Propiedades de la Roca Intacta

01 de Agosto del 2016

Abstracto— En este documento encontraremos el desarrollo de la práctica sobre las propiedades físicas de la roca intacta, las características importantes a la hora de analizar una muestra y la importancia que tienen conocer estas mismas en mecánica de rocas.

I. OBJETIVOS Definir qué tipo de roca está clasificando.

Determinar las principales características de la roca intacta.

Relacionar características de las rocas con diferentes tipos de comportamiento y tipos de anisotropía.

II. MATERIAL Muestras de roca y tablas de caracterización

Lupa

Ácido Clorhídrico

III. INTRODUCCIÓN

“En geotecnia, como en medicina, no hay enfermedades, sino enfermos.” Jiménez Salas (1975)

“Como roca se entiende a los agregados minerales naturales, cuya composición y textura es regular dentro de un volumen determinado, y que son geológicamente independientes. Para estudiosos de la Tierra las rocas representan tan algo màs que un material de interés económico. Así, interpretado el origen de las rocas y los cambios que han sufrido a lo largo del tiempo podremos comprender la evolución de nuestro planeta y los procesos que le han afectado.” (Pozo Rodríguez,Gonzáles Yélamos, & Giner Robles).

Cuando tratamos de relacionar la mecánica de Rocas con la Petrología, llegan muchos puntos donde estas dos ramas se fusionan para poder general la información requerida en un estudio estructural o geotécnico.Hablaremos de aspectos importantes que se necesitan cuando clasifiquemos las rocas, y uno de ellos es la textura. La cual es una relación intergranular de tamaños y formas de los

cristales o clastos que constituyen una roca determinada. Las características van a variar según se consideren rocas de ambiente ígneo, metamórfico o sedimentario. Podemos también mencionar a la Estructura y Fábrica como propiedades interesantes de la roca. Lo que tenemos que entender que estos dos conceptos son distintos, la estructura es el orden y distribución de cristales o clastos en cuerpos rocosos, como por ejemplo la bandeada, la masiva y la brechoide (a). Mientras que la fábrica es la orientación espacial de cristales o clastos dentro de un cuerpo rocoso (b).

Figura 1 (a) tipos principales de estructuras. (b) Fábricas que puede presentar una roca con estructura masiva.

Existen otro tipo de propiedades con la que nosotros podemos clasificar a la roca, en el caso de las propiedades físicas de la roca, como son la densidad, la deformación que tiene la roca – su comportamiento plástico, la porosidad, permeabilidad, etc.

Con el transcurso de los años y el desarrollo en la manera de estudiar las rocas, se han creado tablas para poder clasificarlas mediante las propiedades físicas antes mencionadas. En esta práctica haremos uso de estas tablas y con esta información podremos relacionarlas con el mejor comportamiento de la roca en diferentes ambientes.

IV. DESARROLLO

Práctica No. 01: Propiedades Físicas de la Roca IntactaUniversidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ingeniería, División de Ingeniería en Ciencias de

la Tierra, Departamento de Geología. Brigido Olivares Juan, Flores López Rocío, Navarrete Camacho Diego, Reyes Troncoso Juan Carlos

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En equipos definidos en clase, elegir tres muestras de roca y clasificarlas en función de las siguientes características.

1. Muestra FI-158(e) Inguarán, Michoacán. Fig. 2

Color: Gris Verdoso

Textura: Porfídica

Fábrica: Isotrópica

Estructura: Compacta con fractura y costra de alteración

Origen: Ígneo intrusivo

Nombre: Granito – Granodiorita

Tomando en cuenta las propiedades físicas vistas en clase, inferir:

Porosidad: El porcentaje de porosidad del granito es bastante bajo, usualmente de aproximadamente 0,4 a 1,5 por ciento, por lo cual tiende a tener un sistema de fractura en lugar de un sistema de poros.

Densidad: Varía entre 2,63 y 2,75 g

cm3 .

Alterabilidad: Baja alterabilidad presente en los minerales esenciales formadores de roca y alta en los accesorios como la calcopirita.

Propiedades observadas

En la parte inferior izquierda en la roca (fig. 2) se observa un fracturamiento, su porosidad es baja y también baja permeabilidad. Se piensa que las cortezas de meteorización de este tipo de rocas son el resultado de la descarga (quite de peso) o de cambios de temperatura, resultando en grietas y fracturas. Tiene

plagioclasas y feldespatos. Y de meteorización tiene calcopirita. (Fig. 4)Podemos notar la costra de alteración de la roca (Fig. 3)

Figura 3 Se piensa que las cortezas de meteorización de este tipo de rocas son el resultado de la acción química principalmente debido a que presenta alteración de los minerales.

Figura 4 se puede observar claramente una alteración de calcopirita rellenando el hueco ya que los cristales presentan proyección de puntas hacia el centro del relleno, además podemos observar una intensa alteración alrededor qué sigue lo que parece ser una discontinuidad semi-planar, un posible fracturamiento por el cual se filtraron aguas mineralizadas

¿Cuáles son los tipos de anisotropía que observa en las muestras analizadas?

Se ven propiedades limitadas por algunos planos de la roca que son planos de forma irregular y los cristales tienen distintas propiedades físicas y en diferentes direcciones.

¿Cómo se relacionan la clasificación litológica con el comportamiento mecánico de las muestras analizadas?

Sus características mecánicas

Su resistencia a la compresión simple.Los granitos son rocas que resisten muy bien los esfuerzos de compresión, con valores que superan ampliamente a los del hormigón.

Figura 2 Fracturamiento con dos planos preferentes a pesar de esto la roca se mantiene consolida por lo que se intuye que las fracturas no están en un plano continuo lo que impide su separación

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Resistencia a flexiónLa cuantía de la resistencia del granito a la flexión, permite, hoy en día elaborar piezas de reducido espesor, en aplicaciones tan dispares como pavimentos y placas de revestimiento por mencionar algunas.

Considerando las propiedades físicas que observó en las muestras analizadas.

¿Cuál de estas cree que presenta las mejores condiciones para construir una presa, un túnel u obra subterránea y una mina a cielo abierto?

Para túneles, obras subterráneas y para presas. La resistencia al desgaste de los granitos es la capacidad de no perder masa por fricción. En comparación con otras rocas ornamentales, el granito posee un alto grado de resistencia al desgaste por su contenido en sílice.

Determina el posible comportamiento de tus muestras de rocas cuando:

a) Se tiene grandes esfuerzosLos estadios inherentes a la roca, que condicionan extraordinariamente su resistencia a la compresión, tal es el caso por su microfisuración. La marcada fisuración en una dirección dada al ser valores bastante más bajos de resistencia a la compresión, 876,s Kg/cm2, que aquellas otras también fisuradas en mayor o menor grado, pero sin orientación preferente en dicha fisuración. En ellas la resistencia a al canzaba 1.280 Kg/cm2

b) Comportamiento con la presencia de agua.La absorción de agua en los granitos es más bien reducida, con valores en general inferiores al 0,6%, lo que implica, generalmente, un buen comportamiento frente al hielo y un bajo coste de mantenimiento.

2. Muestra sin número (Fig. 5 y 6)

Color: blanco pardusco

Textura: mudstone

Fábrica: isotrópica

Estructura: Compacta con fracturamiento no lineal, vetillada

Origen: Sedimentario de tipo químico

Nombre: caliza

Tomando en cuenta las propiedades físicas vistas en clase, inferir

a) porosidad: baja porosidad (0.1-25 %) Nota: procesos posteriores a su formación como disolución (carstificación) y fracturación puede hacer aumentar la porosidad (porosidad secundaria).

b) densidad: 2200-2600 kg/m3

c) alterabilidad: muy alterable

Propiedades Observadas.

Roca caliza, pues su grado de dureza no fue superior a 4, además que reaccionó con HCl en concentración de 10 %. Es de baja porosidad. En la muestra podemos observar que su color es en la mayor parte blanco con pequeñas partes de color rojizo, lo que denota impurezas (Fig. 6).

¿Cuáles son los tipos de anisotropía que observa en las muestras analizadas?

Se nota la anisotropía más frecuente que es la producida por la distribución no aleatoria de las fisuras. Ya que en la muestra no se nota ninguna orientación en bandas de minerales.


Resistencia a la compresión simpleLa caliza, ha empleado como muro de carga en todo tipo de edificios así que la importancia de sus resistencia a la compresión es fundamental, es una roca compacta, que tiene una resistencia a la compresión simple de 50-100 MPa, clasificada por la International Society for Rock Mechanics (ISRM) en 1981 como una roca dura.

Resistencia a flexión Esta es variable y puede ir desde 35-162 kg/cm2.

Resistencia a la tensión Aunque las rocas sedimentarias como la caliza suelen ser más débiles debido al grado de cementación la resistencia a la compresión aumenta a medida que aumenta el tamaño de grano de los materiales, a

Figura 5 Figura 6

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igualdad de otras variables como composición mineral, estructura, cementación, etc. La caliza puede ir de 0.1-2.6 (10x6) kg/cm2.

Resistencia al impactoLa caliza tiene una resistencia al impacto de 20-45 cm lo que no la hace apta para piezas de uso industrial como el hormigón que posee una alta resistencia al impacto y tenacidad.


Analizando las rocas y comparado sus propiedades físicas podemos decir que esta roca puede estar en presentes en construcciones un túnel u obra subterránea y de igual forma para una mina a cielo abierto. El problema radica en cuanto a las características de la región. Podemos decir que esta roca sin presencia de agua permanece compacta y sin alteraciones. Cuando existen corrientes de agua con un flujo constante podría ser fuente principal para que la roca se llega a disolver o en su caso por las fracturas que presenta llegue a fallar.

Determina el posible comportamiento de tus muestras de rocas cuando:

a) Se tienen grandes esfuerzos Las calizas en general presentan un rango a la compresión simple que va de los 100-200 Mpa, recordemos que también su densidad está en un valor intermedio bajo, lo que hace que al someterse a grandes esfuerzos la deformidad llegará al punto de romperse perpendicularmente o sobre las fallas que podemos apreciar en la (Fig. 5)

b) Comportamiento con la presencia de agua La porosidad es un factor muy importante a la hora de poder determinar la alterabilidad de la roca en presencia de agua, las calizas tienen un rango que va del 5-20 % con respecto a la muestra podemos decir que es una muestra muy bien consolidada y que a simple vista no se distinguen poros. Como hemos visto las calizas siempre tendrán a disolverse en presencia de alguna corriente de agua por lo que esta muestra no está exenta de ello, aunque puede que tenga un menor grado a la hora de alterarse

3. Muestra FI-311-G Mina: Capire, Mexcala, Gro. (Fig. 6)

Color: Blanco azulado en roca sana y rojiza en roca alterada

Textura: Fenocristales, caliza cristalina

Fábrica: Isotrópica

Estructura: Fácil rompimiento

Origen: Metamórfico

Figura 7

Figura 8

2.1 Tomando en cuenta las propiedades físicas vistas en clase, inferir:

Porosidad: poco porosa

Densidad: media

Alterabilidad: rápida alteración

Propiedades Observadas.

Caliza metamorfizada - está compuesta de grano grueso, equigranular; blanco, rosado o rojizo. Durante el metamorfismo se perdieron las estructuras interiores de la caliza. No hay fósiles visibles. Completamente recristalizada. A partir de 80% de CaCO3 se habla de un mármol. Se encuentra la típica separación de los cristales de calcita (Fig. 8).En la industria de rocas ornamentales o en canteras regionales la gente habla de un mármol, pero muchas veces se trata de una caliza afectada por un evento térmico.

¿Cuáles son los tipos de anisotropía que observan en las muestras analizadas?

Tiene una fábrica mineral entrabada y anisotrópica, con textura cristalina. Donde claramente podemos notar pequeñas fracturas perpendiculares al corte que se le hizo a la roca

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Resistencia a compresión 800-1.500 (Kg/cm2 )

Resistencia a flexión Media ya que los granos gruesos soportan en sus uniones el doblamiento

Resistencia a la tensiónBaja resistencia ya que los granos al someterse a ese esfuerzo son débiles ya que tienen la unión de grano más marcada por el crecimiento de estos. El típico comportamiento de esta muestra en pruebas de esfuerzo y deformación el comportamiento es elastoplástico.


Como hemos mencionado con anterioridad la caliza es una roca que suele disolverse con el agua formándose carsticidad, así que no es un material viable para la construcción de una presa. Una mina a cielo abierto sería la mejor opción en un sitio con clima desértico lo que haría que se conservara la roca lo más saludable, y una obra subterránea al igual que un túnel no serían factibles ya que son de rápido intemperismo lo cual repercutirá en un constante mantenimiento a las obras

Determina el posible comportamiento de tus muestras de roca cuando:

a) Se tienen grandes esfuerzosLa resistencia a los esfuerzos de este tipo de material es muy variable va desde los 80 kg/cm2 hasta los 1500 kg/cm2 esto depende del grado de consolidación y el tamaño de grano que esté constituido. Por los valores que arroja es una roca que su resistencia a la compresión no es muy alta de fácil rompimiento cuando se tensa y de alta resistencia a la compresión cuando no presenta fracturamiento ya que por esas vías se puede alterar de manera rápida disminuyendo sustancialmente las propiedades antes mencionadas

b) Comportamiento con la presencia de aguaEn la presencia de agua la absorción de la piedra varía entre 0.3 y el 10% esto quiere decir que es una roca poco permeable se observa una clara relación en la muestra. El tipo de metasomatismo a la que fue expuesta género un incremento de porosidad por el tamaño de grano que es grande esto causa la variación hacia un mayor rango de poro. Lo que aumenta las vías de alteración- disolución que son de extremo cuidado en cualquier obra.

Bibliografía

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