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TRABAJO DE INVESTIGACION:

Lima, octubre del 2009

Trabajo de Investigación: Geoformas de las rocas igneas

I. INTRODUCCION

Es posible observar en nuestro mundo cotidiano que una gran variedad de cosas están construidas por piedras: los adoquines de las calles, las tejas de las casas, las mesadas de cocinas y bares, los pisos y revestimientos de paredes, entre otras tantas. Una observación más sutil, nos muestra la presencia de la piedra industrializada; ésta se presenta en el cemento, en los ladrillos y en los mosaicos y azulejos. Muchos adornos lujosos son hechos de piedra. Por otra parte, el vidrio, la porcelana y la cerámica son productos derivados de las piedras. La humanidad se ha servido de las piedras desde tiempos remotos, gran parte de las armas y utensilios estaban hechos de piedra. Sin embargo, actualmente las piedras siguen ocupando un lugar preponderante: la piedra está aún en la base de nuestra civilización. Científicamente no se utiliza la palabra piedra pues resulta poco precisa, y así para referirse a los materiales que conforman la parte externa de la Tierra se habla de rocas.

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II. RESUMEN

El presente trabajo describe las rocas ígneas. Primero los conocimientos de las rocas, su definición, clasificación, tipos , textura el ciclo evolutivo de las rocas , asi como la relación de el magmatismo y las placas tectónicas En el contenido desarrollamos las rocas ígneas ; definición , analizando su formación en el magma , la serie de bowen, la clasificación y como se clasifica los criterios, texturas y estructuras de las rocas igneas Además una bibliografía y sus conclusiones.

III. OBJETIVOS


Tener los conocimientos de los procesos de formación e identificar el tipo de roca ígnea, así como determinar que tipo de geoformas de rocas ígneas existen .
Definir roca ígnea y distinguir los grupos más importantes de este tipo de rocas.
Describir los modos de emplazamiento de las rocas ígneas extrusivas e intrusivas, mencionando los nombres de las formaciones más importantes asociadas a estos emplazamientos.
Distinguir los diferentes tipos de coladas de lava, edificios volcánicos y volcanes en función de su composición y estructura.
Comprender las variaciones en la composición mineral de las rocas ígneas según el tipo de magma del que procedan y de los procesos de enfriamiento del mismo.

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IV. FUNDAMENTO TEORICO

1. LAS ROCAS Existen numerosas sustancias inorgánicas de origen natural, de variada composición química y estructura: los minerales. Sin embargo, estos minerales no suelen encontrarse naturalmente en forma aislada (por eso son tan escasos los yacimientos de interés económico). Los minerales aparecen habitualmente asociados, formando rocas. Otras sustancias naturales, aún cuando no son reconocidas como minerales pueden formar rocas, éste es el caso del carbón, aunque no del petróleo; también es el caso de las acumulaciones de esqueletos de organismos animales o vegetales (que pueden ser de composición sílicea, fosfática o carbonática) y el de los vidrios de origen volcánico. La definición más simple que puede esbozarse de roca es: material de que está compuesta la corteza terrestre. De este modo, se evita una descripción más compleja en la que sería necesario mencionar todas las excepciones para no incurrir en errores. a. Los minerales que forman las rocas De un modo general podemos considerar que todos los minerales están presentes en las diversas rocas de la corteza terrestre, pero no todos ellos se encuentran en la misma proporción y, además, la gran mayoría de ellos son sólo rarezas de colección si se tiene en cuenta en qué proporción se encuentran en la naturaleza respecto de la totalidad de minerales existentes en la corteza terrestre. Se denominan minerales formadores de rocas a aquellos que constituyen mayoritariamente las rocas. Entre los principales merecen destacarse los silicatos (en todas sus variedades desde el cuarzo a las arcillas) y la calcita. En una roca cualquiera existen minerales principales, que hacen a su clasificación, y otros accesorios, cuya presencia no es decisiva para dicha clasificación. Puede suceder que un mineral no sea importante para la clasificación de una roca aunque sí lo sea para otros fines, científicos o económicos, por ejemplo. Así, por ejemplo, el granito es una roca formada por tres minerales principales, el cuarzo (Q), los feldespatos potásicos y calco-sódicos (F) y algún mineral de hierro y/o magnesio, como las micas (M) o los anfíboles (A). Como minerales accesorios pueden aparecer minerales como el circón, el rutilo (R) o la apatita (P). b. Rocas monominerales Si bien la mayoría de las rocas están compuestas por varios minerales, algunas de ellas pueden ser de composición monomineral. Entre éstas podemos destacar: el yeso, la anhidrita, la caliza, compuesta por calcita y la dolomía (compuesta casi exclusivamente por dolomita). También la diatomita, las radiolaritas y las calizas fussulínicas son rocas monominerales compuestas por esqueletos síliceos de diatomeas (algas unicelulares) y de radiolarios (protozoos microscópicos), en el primer y segundo casos, y carbonáticos de fussulínidos (protozoos macroscópicos) en el tercer caso. La sal común o halita (ClNa) también puede encontrarse formando espesos cuerpos de roca que en muchos casos han sido explotados durante siglos para el consumo alimenticio, como así también en la industria. Son famosas por sus dimensiones las minas de sal de Wieliczka, en Polonia, en explotación desde hace 700 años.

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c. Relaciones entre los cuerpos de roca Por lo general, un cuerpo de roca se encuentra en la naturaleza rodeado por otros cuerpos de roca; para distinguirlos suele caracterizárselos por su composición mineralógica, aunque también se los distingue por el tamaño de los granos de sedimento, la homogeneidad de su textura, etc. d. Formas y orígenes En el caso de las rocas sedimentarias el cuerpo de roca más característico es el estrato. En un lugar dónde dominan las efusiones volcánicas, el cuerpo de roca más característico es la colada. Los cuerpos de rocas ígneas que se alojan en rocas sedimentarias reciben el nombre de diques o filones.

e. Relaciones temporales Los cuerpos de roca pueden guardar diferentes relaciones entre sí. Pueden ser coetáneos, es decir, haberse formado al mismo tiempo o bien tener edades diferentes. El pasaje de un cuerpo de roca a otro puede ser brusco o transicional. Cuando por lo menos uno de los cuerpos de roca es una roca ígnea cristalizada en profundidad, el contacto de dichos cuerpos de roca se califica como intrusivo. Cuando los cuerpos de roca tabulares (estratos) presentan sus superficies aproximadamente paralelas en términos de tiempo geológico, ha existido una depositación continua, la relación entre estos cuerpos de roca es de concordancia. Por el contrario, si entre dos cuerpos de roca existe un período de tiempo en el cual no ha habido depositación, la relación es de discordancia. El tiempo faltante representa un hiatus. A su vez, la discordancia puede ser de diferentes tipos: si un cuerpo de roca, es erosionado parcialmente y luego es cubierto por otro, la discordancia es erosiva; si existe un proceso de deformación previo a la depositación de los nuevos cuerpos, la discordancia es angular.

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f.

Pasaje

El pasaje de un cuerpo de roca a otro puede ser brusco, encontrándose caracterizado por una superficie neta de contacto, o bien puede ser transicional, con una zona difusa en la cual van intercambiándose las características de cada cuerpo de roca individual. Los pasajes pueden darse tanto en dirección vertical como hacia los costados. g. La clasificación de las rocas La coexistencia de distintos minerales en distintas relaciones de tamaño y forma brinda a las rocas una gran variedad de aspectos. A esto debe sumarse también la posibilidad de que numerosas estructuras (relacionadas tanto a la génesis de la roca como a su deformación) pueden modificar o sobre imponerse al aspecto primario, creando nuevos diseños, todos de gran atractivo visual. Este atractivo es aprovechado para la decoración de muros, creación de objetos artísticos, etc. La diversidad de rocas está, sin embargo, vinculada fundamentalmente a los posibles orígenes de las mismas, ya sea que se trate de materiales derivados de la cristalización de un material fundido, de la acumulación de partículas derivadas de la destrucción de rocas preexistentes o de la modificación por efecto de la temperatura y la presión de otras rocas. h. Variedad de texturas En general se encuadra dentro del término textura la relación de forma y tamaño de los componentes de una roca, y de la manera en que se encuentran en contacto entre sí, ya se trate de fragmentos unidos por un material llamado cemento o de cristales intercrecidos. La textura es un parámetro puramente descriptivo de gran utilidad a la hora de analizar el origen de las rocas y sus condiciones de formación. Algunas de las características texturales suelen ser analizadas para describir los distintos tipos de rocas y así estudiarlas. La presencia o no de caras en los cristales que forman las rocas ígneas, la forma y relaciones de tamaño en los fragmentos que componen las rocas sedimentarias y la presencia de cristales que deformaron su entorno al crecer durante el proceso metamórfico, entre otras características. i.

Variedad de estructuras

La estructura de una roca es el conjunto de características a escala geológica y describe los aspectos derivados de la deformación de la corteza terrestre. La estructura comprende forma, dimensiones y articulación de los componentes de las rocas. Se consideran estructuras todos aquellos elementos, que más allá de la textura original de la roca, reflejan cambios menores en su composición y ordenamiento. Entre ellas podemos mencionar la aparición de venas, pliegues, fracturas, etc. j.

Variedad de orígenes de las rocas

Una forma de clasificar las rocas, que resulta útil por su sencillez, es atender a los procesos que les dieron origen. Así pueden separarse aquellas de origen ígneo, resultantes de la cristalización de un material fundido o magma, las de origen sedimentario, que se originan tanto a partir de la acumulación de los productos de la erosión como de la precipitación de soluciones acuosas y finalmente, las rocas metamórficas que, como su nombre lo indica, tienen su origen en la modificación de rocas preexistentes (ya sean éstas sedimentarias, ígneas u otras rocas metamórficas), por efecto de la temperatura y la presión.

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k. El ciclo de las Rocas Diferentes procesos geológicos permiten enlazar los tres tipos de rocas entre sí, en lo que se denomina el "Ciclo de las rocas".

El Ciclo de las Rocas pone en evidencia las relaciones que guardan entre sí los distintos tipos de rocas cuando se los agrupa en función de los mecanismos que les dieron origen. Las flechas indican las posibles transformaciones y llevan el nombre del mecanismo responsable. En el círculo externo se suceden los mecanismos constructivos, en el círculo interno los destructivos. En el centro se han inscripto los nombres de las partículas fundamentales que constituyen cada tipo de roca.

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El ciclo de las rocas El ciclo de las rocas muestra la transformación de cada uno de los tres tipos de rocas (ígneas, sedimentarias y metamórficas) en alguno de los otros dos, o incluso de nuevo en su mismo tipo. © Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

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l. El magmatismo y la tectónica de placas El origen del magma se relaciona a menudo con la dinámica global de la corteza y el manto terrestres, ya que, en general, tiene lugar en los bordes de placas. En las dorsales, el magma se forma básicamente por descompresión de los materiales del manto superior, a poca profundidad, y da lugar a rocas básicas (basaltos y gabros). En las zonas de subducción, el magma se origina a una profundidad de hasta 150 km por fusión parcial de la corteza oceánica y/o del manto y la corteza situados por encima. Este proceso da lugar a la formación de rocas en su mayoría intermedias (andesitas y granodioritas). En las áreas de colisión continental, en relación con los procesos orogénicos, se produce la fusión parcial de la corteza, y surgen esencialmente rocas ácidas, como el granito. Existen también zonas concretas de magmatismo de intraplaca, que se deben a la existencia de puntos calientes en el manto.

Volcanes y placas tectónicas Los científicos han vinculado el origen y la actividad de los volcanes con la teoría de la tectónica de placas y han puesto de manifiesto que los volcanes tienden a situarse en los límites entre las placas. © Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993--2008 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

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V. CONTENIDO

ROCAS IGNEAS Las rocas ígneas o magmáticas, tienen su origen en la cristalización del material fundido denominado magma. Este proceso tiene lugar bajo determinadas condiciones de presión y en presencia de una cantidad variable de gases disueltos. Éstos y otros factores controlan el aspecto de los productos resultantes, entre los que se encuentran las rocas ígneas. La cristalización del magma se produce como consecuencia de la pérdida de calor y el consecuente descenso de la temperatura en el seno del mismo. El magma tiene dos orígenes posibles: • •

puede resultar de la fusión parcial de materiales de la corteza terrestre puede provenir del ascenso y acumulación de una fracción de materia fundida del manto superior

En cada caso la composición química de cada uno de los productos resultantes será muy diferente. El magma puede tener materiales de composición intermedia, pueden resultar del agregado de material fundido proveniente de las rocas que atraviesa durante su camino hacia el exterior. El magma utiliza dos formas fundamentales para ascender: • •

desplazándose por las fracturas abiertas y los poros del material que atraviesa asimilando, es decir fundiendo e incorporando, la roca que atraviesa.

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Son rocas formadas por el enfriamiento y la solidificación de materia rocosa fundida, conocida como magma. Según las condiciones bajo las que el magma se enfríe, las rocas que resultan pueden tener granulado grueso o fino. Las rocas ígneas son Ias más abundantes de la corteza, suelen ocupar el 90% de la litosfera y tienen por origen la solidificación de una mezcla fundida, llamado magma cuando está dentro de la corteza y lava para el magma que llega a la superficie. Se denomina magmatismoo a toda la serie de procesos geológicos relacionados con la fusión de grandes masas de rocas en el interior de la corteza hasta su enfriamiento y solidificación, cuando las condiciones de temperatura y presión Jo permiten. Las rocas ígneas se subdividen en dos grandes grupos: las rocas plutónicas o intrusivas, formadas a partir de un enfriamiento lento y en profundidad del magma; y las rocas volcánicas o extrusivas formadas por el enfriamiento rápido y en superficie, o cerca de ella, del magma. Las rocas plutónicas, como el granito y la sienita, se formaron a partir de magma enterrado a gran profundidad bajo la corteza terrestre. Las rocas se enfriaron muy despacio, permitiendo así el crecimiento de grandes cristales de minerales puros. Las rocas volcánicas, como el basalto y la riolita se formaron al ascender magma fundido desde las profundidades llenando grietas próximas a la superficie, o al emerger magma a través de los volcanes. El enfriamiento y la solidificación posteriores fueron muy rápidas, dando como resultado la formación de minerales con grano fino o de rocas parecidas al vidrio. Existe una correspondencia mineralógica entre la serie de rocas plutónicas y la serie volcánica, de forma que la riolita y el granito tienen la misma composición, del mismo modo

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que el gabro y el basalto. Sin embargo, la textura y el aspecto de las rocas plutónicas y volcánicas son diferentes. Las rocas ígneas, compuestas casi en su totalidad por minerales silicatos, pueden clasificarse según su contenido de sílice. Las principales categorías son ácidas o básicas. La razón de ello estriba en que proceden del enfriamiento de magmas con composición diferente y mayor o menor enriquecimiento en sílice. En el extremo de las rocas ácidas o silíceas están el granito y la riolita, mientras que entre las básicas se encuentran el gabro y el basalto. Son de tipo intermedio las dioritas y andesitas. EL MAGMA Es un fluido natural muy complejo que comprende la materia rocosa que se halla en el interior de la Tierra, en estado fundido a temperaturas de! orden de 700 °C, con presiones elevadas y con la existencia de grandes cantidades de agua, en cuya composición-se encuentran casi todos los elementos químicos conocidos y que al estar dotado de una gran movilidad debido a ¡as presiones elevadas, hace posible que el agua y los compuestos volátiles permanezcan incorporados a la mezcla fundida, a la que proporcionan una fluidez mayor. En la composición química de un magma destacan por su abundancia los-silicatos, óxidos, sulfuros, vapor de agua y otros gases. El óxido predominante es la sílice (SiO,), alúmina (AI2O3 ), Na2O, K2O, FeO y Fe203 y más escasamente MgO y CaO. Los magmas se originan .por la fusión parcial o total de las rocas de la litosfera, y en varios niveles dentro de la corteza y el manto superior a profundidades que pueden alcanzar los 200 km y en ¡as zonas de subducción relacionadas con la tectónica de placas""" ESI magma puede ascender basta la superficie en estado líquido, a través de fracturas y lisuras, y da lugar a la actividad volcánica. En este caso, el magma se solidifica en el exterior, y origina las rocas volcánicas o exfrnsivfis. Cuando el magma fluye por la superficie, se le denomina lava. Pero en otras ocasiones Un magma es una mezcla multifase de alta temperatura (dependiendo de su composición y evolución, desde menos de 700°C hasta más de 1500°C) de sólidos (cristales y fragmentos de roca), líquido (en su mayoría silicatos) y gas (rico en H, O, C, S y Cl), formado por la fusión parcial o total de una fuente parental (principalmente, la parte superior del manto y la base de la corteza terrestre). Por su contenido mineral, el magma puede clasificarse en dos grandes grupos: máficos y félsicos. Básicamente, los magmas máficos contienen silicatos ricos en Mg y Ca, mientras que los félsicos contienen silicatos ricos en Na y K.

El magma ascendente que, desde su generación hasta antes de su solidificación, extrude en la superficie, recibe el nombre de lava.

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Lava nueva La lava calentada al rojo fluye en un volcán de Reunión, isla africana del océano Índico. La lava se pliega porque el exterior y el interior se enfrían a velocidad distinta. La superficie se enfría con rapidez, y forma una especie de piel que se deforma al moverse la lava más caliente del interior. Krafft-Explorer/Photo Researchers, Inc. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

El nombre de magma designa la materia en estado semifluido —resultado de la fusión de silicatos y otros compuestos que integran las rocas— que forma la región situada debajo de la corteza terrestre. Debido a las condiciones a que están sometidos (altas presiones y elevadas temperaturas), los materiales magmáticos muestran propiedades que no se corresponden con las del estado sólido y tampoco con las de un líquido o fluido, según los principios generales de la física. En el magma aparecen en suspensión diferentes tipos de cristales y fragmentos de rocas parcialmente fundidas, así como carbonatos, sulfuros y distintos componentes volátiles disueltos. La interacción de las diversas condiciones físicas determina las características del magma, tanto en lo que se refiere a su composición química como a su viscosidad, resistencia, plasticidad y movimiento. Temperatura. La temperatura de cristalización aumenta con la profundidad , por ejemplo el basalto cristaliza a 1250 C al nivel del mar o a 1450 C a 30 km. de profundidad, esto pone en evidencia que la presión no pareceejercer gran influencia sobre la temperatura de fusión pues a una presión de 8000 atmósferas correspondientes a 30 Km. de profundidad el punto de fusión varía poco, y su efecto es menor cuando existen volátiles retenidos en el magma, cuyo efecto es contrario al de la presión; la temperatura de cristalización también varía con la composición química del magma, por ejemplo, en la superficie para el magma riolítico es 1000 C contra 1250 C del basalto Segregación magmática El magma se forma a partir de la fusión parcial de una fuente parental localizada a grandes profundidades (la base de la corteza y de la parte superior del manto). Los factores principales que propician tal fusión parcial son: a) contenido de agua, b) temperatura, c) presión y d)composición de las fuentes parentales. De estos factores, unos dominaran sobre otros dependiento del ambiente tectónico en el cual se genere el magma. En las zonas de subducción como el Caribe o Japón, el factor crítico es el contenido de agua en el manto. En las dorsales oceánicas como la Trasatlántica o el East Pacific Rise, el factor crítico es la disminución de la presión en el eje de extensión. En las zonas de colisión como los Alpes, es el incremento de la presión y de la temperatura en la base de la corteza. En algunos montes marinos como Hawaii o Islandia, es el incremento en la temperatura generado por anomalias térmicas (plumas o puntos calientes) provenientes de la base del manto inferior.de tal manera que forma gran magnitud de elementos rocosos al solidificarse

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Tipos de magmas Una primera clasificación de los distintos tipos de magmas hace referencia a su contenido en sílice. Los magmas con más de un 60% de anhídrido silícico son los llamados ácidos, mientras que los que poseen menos de dicha cantidad se denominan básicos. Según el estado del gas que contienen, se pueden distinguir; el hipomagma o magma profundo, no saturado de gases, los cuales se encuentran en disolución debido a que la presión exterior es superior a la tensión de vapor del magma; el piromagma, sobresaturado de gases, que constituyen una fase en forma de burbujas debido a que la presión exterior es inferior a la tensión de vapor; y el epimagma o magma desgasificado, del que forman parte solamente minerales fundidos (los gases escapan del resto del magma debido a la escasa presión externa). Cuando el epimagma se proyecta al exterior por los puntos más débiles de la corteza terrestre, las masas de magma dan origen a los volcanes y forman, por enfriamiento, las rocas magmáticas, también llamadas ígneas o eruptivas, cuyo grado de cristalización es variable, y entre las que se encuentran el granito, el basalto o los pórfidos. El ascenso de los magmas depende de sus condiciones físico-químicas (viscosidad, densidad, contenido en elementos volátiles, etc.), de las particularidades tectónicas de la región donde se encuentran y de las rocas que han de atravesar. Los magmas ácidos son ligeros y viscosos, ascienden con facilidad y originan grandes depósitos. Los magmas básicos, de mayor densidad, son menos viscosos y ascienden con mayor dificultad que los anteriores. Al ser mezclas de diversas sustancias, los magmas no tienen un punto de fusión definido, sino un intervalo de fusión. De igual manera, no se puede hablar de temperatura de cristalización, sino de intervalo de cristalización. Cristalización magmática El magma se origina cuando en un lugar de la corteza o del manto superior la temperatura alcanza un punto en el que los minerales con menor punto de fusión empiezan a fundirse (inicio de fusión parcial de las rocas). Sin embargo, la temperatura de fusión no depende sólo del tipo de roca, sino también de otros factores como la presión a la que se encuentra o la presencia o ausencia de agua. El incremento de presión en condiciones de ausencia de agua dificulta la fusión, por lo que, con la profundidad, tiende a aumentar la temperatura de fusión de las rocas. Por el contrario, fa presencia de agua disminuye el punto de fusión.

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Tras su formación, el magma asciende, pues es menos denso que las rocas que lo rodean. Durante el ascenso se enfría y empieza a cristalizar, formándose minerales cada vez de más baja temperatura, según una secuencia fija y ordenada conocida como serie de cristalización de Bowen. La serie de Bowen hace referencia a dos grandes líneas de cristalización. Una de ellas indica el orden en que se forman los silicatos ricos en hierro y magnesio (llamados ferromagnesianos). Se denomina serie discontinua porque los cristales formados van siendo sustituidos por otros de estructura distinta y más compleja medida que desciende la temperatura.

La otra serie de cristalización es la de las plagioclasas. Recibe el nombre de serle continua porque los minerales formados sucesivamente tienen la misma estructura y sólo cambia la proporción relativa de sodio y calcio.Al final de la cristalización, a la vez que la plagioclasa sódica (albita> y las micas se forman el cuarzo y la ortosa. Diferenciación magmática Algunas veces, a medida que se produce la cristalización de un magma si la diferencia de densidad entre los minerales ya formados y el líquido residual es alta y si la viscosidad de éste es baja, los cristales recién formados pueden quedar aislados del resto del magma, que por tanto se verá enriquecido progresivamente en sílice De continuar el proceso, se obtendrá, a partir de un solo magma, una serie de rocas ígneas de distinta composición, por cristalización fraccionada. Este proceso es denominado diferenciación magmática, y puede originaria formación de rocas ácidas a partir de magmas básicos o intermedios.

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Fases de cristalización magmática El enfriamiento de un magma en el interior de la corteza da lugar a una serie de fases sucesivas de cristalización, a temperaturas cada vez más bajas. La primera es la denominada frise ortomagmática, que. se produce en general por encima de los 700 °C (dependiendo de la composición del resto de las condiciones físicas). En ella cristaliza la mayor parte del magma formando las rocas plutónicas. La fase pegmatítica tiene lugar más o menos entre los 700 y 550 0C. A estas temperaturas, el residuo fundid6 está muy enriquecido en volátiles, por lo que se introduce a través de grietas, donde cristaliza originando yacimentos filonianos de pegmátitas. Los minerales que se forman son silicatos ricos en sílice (cuarzo, ortosa, albita),en grupos hidroxilo (micas) y en elementos como el boro (turmalina), el fósforo (apatito), el flúor (fluorita), etc. En la tercera fase, denominada neumatolítica, que tiene lugar aproximadamente entre los 550 y 375 °C, el residuo de cristalización está compuesto básicamente por volátiles, que penetran en las rocas encajantes y dan lugar a filones formados por minerales como la moscovita, el cuarzo, el topacio, óxidos y sulfuros metálicos, etc. Igualmente, los volátiles actúan sobre los minerales de las rocas ígneas o del encajante, transformándolos. La última fase, llamada hidrotermal, se inicia por debajo de los 375 °C da lugar a vetas y filones de cuarzo y calcita, a minerales metálicos y a transformaciones de minerales ya formados.

1. Las texturas ígneas Las texturas están determinadas por las condiciones de cristalización del magma Cuando hablamos de textura nos estamos refiriendo a cómo esta hecha, es decir, cuál es su arquitectura. Así podemos describir cómo son sus granos minerales, sus relaciones, los fragmentos de rocas o fragmentos de fósiles que la constituyen. Por lo tanto, la textura de una roca queda definida por: • •

El tamaño de sus granos La forma de los constituyentes

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•

Las relaciones de proximidad, crecimiento, orientación… existentes entre las partículas que la forman.

La textura de una roca es distinta a la composición. Hay rocas que tienen la misma composición y diferentes texturas. Por ejemplo el basalto y el gabro.La textura nos habla de los cambios energéticos y las condiciones que tuvieron lugar en el momento de formación de la roca. Las rocas ígneas pueden identificarse con las siguientes variedades de texturas: •

Texturas vítreas: formadas por el enfriamiento brusco del magma, no hay cristales identificables a ninguna escala. Son rocas que tienen fractura concoidal, igual que el vidrio. No se ven sus cristales a simple vista. Al microscopio se ven una especie de cristales en formación. Se forman por enfriamiento muy rápido típicas de la superficie de las coladas y en los fragmentos de lava lanzados al aire. Ejemplo la obsidiana.

•

Texturas afaníticas: los cristales sólo pueden ser identificados con ayuda del microscopio. : son rocas con granos no visibles a simple vista, pero sí al microscopio. Se producen por enfriamiento rápido del magma. Son típicas de los interiores de las coladas de lava, bombas volcánicas y lavas submarinas, por ello, suelen tener pequeñas vacuolas o vesículas en su interior.

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Texturas faneríticas: los cristales se identifican a ojo desnudo. cuando los granos de la roca se ven a simple vista. Los granos son generalmente del mismo tamaño, lo cual nos indica que se han formado a un ritmo muy lento y el enfriamiento ha sido uniforme y en el interior de la corteza.

•

Texturas porfíricas: algunos minerales se presentan en forma de grandes cristales (fenocristales) embebidos en un conjunto de elementos de menor tamaño, también llamado matriz--, que puede incluso ser de naturaleza vítrea. Cuando existen cristales con dos tamaños distintos, uno de ellos hasta de varios centímetros. Los más grandes se les llama fenocristales y los pequeños constituyen la matriz de la roca. Esto se interpreta como que en su origen han tenido dos etapas distintas de cristalización: una inicial de enfriamiento lento durante la cual se forman los fenocristales seguida de otra de enfriamiento rápido durante la cual se forman los granos finos.

La textura es un elemento de relevancia a la hora de identificar si el enfriamiento de una roca ha sido rápido (texturas vítreas y afanítica) o lento (textura fanerítica). La textura porfírica resulta de un cambio en la velocidad de enfriamiento. A un período muy lento, en el que crecen los fenocristales, sigue un período más rápido, que produce cristales más pequeños, o brusco, que genera una matriz vítrea. El contenido de fluidos del magma puede tener tanta relevancia en el control del tamaño de los cristales como en la velocidad de enfriamiento. Los cristales más grandes (que pueden

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llegar a medir metros) característicos de la textura pegmatítica, son el resultado del enfriamiento de un magma muy rico en gases disueltos. Durante la formación (o no) de caras perfectas de una roca intervienen factores tales como, el orden correlativo de cristalización de los distintos minerales y la velocidad de enfriamiento. Las caras de los cristales de una roca ígnea pueden haber alcanzado diferentes grados de desarrollo durante el proceso de cristalización: • • •

euhedrales todas las caras del cristal son planas perfectas subhedrales cuando sólo algunas caras planas se han desarrollado anhedrales cuando los cristales carecen completamente de caras planas

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2. La clasificación de las rocas ígneas Problemas de clasificación

Una clasificación es el proceso de agrupamiento de conjuntos en clases o tipos que poseen características comunes o analogías. Es un método que introduce orden y simplicidad en la complejidad de la naturaleza. El valor de una clasificación dependerá de su naturaleza: fiel o artificial. La clasificación será fiel si la selección de propiedades pone en evidencia conjuntos o entidades naturales preexistentes al análisis clasificador. La clasificación será artificial si no responde a ese criterio de realidad. Lacroix1 señalaba que todas las divisiones imaginables y que han sido imaginadas en las clasificaciones son discontinuidades introducidas por comodidad o necesidad en conjuntos continuos. En consecuencia, todas las clasificaciones son artificiales en mayor o menor grado. Sin embargo, si el conjunto es discontinuo, es decir, si posee límites definidos de clase, la clasificación tiene más posibilidades de ser fiel. Por ejemplo, en la sistemática de la biología, la noción de "especie" implica una discontinuidad, verificada por la esterilidad de los cruzamientos entre dos especies diferentes. Por el contrario, si el conjunto es continuo, es decir, que no posee límites definidos de clase, la clasificación debe definir divisiones convencionales y, por tanto, artificiales. En biología, la exitosa y conocida clasificación de las plantas y animales se apoya en una base genética. En geología también se emplean a veces las clasificaciones genéticas, pero se deben evitar mientras no exista la suficiente seguridad acerca del origen de muchas rocas. Para tratar de impedir este estado de cosas las clasificaciones se deben basar, hasta donde sea posible, en datos que se conocen o se piensa que se conocen, basándose en observaciones reales más que en deducciones. La clasificación de las rocas no es, por supuesto, natural porque introduce divisiones arbitrarias en un conjunto continuo. Así, la noción de "forma de transición" es común en petrografía, pues entre dos tipos extremos de rocas pueden existir todas las formas intermediarias posibles. En la clasificación de las rocas se han considerado diferentes criterios, siendo los más importantes los siguientes: • • •

Caracteres observables en el terreno Composición química Contenido mineralógico

2.1 Clasificación basada en rasgos observables en el terreno 1

Contribution a la Conaissance de la Composition Chimique et Mineralogique des Roches Éruptives en Indochine, Bulletin Serv. Geol. ,Indochina, XX, facs. 3, 1933.

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Una de las primeras clasificaciones de esta naturaleza, y que se ha conservado hasta la fecha es la de Rosenbusch, modificada por Geikie, que data de fines del Siglo XIX. Dichos autores observaron que las rocas ofrecen características diferentes, según sea su profundidad de generación y, para el caso de las rocas ígneas, consideraron tres tipos: a) Rocas intrusivas o plutónicas, formadas a gran profundidad, con textura holocristalina y más o menos equigranular. b) Rocas hipabisales o de profundidad media, que pueden estar relacionadas con procesos plutónicos o volcánicos. Su textura, por lo general, es también holocristalina, pero coexisten dos periodos de cristalización, el primero con fenocristales y el segundo con cristales más pequeños que constituyen la matriz. c) Rocas extrusivas, efusivas o volcánicas, solidificadas en superficie, en las que se observan cristales y con frecuencia también vidrio, predominando cualquiera de los dos; en realidad, existen muchas transiciones entre las rocas volcánicas e hipabisales, de modo que la textura no siempre es suficiente para distinguir, por ejemplo, el basalto de una lava o de un dique. La clasificación que se apoya en criterios observables en el campo es de carácter muy general, si bien es muy importante porque implica caracteres genéticos en los que prácticamente todos los geólogos están de acuerdo. Sin embargo, para subdividirla se requiere acudir a otros criterios, en particular químicos y mineralógicos.

A. Rocas intrusivas Las rocas intrusivas tienen como característica el haber cristalizado en las profundidades de la corteza terrestre (desde kilómetros a decenas de kilómetros de profundidad). Como el calor se fue disipando lentamente durante el proceso de cristalización, los cristales individuales pudieron alcanzar gran tamaño (habitualmente varios milímetros y hasta algunos centímetros). i. Texturas y estructuras de las rocas intrusivas Las texturas representativas de las rocas intrusivas son aquellas caracterizadas por la presencia de cristales distinguibles a ojo desnudo. Cuando los tamaños de los cristales de los distintos minerales son aproximadamente similares (equidimensionales) se habla de una textura granosa, típica por ejemplo del granito y el gabro. Los cuerpos de rocas intrusivas, llamados plutones, pueden adquirir diversas formas, a veces influenciadas por la estructura de las rocas que atraviesan. •

Se denominan batolitos a los cuerpos de roca más extensos (de dimensiones de decenas o centenas de kilómetros de ancho y largo) cristalizados a gran profundidad en las raíces de las cadenas de montañas. Estos batolitos sólo son reconocidos cuando la erosión se ha encargado de eliminar toda la cubierta de rocas sedimentarias, volcánicas y metamórficas que los cubría. En nuestro país se destacan el batolito de Achala, en la provincia de Córdoba, y diversos cuerpos de gran extensión que en su conjunto pertenecen al batolito andino.

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Se denominan lacolitos a los cuerpos de roca más pequeños, que se insertan en forma de lente entre los paquetes de estratos. Se denominan apófisis a los cuerpos de roca de forma irregular que, desde el plutón penetran la roca de caja. Los cuerpos de geometría tabular pueden separarse en dos grupos, los que se disponen paralelamente a la estructura de la roca (por ejemplo la estratificación) denominados filones (o filones-capa) y los que lo hacen transversalmente a ella, los diques.

ii. Pegmatitas El término pegmatita refiere a una textura, como ya hemos visto, pero también a la roca que presenta esa textura. En general las pegmatitas están asociadas a magmas ricos en sustancias volátiles y su importancia radica en que en ellas se desarrollan cristales de minerales ricos en algunos de los elementos químicos menos abundantes en la naturaleza. Los fluidos del magma, que contienen principalmente vapor de agua, boro, cloro, flúor, tungsteno, estaño, litio, etc. dan lugar a minerales poco comunes como berilo, fluorita, apatita, wolframita, espodumeno y otros, que se asocian al cuarzo, los feldespatos y las micas más frecuentes.

iii.

Los xenolitos

Reciben el nombre de xenolitos los fragmentos de la roca de caja (roca que se aloja el magma) que son incorporados al magma sin fundirse totalmente, y que luego quedan como testigos del proceso intrusivo en la roca cristalizada. Los xenolitos pueden variar en su tamaño desde unos milímetros hasta decenas de metros. La presencia de xenolítos permite obtener información acerca del tipo de roca presente en profundidad (la roca de caja), la que puede no ser accesible por otros medios, pero que ha sido transportada hacia niveles más altos de la corteza terrestre por el magma ascendente. B. Rocas Extrusivas Se dice que las rocas son extrusivas o efusivas si se derraman sobre la superficie terrestre antes de solidificar completamente. El material extruído, denominado lava, puede perder los gases en forma lenta o brusca. Si la expansión de las pequeñas burbujas es muy brusca, se produce una explosión que puede fragmentar la roca en diminutas partículas de material vítreo (trizas) que se mezclan con los vapores de agua y los gases para dar las nubes ardientes, una de las formas de erupción más peligrosas para los asentamientos urbanos que puedan existir en el área de influencia. Los orificios de la superficie terrestre, por donde la lava sale al exterior, reciben el nombre de cráteres. Los volcanes son el edificio construido por los materiales ígneos y en cuyo centro generalmente se ubica el cráter. Hay cráteres que semejan lagos de roca fundida que cubren la superficie sin apenas sobresalir del terreno; otros por el contrario se ubican en la cima de conos de varios miles de metros de altura.

i. Tipos y estructura de los volcanes

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La forma y la estructura interna de los volcanes es variable. Algunos de ellos pueden estar formados íntegramente por coladas de lava, mientras otros lo están por materiales piroclásticos y un tercer grupo presenta ambos materiales. La forma externa de un volcán puede variar desde un alto cono de paredes más o menos empinadas a conos muy chatos, cuya base se extiende sobre centenares de kilómetros cuadrados (volcanes en escudo). Otro formato posible puede ser extensas fisuras que derraman lava a lo largo de centenares de kilómetros, y son las responsables de la erupción actual de extensos campos de lava en Islandia, como así también de otros más antiguos como los del Dekkan en la India o los del Paraná en Brasil-Paraguay y Argentina, que cubren miles de kilómetros cuadrados. Se denomina guyots a los volcanes aislados que desde miles de metros de profundidad en el fondo oceánico se elevan hasta la superficie, donde su cima aplanada es evidencia del efecto erosivo de las olas. ii.

Tipos de erupciones

No todas las erupciones son iguales, un mismo volcán puede incluso variar las características de sus erupciones con el tiempo. Algunas están caracterizadas por la emisión explosiva de grandes cantidades de fragmentos de mayor o menor tamaño y otras son tales que el material fundido se derrama del cráter en forma tranquila. Algunas erupciones pueden ser tan violentas como para destruir al mismo volcán en el que se originan. En algunos casos el volcán, al entrar en actividad, debe "empujar" hacia afuera todo un tapón de roca solidificada que obtura el cráter. Las efusiones lávicas pueden desplazarse por enormes distancias, a veces a gran velocidad, habiéndose medido valores de hasta 50km/hora. Las variaciones en el tipo de erupción son consecuencia principal de la composición química de la lava (magmas más pobres en sílice dan lavas más fluidas) y de la cantidad de fluidos presentes (magmas pobres en fluidos dan lavas más viscosas). iii.

Texturas y estructuras de las rocas extrusivas

Algunas características texturales de las rocas volcánicas pueden ser: su tendencia a presentar cristales no distinguibles a simple vista, su asociación a materiales vítreos y la posibilidad de portar fenocristales. Un rasgo distintivo es la presencia de vesículas, es decir, burbujas de gas que han quedado atrapadas al enfriarse bruscamente la lava. La piedra pómez, usada como abrasivo, es una roca con esta textura. Estas cavidades dan origen a las amígdalas cuando son rellenadas con minerales de origen hidrotermal. La colada es la estructura más característica de las rocas extrusivas. Tiene forma angosta y larga, es de espesor reducido que puede sin esfuerzo asimilarse a la de un río de lava solidificada. Estas coladas pueden superponerse unas a otras para formar los volcanes. Sin embargo algunos volcanes no están formados por coladas de lava solidificada sino por la acumulación de capas de piroclastos. Otros resultan de una combinación de ambos materiales, dependiendo esto de las características de los magmas asociados a cada aparato volcánico. Cráteres menores, forman pequeños conos, llamados adventicios, en las laderas de los grandes volcanes. En muchas ocasiones, la lava no alcanza la superficie y se enfría en profundidad pero muy cerca de ella, dando origen a las denominadas rocas hipabisales, que pueden tomar el aspecto de filones capa y diques. Los diques, cuando son muy numerosos pueden formar enjambres. Su textura es intermedia entre la de las rocas extrusivas y las intrusivas dependiendo de la velocidad a la que se enfriaron y de la cantidad de gases que retenía el magma al momento de su consolidación. Es común que estos cuerpos hipabisales

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presenten bordes con textura vítrea como resultado de su brusco enfriamiento, mientras que hacia el interior del cuerpo se desarrollan cristales de mayor tamaño. Las lavas en "almohadillas" son típicas de las erupciones submarinas. El enfriamiento de lavas muy fluidas, capaces de formar pequeñas arrugas al desplazarse, dan lugar a formas "cordadas" de lava que se amontonan unas sobre otras.

iv.

Actividad hidrotermal, termas, géisers y solfataras

El agua propia del magma, y las aguas subterráneas que son calentadas por la proximidad de éste dan origen a una intensa alteración de las rocas. Cuando el agua se infiltra en las rocas puede producir la formación de nuevos minerales en la superficie y/o a poca profundidad bajo ella. Este proceso se denomina alteración hidrotermal y es la causa de la concentración natural (enriquecimiento) de muchos depósitos minerales. Géisers y aguas termales surgen a la superficie y al enfriarse depositan su carga mineral, formando a veces hermosas y coloridas costras sobre el terreno. Las solfataras, como su nombre lo indica están asociadas a las emanaciones de vapores sulfurosos. El agua caliente proveniente de los campos geotérmicos puede ser utilizada para la generación de energía, pero su uso más extendido es, sin embargo, de tipo medicinal. Baños termales de mayor o menor importancia pueden encontrarse en diversas regiones, a veces incluso en lugares donde la actividad ígnea no es evidente en la superficie. La distribución de los volcanes sobre la superficie terrestre no es homogénea sino que muestra una fuerte organización a lo largo de bandas de intensa actividad, que separan zonas muy extensas en las cuales la actividad volcánica no existe o es de una intensidad mucho menor.

2.2Clasificación química de las rocas La mineralogía de una roca ígnea es función de su composición química y de las condiciones de temperatura y presión presentes durante su formación. Así, un magma de una composición química determinada puede dar lugar a diversas variedades texturales como obsidiana, riolita vitrofídica, riolita felsofírica, riolita porfídica, pórfido riolítico, aplita, granófido, microgranito, granitos de grano fino, medio y grueso, así como pegmatita granítica, dependiendo de accidentes en la extrusión o intrusión, tamaño del cuerpo ígneo e historia de enfriamiento.

Asimismo, las relaciones genéticas entre rocas ígneas de diferentes composiciones dentro de una misma provincia petrográfica (es decir, aquéllas emplazadas en la misma región más o menos durante el mismo intervalo de tiempo) pueden ser el resultado de procesos físicoquímicos tales como la diferenciación, asimilación, hibridización y fusión parcial, lo que resulta en tendencias de variación definidas en la composición del magma. Esta es la razón por la que se han propuesto clasificaciones basadas en la composición química de las rocas.

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En consecuencia, la clasificación química de las rocas tiene los siguientes objetivos: − −

Señalar relaciones magmáticas. Explicar la presencia o ausencia de determinados minerales en rocas que pertenecen a una provincia petrográfica dada. − Permitir delimitar diversas provincias petrográficas al aplicarla a estudios regionales.

Este tipo de clasificación se basa, por supuesto, en la composición obtenida del análisis químico global de cada roca, expresada en porcentaje del peso de los óxidos de los elementos mayores, por lo general una docena, incluyendo el agua. De ahí resultó un primer problema: si bien a una cierta asociación mineralógica corresponde una sola composición química, la recíproca no es cierta, pues a una composición química dada pueden corresponder varias asociaciones mineralógicas. Para resolver dicho problema se crearon los conceptos de modo y norma. −

Modo o composición modal es la asociación mineralógica especial de una roca dada.

−

Norma o composición virtual es un cálculo realizado a partir del análisis químico, siguiendo ciertas reglas fijas, sin permitir iniciativa alguna al petrógrafo. Con él se obtienen ciertos minerales patrones, que no son necesariamente los de las rocas. Esto se hace debido que al hacer comparaciones entre diversos tipos de rocas es más sencillo utilizar dichos minerales virtuales que los óxidos de los cuales se obtuvieron.

Método CIPW Este método, denominado así por las iniciales de sus autores, los petrógrafos estadounidenses Cross, Iddings, Pirsson y Washington, data de 1902. Consiste en construir, a partir de los resultados del análisis químico de una roca dada, una norma que se basa en la constitución de ciertos minerales patrones, obteniéndose de esta manera una composición en peso de tales minerales, a la que se denomina composición virtual. Es muy útil, sobre todo, en rocas volcánicas, pero también se le emplea en rocas intrusivas. Los minerales normativos son minerales simples y anhidros, algunos se encuentran realmente en las rocas (cuarzo, ortoclasa, etc.), otros no existen comúnmente en las rocas, como la kaliofilita, halita y tenardita. Algunos minerales comunes han sido excluidos por su composición compleja (augita, hornblenda y micas).

Se dividen en dos grupos:

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1. Grupo sálico: minerales ligeros y claros 2. Grupo fémico: minerales pesados y oscuros La lista de ellos se presenta en la tabla 6.1. El cálculo de la norma CIPW se efectúa siguiendo un método riguroso que prevé todos los casos posibles y que no permite iniciativa alguna al petrógrafo que lo realiza. En la actualidad, el cálculo se efectúa en una computadora, y se ha hecho una costumbre de la mayoría de los laboratorios acompañarlo de análisis químicos. Los pasos a seguir son los siguientes: a) A partir del análisis químico, transformar los porcentajes en peso de los óxidos en porcentajes moleculares (números moleculares o milimoléculas) los cuales indican las proporciones moleculares de esos óxidos en las rocas; dicha transformación se efectúa dividiendo el porcentaje en peso de cada óxido entre su peso molecular correspondiente. b) Cálculo de los siguientes minerales en el orden que se indica: apatito, ilmenita, ortoclasa, albita, anortita, magnetita, hematita, wollastonita, enstatita y ferrosilita. Si hay exceso de sosa, además, la aegirina y el metasilicato de sodio. c) En el paso anterior sólo se toman en cuenta las cantidades de bases presentes, dejando para más tarde el cálculo de la sílice, para aquellos minerales que la contienen. d) Se reparte la sílice efectivamente presente en los minerales que la contienen. Se pueden presentar tres casos: Si

SiO2 es exactamente saturada: Se termina el cálculo.

Si SiO2

se encuentra en exceso:

Si

es deficitaria:

SiO2

Se contabiliza como cuarzo.

Se tienen que modificar los cálculos, de acuerdo con las siguientes reglas:

−

Se deducen las cantidades necesarias de FeO y MgO para formar diópsido con la cal no feldespatizable. − Se transforma una parte de la hiperstena restante en olivino, conservando las proporciones iniciales de MgO y FeO. − Si el déficit en sílice no se elimina aún, se transforma una parte de la albita a nefelina. − En caso de continuar dicho déficit, parte de la ortoclasa se convierte en leucita.

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−

Si continúa aún, se forma monticellita a partir de la wollastonita; y kaliofilita a partir de la leucita.

Si existe un exceso de alúmina después de realizar estos cálculos, se le emplea para formar corindón. Una vez terminado el cálculo, siguiendo cualquiera de las tres posibilidades indicadas, se transforman las proporciones moleculares de los minerales en porcentajes en peso, multiplicándolas por el peso molecular propio de cada mineral. Lo que precede es un resumen del método CIPW. El cálculo paso a paso se puede consultar en el primer volumen del Johannsen2 o en obras más recientes, como el Hughes (1982), Barker (1983) o Best (1982).

2

A descriptive Petrography of the Igneous Rocks, V.I, Introduction, textures, classifications and glossary, University of Chicago Press, 1939.

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TABLA 1 Moléculas de minerales normativos A. GRUPO SÁLICO MINERAL Cuarzo Corindón Zircón Ortoclasa Albita Anortita Leucita Nefelina Kaliofilita Malita Tenardita Carbonato de Sodio

SÍMBOLO q c z or ab an lc ne kp hl th nc

FÓRMULA SiO2 A12O3 ZrO2 SiO2 K2O A12O3 6SiO2 Na2O Al2O3 6SiO2 CaO A12O3 2SiO2 K2O A12O3 4SiO2 Na2O A12º3 2SiO2 K2O A12O3 2SiO2 NaC1 Na2O SO3 Na2O CO3

PESO MOLECULAR 60 102 183 556 524 278 436 284 316 58 142 106

B. GRUPO FÉMICO Acmita Metasilicato de Sodio Metasilicato de Potasio Diópsido Wollastonita Hiperstena Olivino Ortosilicato de calcio Magnetita Cromita Hematita Ilmenita Titanita Perovskita Rutilo Apatita Fluorita Pirita Calcita (*) Wollastonita Diópsido Enstatita Ferrosilita (**) Enstatita Hiperstena Ferrosilita (***) Forsterita Olivino Fayalita

ac ns ks di wo hy ol cs mt cm hm il tn pf ru ap fr pr cc wo en fs en fs Fo Fa

Na2O Fe2O3 4SiO2 Na2O SiO2 K2O SiO2 CaO (Mg,Fe)O 2SiO2 CaO SiO2 (Mg,Fe)O SiO2 2(Mg,Fe)O SiO2 2CaO SiO2 FeO Fe2O3 FeO Cr2O3 Fe2O3 FeO TiO2 CaO TiO2 SiO2 CaO TiO2 TiO2 3(3CaO,P2O5), CaF2 CaF2 FeS2 CaO CO2 CaO SiO2 MgO SiO2 FeO SiO2 MgO SiO2 FeO SiO2 2MgO SiO2 2FeO SiO2

462 122 154 * 116 ** *** 172 232 224 160 152 196 136 80 336 78 120 100 116 100 132 100 132 140 204

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El método se ilustra con dos ejemplos, uno de una roca sobresaturada y otro de una roca subsaturada . TABLA 2 Granito de Shneeloch, Harz, Alemania Óxido % Peso Núm. (1) (2) (3) (4) (5) (6) Peso molec. molec. ap or ab an c mt Si02 72.67 60 1.211 0.366 0.300 0.036 A1203 13.44 102 0.132 0.061 0.050 0.018 0.003 1.06 0.007 Fe203 160 0.007 Fe0 1.56 72 0.022 0.007 Mn0 -71 -Mg0 00.23 40 0.006 1.15 0.021 Ca0 56 0.018 Na20 3.08 62 0.050 0.00 0.050 K20 5.75 94 0.061 3 0.061 H20 0.88 P205 0.12 142 0.001 0.26 0.003 S03 80 TOTAL 100.20 0.00 1 Proporciones moleculares Peso molecular

(7) hy 0.021

(8) q 0.488

0.015 0.006

en=0.00 0.00 0.061 0.050 0.018 0.003 0.007 6 0.488 1 fs=0.015 en=100 336 556 524 278 102 232 fs=132 60

Porcentajes normativos 0.34 33.92 26.20 5.00 0.31 1.62 2.58(**) 29.28 (*) (*) Los porcentajes normativos se determinan multiplicando las proporciones moleculares, por el peso molecular correspondiente. (**) La hiperstena se calcula en función del contenido en los términos extremos de que está constituida, es decir, enstatita y ferrosilita. En el cso del ejemplo: 0.006 en x 100 = 0.60 0.015 fs x 132 = 1.98 2.58 Resumen de las operaciones realizadas porcentajes normativos ap = P205 + 3Ca0 or = K20 + A1203 + 6Si02 ab = Na20 + A1203 + 6Si02 an = Ca0 +A1203 + 2Si02 c = A1203 restante mt = Fe203 + Fe0 hy = (Mg0 + Fe0) + Si02 q = Si02

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

Suma de

Sálicos Fémicos Agua

94.71 4.54 0.88

TOTAL

100.13

NOTA: Ejemplo tomado de la página 93 del volumen 1 del libro Petrography of the Igneous Rocks de A. Johannsen (1938).Para seguir rigurosamente los cálculos, se deben consultar las páginas 89 a 92 de ese libro, sin omitir renglón alguno.

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A partir del cálculo de la norma se procedía a la clasificación CIPW, agrupando las rocas en función de cuatro parámetros: p (clase), q (orden), r (rango) y s (subrango), cuyas definiciones y límites se indican en la tabla 6.4. TABLA 3 Parámetros utilizados en la clasificación C.I.P.W. Sálicos Fémicos Cuarzo q= Feldespatos p=

Clase

En % en peso

Orden

En % en peso Feldespatoides Feldespatos

o

r=

K 2 O + Na 2 O CaO

Para las clases I, II y III Rango

r=

MgO + FeO - Na 2 O * CaO

En números moleculares

Para las clases IV y V (*) Fémicos s=

Sub-rango

K 2 O ** Na 2 O * *

Para las clases I, II y III (**) Sálicos

En números moleculares

MgO FeO + Na 2 O (*)

Para las clases IV y V

clase I: clase II: clase III: clase IV: clase V:

p>7 7 > p > 1.667 1.667 > p > 0.60 0.60 > p > 0.143 p < 0.143

orden 1: q>7 orden 2: 7 > q > 1.667 orden 3: 1.667 > q > 0.60 orden 4: 0.60 > q > 0.143 orden 5: q < 0.143 orden 6: 0.60 > q > 0.143 orden 7: 1.667 > q > 0.143

con cuarzo

sin cuarzo ni feldespatoides con

feldespatoides orden 8: orden 9:

7 > q > 0.60 q>7

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2.3 Clasificación mineralógica de las rocas Familia granito-riolita Félsica, cuarzo esencial, el feldespato alcalino en exceso sobre la plagioclasa sódica Granito Riolita Obsidiana y rocas afines

Familia granodiorita- latita cuarcífera Félsica, cuarzo esencial, la plagioclasa sódica igual o en exceso sobre el feldespato alcalino Granodiorita Cuarzolatita

Familia sienita-traquita Félsica, ni cuarzo ni feldespatoides esenciales, el feldespato alcalino en exceso sobre la plagioclasa sódica, esta última puede faltar. Sienita , Traquita

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Familia monzonita-latita Félsica a intermedia, ni cuarzo ni feldespatoides esenciales, la plagioclasa sódica igual o en exceso sobre el feldespato alcalino. Monzonita, Latita Familia sienita-fonolita feldespatóidicas Félsica, feldespatoides esenciales, el feldespato alcalino generalmente en exceso sobre la plagioclasa sódica. Sienitas feldespatóidicas, Fonolitas Familia tonalita -dacita Félsica a intermedia, cuarzo y plagioclasa, cuarzo y plagioclasa sódica esenciales, el feldespato alcalino no esencial. Tonalita (Diorita cuarcífera) , Dacita

Familia diorita-andesita Intermedia, cuarzo o feldespato alcalino no esenciales, el feldespato alcalino no esencial. Diorita, Andesita.

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Familia gabro-basalto Intermedia a máfica (con excepción de las anortositas), plagioclasa cálcica esencial, cuarzo o feldespato alcalino no esenciales. Gabro, Diabasa, Basalto

Familia gabro feldespático- basalto feldespático Intermedia a máfica, feldespatoides esenciales, plagioclasa esencial a ausente. Gabro feldespatóidico, Basaltos feldespáticos y rocas afines Familia de las peridotitas Ultramáfica, plagioclasa cálcica no esencial.

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Rocas piroclásticas Tobas vítreas, Tobas cristalinas, Tobas líticas, Tobas híbridas Clasificaciones cualitativas y cuantitativas Las rocas ígneas contienen sólo una docena de minerales esenciales, como el cuarzo, feldespatos, feldespatoides, micas, anfíboles, piroxenos y olivinos, los cuales pueden estar asociados en todas proporciones y en combinaciones diversas. Por esta razón se han ideado clasificaciones mineralógicas cualitativas en las que se considera únicamente la presencia o ausencia de ciertos minerales esenciales o característicos. En cambio, en las clasificaciones mineralógicas cuantitativas intervienen, además, los porcentajes de esos minerales medidos con aparatos que se integran al microscopio petrográfico, como el contador de puntos. Las clasificaciones mineralógicas se basan en una o más de las siguientes variables:

– – – –

Porcentaje y tipo de feldespatos Presencia o ausencia de cuarzo, olivino y feldespatoides Porcentaje y tipo de minerales oscuros Tamaño del grano y textura.

Algunas de estas variables no son independientes unas de otras, sino que están relacionadas entre sí. Por ejemplo, un incremento en el contenido de anortita en la plagioclasa se correlaciona con un incremento en los ferromagnesianos como la hornblenda y piroxenos y con una disminución del cuarzo y feldespato alcalino. La presencia de cuarzo se correlaciona casi siempre con una ausencia de feldespatoides y olivino. Tipos de minerales Los minerales pueden ser primarios cuando se forman al mismo tiempo que la roca, es decir, durante la etapa principal de cristalización, y secundarios, posteriormente a ésta. Dentro de los minerales primarios se denominan esenciales a los que dan el nombre a la roca, tales como el cuarzo, feldespato alcalino y plagioclasa sódica en un granito común; y accesorios a aquéllos cuya presencia o ausencia no modifica el nombre de la roca, sino a lo sumo, en caso de abundancia, le daría el nombre a la variedad, por ejemplo granito de biotita. La calidad de esencial o accesorio depende del tipo de roca de que se trate y, por tanto, puede variar; por ejemplo, la biotita en los lamprófidos denominados minette y kersantita es esencial.

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Los minerales secundarios, formados posteriormente a la consolidación de la roca, pueden ser también de dos tipos: de alteración, como la clorita a expensas de la biotita y hornblenda, y de introducción, en fisuras o cavidades, como la calcita o las zeolitas. Hasta la década de 1960-1970 se empleaban diferentes clasificaciones mineralógicas, la mayoría de las cuales tenían muchas cosas en común, pues utilizaban criterios y límites similares en la nomenclatura de las rocas, con algunas variantes. Un ejemplo de ellas es la clasificación químico-mineralógica de Lacroix, muy utilizada en Francia, basada en la norma CIPW. Clasificación de Lacroix En esta clasificación se distinguen dos grandes divisiones, de acuerdo con el contenido relativo de sílice de las rocas, la primera de ellas con tres subdivisiones, a saber:

Subdivisión 1: Rocas sobresaturadas (con cuarzo primario abundante); q = 2 a 4 División I Rocas feldespáticas q=2a7

Subdivisión 2: Rocas saturadas (sin cuarzo ni feldespatoides); q = 5 Subdivisión 3: Rocas subsaturadas (con feldespatoides); q = 6 a 7

División II Rocas feldespatóidicas q=8a9 Cada uno de los grupos anteriores se divide en varias familias, de acuerdo con la naturaleza de los feldespatos o feldespatoides. Así, en la división I (rocas feldespáticas) se tienen tres familias que a su vez se subdividen en subfamilias: Familia Alcalina (sólo con feldespatos alcalinos) r=1

Subfamilia potásica (Or > Ab) s=1a2 Subfam.sódico-potásica (Or = Ab) s = 3 Subfamilia sódica (Or < Ab) s=4a5

Familia calcialcalina (con feldespatos alcalinos y plagioclasas) r=2a3

Subfamilia potásica (Or > Pla) Subfam.monzonítica(Or = Pla) Subfam.granodiorítica(OrPla (***) F. alk = Pla F. alk < Pla

ALCALINA

Saturadas (sin cuarzo ni feldespatoides)

Subsaturadas (con feldespatoides)

(Sólo F. alk)

F. alk > Pla

Calcoalcalina (F. alk. y Pla)

Calco-sódica (sólo Pla.)

ROCAS

ESENCIALMENTE FELDESPÁTICAS

DIVISIONES Y SUBDIVISIONES

Con máficos

TEXTURA FANERÍTICA Granito alcalino Granito calco-alcalino

Oligoclasa-andesina

Diorita

Andesita

Labradorita-anortita

Gabro

Basalto

Sienita nefelinica

Fonolita

ALCALINA Y CALCO-ALCALINA (F. alk con o sin Pla.)

Exxesita Calco-sódica Oligoclasa-andesina (sólo Pla) Labradorita-anortita Theralita ROCAS ESENCIALMENTE Potásica Leucita Missourita FELDESPATODICAS Sódica Nefelina Ijolita Piroxenos o anfiboles Perknitas ROCAS ULTRAMÁFICAS 50 % de silicatos U Olivino Peridotitas HOLOMELANOCRÁTICAS 50 % de silicatos Fe, Ti Mg, etc. Menas ígneas (´*) A. Lacroix, 1933- Classification des roches éruptives. París (**) F. alk. = Feldespatos alcalinos (***) Pla = Plagioclasas

Tefrita Basanita Leucitita Nefelinita Augititas Picritas

Trabajo de Investigación: Geoformas de las rocas ígneas

Clasificación de Streckeisen3 o IUGS La clasificación de las rocas ígneas basada en la proporción de sus minerales específicos posee límites definidos de modo arbitrario entre los diferentes tipos. La naturaleza arbitraria de esos límites se muestra en la figura 6.1, donde se comparan las definiciones de "granito" tales como las consideraban los petrógrafos de las antiguas Alemania Occidental y Unión Soviética, en ésta se puede observar que ambos campos ni siquiera se tocan. En consecuencia, la multiplicidad de las diferentes clasificaciones mineralógicas utilizadas por diversos autores en diferentes partes del mundo, dio lugar a numerosos intentos internacionales para establecer una sola clasificación de aceptación mundial. Con tal motivo se creó la International Union of Geological Sciences Commission of Petrology (IUGS)4 encabezada por A. L. Streckeisen, quien compiló numerosos datos sobre la composición modal de las rocas ígneas y realizó una encuesta internacional entre los petrólogos de más renombre. Los resultados constituyen la base de la clasificación que lleva el nombre de este autor.

3

. Classification and Nomenclature of Igneous Rocks (Final report of an Enquiry). Neues Jahrbuch fur Mineralogie Abhandlungen, V. 107, 1967, p.144-240. 4

Subcomission on the Systematics of Igneous Rocks, Plutonic Rocks.Classification and nomenclature, Geotimes, 1973, V. 18, 10, p. 26-30.

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Proporciona modales de cuarzo, feldespato alcalino y plagioclasa permitidos en las definiciones de "granito normal" Streckeisen considera en su clasificación los siguientes criterios: 1. Las rocas ígneas se deben designar de acuerdo con su composición mineralógica real (modal) dada en porcentaje volumétrico. Sólo cuando la determinación exacta de la composición mineralógica presente dificultades, se puede auxiliar con el análisis químico. 2. Las rocas ígneas, para esta clasificación, incluyen todas aquellas que tienen un "aspecto ígneo", independientemente de su origen, es decir, se pueden haber formado por cristalización magmática, metamórfica o metasomática. 3. Los centros de distribución natural de los diferentes grupos están dentro de los campos de clasificación correspondientes y no en sus límites. Dicho de otra manera, los límites deben trazarse en aquellos lugares donde cae el número mínimo de rocas para eliminar al máximo las indeterminaciones (véase figura 6.2). 4. Para evitar confusiones, se debe seguir la tradición en nomenclatura hasta donde sea posible. Por ejemplo, no cambiar nombres de gran tradición como granito o basalto. 5. Debe ser simple. 6. Los siguientes minerales y grupos de minerales se consideran como los más importantes y deben colocarse en los vértices del doble triángulo de clasificación propuesto (figura 6.3). Q = minerales de sílice (cuarzo, tridimita y cristobalita) A = feldespatos alcalinos ( ortoclasa, microclina, sanidina, anortoclasa, pertita y albita con An 0-5) P = plagioclasas (An 5-100) y escapolitas F = feldespatoides (Leucita, seudoleucita,nefelina, sodalita, noseana, hauyna, analcima y cancrinita) Esta clasificación considera solamente aquellas rocas con un contenido en minerales máficos (M) inferior del 90%. Los más importantes son: M= Micas, anfíboles, piroxenos, olivino, minerales opacos, accesorios, epidota, granates, melilita, monticellita, carbonatos primarios, etc.

Geología y Topografía

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ANEXOS

Rocas ígneas Rocas filonianas

Aplita

Pórfido

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Pegmatita

Pegmatita Rocas volcánicas

Andesita

Geología y Topografía

Andesita

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Geología y Topografía

Basalto

Obsidiana

Bomba

Escoria

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Pumita Rocas plutónicas

Peridotita

Geología y Topografía

Peridotita

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Geología y Topografía

Gabro

Gabro

Sienita

Sienita

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Geología y Topografía

Diorita

Granodiorita

Tonalita

Tonalita

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Geología y Topografía

Tonalita

Granito

Granito

Granito

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GEOTECNIA I Cuadernos Didácticos de Geotecnia (1) Laboratorio Area Geotecnia - www.geocities.com/geotecnia_lab Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales NACIONAL DE CORDOBA

UNIVERSIDAD

Abril, E.G., 2007. Macizos rocosos. Cátedra de Geotecnia I, Cuadernos Didácticos de Geotecnia. Laboratorio Area Geotecnia (GeoLab), Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Universidad Nacional de Córdoba. Córdoba, Argentina – Serie III - No4 

MACIZOS ROCOSOS (5)

Introducción El estudio de los macizos rocosos fue muy importante durante la época de ejecución de los importantes túneles construidos en Europa y en los EE.UU. Tal fue la necesidad de los estudios que merecieron estas obras que terminaron dando origen a métodos de clasificación de los macizos rocosos que se emplean ahora para cualquier tipo de intervención ingenieril sobre macizos rocosos. Los ingenieros necesitan de algún modo llevar la realidad de la naturaleza a magnitudes, para entonces proceder a relacionar tales magnitudes y realizar operaciones con ellas, con la finalidad de llegar a calcular y dimensionar las partes de las obras de ingeniería. De tal modo, debe procurarse una tipificación numérica, y por lo tanto objetiva de los macizos rocosos. Para ello, primeramente se debieron considerar las variables que intervienen en definir sus cualidades de resistencia del macizo, que son las características que interesan en ingeniería. En segunda instancia, debió asignársele a tales variables un grado de incidencia en la calidad del macizo, dejando ver de qué dependen principalmente sus características geotécnicas. Luego se establecieron las relaciones entre las variables de importancia, generándose fórmulas matemáticas. La etapa final fue asignarle a esas variables un número, una magnitud, para entonces poder entrar a la fórmula y resolver la ecuación. Como en la naturaleza los parámetros de variabilidad son muy amplios, se recurre a asignar una magnitud a un intervalo de variabilidad. de exactitud en la medición. Así, la caracterización geomecánica del macizo rocoso pasa a ser suficientemente objetiva y considerada matemáticamente.

5

Para la edición de este trabajo se contó con la inestimable colaboración del alumno Diego Morillo (2007 / 2º. semestre), a quien agradecemos muy especialmente su participación.

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La valoración de la resistencia del macizo pasa por tres factores fundamentales a considerar: la constitución del macizo (las rocas que lo forman: la litología), la disposición y relación espacial de las partes constitutivas del macizo rocoso (la estructura primaria o estratificación y la estructura secundaria, dada por las discontinuidades), y el estado de conservación en el que se encuentra (su condición de frescura o alteración). El ingeniero debe saber observar críticamente el macizo rocoso en su contexto y extraer datos (información de campo) para luego asentar correctamente los datos en tablas confeccionadas con la finalidad de disponer de un lenguaje de entendimiento en esta temática. Las citadas tablas han sido confeccionadas a partir de una prolongada experiencia directa en la construcción de túneles, durante más de cien años, acompañando la extensión del ferrocarril, durante la construcción de la infraestructura ferroviaria de Europa. Presentación (Estas son las palabras de Z.T. Bieniawski, con motivo de la presentación de un software español para el cálculo de los parámetros propuestos por su método) “Los geólogos e ingenieros españoles han hecho importantes contribuciones para una mejor comprensión y utilización de la clasificación geomecánica del RMR (Rock Mass Rating). No obstante, hay que hacer hincapié en que el RMR o cualquier otra clasificación geomecánica no deben sustituir a los procedimientos de ingeniería de diseño. Las clasificaciones geomecánicas se deben utilizar en combinación con instrumentación en macizos rocosos, además de llevar a cabo estudios analíticos para formular un diseño racional de conjunto, compatible con los objetivos de diseño y con la geología local. La finalidad de definir un valor del RMR en un macizo rocoso, es cuantificar su calidad, estimar sus propiedades desde el punto de vista de la ingeniería, proporcionar las bases de referencia para las condiciones previstas del túnel y recomendar procedimientos adecuados de refuerzo del túnel. A este respecto, el sistema RMR es más efectivo con fines de planificación preliminar y también durante la etapa de construcción real del túnel. Algunos programas para ordenadores determinan los valores del RMR y de esta forma reducen la ambigüedad que tienen los procedimientos de clasificación descriptivos, no cuantitativos. Los valores específicos del RMR obtenidos de esta forma pueden utilizarse adecuadamente para estimar los parámetros de deformación y resistencia de un macizo rocoso. Además, estos programas obligan a que el usuario tenga en cuenta los parámetros geológicos más importantes para a continuación combinarlos en un índice de ingeniería en conjunto de la calidad del macizo rocoso, para su uso en diseño de túneles y construcción. Pero, como ocurre con cualquier programa de ordenador, hay dos puntos importantes:

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1. La fiabilidad de los datos de entrada 2. La claridad de ideas de qué y cómo se va a calcular, de forma que se tengan en cuenta de forma adecuada todos los supuestos y procedimientos. Finalmente, siempre es una buena práctica ingenieril comprobar los resultados con otro procedimiento; en consecuencia, no sólo se debe utilizar el sistema de clasificación RMR, sino también conjuntamente con el sistema Q así como con los métodos de construcción de túneles NATM o TBM”

Objetivo del Trabajo Práctico El objetivo de este Trabajo Práctico es destacar las variables que inciden en la calidad geotécnica de un macizo rocoso y formar criterio acerca de su incidencia en la resistencia del mismo, proporcionando conocimientos para poder efectuar una descripción y valoración técnica de macizos rocosos en campaña. Se busca asimismo capacitar en la práctica de la caracterización de macizos a partir de las características específicas del mismo. Este entrenamiento se efectúa a partir de una serie de ejercicios específicos. El desarrollo del TP permitirá también que el alumno tome idea de un panorama general acerca del estado del arte en este tema. Aspectos a considerar en la caracterización de un macizo - El tipo de roca que compone el macizo rocoso Este punto se refiere a la variedad de rocas que pueden constituir un macizo rocoso. Puede tratarse de un macizo rocoso de constitución simple o compleja, de constitución homogénea o compuesto, y esto en las diferentes escalas posibles en la clasificación genética de las rocas.

F S Mt IG

Falla Roca sedimentaria Roca metamórfica Roca ígnea

Los diferentes tipos rocosos ya significan una determinada resistencia. Así, en primera instancia, los granitos son rocas resistentes, más aún cuanto más fino y bien proporcionado sea el contenido de sus minerales básicos. Las metamorfitas también son resistentes, aunque presentan caracteres estructurales que a veces las hacen anisótropas (la foliación, la esquistosidad o el bandeado, por ejemplo). Finalmente, las rocas sedimentarias tienen la fama de menos resistentes, dada su estructura y la debilidad ocasional de sus cementantes, aunque una sedimentita cementada con sílice puede tener una resistencia aún mayor a la de un buen granito.

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- La estructura de la masa rocosa La resistencia de un macizo rocoso puede depender fuertemente de la estructura primaria del macizo. Esta puede conferirle propiedades de isotropía, en el caso de ser una masa homogénea, o de anisotropía (positivas o negativas), y ambas deben tenerse en cuenta, tanto en la faz de construcción como en la de diseño y cálculo de las estructuras.

TIPOS DE DISCONTINUIDADES DE LA MASA ROCOSA Según su Tipo 

ESTRUCTURALES Constituyen diseños de debilidad

 Estratificación, foliación, clivaje

FÍSICAS Separación efectiva de partes

 Diaclasas, fracturas

fallas,

Según su Tamaño MENORES  Diaclasas  Frecuentes, son suceptibles de tratamiento estadístico MAYORES Escasas, tratamiento individual

 Fallas

La trabazón y el vínculo molecular entre los cristales que componen las rocas ígneas, por ejemplo, se traducen en estructuras resistentes. Por su parte, la disposición de las partículas en capas (estratos) y la vinculación indirecta entre los granos de las rocas sedimentarias, a través de cementantes de diferente calidad, se traducen en estructuras con planos de debilidad. La estructura primaria está referida a la que es propia de la génesis de las rocas. Hay estructuras genéticas típicas para las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas (masiva, estratificada, esquistosa…). Las estructuras secundarias son aquellas que son consecuencia de la acción de las tensiones desarrolladas en las rocas a propósito de los esfuerzos tectónicos. Estas estructuras pueden solaparse con las estructuras primarias, coincidiendo o no con ellas. Las estructuras secundarias son la respuesta en distintas escalas de las tensiones en la masa rocosa. Pueden manifestarse aisladas o sobrepuestas entre sí, teniendo diferente jerarquía (dada esta por su alcance). Las estructuras secundarias se manifiestan en discontinuidades y, por lo tanto, en rasgos de debilidad de las rocas. Según sus diferentes escalas, puede tratarse de fallas (desde regionales a locales) o fracturas y diaclasas, que tienen carácter local.

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Este tipo de estructuras incide severamente en las condiciones geomecánicas de los macizos rocosos por conformar planos de debilidad. Como tales, éstos pueden tener menor o mayor significado geotécnico, según sea su posición espacial y su rumbo y buzamiento. - Estado de conservación de la roca La intemperización, actúa la mayoría de las veces en forma combinada con un debilitamiento estructural previo del macizo, el cual puede haber sido producido por el fallamiento, la fractura o el diaclasado. La actuación de los agentes físicos y químicos a través de los cuales se vehiculiza la alteración, puede resultar decisiva en cuanto a la resistencia mecánica o, mejor aún a las propiedades geotécnicas de un macizo rocoso. La alteración físico – química que los factores ambientales pueden producir sobre los macizos rocosos los pueden llevar desde un punto de partida de muy resistentes a simplemente deleznables, y sólo en el término de milenios. Si bien son fenómenos progresivos muy lentos, de muy larga duración, hay evidencias claras de su ocurrencia, aún cuando sean incipientes. Así, un basalto recién solidificado por enfriamiento de una colada básica puede tener una resistencia considerable apenas consolidado pero, luego de alterado, prácticamente puede llegar a confundirse con un suelo residual. No hace falta que la alteración comprenda a todos los componentes del macizo, de hecho incide básicamente sobre los elementos constitutivos más débiles o vulnerables. Con sólo afectar a algunos de esos componentes puede producir el debilitamiento del conjunto, ya que resiente la relación vincular entre las partes, que es sobre la cual se funda finalmente la resistencia del conjunto.

ESTADO DE CONSERVACION DE LA MASA ROCOSA Fenómeno Afectación Roca Resultante Grado de METEORIZACION - Física Meteorización Relajación, expansión/contracción… - Química aumento + hidrólisis, oxidación, carbonatación…

ROCA FRESCA LIGERAMENTE METEORIZADA MODERADAMENTE METEORIZADA ALTAMENTE METEORIZADA EXTREMADAMENTE METEORIZADA SUELO RESUDUAL

Métodos de estudio y clasificación de los macizos rocosos La necesidad de construir túneles llevó a los ingenieros a buscar una forma práctica de evaluar la calidad de la roca a intervenir desde el punto de vista ingenieril.

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Diferentes criterios, todos ellos provenientes de expertos de indiscutible trayectoria, dieron como resultante una serie de métodos de evaluación y valoración:

METODOS DE CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS METODOS CUALITATIVOS

TERZAGHI (1946) LAUFFER (1958)

METODOS CUALI / CUANTITATIVOS

DEER “RQD” (1941) BEINIAWSKY (1973) BARTON, LIEM y LUNDE “Q” (1974) JACOBS ASSOC. “RSR” (1984) BIENIAWSKY “RMR” (1984)

La necesidad de unificar criterios llevó a la comparación de los métodos más conocidos y a establecer entre ellos equivalencias, lo cual permitió en cierta manera uniformar la concepción de la calidad de los macizos rocosos o al menos poder efectuar calibraciones más adecuadas. Una de las equivalencias planteadas es la efectuada entre el método de índole descriptivo de Terzaghi (1946) y el método cualitativo de Lauffer (1958).

EQUIVALENCIAS ENTYRE METODOS DE CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS Clasificación de Terzaghi (1946)

Clasificación de Lauffer (1958)

DESCRIPTIVA

CUALITATIVA

Roca intacta Roca estratificada Roca moderadamente fracturada Roca en bloques imperfectos vinculados Roca triturada, químicamente intacta

Clase A: Roca estable Clase B: Roca inestable a largo plazo

Roca compresible Roca expansiva

Clase C: Roca inestable a corto plazo Clase D: Roca triturada Clase E: Roca muy triturada Clase F: Roca compresible Clase G: Roca muy compresible

Algunos métodos de caracterización de macizos rocosos

CLASIFICACION DE DEERE o del RQD (1964)

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La clasificación de Deere o del RQD (RQD = Rock Quality Designation) se funda en la cuantificación del grado de fractura de la roca. RQD = ROCK QUALITY DESIGNATION Permite la obtención de un índice, que es un valor cuantitativo que representa la calidad del macizo rocoso, teniendo en cuenta las características del testigo recuperado en una perforación. Así, realizando una perforación con maquinaria específicamente empleadas en estas operaciones, puede evaluarse la calidad del macizo rocoso subyacente sobre la base del análisis del material que se obtiene de esa perforación. Ordinariamente, se contempla entonces la planificación de una serie de perforaciones según el trayecto previsto del túnel o de la traza vial o ferroviaria y se obtienen las características en cada punto. En función de la homogeneridad o herterogeneidad observadas, se realizan perforaciones complementarias para clarificar la situación en zonas que podrían ser consideradas a priori como críticas. Los testigos se van colocando en cajones especiales en cuyos bordes constan las progresivas de profundidad. De una perforación pueden extraerse trozos enteros de roca (donde la roca no está fracturada) hasta que se encuentra una discontinuidad en la masa rocosa (el testigo se interrumpe). Esta llegada a una discontinuidad puede significar que es simplemente una fractura o una diaclasa limpias o con algún material intermedio. Pero también puede tratarse de una zona de roca muy fracturada, de la cual sólo se extraen trozos de roca, contabilizándose el espacio de esta parte, si se trata de una transición. Todos estos trozos enteros de testigo o estas partes de roca fracturada se miden y se contabilizan para entonces aplicarlos a una fórmula de cálculo.

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Longitud del sondeo Longitud recuperada

La condición para ser contabilizadas es que éstas tengan una longitud mayor que 0,1 m La fórmula a aplicar es: RQD = Longitud recuperada en piezas ≥ 0,1 m x 100 Longitud del sondeo donde: l = Longitud recuperada (en metros) L = Longitud del sondeo (en metros) Experimentalmente, se cumple que la curva de distribución es del tipo exponencial negativa en un gráfico Frecuencia - Espaciamiento:

RQD = 100 ⋅ e − 0.1λ (0.1λ + 1) Donde λ es la frecuencia media de discontinuidades por metro λ = Cantidad de Dislocaciones Longitud del Sondeo El error comprobado es de +/- 5%.

CLASIFICACION DE BIENIAWSKY (1973) Este método le da un peso a cada uno de una serie de parámetros que se han integrado a una fórmula en la cual participan: •

El RQD

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• • • • • • •

El grado de alteración de la roca La resistencia de la roca sana (compresión simple, en Kg/cm2) La separación promedio entre diaclasas (espaciamiento en el juego más desfavorable) La apertura de las diaclasas La continuidad o extensión de las diaclasas (persistencia) El flujo del agua que pudiere observarse en las discontinuidades relevadas La orientación de las diaclasas (rumbo y buzamiento)

CLASIFICACION DE BIENIAWSKY (1984) Este método engloba algunos parámetros en términos genéricos: RMR = ROCK MASS RATING La clasificación geomecánica RMR fue presentada por Bieniawski en 1973, siendo modificada sucesivamente por el autor en 1976, 1979, 1984 y 1989. Consta de un RMR básico, independiente de la estructura de la roca, y de un factor de ajuste. El RMR básico se obtiene estimando el rango de valores de varios parámetros: • • • • • •

El RQD Ensayo de compresión simple Espaciamiento de las diaclasas (juego más desfavorable) Condiciones de las diaclasas (4 + 5 de Bieniawsky 1973) Condiciones del agua subterránea Orientación de las diaclasas (favorabilidad de Rumbo y Buzamiento)

El método se aplica asignando la valoración correspondiente para cada parámetro. El factor de ajuste, definido cualitativamente, depende de la orientación de las discontinuidades y tiene valores distintos según se aplique a túneles, cimentaciones o taludes. El resultado de la resta (el factor de ajuste es negativo) es el índice final RMR, que puede variar entre 0 y 100, y que clasifica los macizos rocosos en cinco clases. Presentamos seguidamente las Tablas dirigidas a la evaluación expeditiva de macizos rocosos de Bieniawski:

Tabla 1: Puntaje según el valor del R.Q.D. (A)

R.Q.D. (%) 90 - 100 75 - 90

Puntaje 20 17

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50 -75 25 - 50 < 25

13 8 3

Tabla 2: Puntaje según resistencia a la Compresión Simple (B)

Indice del Ensayo de Carga Puntual (MPa) >10 4 - 10 2-4 1-2 ----

Resistencia a la Compresión Simple (RCS) (MPa) > 250 100 - 250 50 - 100 25 - 50 10 - 25 3 - 10 2 0,6 – 2,0 0,2 – 0,6 0,06 – 0,2 < 0,06

Puntaje 20 15 10 8 5

Tabla 4: Puntaje según las condiciones de las discontinuidades (D)

Descripción Superficies muy rugosas, de poca extensión, paredes de roca resistente Superficies poco rugosas, apertura menor a 1 mm, paredes de roca resistente Idem anterior, pero con paredes de roca blanda Superficies suaves ó relleno de falla de 1 a 5 mm de espesor ó apertura de 1 a 5 mm, las discontinuidades se extienden por varios metros Discontinuidades abiertas, con relleno de falla de más de 5 mm de espesor ó apertura de más de 5 mm, las discontinuidades se extienden por varios metros

Puntaje 15 12 7 4

0

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Tabla 5: Puntaje según las condiciones del agua subterránea (E) Filtración por cada 10m de longitud de túnel (L/min) Nada < 10 10 - 25 25 – 125 > 125

Presión del agua en la discontinuidad Condiciones dividido la tensión Generales Principal Mayor 0 Completamente seco 0,0 – 0,1 Apenas húmedo 0,1 – 0,2 Húmedo 0,2 – 0,5 Goteo > 0,5 Flujo continuo

Puntaje

15 12 7 4 0

Tabla 6: Corrección por la orientación de las discontinuidades (F) Evaluación de la influencia de la orientación para la obra Muy favorable Favorable Medio Desfavorable Muy desfavorable

Puntaje para Túneles

Puntaje para Fundaciones

0 -2 -5 -10 -12

0 -2 -7 -15 -25

Tabla 7: Categoría de la Clasificación Geomecánica

CLASIFICACION GEOMECANICA FINAL (Bieniawski)

R.M.R. Calificación Suma de los puntajes del Macizo Rocoso de las tablas

Clase

81 - 100 61 - 80 41 - 60 21 - 40 0 - 20

I II III IV V

Muy bueno Bueno Medio Malo Muy malo

CLASIFICACION DE BARTON (1974) El método de Barton permite calcular la velocidad de avance de construcción de un túnel PR a través del índice QTBM.

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Indice Q de Barton (simplificado) En esta clasificación se catalogan los macizos rocosos según un denominado índice de calidad Q (Barton et al. 1974):

Donde los parámetros son los siguientes: • • • • • •

R.Q.D.: Rock Quality Designation Jn: Número de familias de diaclasas Jr: Rugosidad de las caras de las riaclasas Ja: Meteorización de las diaclasas Jw: Agua en las diaclasas S.R.F.: Factor de reducción Stress Reduction Factor Zonas débiles Competencia de la roca Terrenos fluyentes/expansivos - Determinación de la clase del macizo rocoso Indice Qtbm La nueva versión del conocido índice Q para caracterizar los macizos rocosos, cuando se trata de predecir la velocidad neta de avance de una máquina (TBM), se denomina QTBM y se encuentra expresado como:

donde: •

RQDo: primer parámetro del índice de Barton et al. (1974) pero medido en orientación paralela a la dirección del túnel • Jn: segundo parámetro de la clasificación de Barton et al. (1974) que depende del número de familias de discontinuidades. • Jr: tercer parámetro de la clasificación de Barton et al. (1974) que depende de la rugosidad de las discontinuidades que más influyen en el arranque. • Ja: cuarto parámetro de la clasificación de Barton et al. (1974) que depende del grado de alteración de las discontinuidades que más influyen en el arranque. • Jw: quinto parámetro de la clasificación de Barton et al (1974) que depende de la presión y caudal de agua en el túnel. • SRF: sexto parámetro relacionado con las tensiones que soporta el macizo rocoso y su resistencia, con el que se trata de tener en cuenta los casos de: fluencia, expansividad y estallidos de roca. • Fn: fuerza media por cortador • SIGMA: factor dependiente de la resistencia de la roca Factores de corrección al índice QTBM

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- Factor de corrección por abrasión Depende del CLI (Cutter Life Index), que es función del SJ (índice Siever de perforabilidad) y del AVS (Abrasion Value Steel). - Factor de corrección por contenido en cuarzo Depende del contenido en % de cuarzo - Factor de corrección por tensiones en el frente: Depende tensión biaxial en el frente Velocidad de avance La velocidad de avance se encuentra definida por Barton mediante la expresión:

donde: PR (penetration rate): velocidad de penetración o avance expresado en m/h. Qtbm: índice para caracterizar el avance de las tuneladoras en roca. Presentamos seguidamente las Tablas dirigidas a la evaluación expeditiva de macizos rocosos de Barton: INDICE Q (Simplificado) de Barton et al., (1974) ESTIMACION DE PARAMETROS INTERVINIENTES Indice de Diaclasado Jn Roca Masiva Una familia de diaclasas Una familia de diaclasas, con otras diaclasas ocasionales Dos familias de diaclasas Dos familias de diaclasas, con otras diaclasas ocasionales Tres familias de diaclasas Tres familias de diaclasas, con otras diaclasas ocasionales Cuatro o mas familias, roca muy fracturada Roca triturada

Indice de Rugosidad Jr Diaclasas rellenas Diaclasas limpias Discontinuas Onduladas rugosas Onduladas lisas Planas rugosas Planas lisas Lisos o espejos de falla Ondulados Planos

Valor 0,5 - 1 2 3 4 6 9 12 15 20

Valor 1 4 3 2 1,5 1 1,5 0,5

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Indice de Alteración Ja Diaclasas de paredes sanas Ligera alteracion Alteraciones arcillosas Con detritos arenosos Con detritos arcillosos preconsolidados Con detritos arcillosos poco consolidados Con detritos arcillosos expansivos Milonita de roca y arcilla Milonita de arcilla limosa Milonita arcillosas gruesa

Coeficiente reductor por presencia de agua Jw

Valor 0,75 - 1 2 4 4 6 8 8 - 12 6 - 12 5 10 - 20

Presión de agua [Kg/cm2] l/min 10

0,2 - 0,1

> 10

0,1 - 0,05

Parametro S.R.F. (Stress Reduction Factor) (Factor de reducción de tensiones) Zonas débiles Multitud de zonas débiles o milonitas Zonas débiles aisladas, con arcilla o roca descompuesta (cobertura > 50 m) Zonas débiles aisladas, con arcilla o roca descompuesta con cobertura > 50 m. Abundantes zonas débiles en roca competente Zonas débiles aisladas en roca competente (cobertura > 50 m) Idem con cobertura > 50 m Terreno en bloques muy fracturado Roca competente Pequeña cobertura Cobertura media Gran cobertura Terreno fluyente Con bajas presiones

Valor

10 5 2,5 7,5 5 2,5 5 2,5 1 0,5 - 2,0 5 - 10

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Con altas presiones Terreno expansivo Con presión de hinchamiento moderada Con presión de hinchamiento alta

TABLA DE CLASIFICACION FINAL Excepcionalmente malo Extremadamente malo Muy malo Malo Medio Bueno Muy bueno Extremadamente bueno Excepcionalmente bueno

10 - 20 5 - 10 10 - 15

(Q) < 0,01 0,01 - 0,1 0,1 - 1 1-4 4 - 10 10 - 40 40 - 100 100 - 400 > 400

CLASIFICACION DE JACOBS ASSOC. (1974) RSR = ROCK STRUCTURE RATING Este método establece un modelo sumatorial teniendo en cuenta: a) La geología (tipo de roca, estructura de la roca) b) La fracturación (rumbo, buzamiento y frecuencia de las discontinuidades) c) El efecto del agua (fluencia prevista de agua)

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Favorabilidad de las discontinuidades (su relación con la obra)

Direccion de las discontinuidades

B a) B = 45º - 90º muy favorable B = 20º - 45º favorable

B b) B = 45º - 90º medio B = 20º - 45º desfavorable

B

c) B = 0º - 20º desfavorable B = 20º - 45º media B = 45º - 90º muy desfavorable

62

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Conclusiones

•

Las rocas específicamente los minerales que los componen son contaminantes como puede ser el caso de la Uraninita que es altamente radiactivo puesto que posee en su composición uranio.

•

Los minerales son fuente fundamental para algunos elementos tal es el caso del bórax, argentita, galena, calcopirita, escalerita, etc.

•

Es importante el estudio de los minerales así como el de las rocas puesto que nos permite controlar las propiedades de los suelos.

•

El manejo artesanal del plomo y del mercurio es otra razón importante para el estudio de los minerales, ya que mucho de los minerales son importantes puestos que son fuentes principales para las menas de estos.

Bibliografia

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