Giovanni VegaIngeniero Civil en Minas

Dureza

Es la resistencia de una capa superficial a la penetración enella de otro cuerpo más duro. La dureza de las rocas es elprincipal tipo de resistencia a superar durante laperforación, pues cuando se logra la penetración, el restode las acciones se desarrollan más fácilmente.

Las rocas se clasifican en cuanto a su dureza por medio dela escala de Mohs, en la que se valora la posibilidad de queun mineral pueda rayar a todos los que tienen un númeroinferior al suyo. Existe una cierta correlación entre ladureza y la resistencia a la compresión de las rocas.

Correlación entre la dureza y la resistencia ala compresión de las rocas.

Resistencia

Se llama resistencia mecánica de una roca a la propiedadde oponerse a su destrucción bajo una carga exterior,estática o dinámica.

Las rocas oponen una resistencia máxima a la compresión;comúnmente, la resistencia a la tracción no pasa de un 10a un 15% de la resistencia a la compresión; Eso se debe a lafragilidad de las rocas, a la gran cantidad de defectoslocales e irregularidades que presentan y a la pequeñacohesión entre las partículas constituyentes, la resistenciade las rocas depende fundamentalmente de sucomposición mineralógica.

Entre los minerales integrantes de las rocas el cuarzoes el más sólido, su resistencia supera los 500 MPa,mientras que la de silicatos ferromagnésicos y losaluminosilicatos varían de 200 a 500 MPa, y la de lacalcita de 10 a 20 MPa. Por eso, conforme es mayor elcontenido de cuarzo, por lo general, la resistenciaaumenta.

La resistencia de los minerales depende del tamañode los cristales y disminuye con el aumento de éstos.Esta influencia es significativa cuando el tamaño delos cristales es inferior a 0,5 mm.

En las rocas la influencia del factor tamaño en la resistencia esmenor, debido a que también intervienen las fuerzas de cohesiónintercristalinas. Por ejemplo, la resistencia a la compresión de unaarenisca arcosa de grano fino es casi el doble que la de granosgruesos; la del mármol constituido por granos de 1 mm es igual a100 MPa, mientras que una caliza de granos finos tiene unaresistencia de 200 a 250 MPa.

fuerza de cohesión, atracción entre moléculas que mantieneunidas las partículas de una sustancia.

Entre las rocas sedimentarias las más resistentes son las quetienen cemento silíceo, mientras que en presencia de cementoarcilloso, la resistencia de las rocas disminuye de manera brusca.

La porosidad en rocas con una misma litología conformeaumenta hace disminuir la resistencia, puesto quesimultáneamente disminuye el número de contactos de laspartículas minerales y las fuerzas de acción recíprocas entreellas.

La porosidad es una medida de espacios vacíos en unmaterial

En la resistencia de las rocas influye la profundidad a la quese formaron y el grado de metamorfismo. Así; la resistenciade las arcillas yacentes cerca de la superficie terrestre puedeser de 2 a 10 MPa, mientras que las rocas arcillosas, quefueron sometidas a un cierto metamorfismo pueden alcanzarlos 50 - 100 MPa.

Resistencias a lacompresión másfrecuente de losdiferentes tipos derocas.

Elasticidad

La mayoría de los minerales constituyentes delas rocas tienen un comportamiento elástico-frágil, que obedece a la Ley de Hooke, y sedestruyen cuando las tensiones superan el límitede elasticidad.

La ley de Hooke, establece que el alargamientounitario que experimenta un material elástico esdirectamente proporcional a la fuerza aplicadasobre el mismo

Según el carácter de deformación, en funciónde las tensiones provocadas para cargasestáticas, se consideran tres grupos de rocas:

1) Las elasto-frágiles o que obedecen a la Leyde Hooke.2) Las plástico-frágiles, a cuya destrucciónprecede la deformación plástica.3) Las altamente plásticas o muy porosas,cuya deformación elástica es insignificante.

Las propiedades elásticas de las rocas secaracterizan por el módulo de elasticidad "E" y elcoeficiente de Poisson "y".

El módulo de elasticidad es el factor deproporcionalidad entre la tensión normal en laroca y la deformación relativa correspondiente,su valor en la mayoría de las rocas varía entre0,03 a 104 Y 1,7 a 105 MPa, dependiendofundamentalmente de la composiciónmineralógica, porosidad, tipo de deformación ymagnitud de la carga aplicada.

Los valores de los módulos de elasticidad enla mayoría de las rocas sedimentarias soninferiores a los de los mineralescorrespondientes que los constituyen,también Influye en dicho parámetro latextura de la roca, ya que el módulo deelasticidad en la dirección de la estratificacióno esquistosidad es generalmente mayor queen la dirección perpendicular a ésta.

El coeficiente de Poisson es el factor deproporcionalidad entre las deformacioneslongitudinales relativas y las deformacionestransversales.

Para la mayoría de las rocas y minerales estácomprendido entre 0,2 y 0,4, y sólo el cuarzolo tiene anormalmente bajo, alrededor de0,07

Plasticidad

Como se ha indicado anteriormente, en algunas rocas,a la destrucción le precede la deformación plástica.

Esta comienza en cuanto las tensiones en la rocasuperan el límite de elasticidad

En el caso de un cuerpo idealmente plástico taldeformación se desarrolla con una tensión invariable.Las rocas reales se deforman consolidándose almismo tiempo: para el aumento de la deformaciónplástica es necesario incrementar el esfuerzo.

La plasticidad depende de la composiciónmineral de las rocas y disminuye con elaumento del contenido de cuarzo, feldespatoy otros minerales duros. Las arcillas húmedasy algunas rocas homogéneas poseen altaspropiedades plásticas.

La plasticidad de las rocas pétreas (granitos,esquistos cristalinos y areniscas) semanifiesta sobre todo a altas temperaturas.

Abrasividad

La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de otro cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento.

Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son las siguientes:

La dureza de los granos constituyentes de la roca. Las rocas que contienen granos de cuarzo son sumamente abrasivas.

La forma de los granos. Los más angulosos son más abrasivos que los redondeados.

El tamaño de los granos.

La porosidad de la roca. Medida de espacios vacíos en la roca, es una fracción del volumen de huecos sobre el volumen total.

La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aunque éstos tengan igual dureza, son más abrasivas, pues van dejando superficies ásperas con presencia de granos duros. Por ejemplo, los granos de cuarzo en un granito

“Esta propiedad influye mucho en la vida de los útiles de perforación”

Presenta contenidos medios de diferentes tipos de roca.

Textura

La textura de una roca se refiere a la estructurade los granos de minerales que la constituyen;esto se manifiesta a través del tamaño de losgranos, la forma, la porosidad, etc. Todos estosaspectos tienen una influencia significativa en elrendimiento de la perforación.

Como los granos tienen forma lenticular, comoen un esquisto, la perforación es más difícil quecuando son redondos, como en una arenisca.

También influye de forma significativa el tipode material que constituye la matriz de unaroca y que une los granos de mineral.

En cuanto a la porosidad, aquellas rocas quepresentan una baja densidad y sonconsecuentemente más porosas tienen unamenor resistencia a la trituración y son másfáciles de perforar.

Estructura

Las propiedades estructurales de los macizosrocosos, tales como esquistosidad, planos deestratificación, juntas, diaclasas y fallas, asícomo el rumbo y el buzamiento de éstas afectana la linealidad de los barrenos, a losrendimientos de perforación y a la estabilidad delas paredes de los taladros, tal como se muestraen la siguiente tabla, donde se clasifican losmacizos rocosos a partir del espaciamiento entrejuntas y la resistencia del material rocoso.

Giovanni VegaIngeniero Civil en Minas