Mecánica de Rocas
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Mecnica de Suelos Aplicada. Grupo 2
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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
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Mecnica de Suelos Aplicada. Grupo 2
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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.
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Mecnica de Suelos Aplicada. Grupo 2
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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.
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Propiedades ndice de la matriz rocosa
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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
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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.
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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
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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
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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).
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- 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.
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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.
3.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- Cartilla de dureza e Mohs
- Herramienta de cobre o moneda de cobre
- Herramienta de acero
- Vidrio
3.5 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
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.
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3.6 PROCEDIMIENTO
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 4.5).
- 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.
3.7 NOTAS COMPLEMENTARIAS
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
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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
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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.
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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).
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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.
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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).
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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.
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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).
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Estructura bandeada (capas de cromita y rocas maficas-ultramficas; Oxford Earth
Sciences Image Store).
Estructura nodulosa (chert en caliza; GeologyRocks).
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Estructura brechoide (brecha magmtica granito-diorita; Journal of Geoscience
Education).
Estructura brechoide (caliza brechoide (About.com: Geology)
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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)
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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).
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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
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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).
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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.
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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
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Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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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.
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Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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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.
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Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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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
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Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
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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
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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
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Scientia et Technica Ao XVI, No 44, Abril de 2010. Universidad Tecnolgica de Pereira.
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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.
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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
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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.
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[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.
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CUADERNO DE PRCTICAS
EL MEDIO FSICO I: ESTRUCTURA Y
PROCESOS GEOLGICOS EXTERNOS
Jacinto Alonso Azcrate
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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).
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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:
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-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.
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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:
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-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
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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)
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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.
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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:
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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:
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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.
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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
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
1.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- 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
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
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,
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
117
IB, II, III, IV, V, VI).
1.6 PROCEDIMIENTO
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 7.5).
- 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
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
2.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
El equipo usado para el ensayo por el mtodo de saturacin y calibrador es el siguiente:
- Un horno capaz de mantener una temperatura constante de 110 C con una precisin
de 5 C por 16 horas.
- Equipo de saturacin al vaco capaz de mantener una presin de 800 Pa (6 tor) por
una hora.
- Un recipiente de material no corrosivo.
- Un desecador.
- Una balanza de precisin (0.01g).
- Un instrumento de medicin (Vernier, Calibrador)
El equipo usado para el ensayo por el mtodo de saturacin y flotacin es el siguiente:
- Un horno capaz de mantener una temperatura constante de 110 C con una precisin
de 5 C por 16 horas.
- Equipo de saturacin al vaco capaz de mantener una presin de 800 Pa (6 tor) por
una hora.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
120
- Una canastilla de acero.
- Un recipiente de material no corrosivo.
- Un desecador.
- Una balanza de precisin (0.01g).
2.5 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
caractersticas similares cada uno de un orden de magnitud ms grande que el mayor de los
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.
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,
IB, II, III, IV, V, VI).
2.6 PROCEDIMIENTO
El procedimiento para el ensayo por el mtodo de saturacin y calibrador es el siguiente:
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 8.5).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
- Sacar la muestra del horno y colocarla en el desecador por un periodo de 30 minutos.
- 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:
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 8.5).
- Lavar con agua a fin de remover el polvillo.
- Registrar la masa de la canastilla sumergida (A) con una precisin de 0.1g.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
- Sacar la muestra del horno y colocarla en el desecador por un periodo de 30 minutos.
- 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:
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
124
-
Permeabilidad
-
Permeabilidad
La permeabilidad es la capacidad de
transmitir agua en una roca.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
128
1.4 NOTAS COMPLEMENTARIAS
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.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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.
2.3 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- 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%.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
130
- Una balanza de precisin (0.01 g)
2.4 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
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 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,
IB, II, III, IV, V, VI).
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
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 5.5).
- Obtener la masa del tambor seco (T).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
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
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
132
Donde:
Id(1c): ndice de desleimiento primer ciclo Id(2c): ndice de desleimiento segundo ciclo
2.7 NOTAS COMPLEMENTARIAS
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