02. Ciclo De Las Rocas Y Minerales.pdf

TEMA No 2: CICLO DE LAS ROCAS Y MINERALES Geol. NYDIA ROMERO BUITRAGO Esp. Patología de la Construcción Doctora (Candidata) en Ingeniería Civil

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Reacción álcali – sílice (RAS)

Mecanismo de ocurrencia de la reacción álcali – sílice (Deschenes et.al. 2009, citado en Pan et. al. 2012)

INTRODUCCIÓN

Reacción álcali – sílice (RAS)

La reacción álcali-sílice involucra reacciones químicas entre los AGREGADOS REACTIVOS y los álcalis contenidos en el cemento Pórtland, que producen un aumento de volumen e inducen a la rotura prematura y /o a la pérdida de la prestación de servicio de las estructuras. AGREGADOS REACTIVOS: contienen MINERALES de sílice pobremente cristalizados tales que si los componen en un 1 o 2% pueden provocar deterioros en el concreto.

INTRODUCCIÓN LOS MATERIALES DE LA CORTEZA TERRESTRE 47 50 40

(%)

28

30 20 10 0

8.1

5.0 3.6 2.8 2.6 2.1

INTRODUCCIÓN

ELEMENTOS QUÍMICOS

MINERALES

ROCAS

CONTENIDO GENERAL CICLO DE LAS ROCAS

1. Concepto de roca 2. Clasificación de las rocas 3. Ciclo de las rocas 4. Utilidad práctica de las rocas 5. Petrografía 6. Tipos de examen

MINERALES

1. Concepto de mineral 2. Concepto de cristal 3. Concepto de mineraloide 4. Características de los minerales 5. Cristalización 6. Propiedades de los minerales 7. Propiedades físicas 8. Clasificación química 9. Los silicatos 10.Nomenclatura de los minerales

CICLO DE LAS ROCAS

Agregado de partículas minerales que se ha formado como consecuencia de un proceso natural. • Rocas monominerales: formadas por un solo mineral, como la caliza y el yeso. • Rocas poliminerales: formadas por varios minerales, como el granito y el gneis.

Concepto de roca

CALIZA

YESO

GRANITO

NEISS

CICLO DE LAS ROCAS • Las rocas endógenas, son las que se han formado en el interior de la corteza terrestre. Los agentes transformadores son, principalmente, la temperatura y la presión. Estas rocas se dividen en dos tipos: – Rocas magmáticas o ígneas: se originan a partir de la consolidación de una masa de materiales fundidos llamada magma. Si el magma solidifica lentamente se obtienen rocas ígneas plutónicas, y si se enfría rápidamente, rocas ígneas volcánicas.

Clasificación

CICLO DE LAS ROCAS

Clasificación

• Las rocas endógenas (Continuación): – Rocas metamórficas: se obtienen por cambios en la estructura y composición de minerales de rocas preexistentes, al aumentar la presión y temperatura ejercida sobre ellas.

CICLO DE LAS ROCAS • Las rocas exógenas, se forman en la superficie terrestre como consecuencia de la acción de los procesos geológicos externos (meteorización, erosión, transporte y sedimentación), sobre rocas ya existentes. Está constituido por las rocas sedimentarias, que pueden ser detríticas, químicas, bioquímicas u organogénicas.

Clasificación

CICLO DE LAS ROCAS

Ciclo

CICLO DE LAS ROCAS

Utilidad práctica Rocas industriales

PRINCIPALES ROCAS INDUSTRIALES Y SUS APLICACIONES TIPOS DE ROCAS

PRODUCTOS

INDUSTRIA

Calizas y areniscas Granito, sienita, mármol

Rocas de construcción Rocas ornamentales

Construcción Construcción

Areniscas, calizas, dolomías, margas y yesos Caliza, dolomía, margas Yeso

Cementos y derivados Cal Yesos

Aglomerantes Aglomerantes Aglomerantes

Gravas, areniscas, calizas

Agregados naturales

Áridos

Arenisca y caliza

Vidrios

Vidrio

Arenisca, caliza, grava

Lozas y porcelanas, ladrillos Refractarios

Cerámica Cerámica

Arena, arcilla, yeso, caliza dolomía

Aislantes, fundentes, correctivos Aditivos, abrasivos

Varias Varias

CICLO DE LAS ROCAS

• Descripción y clasificación de las rocas. • Determinación precisa de los minerales constituyentes y de la estructura de las rocas (manera como estos elementos están asociados).

Petrografía

CICLO DE LAS ROCAS

Petrografía Control de calidad

Composición mineralógica ANÁLISIS PETROGRÁFICO

Durabilidad

Estructura

Diagnostico de daños

Tipos de examen

CICLO DE LAS ROCAS

Superficial o rutinario (Lupa – simple vista)

Semirutinario (Estereomicroscopio)

Detallado (Microscopio petrográfico con secciones delgadas)

MINERALES

Concepto de mineral

Un mineral es una sustancia natural, homogénea, de origen inorgánico, generalmente sólido, con estructura cristalina y con una composición química determinada (yeso, amatista, ágata). ÁGATA

MINERALES

Concepto de cristal

Un cristal es un sólido de estructura interna ordenada (independientemente de que externamente no lo aparente)

CUARZO

MINERALES

Concepto de mineraloide

En un mineraloide, sus componentes no se encuentran ordenados siguiendo un patrón de repetición geométrica.

ÁMBAR

MINERALES

EJERCICIO DE CONTROL No 1 Contestar:

22

MINERALES

Características

1. Se encuentra en la naturaleza, es decir, no está fabricado. 2. Tiene una estructura geométrica fija, por tanto, es sólido. 3. Es de naturaleza inorgánica, por eso, la concha de un molusco no es un mineral, aunque contenga minerales. 4. Tiene una composición química fija, aunque, a veces, pueda contener una sustancia contaminante que modifique su color.

MINERALES

Cristalización

Proceso de formación de cristales. Para que tenga lugar, los componentes que forman la red cristalina del mineral, deben formar enlaces. Este hecho tiene lugar en procesos naturales que se caracterizan por unas condiciones de presión y temperatura concretas: • Consolidación de magmas: da lugar a minerales ígneos. • Precipitación de sustancias disueltas: minerales que forman las rocas sedimentarias químicas, como carbonatos, sulfatos… • Sublimación: como los cristales de azufre que se forman en las emanaciones de fumarolas volcánicas. • Transformaciones en estado sólido (recristalización): las principales son las de los ambientes metamórficos. • Nucleación: es el inicio de la cristalización, a partir de una pequeña estructura inicial llamada germen o núcleo. • Crecimiento: es la adición de nuevos componentes al núcleo inicial.

MINERALES

Cristalización

MINERALES

Cristalización

MINERALES

Los minerales se clasifican mediante: • • • • •

Propiedades físicas Propiedades Ópticas Propiedades Eléctricas Propiedades magnéticas Composición química

Propiedades

MINERALES

Propiedades físicas

• Las propiedades físicas son de gran importancia en el estudio de los minerales. • Están determinadas por su composición química y por su estructura cristalina. • Las principales son: 1. Hábito: Apariencia externa de los monocristales y forma en que los cristales crecen juntos. Ej. Tabular, acicular, drusas, etc.

Acicular Laminar

Fibroso Columnar

Tabular

Radial

MINERALES

Masivo y Granular

Fibroso

Propiedades físicas

Laminar, exfoliable micáceo

Acicular, radiante

Hojoso

Radiante y globular

MINERALES

Dendritico

Geoda

Propiedades físicas

Reniforme y botroidal

Coloformo y estalactitico

Oolitico

MINERALES

Propiedades físicas Geoda

AMATISTA

MINERALES

Drusa

CUARZO

Propiedades físicas

MINERALES

Propiedades físicas Macla

PIRITA

MINERALES

EJERCICIO DE CONTROL No 2 Indicar el hábito de cada mineral:

Goethita a)______________

Asbesto b)______________

Aragonito c)______________ 34

MINERALES

Propiedades físicas

2. Clivaje o exfoliación: Propiedad que poseen ciertos minerales de romperse según planos preferenciales. Estos planos son reflejo de zonas de debilidad dentro de la estructura cristalina. Puede existir más de un clivaje. Se describe la cantidad, dirección y la calidad: Ej. Excelente (micas)

MINERALES

Propiedades físicas

MINERALES

Propiedades físicas

MINERALES

Propiedades físicas

3. Partición: Es la tendencia de los minerales de romperse a lo largo de planos de debilidad estructural producto ya sea de tensiones o presiones. Como la mayoría de las veces es paralelo a las caras de los cristales, suele confundirse con el clivaje.

MINERALES

Propiedades físicas

4. Fractura: Manera en que el cristal se rompe cuando NO lo hace según una superficie de clivaje o de partición. La forma de la fractura puede ser característica y distintiva de minerales: Ej. Concoide

MINERALES

5. Dureza: Resistencia que ofrece una superficie lisa de un mineral a ser rayada. Un mineral posee una dureza mayor que otro, cuando el primero es capaz de rayar al segundo. Se utiliza para medirla la Escala de Mohs.

MINERALES DUREZA 1 2 3 4 5 6

MINERAL Talco Yeso Calcita Fluorita Apatito Feldespato Potásico

7

Cuarzo

8

Topacio

9

Corindón

10

Diamante

Propiedades físicas COMPARACIÓN La uña lo raya con facilidad La uña lo raya La punta de un cuchillo lo raya con facilidad La punta de un cuchillo lo raya La punta de un cuchillo lo raya con dificultad Un trozo de vidrio lo raya con dificultad Puede rayar un trozo de vidrio y con acero despide chispas Puede rayar un trozo de vidrio y con acero despide chispas Puede rayar un trozo de vidrio y con acero despide chispas Puede rayar un trozo de vidrio y con acero despide chispas

ello el ello el ello el ello el

MINERALES

Propiedades físicas

6. Tenacidad o cohesión: es el mayor o menor grado de resistencia que ofrece un mineral a la rotura o deformación. Según esta propiedad, un mineral puede ser: o Frágil o Maleable: aquel que puede ser extendido en láminas o planchas sin romperse. Es una propiedad que aumenta con el calor. Si el mineral puede ser cortado en virutas delgadas con una navaja, se dice que es séctil y forma hilos o alambres se dice que es dúctil. Ejemplos de minerales maleables son el oro, la plata, el platino, el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el hierro y el níquel. o Flexible: se dobla fácilmente y ya no recupera su forma original. Son flexibles el yeso y el talco. o Elástico: se puede doblar pero recupera su forma original cuando cesa la presión. Un mineral elástico es la mica.

MINERALES

Propiedades físicas

7. Brillo: aspecto que presenta la superficie ante la reflexión de la luz, la cual es diferente según el tipo de mineral. El brillo de los minerales puede ser de dos tipos, metálico y no metálico.

Metálico

No metálico

MINERALES

Propiedades físicas

- Vítreo: que tiene el brillo de vidrio (cuarzo y turmalina). - Resinoso: que tiene el brillo de la resina (blenda y azufre). - Nacarado: que tiene el brillo irisado de la perla. Se observa por lo general en las superficies de los minerales paralelos a los planos de exfoliación (talco). - Graso: que parece estar cubierto con una delgada capa de aceite. Este brillo resulta de la luz difundida por una superficie microscópicamente rugoso (nefelina, algunas especies de blenda y cuarzo masivo). - Sedoso: como la seda. Resultado de la reflexión de la luz sobre un agregado paralelo de fibras finas (yeso fibroso, malaquita y serpentina). - Adamantino: que tiene un reflejo fuerte y brillante como el diamante (cerusita y anglesita).

MINERALES

Propiedades físicas

8. Color: En algunos minerales el color es una propiedad fundamental directamente relacionada con sus elementos constituyentes principales y es, por consiguiente, constante y característico; en estos minerales, llamados ideocromáticos, el color sirve como medio de identificación importante.

Esmeralda

Rodocrosita

Oro

MINERALES

Propiedades físicas

9. Raya: Es una propiedad más flexible que el color de un mineral, generalmente varía menos. Se determina rayando el mineral con otro más duro, determinando el color del polvo fino del mineral

Propiedades físicas

MINERALES

10. Luminiscencia: propiedad de emitir luz que aparece cuando se somete a los minerales a las radiaciones. Algunos ejemplos son el espato de Islandia y el ópalo. Si la luminiscencia continúa después de la fuente de excitación, se habla de minerales fosforescentes o fluorescentes, como la calcita, la blenda y el diamante

Calcita

Ópalo

Fluorita

MINERALES

Propiedades físicas

11. Magnetismo: es la propiedad que poseen determinados minerales para atraer cuerpos férricos. El primer imán conocido fue la magnetita. 12. Conductividad eléctrica: gran cantidad de minerales son conductores de la electricidad, como el oro (conductores), otros muchos que se oponen a la corriente eléctrica en mayor o menor medida, como la mica (aislantes), y unos pocos de un tipo intermedio que, según el punto de vista, conducen la electricidad medianamente o son poco aislantes, como el germanio o el silicio (semiconductores).

Propiedades físicas

MINERALES

13. Diafanidad: es la propiedad que poseen algunos minerales de permitir que la luz los traspase casi en su totalidad – Opacos: si la luz no puede ser transmitida a través de ella, como la pirita. – Transparente: cuando el contorno de un objeto puede ser distinguido perfectamente a través del cuerpo del mineral, como la calcita y la halita. – Translúcido: si se intuye un objeto a través del cuerpo del mineral pero no se distingue con claridad, como el aragonito y la fluorita.

Opaco

Transparente

Pirita

Halita

Translucido

Brookita

Propiedades físicas

MINERALES

14. Olor y sabor: En muchas ocasiones vera geólogos oliendo o probando las muestras. Esto se debe a que algunos mineral tienen sabor y olor. Otros minerales se adhieren a la lengua al probarlos. Algunos minerales de color brillante son venenosos.

Azufre

MINERALES

Propiedades físicas

15. Efervescencia: Minerales que contiene Ca muestran efervescencia cuando se mezcla con un ácido.

CaCO3(solido) + 2HCl(acuoso) --> CaCl2(acuoso) + CO2(gás) + H2O(líq.)

MINERALES

EJERCICIO DE CONTROL No 3

Relacionar cada término con la definición correcta:

52

MINERALES

Clasificación química

La clasificación química divide los minerales en grupos según sus compuestos químicos. Cualquier mineral conocido puede ser integrado dentro de estos grupos, pues la práctica totalidad de ellos incluyen alguno de estos compuestos. • • • • • • • •

Elementos nativos Sulfuros Sulfosales Óxidos Haluros Carbonatos Boratos Fosfatos, arseniatos y vanadatos

• Sulfatos • Cromatos, volframatos y molibdatos • Silicatos • Minerales radioactivos

MINERALES

Clasificación química

1. Elementos nativos: son los que se encuentran en la naturaleza en estado libre, puro o nativo, sin combinar o formar compuestos químicos. Ejemplos: oro, plata, azufre, diamante. 2. Sulfuros: compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Ejemplos: pirita, galena, blenda, cinabrio. 3. Sulfosales: minerales compuestos de plomo, plata y cobre combinados con azufre y algún otro mineral como el arsénico, bismuto o antimonio. Ejemplos: pirargirita, proustita. 4. Óxidos: producto de la combinación del oxígeno con un elemento. Ejemplos: oligisto, corindón, casiterita, bauxita. 5. Haluros: compuestos de un halógeno con otro elemento, como el cloro, flúor, yodo o bromo. Ejemplos: sal común, halita.

MINERALES

Clasificación química

6. Carbonatos: sales derivadas de la combinación del ácido carbónico y un metal. Ejemplos: calcita, azurita, marmol, malaquita. 7. Nitratos: sales derivadas del ácido nítrico. Ejemplos: nitrato sódico (o de Chile), salitre o nitrato potásico. 8. Boratos: constituidos por sales minerales o ésteres del ácido bórico. Ejemplos: borax, rasorita. 9. Fosfatos, arseniatos y vanadatos: sales o ésteres del ácido fosfórico, arsénico y vanadio. Ejemplos: apatita, turquesa, piromorfita.

MINERALES

Clasificación química

10. Sulfatos: sales o ésteres del ácido sulfúrico. Ejemplos: yeso, anhidrita, barita. 11. Cromatos, volframatos y molibdatos: compuestos de cromo, molibdeno o wolframio. Ejemplos: wolframita, crocoita. 12. Silicatos: sales de ácido silícico, los compuestos fundamentales de la litosfera, formando el 95% de la corteza terrestre. Ejemplos: sílice, feldespato, mica, cuarzo, piroxeno, talco, arcilla. 13. Minerales radioactivos: compuestos de elementos emisores de radiación. Ejemplos: uraninita, torianita, torita.

MINERALES

Los silicatos

Debido a que silicón y oxigeno son elementos bien abundantes en la Corteza Terrestre, los silicatos son un 90% de los minerales que la componen: ELEMENTO Oxigeno Silicio Aluminio Calcio Magnesio Sodio Potasio Otros

% EN LA CORTEZA TERRESTRE 45,2 27,2 8,0 5,8 2,7 2,3 1,7 7,1

MINERALES

Los silicatos

SiO4, el Si es un ion pequeño con carga positiva que cuadra muy bien dentro de los iones grandes con carga negativa de oxigeno.

Forman un tetraedro de silicio con carga negativa -4.

MINERALES

Los silicatos

Para formar una carga eléctrica neutral un tetraedro de silicio tiene que adquirir cuatro cargas positivas.

Iones positivos se pueden unir al tetraedro o tetraedros adyacentes pueden compartir sus oxígenos.

MINERALES

Existen 5 grupos principales de estructuras cristalinas de silicio:

• Tetraedros independientes • Cadenas simples • Cadenas dobles • Capas de tetraedros • Estructuras tridimensionales de tetraedros

Los silicatos

MINERALES

Los silicatos

1. Nesosilicatos: formados por tetraedros de sílice aislados. Son duros y el más importante es el olivino. 2. Sorosilicatos: son parejas de tetraedros de sílice que comparten un oxígeno de unos de los vértices. Destacan la epidota y la zoisita. 3. Ciclosilicatos: cada tetraedro comparte dos oxígenos con otros y se forman anillos de tres, cuatro o seis unidades. Destaca el berilo. 4. Inosilicatos: son cadenas de tetraedros de sílice. Pueden ser simples como las de los piroxenos, donde destaca la augita o dobles como las de los anfíboles, donde destaca la hornblenda. 5. Filosilicatos: los tetraedros forman láminas. Destacan las micas (son rocas) como la moscovita. 6. Tectosilicatos: los tetraedros forman una red tridimensional en la que todos compartes sus cuatro oxígenos. El más representativo es el cuarzo.

MINERALES

Nomenclatura

Propiedades físicas • Zafiro: variedad del corindón. Del griego “sappheiros”: piedra azul • Distena: del griego “dis”: dos veces y “sthenos”: dureza. En referencia a las dos durezas que presenta en función de la dirección. Propiedades químicas • Vanadinita: hace referencia al Vanadio que contiene • Magnesita: hace referencia al contenido en Mg Localidad • Aragonito: se descubrió en Molina de Aragón (Guadalajara) por Werner en 1796 pero no en Aragón • Andalucita: se descubrió en el Cardoso (Guadalajara) pero Werner creyó que era un pueblo de Andalucía

MINERALES

Nomenclatura

Personaje famoso • Alejandrita: en honor al Zar Alejandro II (1842) • Goethita: en honor al poeta alemán y coleccionista J.W. Goethe (1749- 1832) • Brookita: en honor del mineralogista ingles H.J Brooke (1771-1857) Lenguas antiguas • Azurita: deriva de la palabra persa “lazhward” que significa color azul • Apatito: del griego “apatos”: engañar, equivocar; por la dificultad que tenían los antiguos para distinguirlos de otros minerales.

BIBLIOGRAFÍA • Dana Edwars S. & Foprd William E. Tratado de Mineralogía. Cia. Edit. Continental S.A. • Edward J, Tarbuck, Frederick K. Lutgens, Ciencias de la Tierra, una introducción a la geología física, Pearson, Prentice Hall, octava edición, Madrid, 2005