAS
ROCA BASÁLTICA DE LA PLACA
OCEÁNICA DESCIENDE POR DEBAJO
DE LA PLACA CONTINENTAL A
ZONAS DE ALTA TEMPERATURA Y
ALLI FUNDE
PARA FORMAR
MAGMA.
EL MAGMA, MÁS LIVIANO QUE LA
ROCA ENCAJANTE, ASCIENDE Y
PENETRA LA CORTEZA.
CUANDO ALCANZA ZONAS DE BAJA
TEMPERATURA RELATIVA SE
ENFRÍA Y SE FORMAN ROCAS
PLUTÓNICAS
POSTERIORMENTE ESAS ROCAS
PLUTÓNICAS SON EXPUESTAS POR
EROSIÓN.
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ACTIVIDAD VOLCÁNICA
SI EL MAGMA ALCANZA LA
SUPERFICIE PIERDE SUS GASES Y SE
CONVIERTE EN LAVA. LA CUAL ES
ARROJADA POR LOS VOLCANES PARA
FORMAR ROCAS EFUSIVAS O
PIROCLÁSTICAS
SE OBSERVA UNA EMISIÓN DE LAVA
UN ESTRATOVOLCÁN ARROJA DE
MANERA ALTERNA LAVAS Y
PIROCLASTOS QUE SE DISPONEN EN
CAPAS. ES COMÚN EN EMISIONES DE
LAVAS ÁCIDAS, LAS CUALES POR SER
MUY VISCOSAS SE CONCENTRAN
CON GRAN PRESIÓN EN LAS
CHIMENEAS VOLCÁNICAS Y LUEGO
EMERGEN VIOLENTAMENTE.
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FORMAS PRIMARIAS DE YACIMIENTO
DE LAS ROCAS PLUTÓNICAS
BATOLITO EXPUESTO POR
EROSIÓN. LOS BATOLITOS SON
MUY EXTENSOS: PUEDEN
ALCANZAR VARIOS CIENTOS DE
KILÓMETROS DE DIÁMETRO.
ESTÁN CONSTITUPIDOS POR
ROCAS GRANÍTICAS,
PRINCIPALMENTE
GRANODIORITA, CUARZO
DIORITA, CUARZOMONZONITA Y
GRANITO Y SE LOCALIZAN EN
LOS NÚCLEOS DE ALGUNAS
CORDILLERAS
LOS DIQUES SON INTRUSIONES
TABULARES QUE ATRAVIESAN
ROCAS SEDIMENTARIAS. SU
ESPESOR ES PEQUEÑO: DESDE
ALGUNOS CENTÍMETROS HASTA
UNOS POCOS METROS.
SU COMPOSICIÓN ES MUY
VARIADA.
LOS MANTOS TAMBIÉN SON
TABULARES PERO EN VEZ DE
ATRAVESAR LOS ESTRATOS SE
ACOMODAN ENRE ELLOS
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BLOQUE DIAGRAMA MOSTRANDO DIFERENTE TIPOS DE
PLUTONES
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FORMAS DE YACIMIENTO ROCAS ÍGNEAS
ROCAS VOLCÁNICAS
DIACLASAMIENTO COLUMNAR EN BASALTOS
TÚNELES EN BASALTOS
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ROCAS SEDIMENTARIAS
A) SILÍCEAS
ARENISCA CUARZOSA
ARENISCA FELDESPÁTICA (ARCOSA)
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CONGLOMERADO
BRECHA
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CHERT O LIDITA
AFLORAMIENTO DE CHERT
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B) ARCILLOSAS
LIMOLITA
SHALE
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C) CALCÁREAS
CALIZA CRISTALINA
CALIZA ORGÁNICA O BIÓGEMA
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ROCAS METAMÓRFICAS
METAMORFISMO REGIONAL: INCREMENTO DE TEMPERATURA Y PRESIÓN CON
LA PROFUNDIDAD,
ROCAS.
BAJO EL EFECTO DE PRESIONES EJERCIDAS POR OTRAS
(FIGURAS 1 Y 2). LAS PRESIONES SON DESEQUILIBRADAS BAJO LA
INFLUENCIA DE FUERZAS TECTÓNICAS (FIGURA 3)
Fig 1. Incremento de Tempertura
Fig. 2 Incremento de Presión
Fig 3. Efecto combinado de la sobrecarga y las cargas tectónicas.
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METAMORFISMO DE CONTACTO. SE FORMAN ROCAS METAMÓRFICAS DEBIDO
AL CALOR Y LA ACTIVIDAD DE SOLUCIONES QUÍMICAS ACTIVAS EN LOS SITIOS
DONDE LOS MAGMAS SE EMPLAZAN
Figura 4 Metamorfismo de contacto
METAMORFISMO DINÁMICO.
SE DA EN LAS ZONAS DE FALLA DONDE LAS
ROCAS SE DESTROZAN POR CIZALLAMIENTO CON CAMBIOS MINERALÓGICOS
MUY VARIANDOS
(SECUENCIA CATACLASITA, CLASTOMILONITA, MILONITA,
FILONITA)
Figura 5 Roca cizallada en zona de falla
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LA
MAYOR
PARTE
DE
LAS
ROCAS
METAMÓRFICAS
SE
DEBEN
A
METAMORFISMO REGIONAL Y SON DE DOS TIPOS: CRISTALINAS FOLIADAS Y
CRISTALINAS MASIVAS
A) FOLIADAS
PIZARRA -FILITA
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ESQUISTO
B) BANDEADAS
GRANITO-NEIS
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C) MASIVAS
MÁRMOL
METAMÓRFICA CRISTALINA MASIVA
CUARCITA
METAMÓRFICA CRISTALINA
MASIVA
METAMORFISMO DE CALIZA
METAMORFISMO DE
ARENISCA
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SECCIONES DELGADAS
CONTRASTE ENTRE ROCAS METAMÓRFICAS FOLIADAS Y ROCAS
METAMÓRFICAS MASIVAS
CUARCITA: MASIVA
CRISTALES ENTRABADOS COMO EN EL GRANITO
ESQUISTO: FOLIADA
CRISTALES ORIENTADOS
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AFLORAMIENTOS TÍPICO DE PIZARRAS
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