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• Paula Rueda

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Minerales y Rocas LOS MINERALES: 8 elementos integran el 98% en peso de la litósfera, y se mezclan para formar los grupos de minerales de interés en ingeniería.

Oxigeno y Silicio 74.3% Silicato Aluminio y Hierro 13.1% Oxidos sulfuros (Fe) Calcio Sodio Potacio Magnecio 11.1% Carbonatos Sulfatos Los minerales se mezclan entre sí a través de procesos complejos para formar rocas de composición y características variables. Siendo estas sustancias inorgánicas sólidas, naturales, de composición química y estructura cristalina definidas. Poseen características físicas y químicas distintivas que permite su identificación y determinan su comportamiento. Estructura Cristalina: Los átomos y moléculas están organizados de tal manera que se forman estructuras típicas llamadas cristales. Los cristales son un cuerpo homogéneo limitado por superficies planas suaves que corresponde a la expresión externa de ese ordenamiento interno de los átomos de un cristal. La mayor parte de los cristales pueden formarse por solución o por fusión. En el primer caso los iones se combinan cuando se segregan o se separan gradualmente de una solución para formar el cristal, como en el caso de la formación de los cristales de sal. En el segundo caso, los cristales se forman a partir de enfriamiento gradual de un líquido inicialmente muy caliente. De esta manera la solidificación de minerales-silicatos en estado de fusión (Magma) da lugar a las rocas ígneas. Cuando se forma un cristal en un espacio abierto, los átomos de los elementos que lo constituyen se organizan, de tal manera que se desarrolla una forma característica con ángulos iguales entre las caras que lo conforman. Las caras cristalinas se desarrollan a lo largo de direcciones en las cuales se interceptan el mayor número de átomos. Para estudiar los cristales minerales, se describen de acuerdo con ciertos elementos de simetría llamados ejes y planos de simetría .

Susceptibilidad: La composición química de los minerales determina la susceptibilidad de estos a combinarse o a descomponerse químicamente. Las rocas que poseen minerales ricos en hierro magnesio y calcio son más susceptibles que las que poseen minerales ricos en sílice, potasio, y sodio. Identificación: Los minerales se identifican de acuerdo con las siguientes características:

Brillo o Lustre

Color

• Según el aspecto del mineral frente a la luz reflejada en su superficie. Se describe como vítreo, perlado, sedoso etc.

• Muy pocos minerales poseen un color característico, por lo general el color observado es debido a impurezas, por lo general se observa con colores gris, blanco o rosado.

Color de la Raya

• Cuando se practica una traza con un mineral, sobre una placa áspera de porcelana, quedan adheridas pequeñas partículas de éste, cuyo color es el característico del mineral.

Dureza Relativa

• Aptitud de los minerales (también las rocas) a dejarse rayar o penetrar por algún objeto • Se ha establecido una escala de 1 a 10 denominada Escala de Mohs de Dureza la cual un mineral se deja rayar de los de mayor jerarquía o raya a los de inferior jerarquía. • No debe confundirse la dureza, con la abrasividad, esta última propiedad referida al desgaste que produce un mineral sobre otro mineral u otro objeto por fricción, si bien, los minerales más duros son por lo general más abrasivos. Con respecto a la dureza los minerales se pueden clasificar de acuerdo con la siguiente escala comparativa como se muestra en la Tabla

Clivaje, Fractura

• Clivaje: Se dice que un mineral presenta clivaje, cuando rompe a lo largo de superficies de debilidad planas, paralelas a las caras cristalinas. Así, la mica, presenta un plano de clivaje perfecto y rompe en laminillas delgadas, elásticas • Fractura: Otros minerales ofrecen fracturas irregulares, independientes de su arreglo cristalino: Concóidea, (como una concha), en el cuarzo o desigual, en la Hematita

Solubilidad en ácidos

• Densidad: Los minerales con abundante Ca, Fe y Mg son más densos que los que contienen bastante Sílice, sodio y potasio. • Efervescencia en ácidos: Algunos minerales como la calcita efervecen en presencia de ácidos. • Otras Características: Algunos minerales presentan características particulares de diafanidad, elasticidad y otras, que ayudan también a identificarlos.

Clasificación: se debe hacer diferencia en primer lugar entre los minerales formadores de rocas o minerales petrogenéticos y los restantes minerales entre los cuales se deben destacar por su interés en ingeniería los minerales de alteración como los minerales arcillosos y las micas hidratadas. Subgrupo Silicatos:

Petrogenéticos Combinaciones de sílice y oxígeno con cationes métalicos en diferentes proporciones. Su unidad básica estructural es el tetraedro de sílica, presente en el 90% de los minerales de la corteza terrestre. Conformado por un ión de silicio, rodeado en la forma más densa posible por 4 iones grandes.

CUARZO (SiO2) Sílica cristalina. Está conformado exclusivamente por tetraedros de sílica y su peso específico es de 2.65. Incoloro, blanco nublado o humo y fractura en forma concoidea. Es insoluble en ácido. El cuarzo está presente en la mayor parte de las rocas,es muy resistente tanto mecánicamente como frente a la descomposición

ÓPALO (SiO2 . H2O) Sílica amorfa, hidratada. Generalmente incoloro o blanco y lustre seroso a vítreo. Es insoluble en ácido. Mineral secundario por alteración de silicatos formado muchas veces por alteración hidrotermal que se introduce en grietas de las rocas. Se forma en ambientes donde la sílica disuelta es depositada rápidamente a partir de soluciones.

CALCEDONIA Variedad de cuarzo (SiO2) Sílica criptocristalina (partículas minerales muy pequeñas). Color gris claro, lustre opaco o seroso. Es un mineral secundario muy común en rocas ígneas silíceas alteradas, especialmente las vítreas de grano fino; también abunda en calizas y en rocas sedimentarias silíceas como el chert. Es insoluble en ácido

Subgrupo feldespatos:

Ortoclasa KAl Si3 O8 y la serie de las Plagioclasas: (Ab) /a, Al Si3 O8 - (An) Ca Al2 Si2 O8. La ortoclasa es un mineral de color blanco, rosado o grisáceo y de lustre vítreo.Es insoluble en ácido. Por alteración da lugar a minerales arcillosos, sericita y cuarzo criptocristalino. (cristales muy pequeños).

La serie de las plagioclasas está integrada por 6 minerales. Anortita (Ca), Bitownita (Ca >Na). Labradorita (Ca >Na), Andesita (Na=Ca), Oligoclasa (Na>Ca) y Albita (Na). En esta serie se presenta una sustitución isomorfa: La Anortita (Ca), que cristaliza a alta temperatura y la Albita (Na), que cristaliza a baja temperatura, constituyen los extremos de esa serie, en la cual el calcio se sustituye gradual y progresivamente por sodio. Los feldespatos constituyen lon los minerales más abundantes dentro de los silicatos y constituyen el 50% de los minerales de la corteza terrestre.

En estos minerales, todos los iones de oxígeno de los tetraedros, están compartidos con los de oxígeno adyacentes, conformando retículos tridimensionales en los cuales el aluminio reemplaza parcialmente al silicio en diferentes proporciones según el tipo de feldespatos. Debido a esta sustitución, resulta una carga eléctrica compensada por introducción de iones de potasio K, sodio Na, o calcio Ca, en la estructura. Las proporciones de potasio, sodio, y calcio quedan determinadas por la temperatura a la cual ocurrió la cristalización.

Subgrupo MICAS:

Moscovita (Mica Blanca) K Al3 Si3 (OH)2 Posee la misma estructura cristalina básica de la biotita, pero cada par de láminas de tetraedros de silica está fuertemente unida por iones de aluminio, lo cual la hace más estable. Estas láminas dobles a su turno están débilmente unidas por iones positivos de potasio por lo cual presentan un clivaje perfecto y fácil exfoliación.

Biotita (Mica negra). K (Fe Mg)3 Al Si3 O10 (OH)2 Tetraedros de sílica dispuestos en placas o láminas, en las cuales cada ión de silicio comparte 3 iones de oxígeno con sus adyacentes de silicio, formando una malla, el cuarto ión de oxígeno no compartido de cada tetraedro, sobresale del plano cristalino entre todos los demás. La unidad estructural básica de esta mica está constituida por láminas dobles de tetraedros de sílica unidas por iones positivos de hierro y magnesio, las cuales a su vez están unidas débilmente por iones positivos de potasio

Subgrupos OLIVINO, PIROXENO AUGITA Y ANFIBOLES-HORNBLENDA

Subgrupo PIROXENOAUGITA. (Mg, Fe) SiO3 Sub-grupo OLIVINO (Mg, Fe)2 SiO4. En este mineral los tetraedros de sílica, están ligados con iones positivos de hierro y magnesio.

Conforma cadenas aisladas de tetraedros de sílica enlazados mediante iones de hierro y magnesio. En las rocas, la augita se presenta en forma de granos cortos y gruesos.

Subgrupo ANFIBOLESHORNBLENDA (Ca2 ( Mg, Fe)Si8 O10 (OH)2 Cadenas dobles de tetraedro de sílica, enlazados mediante iones de hierro magnesio calcio sodio y aluminio. En las rocas se parece a la Augita pero sus granos son más largos y delgados.

SILICATOS MINERALES DE ALTERACIÓN:

Clorita (Mica hidratada de Aluminio y hierro) • Silicato hidratado de aluminio con hierro ferroso y magnesio, formado por alteración hidrotermal de algunas rocas ígneas, (a partir de anfibol y piroxeno), o como mineral constituyente de pizarras y esquistos principalmente. Se reconoce por presentarse en láminas o escamas de color verde

Vermiculita (Mica hidratada de hierro y magnesio) • Este mineral se forma por alteración de la biotita y tiene tendencia a expandirse cuando se calienta. Su color es marrón bronceado o gris y se parece a la biotita pero su lustre es opaco y se presenta en láminas blandas, flexibles, no elásticas.

Talco (mineral micáceo de magnesio) • Es un silicato hidratado de magnesio que se forma por alteración de rocas ígneas básicas como el basalto y la peridotita. También puede ser un mineral constitutivo en esquistos talcosos. Se puede rayar con la uña y es grasiento al tacto, su color varía entre blanco plateado a verde

Serpentina • Es un mineral que resulta de la alteración de rocas que contiene bastante magnesio como el olivino. También es el mineral principal de las rocas llamadas serpentinita. Se parece algo al talco; al tacto es suave o grasiento y su color mancha las rocas de verde amarillento, marrón, rojizo y tintes oscuros.

Sericita (variedad de moscovita) • Este mineral es una variedad de moscovita producto de alteración hidrotermal de los feldespatos. Se presenta en escamas o láminas de color blanco plateado. Algunos silicatos pueden identificarse en muestras de rocas graníticas, gracias a ciertos aspectos claves.

ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS:

Hematita (Oxido de Hierro) (Fe2 O3) Se presenta en forma de escamas de color rojizo marrón a negro y raya de olor rojo marrón. No presenta clivaje y su brillo es sub-metálico a terroso. Soluble en ácido concentrado. Abunda como mena o depósito concentrado de hierro y pigmenta las rocas que se oxidan.

Resultan de la unión directa de un metal con el Oxígeno en presencia o no del agua. Estos minerales presentan estructuras más simples. Son más duros que cualquier otro mineral, exceptuando los silicatos y más pesados exceptuando los sulfuros.

Limonita o Goetita (HIDRÓXIDO DE HIERRO) FeO (OH):

Gibsita (hidróxido de aluminio) Al (OH)3: Es un mineral de grano muy fino que abunda en depósitos de bauxita

Este mineral se presenta en forma compacta, fibrosa. Es de color marrón amarillo rojizo y raya marrón rojiza.Abunda en suelos residuales y en forma diseminada o como cementante de algunas rocas sedimentarias.

LOS CARBONATOS:

Calcita Ca (CO)3

En estos minerales el ion carbonato, que consta de un ion de carbono y 3 de oxígeno a su alrededor (CO3)2, se unen con el Ca o el Mg dando lugar a la calcita y a la dolomita.

LOS SULFATOS

Es un mineral muy abundante: componente de la caliza (roca sedimentaria) y el mármol (roca metamórfica); cementante mineral muy común y presente en venas y diques. En las rocas se presenta en forma granular; es incolora o de varios colores por impurezas; lustre vítreo y soluble en ácido diluido. También se puede presentar como cristales romboédricos individuales.

Dolomita Ca Mg (CO3) 2 Es el principal componente mineral de la dolomita, las calizas dolomíticas y algunos mármoles. Es incolora o de varios colores por impurezas. Lustre vítreo. Disuelve con dificultad en HCl diluido.

LOS SULFUROS:

Resulta de la unión del Pb, el Fe, u otros elementos semejantes con el S

El principal sulfuro es la pirita, (Sulfuro de Hierro). Pirita Fe2S: Mineral amarillento con manchas gris, verde o rojizo; lustre resinoso; se asocia a las evaporitas con el yeso, anhidrita o calcita. También es frecuente como mineral accesorio de algunas rocas lodosas u otras rocas.

Otro mineral o roca del grupo de las evaporizas donde se asocia con anhidrita o sal. También abunda en venas o cavidades de rocas lodosas o depósitos de origen hidrotermal.

Yeso SO4 Ca.2 H2O

Mineral o roca del grupo de las evaporitas. Incoloro a blanco rosado; lustre vítreo. Se asocia en los depósitos con sal, yeso y carbonatos.

Anhidrita SO4 Ca

SULFATOS

Por su parte el ion sulfato consta de 1 ion de azufre y 4 de oxígeno (SO4)2, que se combinan con Ca en la anhidrita. El sulfato de calcio no hidratado se le llama yeso

Las características geológicas determinan el relieve. El relieve es el resultado de la tectónica, la erosión y los deslizamientos. Cada formación geológica en un área determinada posee unas determinadas propiedades geotécnicas Desde el punto de vista litológico los materiales se clasifican de acuerdo con su génesis o formación diferenciándose dos grupos de materiales, que son:

ROCA

SUELO

LA ROCA: Agregado natural de partículas de uno o más minerales, con fuerte unión cohesiva permanente, que constituyen masas geológicamente independientes y cartografiables. Todas las rocas tanto ígneas, sedimentarias como las metamórficas provienen de diferentes procesos relacionados con el ciclo de las rocas

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS:

Por su composición química

•Silicatadas •Carbonatadas •Sulfatadas

Por su permeabilidad

•Permeables en agua •Impermeables en agua

Por su origen

•Rocas sedimentarias •Rocas magmáticas •Rocas metamórficas

TIPOS DE ROCAS SEGÚN SU ORIGEN:

Ígneas

Sedementarias

Se forman por la solidificación de un magma.

Se forman a través de sedimientos.

Granito, Basalto, Obsidiana, Piedra pómez.

Arensica, Caliza, Conglomerado.

Metamórficas Se forma a partir de otras rocas sometidas a altas presiones y temperaturas sin llegar a fundir.

Mármol, Pizarra, Cuarcita, Gneis.

LAS ROCAS SEGÚN SU ORIGEN:

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS DIVERSOS MATERIALES LITOLÓGICOS

Roca Ignea Metamórfica

Roca Sedimentaria

• Rocas formadas por caracteristicas de minerales • Estructura geológica. Fracturas •Debe definirse el tipo de roca en la forma mas detallada posible •Rocas formadas por granos cementados,depositados en capas •Planos de estratificación

Roca Meteorizada (Saprolito)

• Ignea Sedimentaria Metamórfica • Permanecen algunos rasgos de la roca pero ésta se encuentra descompuesta, en las discontinuidades • Estructura geológica discontinuidades estado de meteorización

Suelo Residual

•Roca meteorizada en la cual ya no aparecenlas características físicas de la roca •Estructura geológica. Discontinuidades. Propiedades fisicoquímicas

Suelo Aluvial, Coluvial, Glacial, Loess

•Grupos de partículas o bloquers de suelo o roca •Estructura geológica. Discontinuidades. Meteorización. Propiedades fisicoquímicas

Materiales Heterogéneos (Roca, Roca Meteorizada, Suelo)

•Mezcla de diversos materiales en un mismo perfil •EStructura geológica. Discontinuidades. Meteorización. Propiedades fisicoquímicas

ESTRUCTURA Y TEXTURA DE LAS ROCAS ESTRUCTURA DE LAS ROCAS: Se entiende por estructura de una roca el aspecto que presenta en la superficie, así como el conjunto de caracteres físicos como forma de presentación y disposición de los minerales. Por ejemplo, mantos, estratos, bandeamineto, derrames, disyunción esferoidal, disyunción columnar, dique. TEXTURA DE LAS ROCAS: La textura de una roca se refiere al tamaño, forma de la disposición y de la distribución de los minerales de una roca, y se debe a los siguientes factores.

Cristalinidad •Comunmente refleja la velocidad de enfriamiento. •Holocristalino: Son rocas que están compuesto totalmente por cirstales y ha alcanzado el más alto grado de cristalización. El granito •Holohialina: Son rocas que esta formado por vidrio en su totalidad. Obsidiana •Hipocristalinas: Son rocas que contienen tanto vidrio como cristales Granularidad •En las rocas el tamaño de los cristales varia desde dimensiones submicroscopicas hasta cristales de varios centimetros, decimetros, y aun metros de longitud en algunas pegmatitas •Fanertica: Es aquella roca en la que los cristales pueden reconocerse a simple vista o con ayuda de lupa •Afantica: Es aquella roca en la que los cirstales no pueden reconocerse a simple vista, y es necesario una lupa o un microscopio •Las rocas afaniticas pueden ser MONOCRISTALINAS, MEROCRISTALINAS, CRISPTOCRISTALINAS Formas de los Cristales •Las formas de los elementos consituitivos de las rocas se describen con referncia al desarrollo de las caras de los cristales y en consecuencia a la forma del cristal •Euhedral: El cristal esta perfectamente desarrollado en sus caras cristalinas •Anhedral: El cristal no posee sus caras propias •Subhedral: Cuando el cristal esta imperfectamente desarrollado

Relaciones mutuas de los Cristales •Pueden encontrarse texturas dependientes de las relaciones mutuas en formas: •Equigranulares: Todos los cristales son aproximadamente del mismo tamaño dando a la roca un aspecto granular uniforme, tanto en las muestras manuales como en seccion delgada •Inequigranular: Cuando los tamaños del cristal varian gradualmente del mas pequeño al más grande •Direccionales: Se refiere a la forma de corriente o traquitica, a la fajeada o gneísica •Porferítica: Cristales grandes rodeados de cristales mucho mas pequeños. Cuando una roca esta compuesta de cristales euhedrales, la textura se denomina panidomorfica; cuando esta compuesto de cristales anhedrale se le denomina textura alotriomorfica y cuando esta conformada por cristales subhedrales, se dice que es textura hipodiomorfica

Los minerales Cuarzo, Feldespato, Biotita, forman una roca denominada GRANITO El gabro es una roca plutónica oscura compuesta esencialmente de Plagioclasa cálcica, Clioperoxeno y/o ortopiroxeno y óxidos de Fe. La obsidiana, la compone químicamente los silicatos alumínicos y un gran porcentaje (70 % o mayor) de óxidos sílicos. Su composición es parecida al granito y la riolita.

Una riolita es una roca volcánica rica en sílice compuesta principalmente por fenocristales de cuarzo y feldespato alcalino, a menudo con cantidades menores de plagioclasa y biotita, contenidos en una matriz vítrea o microcristalina. Su composición química es la del granito. La pirita es un mineral del grupo de los sulfuros (FeS2). Tiene un 53,48% de Azufre y un 46,52% de Hierro. Frecuentemente macizo y granular fino. Insoluble en agua, y magnética por calentamiento. La Titanita o esfena es un mineral del grupo de los Silicatos. Químicamente es un silicato de Titanio y Calcio. Con frecuencia presenta impurezas de Hierro y Aluminio, entre otras. La pirargirita es un mineral de dureza 2,5 a 3 en la Escala de Mohs. Fue descubierto por Glocker en 1831. Forma parte de la familia de los sulfuros. Es caracterizado por su color rojo oscuro. Es translúcido y tiene un brillo adamantino, fuertemente metálico.