UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRAS CARRERA DE INGENIERA CIVIL FACULTAD DE INGENIERA

UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRAS CARRERA DE INGENIERA CIVIL FACULTAD DE INGENIERA!CLCULO PRECISIN Y SIMETRA!ADELANTE INGENIERADocente : M.Sc. Ing. Germn Lizarazu Pantoja

TEMA No. 5 SLIDOS, MINERALES DE LAS ROCAS Y METEORIZACIN.

5.1.- GENERALIDADES.La fase slida es la que determina, en su mayor parte, el comportamiento Ingenieril del suelo, y es la parte dominante en la roca.Los ms importantes slidos caen dentro de 3 clases: a) Minerales b) Productos de sntesis orgnica y descomposicin c) Materiales artificialesDe estas 3 clases, el ms importante constituyente del suelo son los minerales.

5.2.- MINERALES PREDOMINANTESExisten cientos de minerales agrupados en manuales de mineraloga y de estos, un grupo relativamente pequeo constituye la mayor parte de las rocas y de los suelos.Podemos agruparlos de acuerdo con su relacin con la Ingeniera Civil, ver tabla No. 7 5.3.- METEORIZACIN DE LAS ROCASLa meteorizacin de las rocas es la fragmentacin de la masa de roca en pedazos ms pequeos por diferentes procesos, los se pueden resumir de la siguiente manera: a) Procesos Naturales b) Procesos Mecnicos c) Procesos Qumicos d) Procesos por Solucina) Dentro los procesos naturales de meteorizacin de las rocas, podemos indicar la meteorizacin por Gravedad, en la que las rocas caen de las colinas hacia los pies de talud y que en su camino al chocar con otras rocas, se desmenuzan formando otro material ms fino pero con caractersticas similares al de su origen.b) El proceso mecnico o desintegracin es una combinacin de romper, astillar y moler, que reduce la roca a pedazos cada vez ms, pequeos, pero que conservan su composicin original.En este proceso, adems de los trabajos realizados por el hombre, Podemos indicar otros fenmenos que hacen que el material se desintegre, como ser: Congelacin de las aguas acumuladas en las grietas y poros, el choque del agua con los suelos, el desgaste o abrasin producido por las gravas y cantos rodados que acarrean los torrentes y ros, el golpear de las olas en las playas y farallones, el golpear de las arenas que acarrean los vientos desrticos, la expansin y contraccin de la roca por violentos cambios de temperatura y accin arrasadora de los glaciares.c) La meteorizacin qumica o descomposicin, es una alteracin qumica de los minerales de la roca, para formar nuevos minerales, que generalmente tienen propiedades fsicas y qumicas completamente diferentes de los que les dieron origen.Esta alteracin es causada por la reaccin de los minerales con el agua.d) La solucin es el proceso por el cual los minerales solubles de la roca se disuelven, dejando como residuo los minerales insolubles.Estos procesos de meteorizacin, ocurren simultneamente, pero con diferentes intensidades que dependen del Clima, la Topografa y la Composicin de la roca original .En general, la descomposicin predomina en regiones hmedas, calientes y en reas de topografa accidentada.Finalmente, la solucin predomina en regiones hmedas con rocas subyacentes solubles.5.4.- CARACTERSTICAS DE LOS MINERALES PREDOMINANTES.Haciendo una descripcin de la Tabla No. 7, podemos indicar que la Slice (Dixido de Silceo), es uno de los ms importantes constituyentes de muchas rocas y de la mayor parte de los suelos, se presentan en la naturaleza en dos formas: Cristalina (cuarzo) y amorfa (pedernal).Tabla No. 7

Es inerte a la meteorizacin qumica e insoluble al agua, pero ligeramente soluble en medio bsico. Es dura y tenaz, no presenta exfoliacin y resiste la meteorizacin mecnica mejor que otros minerales.LOS FELDESPATOS.- En orden de importancia, es el segundo grupo de minerales que forma la roca. Estn constituidos por polisilicatos de Al, K, Na, y Ca, son frgiles con planos de exfoliacin pronunciados y se rompen fcilmente para formar pequeas partculas prismticas. Son muy susceptibles a la descomposicin qumica y la desintegracin mecnica acelera ste proceso, por lo que es difcil de encontrarlo en regiones hmedas.Normalmente, se presentan como Silicatos de aluminio hidratados, constituyendo una familia que se llama Minerales Arcillosos, que fsicamente son diferentes de los feldespatos de donde provienen. LAS MICAS.- Las micas constituyen una segunda familia de silicatos minerales que corrientemente contienen hierro y magnesio, adems de potasio. Las son lminas blandas y flexibles con una pronunciada exfoliacin, se separan fcilmente y se rompen para formar otras lminas ms pequeas. Su descomposicin qumica es parecida a la de los feldespatos pero no tan rpida, por lo que se lo encuentra en regiones hmedas.LOS FERROMAGNESIANOS.- Son Silicatos complejos de aluminio y magnesio. Son moderadamente duros y resistentes, no tienen exfoliacin pronunciada y se rompen mecnicamente en fragmentos irregulares de color obscuro. Al descomponerse qumicamente forman xidos de hierro, minerales arcillosos y otros productos. LOS XIDOS DE HIERRO.- Se presentan en la naturaleza en diversas formas cristalinas y amorfas, y en ambas existe el estado ferroso y frrico; pueden ser productos de la meteorizacin de los minerales que contienen hierro, como la Biotita o el grupo ferromagnesianos. Al hierro se debe la coloracin de los materiales.LOS CARBONATOS, CALCITA Y DOLOMITA.- Se rompen mecnicamente en fragmentos irregulares y prismticos, dependiendo del grado de cristalizacin de la roca. Los fragmentos pequeos de carbonato, generalmente se los encuentra en regiones ridas y glacializadas. En regiones hmedas, la meteorizacin qumica se produce por solucin. 5.5.- MINERALES ARCILLOSOS.- Los factores principales para la descomposicin de feldespatos , micas y minerales ferromagnesianos son : la humedad, la temperatura, el ambiente oxidante, los iones presentes en solucin, la presin y el tiempo.Dentro de las reacciones qumicas que se producen, a continuacin se explica en forma simplificada. 2K Al Si3O8 + CO2 +H2O = H4 Al2 Si2O9+4SiO2+K2CO3 Feldespato+Dixido+agua=Arcilla(Sili-+Dixido+Carbona d de carbono cato de Al) de Si. to de K Existen muchas formas de minerales arcillosos con algunas semejanzas y grandes diferencias en composicin, estructura y comportamiento. Todos son de grano extremadamente fino; debido a sta finura, cuyas partculas son de o.oo2 mm., la influencia de las fuerzas de gravedad es insignificante comparadas con las fuerzas elctricas actuantes en la superficie de las partculas. Un material en el que las fuerzas actuantes en su superficie es predominante, se dice que est en estado Coloidal, de ah es que se llaman coloidales a los minerales arcillosos.Del mismo modo y debido a que las fuerzas elctricas son mayores a las de gravedad, los suelos arcillosos son Cohesivos, lo que no ocurre en otros suelos cuyas partculas son mayores a las de la arcilla.Dentro de estos minerales existen 3 grupos, que son los ms importantes:

La Montmorrillonita La Illita y La Caolinita5.5.1.- ESTRUCTURA LAMINAR DE LAS ARCILLASLa mayora de los cristales de arcilla consisten en lminas atmicas de Slice y Almina. La lmina de slice es un repetido eslabonamiento de tomos de silicio de valencia 4 y tomos de oxigeno de valencia 2.Cada tomo est rodeado por 4 de oxgeno, cada uno de los cuales eslabona al silicio central (Fig. 29 a), y que al mismo tiempo se unen al silceo contiguo.Su forma geomtrica es la de un tetraedro, con oxgenos en los vrtices, agrupados en un plano para formar repetidos hexgonos, ver Fig. 29 b.La altura del tetraedro y por consiguiente el espesor de la lmina es de 5 unidades Angstrom, o sea 5x10-7 mm.

Fig. 29, Estructura laminar de Slice.

La lmina de Almina es ms compleja, consiste en unidades de un tomo de aluminio rodeado de oxgenos e hidrxidos (OH) formando octaedros, ver Fig. 30.Los tomos de aluminio adyacentes comparten oxgenos y grupos OH, alternadamente; el espesor de sta unidad, es tambin de 5A.Las lminas formadas al unirse los octaedros no equilibran las valencias, como el caso del silicio, de manera que ocasionalmente una unidad octadrica no contendr aluminio.Esto hace que las lminas no sean simtricas y uniformes.La mayora de los minerales arcillosos estn formados por lminas de slice y almina empaquetados entre s para formar placas. Existe una atraccin compartida llamada enlace de hidrgeno que es la que une entre s las placas y las tiene empaquetadas.Fig. 30, Estructura laminar de Almina.

5.5.2.- CAOLINITALas caolinitas estn formadas por lminas de almina y slice para formar un mineral arcillosos cuya placa unitaria tiene 7.4A de espesor, Fig. 31 a.Estas lminas, generalmente bien equilibradas, estn fuertemente unidas, formando placas; adems, se apilan como las hojas de un libro y forman paquetes de 0.01 mm. de espesor. Fig. 31.

5.5.3.- MONTMORRILLONITADenominadas tambin Esmectitas, forman una gran familia de minerales arcillosos compuestos de una lmina de Almina entre dos de Slice, Fig. 31 b.El espesor de la placa es de 10A, las unidades no se empaquetan fcilmente y cuando lo hacen se desprenden con facilidad.Las montmorrillonitas, generalmente se forman en regiones ricas en rocas ferromagnesianos, tales como las volcnicas, y particularmente es reas de altas temperaturas e intensas lluvias. 5.5.4.- ILLITAAl igual que las montmorrillonitas, las illitas estn formadas por una lmina de almina entre dos de slice, de espesor 10A, pero las unidades adyacentes de illitas estn unidas por tomos de potasio, formando paquetes bastantes compactos, ver Fig. 31 c.Las illitas, frecuentemente se presentan en las lutitas y otros depsitos que fueron sometidos a cambios ambientales y parecen ser el producto de la alteracin de otros minerales arcillosos. 5.6.- IDENTIFICACIN DE LOS MINERALES ARCILLOSOSResulta un tanto dificultoso poder identificar a los minerales arcillosos debido al tamao extremadamente pequeo de sus partculas.Dentro de los mtodos existentes para identificar los minerales arcillosos, podemos indicar dos:Anlisis Termo diferencial que consiste en calentar la arcilla lentamente, hasta que el agua se va eliminando a diferentes temperaturas de acuerdo con el tipo de mineral arcilloso.La arcilla se identifica empricamente y semicuantitativamente, comparando la velocidad de calentamiento de la muestra ensayada con las curvas tpicas de los minerales puros.El mtodo de Difraccin de rayos X, consiste en someter a la arcilla a un haz de rayos X desde diferentes ngulos. La sombra producida por los tomos de la estructura crea una forma tpica caracterstica de la que se deduce la distribucin atmica.Este, probablemente, es el mtodo ms exacto para poder identificar las arcillas y tambin la cantidad presente en la muestra, Fig.32.Fig. 32, Identificacin por Difraccin de Rayos X.