mecánica de rocas

Mecnica de Suelos Aplicada. Grupo 2

85

CAPTULO 2

MECNICA DE ROCAS

METODOLOGA PARA LA CARACTERIZACIN DE ROCA INTACTA

Proyecto de Grado Presentado en Cumplimiento Parcial de los Requisitos Para Optar al Diploma Acadmico de

Licenciatura en Ingeniera Civil

POR: HCTOR JAVIER MENDIETA BARRERA TUTOR: Ing. LUDGER SUREZ BURGOA


86

CAPTULO 2 A- MATERIAL ROCOSO

2.1 DEFINICIN

Para propsitos ingenieriles se define a la roca como un agregado de partculas minerales

discretas, fundidas, cementadas o comprimidas con composicin qumica definida y

estructura molecular cuyas propiedades dependen de las propiedades fsicas de los

constituyentes y el tipo de vnculo entre cada uno de estos constituyentes.

2.2 NATURALEZA DISCONTINUA DE LAS ROCAS

En toda masa rocosa existen discontinuidades fsicas en forma de planos o superficies las

cuales separan bloques de roca intacta. Por consiguiente, para aplicaciones prcticas se

debe hacer una distincin entre los trminos roca intacta y macizo rocoso.

El trmino roca intacta se refiere al cuerpo continuo macroscpicamente homogneo

y libre de fracturas y juntas que se encuentra entre los planos de debilidad o

discontinuidades (juntas, fallas, cavidades, estratificacin esquitosidades, etc.).

En el caso de macizo rocoso, las discontinuidades pueden estar presentes en forma

de superficies de debilidad llamadas defectos del macizo rocoso (juntas, fallas, cavidades,

estratificacin y esquistosidades).

Por lo citado anteriormente se puede ver que la resistencia y deformacin

caractersticas de un macizo rocoso estn influenciadas por las propiedades fsicas de los

bloques de roca intacta y por el nmero y naturaleza de las discontinuidades que separan los

bloques individuales.

Para realizar la descripcin del comportamiento del macizo rocoso es necesario

conocer ciertas propiedades de la roca intacta y aplicar factores de reduccin apropiados

que nos ayuden a determinar las propiedades fsicas y mecnicas de la masa rocosa.


87

La cantidad de discontinuidades presente en un sistema rocoso es variable y depende

del volumen de masa que se analiza. La posibilidad de que se presenten discontinuidades es

mayor en una masa de mayor volumen (Figura 2.1) y afecta directamente a ciertas

propiedades como se muestra a continuacin:

Figura 2.1 Contraposicin Roca intacta Macizo rocoso (Evert Hoek; 2000)

- Resistencia

La resistencia de la roca intacta es mayor que la del macizo rocoso, esto se debe a la

existencia de planos de debilidad (juntas, fallas, cavidades, estratificacin y

esquitosidades, etc.).

- Permeabilidad

La permeabilidad es mayor en el macizo rocoso que en la roca intacta. Esto se debe a

que el agua no solamente fluye por los poros o fisuras del bloque de roca, sino lo hace

a travs de las discontinuidades. Estas discontinuidades pueden tener material de

relleno que habitualmente es ms permeable que los bloques de roca intacta.

- Deformabilidad

La deformabilidad es mayor en el macizo rocoso que en la roca intacta. Las superficies

de separacin o discontinuidades presentan material de relleno que generalmente es

ms deformable que la roca lo que aumentar la deformabilidad del conjunto.

Propiedades ndice de la matriz rocosa

Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.

88

1 MUESTRAS Y MUESTREO

Para la realizacin de los diferentes ensayos de caracterizacin de roca es necesaria la

obtencin de muestras que sean representativas del material que ser investigado. El grado

de perturbacin en el muestreo no deber afectar los resultados de los ensayos.

1.1 MUESTREO

Las muestras utilizadas para los ensayos tanto in situ como en laboratorio pueden ser

muestras rutinarias o muestras para investigacin.

Las muestras rutinarias son aquellas que estas ligeramente perturbadas pero que

mantienen sus caractersticas fsicas y propiedades mecnicas. Las muestras rutinarias

deben ser tomadas por personal experimentado y deben ser almacenadas y rotuladas

cuidadosamente.

El equipo necesario para el muestreo de las rocas es el siguiente: Mapa de la regin,

brjula, martillo, navaja, marcador indeleble, bolsas de plstico, libreta de anotaciones, regla,

guantes, mazo, cinceles y cajas para el transporte seguro de las muestras.

La muestra para investigacin se colecta con el mayor cuidado posible mediante

procesos costosos que evitan la perturbacin. Mtodos tales como perforacin nos

proporcionan datos como la composicin, espesor y extensin de cada una de las

formaciones del rea, tambin se obtienen muestras a las cuales se harn las diferentes

pruebas de laboratorio.

1.2 MUESTRAS

Los procedimientos de muestreo son las tcnicas que se aplican para obtener especmenes

alterados o inalterados a diferentes profundidades del subsuelo con lo que posteriormente se

realizan pruebas de laboratorio.

Muestras alteradas. Son muestras cuyo acomodo estructural se pierde a consecuencia


89

de su extraccin; se utilizan en laboratorio para identificar el tipo de roca al que corresponde,

para realizar pruebas ndice y someterlas a pruebas mecnicas.

Muestras inalteradas. Son muestras donde el material ha sido sujeto a una pequea

alteracin y el contenido de humedad ha sido conservado. Las muestras conservan las

caractersticas mecnicas y fsicas las mismas que son obtenidas en ensayos de laboratorio.

1.3 REQUERIMIENTOS DE TRANSPORTE

La muestra puede daarse si no se toman ciertas precauciones durante el transporte. La

forma de transporte, distancia, terreno y manejo son factores importantes para mantener

inalteradas las propiedades de la roca.

La muestra debe ser almacenada en una caja especialmente construida para evitar la

alteracin de las propiedades a determinar mediante los ensayos de caracterizacin.

El manipuleo de las muestras en la carga y descarga debe hacerse teniendo cuidado

de no golpear o dejar caer las muestras. Si una muestra cae accidentalmente, esto debe ser

registrado y tomado en cuenta para la realizacin de los ensayos.

Se debe prever el transporte adecuado de las muestras envueltas en material a prueba

de golpes para mantener su integridad. Se deben tomar las previsiones necesarias para

mantener el contenido natural de agua.

1.4 REGISTRO Y ALMACENAMIENTO

Se debe asignar un nmero de identificacin para cada espcimen en el inventario. El

nmero de identificacin debe ser lo menos complejo posible para evitar errores en el

registro de resultados. El nmero de identificacin debe tener alguna relacin con la

procedencia de la muestra (Posicin, profundidad, etc.).

Cuando las muestras son removidas y cortadas para ser utilizadas en los diferentes

ensayos, los especmenes deben ser registrados de tal forma que tengan trazabilidad y que

la muestra de la cual se extrajeron se identifique fcilmente.


90

La profundidad de la extraccin debe ser registrada y se debe identificar el tipo de

ensayo que se realizar con cada muestra. Las muestras se deben almacenar de tal forma

que sean fcilmente recuperables y en un ambiente que no altere las propiedades de inters.

1.5 PREPARACIN DE ESPECIMENES

Las muestras removidas del inventario deben ser manipuladas cuidadosamente para

preservar el contenido de humedad y la integridad de la muestra. Las tcnicas de

preparacin deben ser elegidas cuidadosamente para prevenir la alteracin de los

especmenes. Las tcnicas de preparacin para cada ensayo se especifican en las

siguientes secciones.

La cantidad de muestra requerida para realizar los diferentes ensayos de

caracterizacin se detalla en las tablas 1.1 y 1.2

Ensayo N de especmenes Descripcin Masa

p/espcimen (g) Masa total

(g)

Carga puntual 15 Bloques prismticos irregulares o ncleos

500 7500 D=50 mm; 0.3W


91

Ensayo N de especmenes Descripcin Masa

p/espcimen (g) Masa total

(g)

Carga puntual 25 Bloques prismticos irregulares o ncleos

500 12500 D=50 mm; 0.3W


92

2 DETERMINACIN DEL COLOR

2.1 ALCANCE

Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el color en

estado seco y hmedo de las rocas.

2.2 TERMINOLOGA

Tono o matiz: Es el estado puro del color, sin el blanco o negro agregados.

Valor o intensidad: el valor es el mayor grado de claridad u oscuridad de un color.

Cromaticidad o saturacin: es la pureza o intensidad de un color particular.

2.3 RESUMEN

El color de las rocas se determina mediante comparacin visual de la superficie de la roca en

estado seco y hmedo con fichas estandarizadas de colores de la cartilla de colores e rocas.

2.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS

- Cartilla de colores de Munsell

2.5 MUESTRAS

Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con

caractersticas similares. La superficie sobre la cual se realizara la determinacin del color

debe estar limpia y no mostrar seales de intemperizacin.

2.6 PROCEDIMIENTO

- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 2.5).


93

- Determinar el color del espcimen de roca seca mediante comparacin visual con las

fichas de la cartilla de colores.

- Humedecer el espcimen.

- Determinar el color del espcimen de roca hmeda mediante comparacin visual con

las fichas de la cartilla de colores.

- Registrar los valores obtenidos.

2.7 NOTAS COMPLEMENTARIAS

La cartilla puede ser utilizada para determinar el color de rocas de grano fino a grueso. En el

caso de que la roca contenga intrusiones de grano muy grueso, es necesario describir el

color de cada una de las intrusiones presentes en la roca.

El proceso de humedecimiento de la roca reduce el valor de la intensidad, lo que hace

al espcimen ms oscuro, manteniendo constante el valor de la cromaticidad.


94


95

3 DETERMINACIN DE LA DUREZA DE MOHS

3.1 ALCANCE

Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar la dureza

de Mohs de las rocas.

3.2 TERMINOLOGA

Dureza: Se llama dureza al grado de resistencia que opone un mineral a la deformacin

mecnica.

3.3 RESUMEN

La dureza de una roca se determina rascando entre s la cara fresca de la roca contra

algunos elementos comunes para comparar durezas con la posicin en la escala de Mohs.


- Cartilla de dureza e Mohs

- Herramienta de cobre o moneda de cobre

- Herramienta de acero

- Vidrio

3.5 MUESTRAS


caractersticas similares. La superficie sobre la cual se realizara la determinacin de la

dureza de Mohs debe estar limpia y no mostrar seales de intemperizacin.


96

3.6 PROCEDIMIENTO


- Raspar el espcimen de roca con la ua y observar si esta raya al mismo.

- Raspar el espcimen de roca con la moneda de cobre y observar si esta raya la roca.

- Raspar el espcimen de roca con la herramienta de acero y observar si esta raya a la

roca.

- Raspar el espcimen de roca con el vidrio y observar si esta raya al espcimen.

- Determinar la dureza de Mohs mediante la comparacin con la escala de dureza de

Mohs.


Los minerales de la escala de Mohs que rayan al mineral desconocido son ms duros,

asimismo, los minerales que son rayados por el mineral desconocido son menos duros. Por

tanto la dureza del mineral desconocido est entre el nivel superior del mineral que puede

rayarlo y el nivel inferior del mineral que es rayado por este mineral.

Tabla 4.1 Escala de dureza de Mohs


97

3.8 ANLISIS PETROGRFICO

La Petrologa estudia las rocas en su conjunto, sus caractersticas geomtricas de

campo, caractersticas petrogrficas (componentes), composicin qumica detallada de

la misma y de los distintos minerales que la constituyen, condiciones fisico-qumicas

de formacin y los procesos evolutivos durante su gnesis.

Los estudios petrogrficos abordan la descripcin fsica en trminos visuales de las

rocas, mediante la microscopa de luz polarizada (esencialmente con luz transmitida,

aunque tambin reflejada, y en algunos casos microscopa electrnica). Estos estudios

ofrecen una valiosa informacin relativa a la naturaleza de sus componentes

(esencialmente minerales), sus abundancias, formas, tamaos y relaciones espaciales,

lo cual permite clasificar la roca y establecer ciertas condiciones cualitativas o

semicuantitativas de formacin, as como posibles procesos evolutivos.

Los componentes petrogrficos son aquellos componentes de la roca que tienen entidad

fsica, tales como granos minerales, asociaciones particulares de determinados

minerales, otros fragmentos de rocas relacionados o no genticamente con la roca que

los engloba, componentes de la matriz y cemento, material amorfo o criptocristalino

(vidrio volcnico, geles de slice...), espacios vacos (poros, vacuolas...), fracturas

discretas o selladas, etc.

Algunos componentes petrogrficos se presentan en todos los tipos de rocas, tales como

los granos minerales o poros, que son muy abundantes en las rocas sedimentarias e

gneas volcnicas, pero son muy pequeos y escasos en rocas metamrficas e gneas

plutnicas; otros se presentan slo en algunos tipos, como el vidrio volcnico en las

rocas magmticas volcnicas; otros se presentan en cualquiera de los tipos rocosos

pero slo ocasionalmente, como las fracturas.

Relaciones espaciales mutuas

Textura

Estructura

Fbrica

Matriz y cemento


98

4 RELACIONES ESPACIALES MUTUAS

Se distingue los siguientes conceptos:

4.1 TEXTURA

Es el conjunto de relaciones espaciales intergranulares y de caractersticas morfolgicas

(tamao y forma) de los componentes (esencialmente granos y/o agregados

minerales) de la roca. Las denominaciones texturales y los criterios utilizados varan

segn el tipo de roca considerada.

Existen muchos tipos de relaciones espaciales y morfolgicas entre los componentes de

las rocas, esto es, de texturas. Sin embargo, se pueden establecer cinco tipos

texturales bsicos para todas las rocas naturales, siendo las diferentes texturas

combinaciones de dos o ms de estos cinco tipos que se describen a continuacin.

Textura secuencial (o seriada)

Constituida por cristales que han crecido a partir de una disolucin lquida (i.e. magma o

solucin acuosa) o gaseosa (i.e. fluidos). Los cristales de los distintos minerales han

crecido en distintos momentos y por lo tanto tendrn caractersticas morfolgicas

distintas. Este tipo de textura aplica a todos los tipos de rocas, aunque es tpico de las

rocas gneas plutnicas y volcnicas y de algunas sedimentarias.

El orden de cristalizacin puede deducirse a partir de criterios morfolgicos y de

relaciones de inclusin. As, en general, los cristales que presenten formas cristalinas

(i.e. idimorfos o hipidiomorfos) habrn cristalizados antes que los que no las presentan

(i.e. xenomorfos), y los cristales includos en otros habrn crecido antes que los que

los incluyen.

Sin embargo, estos criterios no son siempre unvocamente aplicables. As, existen

minerales que no son idiomorfos y han cristalizado antes que otros que pueden serlo y

viceversa; tambin existen minerales incluidos en otros que han podido formarse

despus que los que los engloban. Estos casos aplican especialmente a los procesos de

alteracin, ya que estos transforman las caractersticas primarias de las rocas,

incluyendo las texturas. Por ejemplo, cristales idomorfos de yeso pueden formarse en

una roca caliza alterada y sin embargo se han formado con posterioridad a los

componentes primarios (e.g. granos de calcita), que adems pueden estar corrodos y

por lo tanto haber perdido su idiomorfismo en caso de haberlo posedo; o cristales de

micas o arcillas pueden encontrarse en el interior de granos de feldespatos de un

granito y sin embargo se han formado con posterioridad durante la alteracin de los

mismos.


99

Textura secuencial o seriada (granodiorita con anfbol; Tutor de Petrologa).

Polarizadores paralelos.

Textura secuencial o seriada (basalto; Tutor de Petrologa). Polarizadores paralelos.

Textura vtrea

Constituida total o parcialmente por vidrio formado por solidificacin rpida de un

fundido magmtico. Esta textura es tpica de rocas gneas volcnicas. El vidrio se

observa como una sustancia amorfa que engloba a los posibles granos cristalinos

existentes, y en donde pueden aparecer espacios vacos denominados de forma global

vacuolas (el trmino de poro se aplica especficamente a rocas sedimentarias).


100

Textura vitrea (basalto; Tutor de Petrologa). Las partes negras corresponden a vidrio.

Polarizadores paralelos.

Textura clstica

Formada por fragmentos de rocas y/o minerales englobados o no en un material

fragmental ms fino y/o precipitado y/o recristalizado. Esta textura aplica

especficamente a rocas sedimentarias detrticas, aunque algunas rocas volcnicas

tambin la presentan. Los fragmentos de rocas y minerales (de cualquier tipo) se

denominan clastos; el material que los engloba se denomina matriz o cemento segn

este constituida por material detrtico de grano muy fino o por precipitados de

cristalinidad variable respectivamente. Los conceptos de matriz y cemento se exponen

ms adelante ya que su aplicacin a los distintos tipos de rocas es variable.

Textura clstica. (arenisca; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin horizontal

3.5 mm, polarizadores cruzados.


101

Textura blstica

Constituida por cristales que se han formado en un medio slido por transformaciones de

minerales preexistentes. Este tipo de textura aplica especficamente a las rocas

metamrficas. Las transformaciones sufridas incluyen esencialmente cambios en los

tamaos y formas de los cristales y constituyentes primarios y la formacin de nuevos

minerales que antes no existan. Los granos minerales recristalizados o neoformados

se denominan blastos.

Textura blstica (mrmol olivnico; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin

horizontal 6 mm, polarizadores cruzados.

Textura blstica (anfibolita; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin horizontal

2 mm, polarizadores paralelos. En este caso, la textura est orientada (deformada).


102

Textura deformada

Los componentes de la roca, ya sean cristales, clastos, blastos, espacios vacos, etc,

estn deformados. Esta textura aplica a cualquier tipo de roca, si bien es tpica de la

mayora de las rocas metamrficas dado que los procesos naturales de deformacin

suelen estar acompaados de cambios texturales y mineralgicos importantes en las

rocas afectadas. Las texturas deformadas se identifican fcilmente ya que los

componentes adoptan orientaciones preferentes (fbrica), los minerales muestran

evidencias de deformacin tales como extinciones ondulantes, se desarrollan fracturas

o microfracturas, etc. En general, una textura deformada se forma sobre otra

preexistente, de la cual pueden o no quedar evidencias.

Textura deformada (esquisto plegado; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin

horizontal 3 mm, polarizadores paralelos.

Textura deformada (esquisto con granate; Oxford Earth Sciences Image Store).

Dimensin horizontal 6 mm, polarizadores cruzados.


103

PATRN TEXTURAL

Es el conjunto de caractersticas no composicionales que pueden ser utilizadas para

distinguir un tipo de roca o grupo de rocas de las dems, con independencia de la

composicin mineralgica. En el concepto de patrn textural es ms amplio que el de

textura, incluyendo adems la estructura y fbrica, segn el tipo de roca considerada.

4.2 ESTRUCTURA Y MICROESTRUCTURA

Distribucin y orden espacial de los cristales o granos dentro de la roca a escala

macroscpica y microscpica, respectivamente. Los tipos de estructuras ms comunes

son:

Homognea o masiva. No existe distribucin preferencial de los

componentes.

Bandeada. Disposicin prefencial de los componentes en bandas ms o menos

planares, curvadas o irregulares.

Nodulosa. Disposicin preferencial de los componentes en agregados esfricos

o elipsoidales (ndulos).

Brechoide. Producida por fracturacin de la roca de manera irregular o con

orientacin preferencial de las fracturas.

Estructura homognea (gabro; Oxford Earth Sciences Image Store).


104

Estructura bandeada (capas de cromita y rocas maficas-ultramficas; Oxford Earth

Sciences Image Store).

Estructura nodulosa (chert en caliza; GeologyRocks).


105

Estructura brechoide (brecha magmtica granito-diorita; Journal of Geoscience

Education).

Estructura brechoide (caliza brechoide (About.com: Geology)


106

Estructura brechoide (chert brechoso con fracturas rellenas; Oxford Earth Sciences

Image Store)

4.3 FBRICA Y FBRICA CRISTALOGRFICA

Orientacin espacial preferencial de los componentes no equidimensionales y de los

elementos cristalogrficos (ejes, planos) de los minerales dentro de una roca,

respectivamente. Para la determinacin de la fbrica cristalogrfica es preciso recurrir

a tcnicas especiales (platina universal, difraccin de rayos-X). Los tipos de fbricas

existentes son cuatro:

Istropa. No existe orientacin preferencial de los componentes.

Lineal. Orientacin de los componentes en una direccin.

Planar. Orientacin de los componentes en un plano.

Plano-lineal. Orientacin de los componentes en una direccin dentro de un

plano.

Fbricas istropa, lineal, planar y plano-lineal (University of California at Santa Cruz

Structural Geology Foliations and lineations)


107

Fbrica istropa (gabro; Oxford Earth Sciences Image Store).

Fbrica planar (granito; Oxford Earth Sciences Image Store). Orientacin de cristalates

(tabulares) de feldespato potsico (ortosa/microclina).


108

Fbrica lineal (cuarcita; University of California at Santa Cruz Structural

Geology Foliations and lineations)

Fbrica plano-lineal (gneiss; University of California at Santa Cruz Structural

Geology Foliations and lineations)

Generalmente las rocas con fbrica son rocas deformadas, por lo que los componentes

originales que fuesen equidimensionales pueden dejar de serlo (por deformacin

plstica) y adquirir orientacin preferencial, y los que no lo fuesen pueden rotar y

orientarse. Las mayora de las rocas metamrficas suelen presentar fbricas variadas,

como en el caso de algunos mrmoles que presentan orientaciones preferentes

morfolgicas y cristalogrficas de los granos de calcita (y/o dolomita). Sin embargo, la

orientacin preferencial de los componentes no tiene porque deberse a deformacin en

estado slido. Las rocas gneas por ejemplo pueden presentar fbricas planares al

acumularse por decantacin cristales con hbitos no isomtricos en el fondo de


109

cmaras magmticas. De la misma manera, las rocas sedimentarias pueden presentar

orientaciones preferentes debido a los procesos de transporte de los clastos en medios

dinmicos como ros, o por compactacin al depositarse sobre sedimentos porosos

otros materiales (en este caso la orientacin preferente se adquiere por aplastamiento

y por lo tanto por deformacin).

En el caso de que las rocas presenten orientaciones preferentes morfolgicas o

cristalogrficas y/o determinadas estructuras (e.g., bandeada, brechoide), existir una

anisotropa mecnica en las mismas que controlar gran parte de sus propiedades (por

ejemplo, como material de construccin).


110

5 MATRIZ Y CEMENTO

A menudo, en todos los tipos de rocas se observa una relacin de tamaos claramente

bimodal entre los componentes slidos (minerales o fragmentos de rocas), esto es,

unos presentan un tamao de grano relativamente ms grueso que otros. De forma

general, la poblacin de componentes finos se denomina matriz, si bien este concepto

tiene diferentes connotaciones dependiendo de la roca a la que se aplique. En las rocas

gneas la matriz es la fraccin fina, criptocristralina o vtrea en la que se encuentran

los granos minerales de tamao de grano mayor, y que normalmente ha cristalizado

con posterioridad a estos ltimos. En las rocas sedimentarias la matriz es la fraccin

fina (generalmente lodos arcillosos, carbonticos...) que soporta los clastos, y cuya

formacin es contempornea con la sedimentacin de los mismos. En las rocas

metamrficas la matriz es igualmente la fraccin ms fina, y su origen es metamrfico,

anterior, contemporneo o posterior al de los blastos mayores. En las rocas

deformadas, la matriz es la fraccin fina que se origina por la trituracin de granos

anteriores, reducindose el tamao de grano.

El concepto de cemento aplica especficamente a las rocas sedimentarias y a las rocas

alteradas de cualquier tipo. Es el material formado generalmente con posterioridad al

depsito de la roca, mediante procesos de precipitacin a partir de disoluciones

acuosas inicas o coloidales que circulan e interaccionan con las rocas. En las rocas

sedimentarias, estos cementos se forman generalmente durante procesos

diagenticos. Los cementos pueden o no tener un tamao de grano mayor que el de

los componentes de las rocas, siendo uno de los factores que producen una reduccin

en la porosidad de las rocas y, en general, un mayor grado de resistencia mecnica y

de cohesin entre los componentes de las rocas.

Matriz detrtica (arenisca grauvaca; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin

horizontal 5 mm, polarizadores cruzados.


111

Cemento carbonatado (caliza ooltica; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin

horizontal 3 mm, polarizadores paralelos.

La descripcin petrogrfica de la roca para propsitos ingenieriles se realiza mediante la

tcnica del anlisis microscpico e incluye la determinacin de todos los parmetros que no

pueden obtenerse a partir de un examen macroscpico, tales como la composicin

mineralgica, el tamao del grano y la textura, las cuales tienen incidencia sobre el

comportamiento mecnico de la roca.

El anlisis petrogrfico de una roca se sustenta en tres pilares bsicos: el microscopio

de luz polarizada las lminas delgadas y las propiedades pticas de los minerales.

Una tcnica comn de examen microscpico emplea materiales transparentes, lo que

implica el uso de secciones delgadas. Los materiales opacos deben ser cortados y pulidos

para luego ser examinados utilizando tcnicas de luz reflejada.

5.1.1 El microscopio

Los microscopios petrogrficos son similares a los microscopios convencionales. Ambos

presentan por debajo de la muestra un sistema de iluminacin ortoscpica y de control de la

intensidad de la luz. La muestra se dispone sobre un soporte denominado platina. Por

encima se dispone un conjunto de lentes que incluyen en primer lugar los objetivos y por


112

ltimo el ocular. Estas lentes, objetivo y ocular, son las responsables de los aumentos que se

pueden alcanzar con el microscopio petrogrfico.

Los elementos especficos que caracterizan al microscopio petrogrfico son la platina

giratoria graduada en grados, dos filtros polarizadores y elementos pticos que permiten la

obtencin de las denominadas figuras de interferencia

Figura 5.1 Partes y elementos del microscopio petrogrfico

5.1.2 Lminas delgadas

Para hacer una lmina delgada de roca, una rebanada de la misma cortada por un

disco de acero giratorio debe ser aislado y montado en un portaobjetos de cristal por medio

de una resina sinttica. La rebanada de roca es devastada con abrasivos como el

carborundo o esmeril hasta alcanzar el espesor requerido (30 m), en este punto la lmina

es transparente y libre de irregularidades. Los efectos observables cuando la luz es

transmitida a travs de la lmina se describen en las siguientes secciones.

5.1.3 ndices de refraccin y refringencia

Un rayo de luz que viaja a travs de un medio es curvado o refractado cuando pasa de un

medio a otro de diferente densidad. El ngulo entre el rayo y la normal a la superficie es ms

pequeo en el medio ms denso (Figura 5.2). Si el ngulo de incidencia se mide para el aire

entonces la relacin sen i / sen r es igual al ndice de refraccin, n, para el otro medio y es

constante cualquiera sea el ngulo de incidencia.


113

Figura 5.2 Refraccin de la luz en la interfase entre dos medios

El ndice de refraccin es inversamente proporcional a la velocidad de la luz que pasa

por la sustancia. Para las resinas sintticas sobre las cuales son montadas las secciones

delgadas el valor del ndice de refraccin es 1.54. Los minerales con un ndice de refraccin

ms alto o ms bajo que estas resinas aparecen con contornos ms fuertes que aquellos

cercanos a 1.54

5.1.4 Luz polarizada

De acuerdo con la teora ondulatoria de la luz, un rayo esta representado como un

movimiento ondulatorio propagado por vibraciones en direccin perpendicular a la trayectoria

del rayo. En luz ordinaria estas vibraciones tienen lugar en todos los planos que contienen la

direccin de propagacin.

La luz que pasa a travs de un cristal es polarizada. En el plano de luz polarizada las

vibraciones son confinadas a un plano, lo que hace posible identificar los minerales con

bastante certeza.

5.1.5 Doble refraccin

Cualquier cristal, exceptuando los del sistema cbico, tienen la propiedad de dividir en dos

un rayo de luz que los penetra, uno de ellos es refractado ms que el otro. Estos rayos son

denominados rayo ordinario y rayo extraordinario.

Un mineral que tiene la propiedad de dividir un rayo de luz en dos se dice que tiene doble

refraccin o es birrefringente y tiene dos valores para el ndice de refraccin. La diferencia

entre estos dos valores se llama birrefringencia del mineral.


114

Los minerales que tienen el mismo ndice de refraccin en cualquier direccin se

llaman isotrpicos. Todos los cristales del sistema cbico son isotrpicos y tambin todas las

secciones basales de los cristales hexagonales y trigonales.

5.1.6 Ejes pticos

Hay una direccin a lo largo de la cual la luz que entra no se divide en dos rayos sino que

pasa a travs del cristal sin dividirse. Esta direccin es llamada el eje ptico del cristal. Los

minerales que presentan esta caracterstica se denominan minerales uniaxiales. Todos los

minerales de los sistemas hexagonal y tetragonal son uniaxiales. Los cristales de los

sistemas ortorrmbico, monoclnico y triclnico tienen dos ejes pticos por lo que son

llamados biaxiales.

5.1.7 Color y pleocroismo

Cuando hablamos de minerales transparentes a la luz (los minerales opacos siempre se

observarn negros), la mayor parte de los minerales, aunque coloreados en muestra de

mano, son incoloros al microscopio. Sin embargo, algunos minerales presentan colores

caractersticos (por ejemplo, el color pardo de la biotita).

El pleocroismo es el fenmeno de variacin de color en funcin de la orientacin del

cristal respecto a la incidencia de la luz. Es un criterio de reconocimiento muy til para

algunos minerales (por ejemplo, biotita y turmalina).

5.1.8 ngulos de extincin

Cuando la lmina de un mineral birrefringente se gira sobre la platina del microscopio, una u

otra direccin de vibracin en el mineral puede ser llevada paralela al plano de vibracin del

polarizador. Esto ocurre cuatro veces en cada rotacin completa y en estas posiciones el

mineral aparece completamente oscuro. La equidistancia entre las posiciones de las

extinciones hace que el mineral aparezca ms brillante.

5.1.9 Minerales opacos

La composicin de algunos minerales les evita transmitir la luz por lo que aparecen de un

color castao oscuro o negro cuando se ven a travs del microscopio. Los minerales opacos


115

deben ser iluminados desde arriba para ser estudiados con el microscopio. La luz es dirigida

de manera que la superficie del mineral se refleje en el objetivo.

Las rocas con minerales opacos deben ser estudiadas en un pedazo de roca la cual se

monta sobre una placa de vidrio. La superficie se devasta hasta una superficie plana paralela

a la placa. Las pruebas fsicas y qumicas tales como la raspadura de l superficie de los

minerales y los grabados con cido pueden hacerse sobre la superficie pulida.

Disponible en: http://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=84917316048

RedalycSistema de Informacin Cientfica

Red de Revistas Cientficas de Amrica Latina, el Caribe, Espaa y Portugal

BETANCOURTH G., DIANA; GMEZ C., JOS FERNANDO; MOSQUERA, JULIOCSAR; TIRADO-MEJA, LILIANA

ANLISIS POR DIFRACCIN DE RAYOS X DE ROCAS PROVENIENTES DEREGIN ESMERALDFERA

Scientia Et Technica, vol. XVI, nm. 44, abril, 2010, pp. 257-260Universidad Tecnolgica de Pereira

Pereira, Colombia

Cmo citar? Nmero completo Ms informacin del artculo Pgina de la revista

Scientia Et TechnicaISSN (Versin impresa): [email protected] Tecnolgica de PereiraColombia

www.redalyc.orgProyecto acadmico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

Scientia et Technica Ao XVI, No 44, Abril de 2010. Universidad Tecnolgica de Pereira. ISSN 0122-1701 257

Fecha de Recepcin: Enero 26 de 2010 Fecha de Aceptacin: Marzo 25 de 2010

ANLISIS POR DIFRACCIN DE RAYOS X DE ROCAS PROVENIENTES DE REGIN ESMERALDFERA

X-ray Diffraction Analysis on Rocks from Emerald Mining Region

RESUMEN La explotacin de las esmeraldas colombianas ha sido, desde tiempo atrs, uno de los renglones principales de exportacin, debido a la alta calidad y belleza de las piedras colombianas. En este trabajo presentamos un mtodo de anlisis de rocas, para la determinacin de la presencia del berilo, grupo al cual pertenecen las esmeraldas. Se realiz un anlisis por medio de la difraccin de rayos X, para 15 muestras en polvo, de rocas provenientes una regin esmeraldfera colombiana.

PALABRAS CLAVES: Difraccin de Rayos X, DRX, esmeraldas, minerales.

ABSTRACT The operation of Colombian emeralds has been, since long time ago, one of the main lines of export, due to the high quality and beauty of Colombian stones. In this work we presented a method of rock analysis, for the determination of the presence of the beryl, group to which belongs emeralds. An analysis by means of the X-ray diffraction was realized, for 15 powder samples, extracted from the Colombian region of emerald mines.

KEYWORDS: Emerald, minerals, X-ray diffraction, XRD.

DIANA BETANCOURTH G. Tecnloga elctrica Estudiante de Ingeniera Fsica Universidad Tecnolgica de Pereira [email protected]

JOS FERNANDO GMEZ C. Qumico Estudiante de Maestra en Ciencias de los Materiales Universidad del Quindo [email protected]

JULIO CSAR MOSQUERA Fsico, Ph.D. Profesor auxiliar Universidad del Quindo [email protected]

LILIANA TIRADO-MEJA Fsica, Ph.D. Profesora asistente Universidad del Quindo [email protected]

1. INTRODUCCIN

En Colombia, la minera es uno de los renglones de la economa nacional que ha tenido un crecimiento significativo en la ltima dcada, principalmente por la explotacin del carbn trmico y, en menor escala, la explotacin de minerales, como el ferro-nquel, y de metales y piedras preciosas como el oro, el platino y las esmeraldas. En particular, las esmeraldas colombianas estn posicionadas en el mercado mundial por su alta calidad y belleza.

El adecuado desarrollo del sector minero convertira a Colombia en uno de los pases ms competitivos en Latinoamrica, a la par con Brasil, Chile y Per, quienes lideran la produccin de minerales en la regin, pues Colombia posee un vasto potencial minero, con la existencia de diversos ambientes geolgicos que hacen posible la explotacin de minerales y metales de gran inters econmico. La implementacin de nuevas tecnologas en este sector, es una de las estrategias para alcanzar una mayor competitividad. En el pas aun existen grandes regiones que se encuentran inexploradas, y es as como este trabajo pretende ser un

apoyo en la identificacin y caracterizacin de las rocas encontradas en los yacimientos del departamento de Cundinamarca, particularmente en la bsqueda de esmeraldas.

En el presente trabajo presentamos el anlisis de difraccin de rayos X, por el mtodo de polvos, para diferentes rocas extradas de la zona esmeraldfera de Colombia.

2. DIFRACCIN DE RAYOS X

La tcnica de difraccin de rayos X ha sido ampliamente utilizada en la caracterizacin de materiales, que cumplen con la condicin de tener una estructura cristalogrfica definida, pues la informacin obtenida de la interaccin entre los rayos X y los cristales se basa en la difraccin producida por un conjunto de tomos en un arreglo ordenado.

La difraccin de los rayos X por materiales cristalinos es, esencialmente, un proceso de dispersin coherente [1,2]. Esta radiacin coherente se origina por el choque de los fotones incidentes contra los electrones firmemente

Scientia et Technica Ao XVI, No 44, Abril de 2010. Universidad Tecnolgica de Pereira.

258

ligados a los tomos. Cada tomo irradiado del material dispersa de manera individual en todas las direcciones. Dado que un material est formado por muchos tomos y cada uno de ellos es una fuente de radiacin coherente, ocurren fenmenos de interferencia constructiva o destructiva entre los rayos X dispersados. En determinadas direcciones del espacio, los rayos dispersos estn en fase y producen interferencia constructiva de ondas [3], y es en estas direcciones en donde se observan mximos de intensidad en la difraccin. Una descripcin simple del proceso de difraccin de rayos X se logra mediante la ley de Bragg. La coincidencia en la fase requiere que la diferencia del camino recorrido por los haces que interfieren constructivamente, sea un mltiplo entero de la longitud de onda de la radiacin incidente [4], y sta se conoce como la condicin o ley de Bragg, descrita por la expresin:

Sendn 2= (1) En la ec. 1, el factor n es el orden de reflexin y puede tomar cualquier valor entero compatible con el valor Sen; es el ngulo formado entre la superficie de la muestra y la radiacin incidente, y su longitud de onda; d es la distancia interplanar de la familia de planos que producen la interferencia constructiva.

Es as como por medio del anlisis de materiales por difraccin de rayos X es posible identificar las estructuras cristalogrficas presentes en las muestras, y a travs de stas, la composicin qumica.

3. PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

3.1. Equipo de DRX

Para las mediciones de difraccin de rayos X presentadas en este trabajo utilizamos un difractmetro Bruker D8 ADVANCE [5], con gonimetro vertical, tubo con filamento de tungsteno y nodo de cobre (Cu) cuya emisin ms intensa es la conocida como lnea K. La radiacin K [6], de menor intensidad que la anterior, se elimina mediante un filtro de nquel (Ni). Como accesorio adicional se cuenta con un monocromador a la entrada del detector, para eliminar la parte de la radiacin K que no ha sido eliminada por el filtro de Nii.

No obstante la radiacin detectada corresponde a las lneas K1 y K2 del Cu, en los difractgramas estn claramente resueltos en un doblete, para ngulos altos. Para ilustrar lo anterior, en la Fig. 1 se presenta la difraccin debida a una misma familia de planos (hkl) para las dos longitudes de onda, en una muestra comercial de Al2O3. El valor de d obtenido con los dos valores de longitud de onda (1.54059 y 1.54441 )

i K= 1.39225 ; el borde de absorcin del Ni est en 1.488140 , presentando diferencia con la radiacin K, generada por el tubo de Cu, lo que significara contribucin al difractograma.

difiere en menos de 3 x 10-5. Para realizar los clculos de distancias interplanares, se utiliza el pico ms intenso del doblete (K1). En caso de no estar bien resueltos, el pico debido a la lnea K2 se puede eliminar por software.

52,2 52,4 52,6 52,8 53,0

Cuen

tas

(u.a.

)

K2

K1

d=1,739750,00003

Al2O3

2

Figura 1 Difractograma de un patrn de calibracin de Al2O3. La distancia interplanar fue calculada de acuerdo a la ley de Bragg utilizando, para el pico de bajos ngulos, la longitud de onda de K1 y para el pico de ngulos altos, K2.

El sistema D8 permite diferentes configuraciones, en las que se puede tener acoplado el ngulo de incidencia y de deteccin (configuracin Bragg- Brentano -2), que fue la utilizada para medir las muestras en polvo. Tambin se puede mover de manera independiente la posicin de la muestra con respecto al haz incidente () permaneciendo fijo el detector (2), o fijar y mover 2. Las muestras rotan alrededor del eje perpendicular a la superficie, obtenindose un mejor muestreo y una seal con mayor intensidad.

El valor del voltaje aplicado para acelerar los electrones y producir la emisin de rayos X fue, en todos los casos, de 35 kV, y la corriente de 30 mA. Los difractogramas tomados a las muestras bajo estudio se realizaron en un rango de 20 a 80, en pasos de 0.02 y una duracin de 1.5 s por paso.

3.2. Preparacin de las muestras

El arranqueii de las muestras ha sido generalmente con maquinaria y explosivos, ya que en la mayora de las ocasiones es necesario romper la roca en trozos lo suficientemente pequeos como para facilitar los procesos de cargaiii y transporte [7]. Es as como las muestras seleccionadas para este estudio llegaron en forma de bloque, las cuales fueron pulverizadas mediante un mortero vibrador de gata. Se busc alcanzar una textura tipo talco para disminuir la rugosidad en la

ii Entindase por arranque, el conjunto de operaciones necesarias para

separar la roca del macizo rocoso donde se encuentra. iii Entindase por carga, la recogida de la roca arrancada del suelo y su

traslado hasta un medio de transporte.

Scientia et Technica Ao XVI, No 44, Abril de 2010. Universidad Tecnolgica de Pereira. 259

superficie de la muestra montada. La cantidad de muestra utilizada para cada medida fue suficiente para cubrir completamente el rea en la cual incide el haz de rayos X.

En la figura 2 se presentan las fotos de los grupos de piedras ms representativos, los cuales fueron organizados por color, en cuatro grupos. Dentro de cada grupo se observaron diferentes texturas y vetas, lo que evidencia la presencia de diferentes componentes.

Figura 2. Fotografas de las muestras tal como se recibieron de la mina.

En la figura 3 se presentan las muestras, ya molidas y montadas en los portamuestras del DRX, en donde se observa claramente la divisin por colores de las muestras.

Figura 3. Fotografa de cuatro muestras de colores diferentes, en el porta muestras del DRX.

4. RESULTADOS Y DISCUSIN

De todas las muestras extradas de la mina en forma de piedra, se tomaron 15 rocas, que fueron clasificadas y enumeradas para su posterior identificacin. En adelante nos referiremos a cada una por el nmero asignado.

En la figura 4 presentamos el difractograma experimental de una muestra clasificada en el grupo de rocas grises (M-9), identificada claramente como berilo, como se muestra en la grfica, en donde para efectos de comparacin, se incluye la grfica de la ficha reportada para este mineral. As mismo, en la figura 5 se presenta el difractograma de una muestra, aparentemente similar a la anterior (grupo de rocas grises) en donde se determin mediante el anlisis de DRX la diferencia en su composicin.

En la Tabla 1. se presenta el resultado de los anlisis de los difractogramas para las 15 muestras estudiadas, en donde se sealan los compuestos qumicos encontrados en cada una de ellas. La identificacin es clara y directa para la mayora de los mximos de difraccin presentes en los difractogramas, aunque en las muestras M-1, M-2 y M-6 se observan unos pocos picos, de baja intensidad, que an no han sido identificados.

Tabla 1. Resultados obtenidos de los anlisis de los difractogramas de rayos X, para las 15 muestras rocosas, separadas por grupo de colores.

Vemos cmo el cuarzo es un comn denominador en la mayora de las piedras, para las muestras de los grupos de

Muestra Composicin Frmula Qumica COLOR: doradas

1 calcopirita CuFeS2 COLOR: blancas

3 cuarzo SiO2

4

calcita CaCO3 cuarzo SiO2 illita o

hidromoscovita (KH3O)Al2Si3AlO10(OH)2 6 dolomita CaMg (CO3)

11 illita o

hidromoscovita (KH3O)Al2Si3AlO10(OH)2 cuarzo SiO2

15 calcita CaCO3 COLOR: grises

2 calcita CaCO3 dolomita CaMg(CO3) 5-7-10 calcita CaCO3

9 berilo Al2Be3Si6O18

12

cuarzo SiO2 illita o

hidromoscovita (KH3O)Al2Si3AlO10(OH)2 pirita FeS2

13 pirita FeS2

14 cuarzo SiO2 berilo Al2Be3Si6O18 COLOR: negras

8

carbn C Cu2FeSiSe4

gupeiita Fe3Si espinela MgGa2O4 dolomita CaMg (CO3) cuarzo SiO2

Scientia et Technica Ao XVI, No 44, Abril de 2010. Universidad Tecnolgica de Pereira.

260

color negro, gris y blanco. Se observa tambin la presencia de Fe, Ca, C y Mg, principalmente, formando diferentes compuestos con elementos como el S, Ga y el Cu, en menor cantidad. Pero slo las muestras M-9 y M-14, en el grupo de color gris, presentan en su composicin el Be, indispensable para la formacin de la esmeralda. Los difractogramas obtenidos para estas dos muestras exhiben la estructura cristalina del berilo, grupo al cual pertenece la esmeralda.

20 30 40 50 60 70 80 90

Inte

nsid

ad (u.

a)

2

M-9

Berilo (PDF: 01-073-1918)

Figura 4. Difractograma de rayos X tomado a una muestra rocosa (M-9), y la ficha reportada para el berilo, en donde se observa una excelente coincidencia.

30 40 50 60 70 80

Inte

nsid

ad (u.

a)

2

M-13

Pirita (PDF: 01-071-1680)

Figura 5. Difractograma de rayos X tomado a una muestra rocosa (M-13), y la ficha reportada para la pirita, en donde se observa una excelente coincidencia.

3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El mtodo de difraccin por rayos X mtodo de polvos- y su paquete DIFFRACplu, permite encontrar un conjunto de todos los mximos de difraccin que constituye una huella de identificacin de cada material, logrando una identificacin completa de los materiales de las muestras extradas de la mina.

Se observa que la posibilidad de encontrar esmeraldas en la mina de donde fueron extradas estas rocas, es alta,

dado que algunas muestras evidencian la presencia del berilo, cuya frmula qumica coincide con la de la esmeralda, habitualmente reportada como Be3Al2(SiO3)6 [8]. Este procedimiento de anlisis permite determinar no slo la presencia de los elementos qumicos que forman la esmeralda, si no tambin se constata que estos elementos estn asociados de acuerdo a la estructura cristalogrfica deseada.

La difraccin de rayos X es una tcnica alternativa para la identificacin de minerales, presentando ventajas sobre las tcnicas de anlisis qumico, tanto a nivel de simplicidad para la preparacin de las muestras como en la mayor informacin suministrada. Los anlisis qumicos requieren de utilizacin de disolventesiv y ensayos piragnsticosv, mientras que el mtodo de polvos DRX requiere slo de la pulverizacin de la muestra.

5. BIBLIOGRAFA

[1] C. Kittel, Introduccin al estado slido, 7th ed. New York: Wiley, 1996, pp. 27-50.

[2] R. L. Snyder and R. Jenkins, Introduction to X-ray Powder Diffractometry, New York: Wiley, 1996, pp 48-170.

[3] B. D. Cullity, Elements of X- RAY diffraction, 2nd, Massachuses: Addison-Wesley, 1978, pp 5-96.

[4] P. P Ewald editor, 50 years of X-Ray Diffraction, Glasgow, Scotland: International Union of Crystallography by A. Oosthoek's Uitgeversmii, pp 57-113.

[5] D8 X-ray Diffractometer Introductory User Manual, Bruker AXS Gmb H Germany Order no. DOC-M88-ZXX045 V8, May. 2005.

[6] V. K. Pecharsky and P. Y. Zavalij, Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials, New York Springer, 2005. pp 102-150.

[7] E.B. Alcal, A. B.Alfonso y A.Flores, Manual de entrenamiento minero. SERGEOTECMI: Servicio Nacional de Geologa y Tcnico de Minas, Bolivia. Junio 1996. [Online] Disponible en: www.sergeomin .gov.bo/ Documentos/

[8] E. Gaavrilenko Esmeraldas en los rurales de Rusia, Condiciones de formacin y caracterizacin comparativa con las esmeraldas de otros orgenes Ph. D disertacin. Escuela tcnica superior de ingenieros de minas. Univ. Politcnica de Madrid, 2003.

iv Los disolventes pueden ser cidos o bases.

v Ensayos que se realizan por la accin ms o menos

directa del fuego.

CUADERNO DE PRCTICAS

EL MEDIO FSICO I: ESTRUCTURA Y

PROCESOS GEOLGICOS EXTERNOS

Jacinto Alonso Azcrate

BLOQUE II: RECONOCIMIENTO MACROSCPICO DE ROCAS

RECONOCIMIENTO MACROSCPICO DE ROCAS SEDIMENTARIAS

Las rocas sedimentarias podramos clasificarlas en dos grandes grupos: Rocas detrticas: formadas por partculas slidas que han sido transportadas por un elemento mvil: agua, hielo, viento, etc, y depositadas en una cuenca.Rocas no detrticas: formadas por sedimentos que han sido transportados en solucin acuosa, coloides, etc, y han sido precipitados por procesos qumicos,orgnicos o evaporacin.

-1- ROCAS DETRTICAS

El cuadro bsico de clasificacin de rocas detrticas (siliciclsticas) es el siguiente:

Son rocas que poseen una textura clstica formada por fragmentos de clastos o cristalesenglobados en una matriz arcillosa o en algn material precipitado o diagentico(cemento).

17

Aunque de visu los trminos ms utilizados son el de conglomerado (brecha), arenisca y lutitas en funcin de que el tamao de grano sea arcilla, arena o grava respectivamente

Para las areniscas se utiliza el siguiente cuadro de clasificacin, aunque para ellos es necesario identificar los porcentajes de los diferentes tipos de grano, para lo cual es necesario un estudio microscpico:

18

-2- ROCAS NO DETRCITASDentro de las rocas no detrticas podemos encontrar los siguientes tipos

-A- Rocas carbonatadas: se caracterizan por estar compuestas por carbonato, principalmente carbonato clcico o magnsico, por lo que reaccionan con el cido clorhdrico produciendo efervescencia con mayor o menor intensidad en funcin de que estn compuestas de calcita o dolomita.Para clasificar las rocas carbonatadas vamos a utilizar la clasificacin de Dunham la cual clasifica las rocas carbonatadas en funcin de su textura:

Las rocas compuestas por material luttico y carbonatado se denominan MARGAS, presentan el aspecto de una lutita de visu pero producen efervescencia con el cido clorhdrico.

-B- Rocas evaporticas: formadas por precipitacin qumica de soluciones saturadas de sales alcalinas y alcalinotrreas. Son principalmente el YESO y la HALITA.

-C- Rocas silceas de origen orgnico y qumico: rocas sedimentarias de origen orgnico (radiolaritas, diatomitas, etc) o qumico (chert) constituidas por slice. Son fcilmenteidentificables debido a la dureza 7 de la slice.

-D- Rocas aluminoferruginosas de origen qumico: comnmente son rocas formadas por acumulacin de productos residuales de la meteorizacin de rocas preexistentes. Dentro de este grupo tenemos las bauxitas y limonitas.

-E- Rocas organgenas: dentro de este grupo tenemos a los carbones. Los tipos de carbn son los siguientes ordenados de mayor a menor grado de madurez: antracita, huya, lignito y turba.

19

RECONOCIMIENTO MACROSCPICO DE ROCAS GNEAS

-1- ROCAS GNEAS PLUTNICAS

Aspectos a describir en el estudio de visu de rocas plutnicas:

-A- Granularidad:Textura fanertica: todos los cristales de los minerales principales pueden ser distinguidos a simple vista Textura afantica: la mayora de los cristales, con excepcin de los fenocristales si existen, no pueden ser distinguidos a simple vista.

-B- Tamao relativo de los cristales:Equigranular: todos los cristales son aproximadamente del mismo tamaoInequigranular: los cristales difieren sustancialmente en su tamao

-C- Rango absoluto de tamao de grano:Tamao de grano grueso: cristales con dimetros > 5mm Tamao de grano medio: cristales con dimetros entre 1-5 mm Tamao de grano fino: cristales con dimetros < 1mm

-D- Color: el color de una roca est estrechamente relacionado con su composicin mineralgica. Los minerales de una roca gnea pueden ser:

Minerales oscuros: denominados mficos o ferromagnesianos como el olivino, piroxenos, anfbol, biotita etc. Minerales claros: denominados flsicos como feldespatos, cuarzo, feldespatoidesetc.

As las rocas plutnicas se pueden clasificar segn un ndice de color (se estima segn el porcentaje de minerales mficos de la roca):

Tipo de roca plutnica segn el color Porcentaje de minerales mficos Roca leucocrtica o flsica 0-33

Roca mesocrtica 34-66Roca melanocrtica o mfica (ultramfica

si los minerales claros son escasos o inexistentes)

67-100

-E- Composicin mineralgica: se trata de identificar las diferentes especies mineralespresentes en la roca

-F- Denominacin de la roca: las observaciones previas sobre el ndice de color, tamao de grano y composicin mineralgica se utilizan en la siguiente figura para dar el nombre a la roca plutnica:

20

-2- ROCAS GNEAS VOLCNICAS

Dentro de las rocas volcnicas podemos establecer dos grandes grupos:

-A- Rocas volcnicas Lvicas: son rocas formadas por solidificacin del magma en contacto con el aire o agua. Muestran generalmente una textura afantica porfdica aunque tambin las hay vtreas. Los flujos de lava muestran comnmente evidencias de

21

vesiculacin. Estas vesculas de morfologa variada pueden ser posteriormente rellenas por otros minerales que precipitan a partir de fluidos tardos.

En estas rocas pueden existir diferentes grados de cristalizacin (cristalinidad) que es la proporcin relativa de cristales y vidrios en dicha roca:

Holocristalina: 100% de cristales, aqu tenemos todos los tipos de rocas volcnicas lvicas que veremos a continuacin Holohialina o vtrea: 100% vidrio, dentro de este grupo tenemos bsicamentedos tipos de rocas: OBSIDIANA (vidrio volcnico de color oscuro) y la PUMITA (rocas con textura vesicular de color claro) Hipocristalin o hipohialina: rocas con cantidades variables de vidrio y cristales

Las rocas lvicas en las que se observan fenocristales se clasifican con la siguiente tabla en funcin del contenido en esos fenocristales:

Basalto Andesitabasltica

Andesita Dacita Traquita Riolita Fonolita

OlivinoPiroxenoAnfbolBiotitaPlagioclasaFto. Alcalino CuarzoFeldespatoideOx. Fe-Ti

Muy comn

Frecuente

Raro / ausente

Cuando los fenocristales estn ausentes la clasificacin de visu de la roca volcnica es difcil de realizar y se necesitaran realizar lminas delgadas para realizar un estudio microscpico de las mismas.

-B- Rocas volcnicas volcanoclsticas (rocas fragmentales): dentro de este grupo podemos distinguir a su vez:

Rocas PIROCLSTICAS: compuestas por materiales fragmentados(piroclastos) durante una actividad volcnica explosiva. Estos fragmentospiroclsticos pueden ser clasificados por el tipo de material (fragmentos de lava reciente, que puede estar o no vesiculada, cristales individuales que resultan de la ruptura de magmas porfdicos parcialmente cristalizados o fragmentos lticos que incluyen cualquier roca previa, generalmente volcnica) o por su tamao de grano como puede verse en la tabla inferior. Rocas EPICLSTICAS: originadas por el redepsito de rocas volcnicasprevias (muestran estructuras sedimentarias y se clasificas como stas)

22

RECONOCIMIENTO MACROSCPICO DE ROCAS METAMRFICAS

Al contrario que para las rocas gneas que existe una nomenclatura internacional aceptada por toda la comunidad cientfica, en las rocas metamrficas se utilizandiferentes criterios para denominarlas. As en funcin del criterio que utilicemosencontramos diferentes nomenclaturas de las rocas metamrficas:

-1- TEXTURA DE LA ROCA: es el criterio ms importante para denominar a una rocas metamrfica. Indican se estas rocas poseen una fbrica orientada o no y la escala a la que se desarroll. Aunque las orientaciones preferenciales de minerales se desarrollan mejor en pelitas y semipelitas, se pueden formar en un amplio rango de tipos de rocas si la deformacin ha sido lo suficientemente intensa. En las rocas que han sufrido Metamorfismo Regional, las micas se disponen segn una orientacin preferente alineadas perpendicularmente a la direccin de mxima compresin, lo que origina una fbrica planar o FOLIACIN. Esta es la caractersticas mas representativa de la mayor parte de las rocas metamrficas y por la que vamos a distinguirlas con facilidad del resto de rocas.

23

Los nombres usados para las fbricas planares dependen del tamao de grano y la apariencia global de la roca. La deformacin y metamorfismo de sedimentos detrticos con arcilla da lugar a la siguiente secuencia de rocas con fbricas caractersticas:

24

Pizarra: roca fuertemente foliada, en la que los planos de foliacin (pizarrosidad) se desarrollan de forma muy penetrativa debido a la orientacin de los granos de filosilicatos. Estos granos son muy finos como para poder ser observados a simple vista y las rocas tienen una apariencia mate sobre las superficies de foliacin

Filita: roca similar a la pizarra, pero los granos de filosilicatos son ligeramente msgruesos y algunas veces son perceptibles en muestras de mano. Dan una aparienciasedosa sobre las superficies de foliacin (brillo satinado). Comnmente las superficies de foliacin no son tan planares como en las pizarras

Esquisto: roca caracterizada por alineaciones paralelas de granos moderadamentegruesos, comnmente distinguidos a simple vista. Este tipo de fbrica es conocida como esquistosidad y donde la deformacin ha sido bastante intensa puede estar desarrollada por otros minerales, tales como hornblenda

Gneis: roca de tamao de grano ms grueso (varios milmetros) que muestra tambinalgn tipo de fbrica planar, como esquistosidad o bandeado composicional (bandeado gnesico: capas cuarzo-feldespticas que se segregan de capas mficas o ms micceas).

Los lmites entre estos cuatro tipos de rocas son gradacionales.

-2- NATURALEZA DEL MATERIAL ORIGINAL: los nombres en funcin del material original pueden ser muy generales (ej. metasedimentos) o ms especficos (ej. Metagrauvaca). Algunos de los nombres ms comunes y sus formas adjetivas se dan en la siguiente tabla:

25

Material original Tipo de roca metamrficaSedimento rico en arcilla o arcilloso Pelita / pelticoSedimento rico en arena o arenoso Samita / samtico o cuarzofeldespticaSedimento mezcla de arcilla y arena SemipelitaSedimento arenoso (cuarzo) CuarcitaMarga Calcosilicato / calcreo Caliza MrmolBasalto Metabasita / mfico

-3- MINERALOGA METAMRIFCA: los minerales metamrficos significativospueden ser utilizados como calificadores de rocas metamrficas (ej. mrmol con forsterita). Hay dos posibilidades de utilizacin:

los minerales pueden ser enunciados en orden de abundancia, lo que pone de manifiesto la composicin modal de la roca (ej. micaesquisto con granate-sillimanita)los nombre de los minerales pueden ser enunciados cuando aparece algnmineral ndice para poner de manifiesto las condiciones del metamorfismo ( ej. gneis con distena)

Se denominan PORFIDOBLASTOS a los granos que son de mayor tamao que la matriz (ej. los cristales de estaurolita en los esquistos)

-4- NOMBRES ESPECIALES: - Corneana: rocas producida en el metamorfismo de contacto en ausencia de deformacin, dando lugar a una fbrica aleatoria de granos intercrecidos que produce una roca muy dura

- Anfibolita: roca verde oscura esencialmente biminerlica compuesta de hornblenda y plagioclasa con un amplio rango de minerales accesorios.

Serpentinita: roca verdosa compuesta fundamentalmente por serpentina. Esta roca se forma por hidratacin de peridotitas

Eclogita: metabasita compuesta por granate y clinopiroxeno sin plagioclasa

Granulita: roca caracterizada por una textura equidimensional, cuyos granos poseen lmites rectos (poligonales) en todas las especies minerales y una mineraloga indicativa de metamorfismo de muy alta temperatura (feldespatos, piroxenos y anfboles)

Migmatita: roca mixta compuesta por una porcin gnesica o esquistosa (melanosoma) mezclada con venas de material cuarzofeldesptico aparentemente gneo (leucosoma). Se generan cuando comienza a fundirse una roca metamrfica en la que lo primero que funde son los minerales claros.

26

Ana M Caballero. Clave de Rocas 1

CLAVE DE IDENTIFICACIN DE ROCAS1

R O C A S

M A G M A T I C A S

Rocas que presentan aspecto granudo, microgranudo, poroso o vtreo. Los granos (cristales) estn dispuestos al azar, nunca en lminas. 1. Rocas con granos minerales visibles a simple vista: (2) 2. Cuarzo abundante (roca clara): (3) 3. Granos grandes (hasta 1 cm) sobre una pasta microgranuda: PRFIDO 3. Granos de tamao similar: (4) 4. Granos muy pequeos (1-2 mm): APLITA 4. Granos mayores: (5) 5. Granos medianos (mximo 1 cm): GRANITO 5. Granos mayores: PEGMATITA 2. Cuarzo escaso (roca ms oscura): (6) 6. Roca de color rosado: SIENITA 6. Roca de color ms oscuro, nunca rosada: (7) 7. Granos grandes sobre pasta microgranuda: PRFIDO DIORTICO 7. Granos (cristales) de tamao similar: (8) 8. Color gris o negro: GABRO 8. Muchos granos verdes de olivino: DUNITA Rocas con granos minerales muy pequeos o que no se pueden ver a simple vista: (9). 9. Con algunos granos minerales: (10) 10. Roca clara, puede estar estratificada (slice abundante): RIOLITA 10. Roca oscura, a veces presenta poros pequeos y cristales verde claro de olivino: BASALTO 9. Roca sin granos o cristales aparentes, con aspecto vtreo, pastoso o poroso: (11) 11. Roca disgregada en fragmentos porosos, oscuros o negros de algunos centmetros como mximo: PIROCLASTOS 11. Roca compacta: (12) 12. Roca clara, muy porosa y ligera: PUMITA 12. Roca sin poros, oscura y brillante. Vtrea: OBSIDIANA

M E T A M R F I C A S

Rocas de aspecto esquistoso formadas por lminas, o bien rocas homogneas de colores claros (gris, blanco), grano fino y sin poros. 1.. Roca sin esquistosidad, no presenta lminas ni est foliada: (2) 2. Roca silcea que raya al vidrio y no da efervescencia con HCl: CUARCITA 2. Roca calcrea, no raya al vidrio y da efervescencia con HCl: MRMOL 1.. Roca con esquistosidad, presenta lminas, est foliada: (3) 3. Presenta granos (cristales) visibles: (4) 4. Algunos granos muy gruesos. Roca gris, presenta cuarzo, feldespato y mica: GNEIS 4. Roca muy brillante, con mucha mica: MICAESQUISTO 3. Presenta granos muy finos, no visibles: PIZARRA

1 http://alerce.pntic.mec.es/~mnavar6/claverocas.htm#ir%20rocasedi

Ana M Caballero. Clave de Rocas 2

Cont. Clave de identificacin de rocas.

S E D I

M E N T A R I A S

Roca clstica (con granos visibles) o bien con aspecto homogeneo y olor a tierra mojada al humedecerla: ROCAS DETRTICAS

Roca sin estructura clstica y color claro: ROCAS QUMICAS

Roca con aspecto "vegetal" y color oscuro, o bien negra y brillante: ROCAS ORGANGENAS

ROCAS DETRTICAS 1. Granos individualizados: (2) 2. Granos grandes, mayores de 2 mm: (3) 3. Granos redondeados: CONGLOMERADO PUDINGA 3. Granos angulosos: CONGLOMERADO BRECHA 2. Granos pequeos, menores de 2 mm: ARENISCA 1. Granos imperceptibles, olor a tierra mojada: LUTITA ROCAS QUMICAS 1. Produce efervescencia con HCl: (2) 2. Roca pulverulenta, huele a tierra mojada: MARGA 2. Roca no pulverulenta; en general, color claro o gris: CALIZA 1. No produce efervescencia con HCl: (3) 3. Se puede rayar con la ua: YESO 3. No se puede rayar con la ua y raya al vidrio, muy compacta: SLEX ROCAS ORGANGENAS 1. Con forma y estructura leosa: (2) 2. Con restos vegetales visibles, aspecto terroso y mate: TURBA 2. Sin restos vegetales visibles, aspecto fibroso: LIGNITO 1. Sin forma ni estructura leosa: (3) 3. Con bandas brillantes y mates que se alternan, tizna los dedos: HULLA 3. Brillante, muy compacta, solo ennegrece los dedos si se comprime: ANTRACITA


115

1 DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

Mtodo basado en el procedimiento ASTM D 2216

1.1 ALCANCE

Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el

contenido de humedad gravimtrico de especimenes de roca en los cuales la perdida de

masa por secado al horno es debida a la perdida de agua.

Los materiales que contengan sulfato de calcio pueden presentar problemas, ya que

este material se deshidrata lentamente a la temperatura estndar de 110 C. En el caso de

que exista materia orgnica y para evitar la descomposicin, la temperatura de secado

deber ser de 60C.

Se deben tomar previsiones en el caso de que el material contenga slidos solubles o

que contengas ciertas sustancias qumicas que puedan reaccionar ante altas temperaturas.

1.2 TERMINOLOGA

Contenido de humedad: Relacin entre la masa de agua en los poros Mw y la masa de los

slidos Ms.

Masa de agua en los poros Mw: La masa de agua en los poros se define como la masa

resultante de la resta de la masa de la muestra hmeda y la masa de los slidos.

Masa de slidos Ms: La masa de slidos de un espcimen se define como la masa de

equilibrio despus de haber sido secado al horno a una temperatura de 110 C. El

espcimen se considera seco cuando la determinacin sucesiva de su masa, a intervalos de

4 horas, arroje valores que no difieran en ms del 0.1% de la masa.


116

1.3 RESUMEN

El contenido de humedad gravimtrico se determina mediante la medicin de la masa

hmeda (contenido natural de agua) y la masa de la muestra seca en horno (masa de

slidos) a una temperatura de 110 C.


- Un horno capaz de mantener una temperatura constante de 110 C con una precisin

de 5 C por 16 horas.

- Un recipiente de material no corrosivo.

- Un desecador.

- Una balanza de precisin (0.01g).

1.5 MUESTRAS


caractersticas similares cada uno de un orden de magnitud ms grande que el mayor de los

granos o que el tamao de los poros. Los especimenes de roca pueden ser de geometra

regular o irregular. Las microfisuras de un tamao similar al de un espcimen causarn

resultados errticos, por lo que su presencia debe ser registrada.

Las muestras de roca deben tener una masa mnima de 500 g para ser

representativas. Se obtendrn entre 3 y 10 fragmentos con una masa mnima de 50 g.

Los datos necesarios que se deben conocer de una muestra son: la ubicacin y

posicin del banco de extraccin (referenciarlas geogrficamente mediante GPS), la

profundidad de extraccin, el mtodo de extraccin, la forma como fue almacenada, la fecha

de extraccin.

Como datos descriptivos visuales de la roca se debe describir: el color en estado seco

y hmedo con su cdigo Munsell, la textura y el grado de intemperismo segn categoras (IA,


117

IB, II, III, IV, V, VI).

1.6 PROCEDIMIENTO


- Limpiar y secar el recipiente. Registrar la masa del recipiente (A).

- Colocar la muestra en el recipiente. Registrar la masa de la muestra + recipiente (B).

- Secar la muestra en el horno.

- Sacar la muestra del horno y colocarla en el desecador por un periodo de 30 minutos.

- Registrar la masa seca ms la masa del recipiente (C).

1.7 CLCULOS

El contenido de humedad est dado por:

w

s

B CM

M C A

Donde:

Mw :Masa de agua en los poros Ms : Masa de slidos


118

2 DETERMINACIN DE LAS PROPIEDADES FSICAS

2.1 ALCANCE

Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar la

porosidad, densidad y peso especfico de muestras de roca en las cuales la perdida de masa

por secado al horno es debida a la perdida de agua.

Los materiales que contengan sulfato de calcio pueden presentar problemas, ya que

este material se deshidrata lentamente a la temperatura estndar de 110 C. En el caso de

que exista materia orgnica y para evitar la descomposicin, la temperatura de secado

deber ser de 60C.

Se deben tomar previsiones en el caso de que el material contenga slidos solubles o

que contengas ciertas sustancias qumicas que puedan reaccionar ante altas temperaturas.

Este ensayo proporciona las bases para la caracterizacin de la roca y una estimacin

de la resistencia a compresin uniaxial en combinacin con otras caractersticas.

2.2 TERMINOLOGA

Masa de slidos Ms: La masa de slidos de un espcimen se define como la masa de

equilibrio despus de haber sido secado al horno a una temperatura de 110 C. El

espcimen se considera seco cuando la determinacin sucesiva de su masa, a intervalos de

4 horas, arroje valores que no difieran en ms del 0.1% de la masa.

Masa saturada del espcimen Msat: La masa saturada del espcimen se define como la suma

de la masa de los slidos y la masa de agua en los poros en estado saturado.

Masa saturada sumergida del espcimen Msum: la masa saturada sumergida del espcimen

se define como la suma de la masa de slidos y la masa de agua en los poros en estado

saturado y sumergida en agua.


119

2.3 RESUMEN

La porosidad, densidad y peso especfico de las rocas se determinan mediante la obtencin

de caractersticas fsicas tales como la masa saturada Ms, la masa saturada sumergida Msum,

masa de slidos, Ms y el volumen total del espcimen V. El volumen total del espcimen

puede ser determinado tanto por el mtodo del calibrador, si se trata de especmenes de

geometra regular, o por el mtodo de flotacin en el caso de tener especmenes de forma

irregular.


El equipo usado para el ensayo por el mtodo de saturacin y calibrador es el siguiente:



- Equipo de saturacin al vaco capaz de mantener una presin de 800 Pa (6 tor) por

una hora.


- Un desecador.


- Un instrumento de medicin (Vernier, Calibrador)

El equipo usado para el ensayo por el mtodo de saturacin y flotacin es el siguiente:



- Equipo de saturacin al vaco capaz de mantener una presin de 800 Pa (6 tor) por

una hora.


120

- Una canastilla de acero.


- Un desecador.


2.5 MUESTRAS



granos o que el tamao de los poros.

Las muestras de roca deben tener una masa mnima de 500 g para ser

representativas. Se obtendrn entre 3 y 10 fragmentos con una masa mnima de 50 g.

Los especmenes para ensayos por el mtodo de saturacin y calibrador deben ser de

geometra regular. Para ambos ensayos los especmenes no deben presentar expansin o

desintegracin apreciable.




de extraccin.




2.6 PROCEDIMIENTO

El procedimiento para el ensayo por el mtodo de saturacin y calibrador es el siguiente:



121

- Lavar con agua a fin de remover el polvillo.

- Calcular el volumen del espcimen V a partir del promedio de varias medidas con una

precisin de 0.01 mm.

- Saturar el espcimen con el equipo de saturacin al vaco a una presin igual a 800 Pa

(6Tor) por una hora o hasta que las burbujas de aire no estn presentes en el

espcimen. El agua utilizada debe ser desaireada y destilada.

- Registrar la masa del recipiente (A) con una precisin de 0.1 g

- Secar el espcimen superficialmente y obtener la masa saturada y seca

superficialmente + masa del recipiente (B).

- Colocar el espcimen en el recipiente de material no corrosivo teniendo cuidado e no

perder fragmentos. Secar la muestra en el horno.


- Registrar la masa del espcimen seco + la masa del recipiente (C) con una precisin

de 0.1 g.

- La masa saturada del espcimen esta dada por: Msat=B-A

- La masa seca de los slidos est dada por: Ms=C-A

El procedimiento para el ensayo por el mtodo de saturacin y flotacin es el siguiente:


- Lavar con agua a fin de remover el polvillo.

- Registrar la masa de la canastilla sumergida (A) con una precisin de 0.1g.


122

- Saturar el espcimen con el equipo de saturacin al vaco a una presin igual a 800 Pa

(6Tor) por una hora o hasta que las burbujas de aire no estn presentes en el

espcimen. El agua utilizada debe ser desaireada y destilada.

- Colocar la muestra saturada en la canastilla y sumergirla en agua. Registrar la masa

saturada sumergida del espcimen + la canastilla (B) con una precisin de 0.1g.

- Registrar la masa del recipiente (C) con una precisin de 0.1 g

- Secar el espcimen superficialmente y obtener la masa saturada seca superficialmente

+ masa del recipiente (D) con una precisin de 0.1g.

- Colocar el espcimen en el recipiente de material no corrosivo teniendo cuidado e no

perder fragmentos. Secar la muestra en el horno.


- Registrar la masa del espcimen seco + la masa del recipiente (E) con una precisin

de 0.1 g.

- La masa del espcimen sumergido esta dado por: Msum=B-A

- La masa saturada del espcimen esta dada por: Msat=D-C

- La masa seca de los slidos est dada por: Ms=E-C

2.7 CLCULOS

El volumen total del espcimen esta dado por la expresin:

sat sumT

w

M MV

El volumen de poros dado por:


123

sat sv

w

M MV

La porosidad se obtiene mediante la expresin:

vT

T

VV 100

V

La densidad seca de la roca esta dada por:

sd

M

V

La gravedad especfica de los slidos esta dada por:

dsw

G e 1


124

Permeabilidad

Permeabilidad

La permeabilidad es la capacidad de

transmitir agua en una roca.


127

1 DETERMINACIN DEL GRADO DE INTEMPERISMO

1.1 ALCANCE

Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el grado

de intemperismo de las rocas y de esta forma obtener un indicador de la calidad de la

muestra a ser analizada.

1.2 TERMINOLOGA

Intemperismo: Intemperismo o meteorizacin es la accin combinada de procesos mediante

los cuales la roca es descompuesta y desintegrada por la exposicin continua a los agentes

atmosfricos.

Desintegracin granular: Tipo de rotura por el cual las rocas compuestas de minerales de

grano grueso se desintegran generalmente grano a grano.

Descamacin: Formacin de escamas u hojas curvadas en la roca que se separan

sucesivamente de la masa rocosa original.

Fragmentacin en bloques: Tipo de rotura por el cual los bloques grandes de roca se

separan de la roca subyacente.

Fragmentacin irregular: desintegracin de la roca en nuevas superficies de rotura masivas y

duras

1.3 RESUMEN

El grado de intemperismo de las rocas se determina mediante inspeccin del lugar de

procedencia de la muestra y posterior comparacin con los grados de intemperismo

establecidos por el grupo de trabajo de ingenieros de la sociedad geolgica.


128


Las posibles causas o procesos de intemperismo as como el tipo de rotura o fragmentacin

debern ser registrados como un dato til para la caracterizacin de la muestra.

Los grados de intemperismo propuestos por el grupo de trabajo de ingenieros de la

sociedad geolgica se presentan en la tabla 3.1

Nombre Descripcin

IA Fresca Sin signos visibles de material intemperizado

IB Dbilmente intemperizado Decoloracin en las discontinuidades principales

II Ligeramente intemperizado Decoloracin en las discontinuidades principales y el material rocoso

III Moderadamente intemperizado Menos de la mitad del material rocoso esta descompuesto o desintegrado.

Roca fresca o decolorada puede estar presente.

IV Altamente intemperizado Mas de la mitad del material rocoso esta descompuesto o desintegrado.

Roca fresca o decolorada puede estar presente.

V Completamente intemperizado Todo el material rocoso esta descompuesto o desintegrado.

La estructura original de la masa esta intacta.

VI Suelo residual Todo el material rocoso esta descompuesto o desintegrado.

La estructura de la masa esta destruida. Hay un gran cambio en volumen

pero el suelo no ha sido transportado en gran cantidad

Tabla 3.1 Clasificacin del grado de intemperismo (Grupo de trabajo de la sociedad geolgica)

El material ms intemperizado de la muestra se disgregar en el proceso de extraccin y

transporte, por lo tanto, los ensayos se realizan en piezas de roca menos intemperizadas

que el promedio del grado de intemperizacin lo que producir valores ms altos de

resistencia.

Por lo mencionado en el prrafo anterior se hace necesario tomar en cuenta el grado

de intemperizacin para el anlisis de los resultados de los diferentes ensayos,

especialmente en los ensayos in situ que se realizaran mayormente sobre muestras

superficiales.


129

2 DETERMINACIN DEL NDICE DE DESLEIMIENTO

Mtodo basado en el procedimiento ASTM D 4644

2.1 ALCANCE

Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el ndice

de desleimiento de las rocas.

2.2 TERMINOLOGA

ndice de desleimiento (1er ciclo) Id(1c): El porcentaje por masa seca retenido de una muestra

de roca en un tamiz de 2.00 mm (N 10) despus de un ciclo de secado al horno y 10

minutos de inmersin en agua, sometida a rotacin estndar y accin abrasiva.

ndice de desleimiento (2do ciclo) Id(2c): El porcentaje por masa seca retenido de una muestra

de roca en un tamiz de 2.00 mm (N 10) despus de dos ciclos de secado al horno y 10

minutos de inmersin en agua, sometida a rotacin estndar y accin abrasiva.


- Un tambor de ensayo de longitud no obstruida de 100 mm y un dimetro de 140 mm,

con una base fija slida fabricado con una malla patrn de 2 mm. El tambor, provisto

de una tapa slida removible, debe soportar una temperatura de 105 C y debe ser lo

suficientemente fuerte para mantener su forma durante su uso.

- Una artesa para contener el tambor de ensayo soportado en su eje horizontal de tal

manera que permita libre rotacin y tenga capacidad para ser llenado con el fluido a un

nivel de 20 mm por debajo de su eje. Se monta el tambor de tal manera que quede

espacio libre de 40 mm entre la artesa y la base de la malla.

- Un motor de impulso capaz de hacer rotar el tambor a una velocidad constante de 2

rpm con una precisin del 5%.


130

- Una balanza de precisin (0.01 g)

2.4 MUESTRAS



granos o que el tamao de los poros.




de extraccin.




La muestra consiste en 10 fragmentos representativos de roca intacta cuya masa debe

estar entre 40 g y 60 g cada una. Estos fragmentos pueden ser obtenidos naturalmente o

pueden ser producidos mediante machacado.

Los especmenes no deben contener bordes angulosos, el polvillo debe ser removido

mediante un cepillo antes de ser ensayados y pesados. La muestra total debe tener una

masa entre 450 g y 550 g.

Transportar y guardar la muestra de manera que no pierda su contenido natural de

agua.

2.5 PROCEDIMIENTO


- Obtener la masa del tambor seco (T).


131

- Colocar los fragmentos de roca en el tambor. Pesar el tambor + muestra con su

contenido natural de agua (A).

- Secar la muestra en horno a una temperatura de 120 C por un periodo de 16 horas.

Dejar enfriar por un periodo de 20 minutos y pesar el conjunto tambor + muestra seca

nuevamente (B).

- Calcular el contenido natural de agua con la siguiente expresin.

A B100

B T

- Montar el tambor en la artesa con agua destilada hasta un nivel de 20 mm por debajo

del eje del tambor.

- Dar inicio al primer ciclo de rotacin a una velocidad constante de 20 rpm por un

periodo de 10 min. Remover el tambor inmediatamente despus del primer ciclo.

- Secar el tambor y la muestra en horno a una temperatura de 120C por 16 horas.

- Registrar la masa del conjunto tambor + muestra seca despus del primer ciclo (C).

- Dar inicio al segundo ciclo de rotacin a una velocidad constante de 20 rpm por un

periodo de 10 min. Remover el tambor inmediatamente despus del segundo ciclo.

- Secar el tambor y la muestra en horno a una temperatura de 120C por 16 horas.

- Registrar la masa del conjunto tambor + muestra seca despus del segundo ciclo (D).

- Tomar fotografas del material retenido en el tambor.

2.6 CLCULOS

Calcular el ndice de desleimiento mediante las siguientes ecuaciones:

d(1c)C T

I 100B T

d(2c)D T

I 100C T


132

Donde:

Id(1c): ndice de desleimiento primer ciclo Id(2c): ndice de desleimiento segundo ciclo


La clasificacin segn el ndice de desleimiento (Gumble 1971) se presenta en la tabla 5.1

Grupo % retenido Primer ciclo % retenido Segundo ciclo

Durabilidad muy alta >99 >98

Durabilidad alta 98-99 95-98

Durabilidad alta a media 95-98 85-95

Durabilidad media 85-95 60-85

Durabilidad baja 60-85 30-60

Durabilidad muy baja 30

Tabla 5.1 Clasificacin segn el ndice de desleimiento (Gumble 1971)

Co

mecánica de rocas

Documents