INTRODUCCION LAS ROCAS. ROCAS. En geología se le denomina roca a la asociación de uno o varios minerales, natural, inorgánica, heterogénea, de composición química variable, sin forma geométrica determinada, como resultado de un proceso geológico definido. Las rocas están sometidas a continuos cambios por las acciones de los agentes geológicos, geológicos, según un ciclo cerrado (el ciclo de las rocas, llamado ciclo litológico, litológico, en el cual intervienen incluso los seres vivos. Las rocas rocas están están consti constitui tuidas das en general general como me!clas heterogéneas de diversos materi materiales ales homogé homogéneos neos " crista cristalin linos, os, es decir, minerales. Las rocas poliminerálicas están formadas por granos o cristales de varias especies mineralógicas " las rocas monomi monominer neráli álicas cas están están constit constituid uidos os por granos o cristales de un mismo mineral. Las Las rocas rocas suele suelen n ser mate materi rial ales es duro duros, s, pero también pueden ser blandas, como ocurre en el caso de las rocas arcillosas o arenosas. En la composición de una roca pueden diferenciarse dos categorías de minerales#
Minerales esenciales o Minerales formadores de roca . $ %on los minerales que caracteri!an la composición de una determinada roca, los más abundantes en ella. &or e'emplo, el granito siempre contiene cuar!o, feldespato " mica. Minerales accesorios. $ %on minerales que aparecen en pequea proporción (menos del )* del volumen total de la roca " que en algunos casos pueden estar ausentes sin que cambien las características de la roca de la que forman parte. &or e'emplo, el granito puede contener !ircón " apatito. Las rocas, " otros materiales pétreos artificiales utili!ados en la construcción, son susta sustanc ncias ias hete heterog rogéne éneas as carac caracte teri ri!a !adas das por por ampl amplio ioss rango rangoss de vari variaci ación ón composicional, te+tural " estructural. Esta variabilidad hace que las propiedades de los materiales, que son las que dictan sus campos de aplicación, sean también variables. sí, la adecuación de un material para un propósito concreto, tanto desde el punto de vista constructivo$orn constructivo$ornamenta amentall como restaurador, restaurador, debe basarse en determinadas determinadas propiedades propiedades que deben, a su ve!, ser fácilmente fácilmente medibles en el laboratorio. Las propied propiedade adess de los materiale materialess se clasif clasifica ican n general generalmen mente te como físicas, físicas, construcción- ornamentaciónornamentaciónquímicas y mecnicas, aunque en el campo de la construcción-
restaur restauraci ación ón tambié también n pueden pueden inclui incluirse rse las propied propiedade adess relacio relacionad nadas as con su !ra"a#a"ilidad. Es evidente que la lista de propiedades que pueden medirse en un material material es mu" e+tensa. &or ello en este tema se presentan presentan aquellas que tienen tienen más relevancia desde el punto de vista que nos atae. entro de las propiedades físicas se inclu"en densidad, porosidad, permeabilidad a líquidos líquidos " gases, capacidad capacidad calorífica, calorífica, conductividad conductividad " e+pansión e+pansión térmicas, térmicas, etc. Entre Entre las las propi propieda edade dess químicas pueden pueden inclui incluirse rse la resiste resistenci ncia a a soluci solucione oness ácidas " alcalinas, " a las reacciones inducidas por la presencia de sales. Las propiedades mecnicas inclu"en la resistencia a la compresión, tensión, fle+ión e impacto " penetración por otro cuerpo " por otras acciones que involucran la generación de fuer!as, como la cristali!ación de hielo " sales en el interior del sistema poroso de los materiales " los cambios volumétricos de los mismos debidos a cambios de temperatura. Estas propiedades, propiedades, que en última instancia resultan de la composición composición química química " mine minera raló lógi gica ca de los los mate materi rial ales es,, de su te+t te+tura ura " de su estr estruc uctu tura, ra, perm permititen en caracteri!ar la resistencia de los materiales a los agentes de deterioro. Esto última gobierna gobierna la vida útil del material, que a fin de cuentas es equivalente a la vida útil de las partes del edificio construidas con el mismo m ismo ", para determinados elementos constructivos, del edificio mismo. /na misma propiedad de un material puede medirse en distintos aparatos, ba'o distintas condiciones e+perimentales " utili!ando probetas de muestra de distintas dimensiones " formas. Esto supone generalmente obtener resultados distintos para una misma propiedad, por lo que éstas deben medirse siguiendo normativas que aseguren que los datos obtenidos son comparables con los obtenidos en otros laboratorios. laboratorios. Entre estas normas cabe mencionar mencionar las de la %ociedad %ociedad mericana mericana para el Ensa"o de 0ateriales (merican %ociet" for 1esting 0aterials, o %10, las de grupo italiano para la 2ormativa de &roductos &étreos (2ormativa 0anuffati Lapidei, o 2340L del 5onsiglio 2a!ionale delle 4icerche$6stituto 5entrale per il 4estauro (524$654 " las de la 4eunión 6nternacional de Laboratorios de Ensa"os de 0ateriales (46LE0, inclu"endo las de la 5omisión 7) para la &rotección " Erosión de los 0onumentos (7) &rotection and Erosion des 0onuments, o &E0 de la 46LE0.
$RO$I%DAD%S IN&%NI%RIL%S D% LAS ROCAS R%SIST%NCIA La resistencia mecánica de una roca es la propiedad de oponerse a su destrucción frente a una carga e+terior, estática o dinámica. Las rocas oponen una resistencia má+ima a la compresión, " comúnmente la resistencia a la tracción no pasa del 89* al 8)* de la resistencia a la compresión. La resistencia de las rocas depende fundamentalmente de su composición mineralógica. Entre los minerales integrantes se destaca la presencia del cuar!o, que es el más sólido de los minerales. Las rocas con presencia de cuar!o presentan una resistencia a la compresión que supera los )99 0&a, mientras que la calcita tiene una resistencia a la compresión de 89 a 79 0&a. En general, " por este motivo, cuando e+iste una ma"or presencia de cuar!o en una roca la resistencia a la compresión " tracción aumenta.
%LASTICIDAD La ma"oría de los minerales constitu"entes de las rocas tienen un comportamiento elástico$ frágil. Esta característica pasa por diferentes estados, hasta llegar a la destrucción cuando se supera el límite de resistencia, llamado límite de elasticidad. CO%'ICI%NT% D% $OISSON El coeficiente de &oisson (denotado mediante la letra griega es una constante elástica que proporciona una medida del estrechamiento de sección de un prisma de material elástico lineal e isótropo cuando se estira longitudinalmente " se adelga!a en las direcciones perpendiculares a la de estiramiento. El nombre de dicho coeficiente se le dio en honor al físico francés %imeon &oisson. T%(TURA 0odo de construcción de la roca, describe las relaciones entre los componentes, que constru"en la roca. %ignifica el modo de construcción de la roca " describe las relaciones entre las componentes constitu"endo la roca. :1e+tura: es determinada por la forma de los componentes minerales " por las relaciones geométricas de ellos. Los parámetros principales de :te+tura: son# 8. la forma del grano 7. la granulidad ;. la cristalinidad.
D%NSIDAD La densidad de un mineral es su masa por unidad de volumen " es necesario especificar las unidades usadas, por e'emplo,
DUR%)A La resistencia ofrecida por un mineral a la abrasión, o al raspado. Es de gran importancia en el reconocimiento rápido de los minerales, pues una dure!a apro+imada de una muestra se puede determinar fácilmente. La dure!a de un mineral depende de su composición química " también de la disposición estructural de sus átomos. 5uanto más grandes son las fuer!as de enlace, ma"or será la dure!a del mineral. La dure!a se mide por la resistencia que ofrece una superficie a la abrasión. La dure!a de un mineral se determina por su situación apro+imada en la escala de 0ohs. El mineral de ma"or dure!a ra"ará al más blando. os minerales con la misma dure!a no se ra"arán entre sí, si lo hacen, será de una forma mu" ligera. %i el cuar!o ra"a un mineral " la mineral ra"a al feldespato se dice que ese mineral tiene una dure!a de >.).
TI$OS D% ROCAS Las rocas se pueden clasificar atendiendo a sus propiedades, como la composición química, la te+tura, la permeabilidad, entre otras. En cualquier caso, el criterio más usado es el origen, es decir, el mecanismo de su formación. e acuerdo con este criterio se clasifican en ígneas o magmáticas, sedimentarias " metamórficas, aunque puede considerarse aparte una clase de rocas de alteración, que se estudian a veces entre las sedimentarias.
A* S%&+N SU ORI&%N O &N%SIS %e clasifican en 0agmáticas o ?gneas, 0etamórficas, " %edimentarias en función de su proceso de génesis, " cada clase posee la siguiente clasificación#
CLASI'ICACION
CLASI'ICACION
ROCAS -&N%AS. %e forman por la solidificación del magma, una masa mineral fundida que inclu"e volátiles, gases disueltos. El proceso es lento, cuando ocurre en las profundidades de la corte!a, o más rápido, si acaece en la superficie. El resultado en el primer caso son rocas plutónicas o intrusivas, formadas por cristales gruesos " reconocibles, o rocas volcánicas o e+trusivas, cuando el magma llega a la superficie, convertido en lava por desgasificación. Las estructuras originales de las rocas ígneas son los plutones, formas masivas originadas a gran profundidad, los diques, constituidos en el subsuelo como rellenos de grietas, " coladas volcánicas, mantos de lava enfriada en la superficie. %i el enfriamiento es rápido los cristales apenas se ven. 5lásicamente las rocas magmáticas se clasifican en tres grupos# •
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$lu!nicas. $ %e originan a grandes profundidades. %e caracteri!an por presentar cristales visibles a simple vista. /n e'emplo es el granito " la sienita /olcnicas. $ @ormadas en la superficie de la corte!a. %e caracteri!an por presentar cristales mu" pequeos apenas apreciables. /n e'emplo sería el basalto. 'ilonianas. $ %on rocas que se forman a poca profundidad. %e caracteri!an por presentar cristales grandes. /n e'emplo serían las pegmatitas.
a. Rocas 0lu!nicas, in!rusi1as o a"isales2 %on aquellas que se han consolidado a partir de soluciones de roca fundida llamado magma en el interior de la corte!a terrestre sin comunicación con el e+terior que han penetrado en otras rocas. El tamao de estas intrusiones varía desde pequeas masas, hasta masas de cientos de millas de e+tensión. &ueden penetrar en rocas sedimentarias, metamórficas o en otras rocas ígneas. 1ienen los granos gruesos, están formados de cuar!o, feldespato " mica, se utili!an como fuentes de apo"o de grandes estructuras, " sirven como material de préstamo. b. Rocas efusi1as, e3!rusi1as, 1olcnicas2 %on aquellas que han sido llevadas a la superficie de la tierra por la fuer!a volcánica, su granulometría es fina. 2inguna de las rocas volcánicas se usa mucho para fines de construcción. La diabasa se ha utili!ado ocasionalmente para monumentos o pavimentación. 1iene bastante resistencia " se pulimenta mu" bien. 2o obstante, es difícil e+traerla en bloques grandes " no es fácil de traba'ar, por
lo que se usa mu" poco. Las diabasas " basaltos, cuando no son vesiculares o escoriformes constitu"en un e+celente material para balasto (casca'o en los ferrocarriles " se usan mucho en el campo de la construcción como piedra machacada o triturada.
45asal!o. $ de color oscuro, pesado, completo " resistente, de grano fino generalmente. %u composición mineralógica parecida al gabro. 4Roli!a. $ de color mu" oscuro, formado por cuar!o, feldespato, ortosa, piro+enoA de te+tura porfírica. c. Rocas 'ilonianas2 %on aquellas que se forman en las grietas u orificios de salidas. %u granulometría es intermedia. %on también llamadas hipabisales, en la imagen podemos visuali!ar el pórfido.
ROCAS S%DIM%NTARIAS Los procesos geológicos que operan en la superficie terrestre originan cambios en el relieve topográfico que son imperceptibles cuando se estudian a escala humana, pero que alcan!an magnitudes considerables cuando se consideran períodos de decenas de miles o millones de aos. sí, por e'emplo, el relieve de una montaa desaparecerá inevitablemente como consecuencia de la
meteori!ación " la erosión de las rocas que afloran en superficie. En realidad, la historia de una roca sedimentaria comien!a con la alteración " la destrucción de rocas pree+istentes, dando lugar a los productos de la meteori!ación, que pueden depositarse en el mismo lugar donde se originan, formando los depósitos residuales, aunque el caso más frecuente es que estos materiales sean transportados por el agua de los ríos, el hielo, el viento o en corrientes oceánicas hacia !onas más o menos ale'adas del área de origen. Estos materiales, finalmente, se acumulan en las cuencas sedimentarias formando los sedimentos que, una ve! consolidados, originan las rocas sedimentarias. %e constitu"en por diagénesis (compactación " cementación de los sedimentos, materiales procedentes de la alteración en superficie de otras rocas, que posteriormente son transportados " depositados por el agua, el hielo " el viento, con a"uda de la gravedad o por precipitación desde disoluciones.
CMNTACIÓN: COMPACTACIÓN: Algunos minerales precipitanProceso ! por el cual el agua que rellenan los "uecos# $ormando se encuentra entre las partículas así una pasta que une los sólidas sale de los poros debido $ragmentos. al peso de los sedimentos.
Las rocas sedimentarias se forman en las cuencas de sedimentación, las concavidades del terreno a donde los materiales arrastrados por la erosión son conducidos con a"uda de la gravedad. Las estructuras originales de las rocas sedimentarias se llaman estratos, capas formadas por depósito, que constitu"en formaciones a veces de gran espesor. %egún el tipo de sedimentos que las originan se pueden diferenciar dos grandes grupos#
435% E14?165%. @ormadas por la acumulación de sedimentos de distintos tamaos " formas, procedentes de la erosión " la meteori!ación de las rocas de la superficie terrestre. 435% 23 E14?165%. @ormadas por la acumulación " transformación de restos de seres vivos " por la precipitación de sustancias disueltas en agua.
ROCAS M%TAM6R'ICAS En sentido estricto es metamórfica cualquier roca que se ha producido por la evolución de otra anterior al quedar está sometida a un ambiente energéticamente mu" distinto de su formación, mucho más caliente o más frío, o a una presión mu" diferente.
5uando esto ocurre la roca tiende a evolucionar hasta alcan!ar características que la hagan estable ba'o esas nuevas condiciones. Lo más común es el metamorfismo progresivo, el que se da cuando la roca es sometida a calor o presión ma"ores, aunque sin llegar a fundirse (porque entonces entramos en el terreno del magmatismoA pero también e+iste un concepto de metamorfismo regresivo, cuando una roca evolucionada a gran profundidad ba'o condiciones de elevada temperatura " presión pasa a encontrarse en la superficie, o cerca de ella, donde es inestable " evoluciona a poco que algún factor desencadene el proceso. Las rocas metamórficas abundan en !onas profundas de la corte!a, por encima del !ócalo magmático. 1ienden a distribuirse clasificadas en !onas, distintas por el grado de metamorfismo alcan!ado, según la influencia del factor implicado. &or e'emplo, cuando la causa es el calor liberado por una bolsa de magma, las rocas forman una aureola con !onas concéntricas alrededor del &lutón magmático. 0uchas rocas metamórficas muestran los efectos de presiones dirigidas, que hacen evolucionar los minerales a otros laminares, " toman un aspecto laminar. E'emplos de rocas metamórficas, son las pi!arras, los mármoles o las cuarcitas. El metamorfismo depende de la !ona en que se produce, e+isten tres tipos# B B B
Me!amorfismo De Con!ac!o2 %e produce por el contacto con una masa ígnea. Me!amorfismo Re7ional2 %e produce por las grandes presiones dirigidas de las placas tectónicas. Me!amorfismo Dinmico2 %e produce por el rápido despla!amiento en las fallas que actúa rompiendo " triturando las rocas.
$RO$I%DAD%S '-SICAS /na variedad de otras propiedades pueden ser útiles en la identificación de los minerales. 6nclu"endo el sabor, olor, el sentir (tocar " la reacción con ácidos. Los minerales que son solubles en agua pueden tener un sabor perceptible. El sabor que se percibe si algunos de los minerales se disuelven en la saliva " activa los receptores del gusto en la lengua. 0inerales comunes de los que se percibe un sabor inclu"en halita (2a5l, que es salado, " silvita (C5l, que también es sal, pero es un poco más amarga que la halita. 0uestras de minerales habitualmente mane'ados en un laboratorio de estudiante pueden adquirir un sabor salado (de la sal en el sudor de las manos. 6ncluso a temperatura ambiente, la vibración térmica puede provocar elementos o moléculas para romper con la superficie de minerales débilmente en condiciones de servidumbre " ser transportado por el aire a los sensores de olor en la nari!. La ma"oría de los minerales en condiciones de servidumbre iónicos, covalentes, metálicos " de la vinculación que tienen es demasiado fuerte para permitir que el olor sea perceptible. Los minerales que se calientan " tienen un enlace Dan der aals pueden tener un olor. /n e'emplo común es el grupo de los minerales de arcilla, muchos de los cuales tienen un enlace de van der aals. La arcilla se percibe que tiene un olor a tierra. %ienten inclu"e una serie de percepciones, la ma"oría de las cuales implican diversas propiedades de tamao de grano " te+tura de la superficie, " por lo tanto sólo están vagamente relacionados con la estructura de cristal " - o composición de una propiedad de sentir que se asocia con el enlace Dan der aals.
1. Permeabilidad 2. Peso específco 3. Porosidad 4. Absorción
$%RM%A5IDAD. Es la medida de la facilidad con que los fluidos se despla!an a través de una roca. La permeabilidad es una propiedad dinámica para una muestra dada de roca " para un fluido homogéneo, siempre que el fluido no interactúe con la roca misma. &ara que sea permeable, la roca debe poseer poros interconectados o fracturas, por lo tanto, ha" una relación de tipo general entre la porosidad " la permeabilidad. /na ma"or permeabilidad generalmente corresponde con una ma"or porosidad, aunque esto no siempre constitu"e una regla absoluta. Las lutitas " algunas arenas tienen una alta porosidad, pero los granos son tan pequeos que los conductos aprovechables para el movimiento del fluido son mu" restringidos " tortuosos. &or tal motivo, la permeabilidad puede ser mu" ba'a en tales casos. 3tras formaciones con litologías tales como cali!as, pueden estar compuestas de roca dura ininterrumpida por fisuras mu" pequeas o por fracturas de gran e+tensión. La porosidad de estas formaciones puede ser ba'a, pero la permeabilidad de una fractura puede ser mu" grande. En consecuencia, las cali!as fracturadas presentan una porosidad ba'a con'untamente con una permeabilidad e+tremadamente alta. El volumen total del espacio poroso interconectado se llama Fporosidad efectivaG. En las rocas clásticas, ésta generalmente, es igual a la porosidad total o absoluta. Los poros de una roca no estuvieran interconectados, no e+istiría permeabilidad alguna. 42H3 E &E40EI6L6 8 9 : md : md 9 8 9 :; md
CLASI'ICACI6N 0u" ba'a Ia'a
:; md 9 8 9 <; md <; md 9 8 9 =<; md 8 > =<;md
0oderada Iuena 0u" buena
Tenemos !res !i0os de 0ermea"ilidad2 $ermea"ilidad a"solu!a. 4 Este valor de permeabilidad es arro'ado cuando un fluido homogéneo satura una muestra 899*. %in embargo, en ocasiones este valor puede verse afectado al momento de reali!ar los cálculos en el laboratorio. %obre todo, al momento de escoger el fluido que se utili!a (aire o agua. En el caso del agua, si ésta es lo suficientemente dulce, podría reaccionar con arcillas que estén presentes en la roca " reducir el valor de la permeabilidad. %i el gas (aire utili!ado se encuentra a una ba'a presión, el cálculo reali!ado en el laboratorio sería notablemente ma"or. $ermea"ilidad efec!i1a. 4 %e da cuando una muestra de roca está saturada por dos o más fases. En este caso, cada fase o fluido tendrá anales de flu'o " la roca presentará una permeabilidad efectiva hacia ese fluido. $ermea"ilidad rela!i1a. 4 l obtener los valores de permeabilidad efectiva a cada fluido, éstas siempre serán menores al valor de permeabilidad absoluta. la relación entre permeabilidad efectiva de un fluido " la permeabilidad absoluta de la roca es llamada permeabilidad relativa.
$%SO %S$%C-'ICO. %e le llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia " su volumen. %u
TIPO DE ROCA Grava Arena Arcilla Arenisca poco cementada Caliza Roca Piroclástica cementada Basalto
poco
Riolita
TIPOS DE VACÍO
PERMEABILIDAD
poros
elevada
poros poros poros y fisuras poros, fisuras y cavernas poros
elevada muy baja generalmente elevada variable, generalmente elevada variable, generalmente elevada variable
poros, fisuras y cavernas poros y fisuras
Granito no alterado Gneis
fisuras fisuras
variable, generalmente baja muy baja muy baja
e+presión de cálculo es# γ
P V
=
=
mg ρ g V =
ónde# γ# &eso específico &eso de la sustancia D# Dolumen de la sustancia J# ensidad de la sustancia m# 0asa de la sustancia g# La aceleración de la gravedad En los minerales es función de la estructura cristalina " la composición del mineral, así como de la temperatura " presión, "a que los cambios de estos factores provocan contracciones (descenso de 1 "-o aumentos de & o e+pansiones (aumento de 1 "-o descenso de & de las estructuras. Los cambios de estructura afectan a estas magnitudesA así, por e'emplo, la calcita presenta un peso específico de 7.K7 " el aragonito 7.M, " el cuar!o$a 7.>) " el cuar!o$b 7.M9.
La composición también afecta en el caso de los minerales solución sólidaA así, por e'emplo, el peso específico del olivino aumenta a medida que los átomos de @e (más pesados sustitu"en a los de 0g (más ligeros.
El peso específico o peso específico verdadero de una sustancia es la ra!ón entre la masa de una unidad de volumen de la sustancia " la masa de la misma unidad de volumen de agua destilada. &ara los sólidos, el volumen considerado es el de la parte impermeable. El peso específico global se define de manera similar, aunque considera el volumen total del cuerpo, inclu"endo los poros. 5uadro con los pesos específicos de algunas rocas# ROCAS Arenisca Arenisca Porosa
Peso específico N/m3 2!! 2"!!
Basalto o #eláfiro $!!! Caliza Compacta 2%!! Caliza Porosa 2"!! &iabasa &iorita
2%!! $!!!
&olomita 2'!! Gneis $!!!
Grabo $!!! Granito 2%!! #ármol 2%!! Pizarra 2%!! P(rfido 2%!! )ienita 2%!! *ravertino 2"!!
$OROSIDAD. &ropiedad de los organismos " los cuerpos sólidos de tener poros. Es el volumen de huecos por unidad de volumen de la formación. Es decir, la fracción del volumen total de una muestra que está ocupada por poros o espacios vacíos. El símbolo de la porosidad es N. /na sustancia densa " uniforme, como lo es un peda!o de vidrio, tiene porosidad cero. &or el contrario, una espon'a tiene una porosidad mu" alta. La porosidad de las formaciones del subsuelo puede variar considerablemente. Los carbonatos densos (cali!as " dolomitas " las evaporitas (sales, anhidritas " "eso, pueden tener porosidades cercanas a cero, para todos los efectos prácticos. &or su parte, las areniscas bien consolidadas pueden tener de 89* a 8)* de porosidad, mientras que las no consolidadas pueden tener un ;9* o más de porosidad. Las lutitas o arcillas pueden tener una porosidad ma"or a M9* llenas de agua, pero estos poros son considerados individualmente, por lo general estos poros son tan pequeos, que la roca es impermeable al flu'o de los fluidos.
Los poros pueden clasificarse en función de su tamao en# 0egaporos#OOOOOOOOOOOO7)>$9.9>7 mm 0acrocapilares#OOOOOOOOO9.9>7$9.9998 mm 0icrocapilares#OOOOOOOOOOOP9.9998 mm
Estos valores inclu"en todos los espacios vacíos de la roca, es decir, la porosidad de poro " la porosidad de fisuraA normalmente la contribución de las fisuras al volumen poroso total es mu" pequea, e+cepto en las rocas de mu" ba'a porosidad. La porosidad depende principalmente de los siguientes factores# $
$ $ $ $ $
$
El empaque geométrico, en condición ideal, el empaque de los granos esféricos que son todos del mismo tamao, dan como resultado las siguientes porosidades má+imas de acuerdo a los distintos empaques geométricos. 5úbico MK*4ómbico ;.)*Qe+agonal 7).*. El escogimiento, el empaque de granos esféricos de diferentes tamaos (mal escogimiento reduce la porosidad. La cementación, la acción de cristali!ación secundaria de cualquier mineral (cuar!o, calcita, dolomita, etc., reduce la porosidad. La angulosidad " grados de redonde! tienen influencia en la porosidad, los granos con ma"or grado de redonde! permiten una ma"or porosidad " viceversa. La granulación (el proceso por el cual los granos de los minerales se rompen por presión de sobrecarga, por lo general, aumenta la porosidad. %in embargo, la superficie e+puesta también se incrementa, lo que conduce a una reducción de la permeabilidad. La solución de minerales a través de aguas circulantes aumenta la porosidad. En los sedimentos clásticos este no tiene mucha importanciaA sin embargo, constitu"e un factor significativo para el desarrollo de la porosidad en las rocas carbonáticas.
A5SORCION. 4etención por una sustancia de las moléculas de otra en estado líquido o gaseoso. Estas propiedades se relacionan con la movilidad de vapor de agua o agua líquida en los materiales, esto es con la permeabilidad del medio a estas sustancias#
$
$
bsorción es la adhesión de moléculas de gases o de moléculas en solución a las superficies de los cuerpos sólidos con los que están en contacto. La higroscopicidad es la propiedad de los materiales de adsorber vapor de agua de la atmósfera. bsorción es la incorporación o asimilación de líquidos en el interior del sistema poroso del material. La succión de agua es la propiedad de los materiales de absorber agua líquida en contacto con los mismos.
La higroscopicidad está controlada por la temperatura " humedad relativa del aire, por los tipos de poros, su número " tamao, " por la naturale!a de la sustancia implicada. ebido a la naturale!a polar del agua, este último control se debe a la e+istencia o no de cargas residuales no compensadas en las superficies de las sustancias. sí, las superficies de algunas sustancias compuestas por átomos con enlaces iónicos atraen al agua (i.e., sustancias hidrófilas mientras que las superficies de otros compuestos por átomos con enlaces covalentes la repelen (i.e., sustancias hidrófobas. Las sustancias hidrófilas tienen a disolverse en agua, mientras que las hidrófobas no, resistiendo la acción de los medios acuosos. igualdad de otros factores, la higroscopicidad de un material depende del área superficial e+puesta, i.e., inclu"endo la de los poros " canales capilares. Los materiales con idéntica porosidad total, pero con poros más finos (capilares son más higroscópicos que los que presentan poros grandes, lo cual es debido a que los primeros presentan ma"or superficie específica. Adsorcin de a7ua 0or 0ar!ículas ?idrfilas
Estructura del agua
mo'ado
secado
mo'ado
Fi g ur a2.Ads or c i ó ndemo l é c ul asag ua( po l ar e s )po rpar t í c ul ashi dr ó fil as( c o nc ar g as e l e c t r o s t át i c asr e s i dual e sens us upe r fic i e )dur ant ec i c l o sdemo j adoys ec ado .
La succión de agua en el interior de los sistemas porosos de los materiales inclu"e también la higroscopicidad. La saturación en agua afecta de forma sustancial a otras propiedades físicas " mecánicas de los materiales, tales como densidad global, conductividad térmica " resistencia mecánica, por lo que su medida es importante.
La técnica es mu" sencilla, " se basa en sumergir una probeta de muestra completamente en agua, a tiempos parciales, " medir el incremento de masa de las probetas en esos tiempos. Las recomendaciones del ocumento 2340L K-R8 indican utili!ar probetas cúbicas de )+)+) cm. Los incrementos de masa permiten calcular la cantidad de agua absorbida#
onde# t (* es el contenido de agua absorbida en el tiempo t (s 0t (
=
W t
⋅
1 0 0
W s
onde# %t es el grado de saturación (* t (* es el porcenta'e de peso de agua en el tiempo t (s " s (* es el porcenta'e en peso de agua ba'o la saturación for!ada.
R%SIST%NCIA D% LAS ROCAS
LA COM$R%SI6N. La resistencia a la compresión es la carga (o peso por unidad de área a la que el material falla (se rompe por fracturación por ci!alla o e+tensional. Esta propiedad es mu" importante en la mecánica de materiales, tanto en situación no confinada como confinada. Es importante indicar que los resultados obtenidos en los e+perimentos de resistencia a la compresión para un mismo material dependen de la forma " tamao de la probeta. sí, los prismas " cilindros largos presentan menores resistencias a la compresión que los cubos con la misma área de sección, " estos a su ve! menor que los prismas " cilindros cortos (con alturas menores que sus lados o radios. 6gualmente, la resistencia a la compresión depende de la tasa de aplicación de la carga, de forma que a ma"ores velocidades de compresión ma"or es el valor de la resistencia. La metodología e+perimental puede seguir la norma %10 ;8MR$R>, según la cual las probetas de muestra serán cilíndricas, con una relación altura-diámetro comprendida entre 7.) " ; (89 cm de altura por M cm de diámetro. eben ensa"arse al menos ) probetas por cada tipo de material, manteniendo la tasa de aplicación de la carga constante (entre 9.) " 8 0&a-s. &or otra parte, ha" que evitar una mala colocación de la probeta en la prensa, para asegurar una distribución homogénea del esfuer!o compresor. El esfuer!o es igual a la fuer!a aplicada por sección o superficie#
ónde# @l# Es la fuer!a aplicada longitudinalmente, e+presada en neSton %# Es la sección de la probeta (m7 " Tl# Es el esfuer!o lineal e+presado en &a (2-m7. ado que la fuer!a es un vector, también lo es el esfuer!o. sí, dado que el signo de la fuer!a se toma negativo por convenio cuando es compresiva, " positivo cuando es tensional, el esfuer!o compresor es negativo " el tensor es positivo. La deformación lineal es igual al cambio de longitud e+perimentado por la longitud original de la probeta#
ónde# l9# (m es la longitud original
l8# (m es la longitud final Ul# (m es el incremento de longitud de la probeta. La resistencia a la compresión de los materiales de construcción es mu" variable, oscilando desde materiales# TIPO
RESISTENCIA -.! /g0cm21 .!2!! /g0cm21 2!!.!! /g0cm21 .!!3"!! /g0cm21 43"!! /g0cm21
muy d+biles d+biles moderadamente resistentes fuertes muy fuertes
Las rocas naturales son relativamente resistentes a la compresión (no tanto a la tensión " fle+ión, aunque las rocas sedimentarias son las más débiles debido sobre todo a su ma"or porosidad " variable grado de cementación, al igual que los hormigones. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LAS ROCAS Granito )ienita Gabro, diabasa Basalto Caliza Arenisca Gneiss Cuarcita #ármol
#pa1 '. $3! 3% "$" 32" $!$ 33! $$% 3" 277 $" 2"% 372 2"% 2!. 2. ' 2"3
/g0cm253!$ 36! $62 36' "6" 36$ $63 363 $6" !63 26 !6" 267 367 267 263 6" !6. 267
A LA T%NSI6N. La resistencia a la tensión es el esfuer!o tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe por fracturación e+tensional. Esta propiedad, que es una indicación del grado de coherencia del material para resistir fuer!as FtirantesG, depende de la resistencia de los minerales, del área interfacial entre granos en contacto " del cemento intergranular. E+isten distintas técnicas para medir la resistencia a la tensión, tanto en materiales pétreos como en morteros, cementos " hormigones. En el ensa"o de tracción directa, qui!ás el más apropiado, se utili!an probetas cilíndricas con una ra!ón longitud-diámetro de 7 a 7.). Los e+tremos de las probetas se introducen (" pegan con resina epo+i en unas cápsulas que están unidas a cadenas que transmiten el esfuer!o tensional sin introducir componentes de torsión. La norma %10 7;> regula los métodos " condiciones e+perimentales este ensa"o.
RESISTENCIA A LA TENSIÓN DE LAS ROCAS *8P9 Basalto Conglomerado Calizas Arenisca Arenisca calcárea :s;uistos
#Pa %6 2'6. "62 76% 363 36. "6$ $63
M%C@NICA D% LAS 'U%R)AS CORTANT%S. %e anali!a el método conocido como corte con compresión. %e recomienda el empleo de muestras con un diámetro de M9 a M) mm " altura de K9 mm. &ara este ensa"o se utili!a una instalación que posee un 'uego de matrices que permite variar su ángulo de inclinación V respecto a la hori!ontal. %e recomienda que los valores de V oscilen de ;9o a >9o, pudiendo variarse los ángulos de ) en ).%e toman como valores principales los de ;9, M), " >9 grados. Las tensiones normales (T " tangencial (W se determinan# σ
Q Cosα S
τ
Q Cosα S
=
=
ónde# X# Es la carga actuante, Cgf. %# Es el área de corte de la muestra, cm7 El ensa"o se debe real!ar por lo menos ; veces para cada valor de V elegido.
M6DULO D% COM$R%SI6N. El módulo de compresibilidad e+presa la capacidad que tienen los materiales de dilatarse o contraerse por los efectos de la presión. Los valores más frecuentes en la rocas oscilan entre 9,R + 89$88 &a$8 (9,R + 89 $> bar$8 " 7 + 89$88 &a $8 (7,9 + 89 $> bar $8 para las dunitas " los granitos respectivamente.
El módulo de compresibilidad se relaciona con el coeficiente de &oisson " con el módulo de Young de la siguiente manera#
ónde E# 0ódulo de Young v# 5oeficiente de &oisson