Origen de las rocas

Origen de las rocas

1. La corteza de la tierra se formó hace 4500 millones de
años.
La estructura actual de la litósfera se alcanzó hace
unos 10.000 años. Actualmente, un 70% de la
superficie está cubierta por agua y 30% la constituyen
los continentes. los que están formados por diferentes
tipos de rocas.
El proceso de enfriamiento de la tierra y formación de
los continentes es muy complejo. En esta curso se
describirá brevemente el proceso de formación de las
rocas y luego se analizará el uso de ellas como
material de construcción.
Las teorías señalan que los planetas se formaron a
partir del sol, e inicialmente fueron masas
incandescentes que se fueron enfriando lentamente
por diferentes razones a medida que irradia energía al
espacio.
Origen de las Rocas

2. El calor de un cuerpo tiene el poder de controlar su
actividad debido a que su energía debe ser
transportada, por cualquier medio, desde los puntos
más calientes hacia los puntos más fríos.
El proceso de enfriamiento hace que se genere
actividad en un planeta. Los cuerpos planetarios se
enfrían a través de:
Origen de las Rocas
•Convección de un material dentro de un cuerpo, el
cual impulsa al material caliente desde el interior
profundo hacia la superficie
•Vulcanismo, el cual lleva material caliente a la
superficie.
•Movimiento de convección de la atmósfera y
océanos, en donde el aire y agua son transportados
desde las cálidas regiones ecuatoriales hacia las
regiones frías de los polos.
•Radiación de energía infrarroja directamente de la
superficie al espacio.

3. La Tierra tiene un diámetro de 12.756 km. Su interior está formado de roca y metal y, como se
muestra en las Figuras 1.3a y b, se divide en cuatro capas principales:
Estructura interior de la tierra
•Núcleo interno: es un núcleo sólido de metal de níquel y hierro. Su diámetro es de 1.200 km.
•Núcleo externo: es una masa de metal de níquel y hierro fundido.
•Manto: es una capa densa formada por roca de silicato sólida.
•Corteza: es un material rocoso de silicato.

4. La corteza está fractura en varias grandes
placas que se mueven lentamente una
respecto a otra.
Las cordilleras de montañas se forman
cuando dos placas chocan y sus bordes son
forzados hacia arriba.
Las placas se mueven aproximadamente
unos 25 mm al año, de manera que hace
millones de años los continentes y los
océanos estaban en diferente posición.
Hace aproximadamente 250 millones de año,
la mayoría de la Tierra estaba conectada
entre sí y, en el transcurso del tiempo se ha
separado en 7 continentes.
Estructura interior de la tierra

5. La capa superior de la Tierra, no siempre es la
misma.
La corteza que está por debajo de los océanos,
llamada corteza oceánica, es mucho más delgada
que la corteza continental. Tiene sólo 5 kilómetros
de grosor, mientras que la corteza continental llega
a alcanzar 65 kilómetros de espesor.
La corteza oceánica está formada por materiales
más densos que los de la corteza continental.
Las placas tectónicas están formadas por la corteza
terrestre y por la parte superior del manto que está
por debajo.
A la corteza y al manto superior se les denomina
litósfera y puede extenderse hasta 80 kilómetros
de profundidad. La litósfera está dividida en placas
gigantes que ajustan como piezas de un
rompecabezas alrededor del globo terráqueo
(Placas Tectónicas).
Estas placas se mueven levemente cada año, a
medida que se desplazan sobre parte del manto
más o menos fluida llamada astenósfera.
Estructura interior de la tierra

6. Debido a las altas presiones de la superficie, la
astenósfera es sólida aún cuando está sometida a
altas temperaturas de alrededor de 1600º Celsius.
Sin embargo, a esta temperatura, los minerales
están a punto de licuarse, se hacen maleables y
pueden ser empujados y moverse en respuesta al
calor de la Tierra.
A través del tiempo, son muchas las fuerzas que
hacen que la superficie de la Tierra, cambie. Sin
embargo, la mayor fuerza que origina estos
cambios, es el moviendo de la capa externa, a
través del proceso de la tectónica de placas.
Este proceso hace que las montañas se eleven aún
más y que los océanos se expandan.
Estructura interior de la tierra
La subducción se produce cuando dos secciones de
la litósfera chocan. Una de ellas es forzada hacia las
zonas profundas de la Tierra. La placa que es forzada
hacia el interior es usualmente derretida
nuevamente cuando sus bordes alcanzan
profundidad que está suficientemente caliente, es
decir, del orden de 1000º C. Este fenómeno está
relacionado a la formación de montañas.

7. Formación de rocas
El material fundido que se encuentra bajo la
litósfera se denomina magma. Este material está
tan caliente que brilla en color blanco.
El magma puede ser diferente dependiendo de su
composición química. En términos generales se
puede decir que es una mezcla de elementos como
silicio, oxígeno, hierro, sodio y potasio.
Si fluye hacia sectores más fríos su color se tona
amarillo y luego, sí continúa enfriándose, cambia a
intensidades diversas de rojo.
A medida que se enfría lentamente, los minerales
se van cristalizando formando las rocas ígneas
intrusitas, como el granito.
Si el magma encuentra una grieta en la litósfera,
puede ascender hasta la superficie.
El material que sale a la superficie de la Tierra se
denomina lava, la cual se enfría rápidamente
formando las rocas ígneas extrusivas, como el
basalto.

8. Rocas ígneas
Las rocas ígneas se dividen en dos grupos:
Rocas ígneas intrusivas
Estas rocas también se denominan rocas plutónicas. Se forman en las profundidades de la Tierra
cuando el magma, o roca derretida asciende a través de una grieta o recámara subterránea dentro
sin salir al exterior.
Roca ígnea extrusiva
Las rocas ígneas extrusivas o rocas volcánicas, se forman cuando el magma fluye hasta la superficie
de la Tierra y hace erupción o fluye sobre la superficie de la Tierra en forma de lava y luego se enfría
y forma las rocas.
Las rocas de basalto o basálticas son el tipo más común de rocas ígneas extrusivas.
Esta roca es la más común en la corteza terrestre y cubre la mayoría de los fondos de los océanos.

9. Rocas sedimentarias y metamórficas
Desde el momento mismo que las rocas eruptivas afloran a la superficie de la tierra comienza el
proceso de descomposición.
Hay factores externos tales como acción del agua, del viento, roca y seres vivos.
DISGREGACION MECANICA DE UNA ROCA.
La disgregación mecánica se efectúa en tres etapas: disyunción, desintegración granular y
fragmentación.
•Disyunción en bloques. En casi todos los yacimientos de rocas existe una red de hendiduras (grietas)
que divide la masa de rocas en poliedros más o menos regulares.
•Desintegración granular. Una roca es un conjunto de granos unidos entres si por la acción de
moléculas en estado caótico ubicadas junto a la superficie de los granos, constituyendo el espacio
intergranular. Por efecto de los agentes externos, los granos se van separando constituyendo arena.
Mientras más pequeños son los granos, mayor es el espacio intergranular y mayor es también la
disgregación granular.
•Fragmentación. Por la acción química de los agentes atmosféricos, los granos son atacados y
transformados en otros minerales.
ROCAS METAMORFICAS.
Son rocas eruptivas o sedimentarias transformadas por diversos factores, siendo el más importante la
presión. Se producen por transformación de los cristales. Ejemplos, pizarra, mármol.

10. Rocas sedimentarias y metamórficas
METEORIZACION DE LAS ROCAS.
La meteorización es el conjunto de factores climáticos que
atacan a una roca.
Ciclo hielo-deshielo. El agua se ubica en las grietas de una roca.
Cuando se congela, se expande produciendo presiones
suficientes como para fracturar más la roca. El fenómeno es
progresivo cada año. Al descongelarse el agua, arrastra
partículas de la roca.
Acción de los ácidos. Las raíces de los árboles y los
microorganismos producen sustancias ácidas que atacan a
cierto tipo de rocas. Este fenómeno es más frecuente en las
zonas de clima templado o cálido.
Acción del viento. Produce un efecto de desgaste de tipo
mecánico. En las zonas ventosas, las rocas suelen ser lisas.
Acción del agua. Además del ciclo hielo-deshielo, el agua puede
actuar de otras maneras. Puede disolver y arrastrar a otros
lugares, como sucede con carbonatos (calizas) y sulfatos (p. Ej.
Yeso). En el primer caso, el hielo actúa en forma física en el
segundo caso actúa como agente químico (disuelve). El agua
también puede erosionar las rocas desgastándolas.

11. Rocas sedimentarias y metamórficas
ROCAS SEDIMENTARIAS
Todas las rocas sedimentarias se forman en el exterior y
toda la materia que las constituyen provienen de la corteza
terrestre. Por eso se llaman también rocas exógenas.
Por provenir de la desintegración de otras rocas, no
muestran granos pues sus cristales son pequeñísimos.
Es frecuente encontrar restos fosilizados de vegetales y
animales.
Por su origen se las agrupa en:
•Rocas detríticas. Se originan por la destrucción mecánica
de rocas eruptivas. Ejemplos: arenas, gravas,
conglomerados y areniscas.
•Rocas químicas. Se forman por acción química o
disolución y posterior precipitación en otro lugar.
Ejemplos, arcillas, calizas, yeso, etc.
•Rocas de origen orgánico. Proceden del depósito de
caparazones de pequeños protozoos, moluscos y algas.
Ejemplos, trass, Tierra de Trípoli.

13. Agregados pétreos para materiales compuestos
En la elaboración de hormigones y
morteros de cemento y asfaltos se
utilizan agregados minerales inertes, que
deben cumplir con diversos requisitos
físicos y químicos establecidos por
diferentes normas.
En particular, para el caso de morteros y
hormigones de cemento, la NCh 163
Los agregados se dividen según su
tamaño en rocas, bolones, grava, arena y
material fino, que incluye limos y
arcillas.
En términos generales, las partículas que
conforman un agregado deben cumplir
los siguientes requisitos generales:
•Características partícula:
·Tenaces: deben ser resistentes, duras e indeformables.
·Peso específico: existen agregados ligeros, normales y
pesados.
·Estabilidad físico-química: no deben reaccionar con el agua
ni con los compuestos hidratados de la pasta de cemento o
asfalto.
•Características superficiales:
·Origen: Existe el agregado natural o de canto rodado y al
artificial o chancado.
·Superficie específica: la superficie específica es la suma de
las superficies de las partículas por unidad de masa. A mayor
superficie específica mejor será la adherencia al
aglomerante, pero al mismo tiempo es mayor la demanda de
aglomerante.
·Contaminación superficial: las partículas que provienen de
machaqueo pueden contener cantidades excesivas de polvo
en la superficie lo que reduce la adherencia al aglomerante.
•Características de conjunto:
·Densidad: es la relación entre la masa del conjunto de
partículas y su volumen.
·Granulometría: es el estudio de la distribución de tamaños
de partículas de un material granular.

14. Agregados pétreos para materiales compuestos
DENSIDAD DE UN AGREGADO
La densidad (d) se define como:
Siendo m la masa y V el volumen del conjunto.
Sin embargo, en el caso de material particulado
como los agregados pétreos se tienen dos
densidades:
Densidad real: es la densidad considerando el
volumen de material sólido, incluyendo los
poros inaccesibles existentes en su interior.
Densidad aparente: es la densidad considerando
el conjunto de partículas y los espacios entre
ellas. En este caso se identifica la densidad
aparente suelta y la densidad aparente
compactada.
Grava Arena
NCh 165
Mm
ASTM
C - 33
NCh 165
Mm
ASTM
C – 33
80
63
50
40
25
20
13
10
3”
2 ½ “
2”
1 ½ “
1”
¾ “
½”
3/8”
5
2,5
1,125
0,630
0,315
0,160
# 4 (4,76)
# 8 (2,36)
# 16 (1,18)
# 30(0,600)
# 50(0,300)
# 100(0,150)
Material Densidad real T/m3 Densidad Aparente T/m3
Arena 2,65 1,65
Grava 2,75 1,75

15. Agregados pétreos para materiales compuestos
GRANULOMETRÍA
Mediante la granulometría se puede
determinar la distribución porcentual de
los tamaños de partículas contenidas por
un agregado.
Para el estudio de la granulometría se
utilizan tamices de acuerdo a las series
dadas por la norma NCh 165. No
obstante, en Chile no se fabrican tamices
y se acepta la utilización de las series
dada por la norma ASTM C- 33

16. Agregados pétreos para materiales compuestos
La división entre los diferentes tipos de agregados, según el tamaño, es:
Arena 0 – 5 mm. Arena con gravilla 0 – 12 mm. Gravilla 5 – 12. Grava 12 – 20 mm.

17. Agregados pétreos para materiales compuestos
Para el análisis granulométrico se debe hacer pasar una muestra de material seco, de masa conocida,
por la serie de tamices correspondiente y luego determinar el porcentaje que pasa acumulado por cada
tamiz como se muestra en la Tabla
Con el Porcentaje que pasa acumulado se hace un gráfico en escala semi-logarítmica
Tamiz
Peso
Retenido
gr
%
retenido
%
Retenido
acumulado
%
Que pasa
acumulado
3/8" 0 0 0 100
# 4 15 3 3 97
# 8 110 22 25 75
# 16 80 16 41 59
# 30 55 11 52 48
# 50 95 19 71 29
# 100 105 21 92 8
Bajo # 100 40 8 100 0
Total muestra 500 100

18. Agregados pétreos para materiales compuestos
En un mortero u hormigón se debe utilizar una granulometría óptima, la que se define como aquella
que, para una misma consistencia y relación a/c, le corresponde un consumo mínimo de cemento,
dando, además, el mínimo de segregación.
De esta manera se logra la mayor compacidad del agregado minimizando el consumo de cemento.
Para completar la caracterización de una granulometría y establecer si es adecuada para su uso en
mortero u hormigón se deben calcular los siguientes indicadores:
Módulo de finura (MF): indica que tan fino o grueso es un material granular.
Cálculo de la Humedad
Donde :
W = % de humedad
wt = Peso del material natural (húmedo)
Ws = Peso del material seco en estufa a 110 -150°c hasta peso constante.

19. Tipos de aglomerantes
INTRODUCCIÓN
Los aglomerantes son materiales capaces de contener a otros sin reaccionar con ellos, estos
últimos se denominan agregados o áridos. Debido a esto, los materiales formados por un
aglomerante y uno o más materiales aglomerados se denominan “materiales compuestos”.
Ejemplos de este tipo de materiales son el hormigón, el asfalto y la madera aglomerada.
En un material compuesto se pueden identificar claramente las diferentes fases que lo
componen, como se puede ver
Corte de una probeta de hormigón.
Se pueden ver claramente la pasta, los
agregados y los poros al interior de la
masa del material

20. Tipos de aglomerantes
TIPOS DE AGLOMERANTES
Dependiendo del proceso mediante el cual un aglomerante endurece y adquiere
resistencia, se tienen:
•Aglomerantes térmicos: estos aglomerantes adquieren resistencia por enfriamiento, por
ejemplo el cemento asfáltico y el azufre.
•Aglomerantes polimérico: estos aglomerantes adquieren resistencia mediante reacciones
de polimerización, como sucede con las resinas epóxicas.
•Aglomerantes aéreos e hidráulicos: los aglomerantes aéreos endurecen en contacto con
el aire y los hidráulicos en presencia de agua. A este tipo de aglomerante pertenecen la cal,
el cemento y el yeso.
Las reacciones de fraguado de los aglomerantes poliméricos e hidráulicos son exotérmicas,
es decir, liberan calor, lo que se debe considerar cuando se trabaja con ellos, para evitar
fisuración de los materiales finales o estructuras.

21. Tipos de aglomerantes
Aglomerantes aéreos e hidráulicos
Cal:
En la naturaleza se encuentra la caliza o carbonato cálcico, la que corresponde a óxido de
calcio quemado, es decir, ha reaccionado con dióxido de carbono.
Industrialmente, la caliza es molida en un horno, lo que permite obtener óxido de calcio en
estado sólido. Este óxido es muy activo y se conoce con el nombre de “cal viva” debido a su
alta reactividad y su carácter corrosivo. Este es un material altamente alcalino, es decir,
tiene un pH muy alto.
La cal viva se mezcla con agua para formar hidróxido de calcio o cal hidratada, la que se
comercializa como adición para la elaboración de morteros o simplemente para pintar
fachadas. Debido a que forma una capa relativamente impermeable, antiguamente, se
utilizaba para proteger los adobes utilizados en la construcción de edificaciones.
Yeso:
El yeso se encuentra en la naturaleza como un mineral denominado “Selenita” y
químicamente corresponde a un sulfato de calcio dishidratado. Industrialmente, se muele
en un horno a una temperatura de 130º para deshidratarlo y transformarlo en un polvo
blanco capaz de reaccionar con el agua.

22. Tipos de aglomerantes
Aglomerantes aéreos e hidráulicos
Cemento hidráulico:
El cemento hidráulico o cemento Pórtland se obtiene de la sinterización de caliza con
algunas arcillas, tales como óxido de aluminio o alúmina, óxido de silicio o sílice y óxido de
fierro. Estos materiales se muelen a alta temperatura en un horno rotatorio y como
resultado se obtiene un material compacto denominado clinker.
Si el clinker es molido finamente y se mezcla con agua, reacciona rápidamente y rigidiza, de
modo que, desde el punto de vista de la construcción y aplicaciones en ingeniería, no se
puede utilizar. Sin embargo, si durante la molienda se mezcla con bajos contenidos de yeso ,
se obtiene un material que tarda algunas horas en empezar a rigidiza, este material se
conoce con el nombre de Cemento Pórtland. Para ver en detalle el proceso de fabricación
del cemento Pórtland, se recomienda visitar los sitios web www.melon.cl y www.polpiaco.cl
.
El clinker está compuesto por:
•Silicato tricálcico (C3S)
•Silicato dicálcico (C2S)
•Aluminato tricálcico (C3A)
•Ferroaluminato tetracálcico (C4AF)

23. Tipos de aglomerantes
Aglomerantes aéreos e hidráulicos
Cemento hidráulico:
Dependiendo del porcentaje de caliza, alúmina, sílice y óxido de fierro que se utilice en la
fabricación del clinker, se tienen cementos con diferentes propiedades, como se puede ver
en la Tabla 3.1, donde aparece la clasificación de cementos Pórtland según la norma
ASTM C-150.
Un factor relevante es la actividad de los componentes del clinker y el calor que liberan. Los
componentes más activos son el C3S y C3A y de la cantidad de estos componentes depende
la velocidad de fraguado y el calor que libera un cemento durante el proceso de
hidratación.
Tipo Nombre C
3
S C
2
S C
3
A C
4
AF CŜH
3

Calor a
7 días
I Ordinario 50 25 12 8 5 330
II (*) 45 30 7 12 5 250
III Fraguado rápido 60 15 10 8 5 500
IV Fraguado lento 25 50 5 12 4 210
V
Resistente a
sulfatos
40 40 5 10 4 250
Clasificación de los diferentes
tipos de cementos Pórtland según
ASTM C-150
(*) Moderada resistencia a los
sulfatos y bajo calor con ganancia
normal de resistencia.

24. Hidratación del cemento Portland
Hidratación del cemento Portland
Cemento hidráulico:
Cuando el cemento Pórtland se mezcla con agua, los diferentes componentes del clinker y el
yeso empiezan a reaccionar con el agua formando una serie de compuestos denominados
“compuestos hidratado”.
En las Figura a, b, c y d, se pude ver esquemáticamente como varía la formación de
compuestos hidratados a 1 hora, 2 horas, 4 horas y 9 horas a partir del momento en que se
mezcla el cemento con el agua.
1 Hora: Disolución del polvo
de cemento en agua y
formación de los primeros
hidratados en tono a lo
granos de cemento.
2 Horas: Formación de
cristales de etringita.
4 horas: Se observa la
presencia de hidróxido
de calcio. Se inicia el
fraguado.
9 Horas: La estructura ya está
rígida y más compacta.
Algunos poros empiezan a
perder agua y quedan vacíos.

25. Hidratación del cemento Portland
Hidratación del cemento Portland
Los principales compuestos hidratados que se obtienen como productos de la hidratación
son:
•Silicato cálcico hidratado (CSH): Constituye el principal componente ocupando entre un 50 y 60% del
volumen sólido de pasta. Debido a su pequeño tamaño, es el principal responsable de la resistencia de la
pasta.
•Hidróxido de calcio (CH): ocupa alrededor de un 25% del volumen
sólido de pasta. Esta formado por cristales de hexagonales planos
de tamaño mucho mayor que el CSH. Dado el carácter alcalino del
hidróxido de calcio, el hormigón tiene un pH cercano a 12,5, lo que
contribuye a producir una pasivación que protege a las
enfierraduras en su interior. Lamentablemente, este compuesto es
muy soluble y origina problemas de durabilidad de la pasta de
cemento hidratada.
•Sulfoaluminatos: Este grupo está formado por la etringita, que
aparece en las primeras horas, y por los sulfoaluminatos
hidratados. Estos últimos compuestos se producen después de 18
horas, por disolución de la etringita. Estos compuestos son
altamente vulnerables en presencia de sulfatos (por ejemplo agua
de mar) y contacto con aluminio. En la figura 6.3b, se pueden ver
imágenes de la etringita y monosulfoaluminatos hidrtados.

26. Cementos especiales
Debido a la alta solubilidad del hidróxido de calcio, se investigó una forma de fijarlo
químicamente. Analizando la forma de construir de los romanos, se pudo ver que la
incorporación de cenizas volcánicas ricas en sílice no cristalina, la que es capaz de reaccionar
y formar CSH. Estos compuestos ricos en sílice activa se denominan puzolanas.
Puzolanas
Existen diferentes tipos de puzolanas, tanto naturales como artificiales, las principales son:
•Ceniza volcánicas: se encuentran en la naturaleza, como resultado de erupciones
volcánicas. En Chile son muy abundantes, especialmente en la Región Metropolitana.
•Ceniza volantes: se obtienen en las centrales termoeléctricas como resultado de la
combustión del carbón.
•Escorias de alto horno: Se obtienen del proceso de fabricación del acero.

27. Cementos especiales
Cementos especiales
Los cementos especiales son cementos que contienen puzolanas en diferentes proporciones.
Debido a que las puzolanas se obtienen a bajo coste, estos cementos tienen un valor en el
mercado inferior a los cementos Pórtland.
La mayoría de los cementos que se fabrican y producen en Chile son de este tipo, donde se
muestra la clasificación de los cementos chilenos, según la norma NCh 148.
Denominación
Proporción de componentes
Clinker Puzolana Escoria
Portland 100% - -
Portland Puzolánico $70% # 30% -
Pórtland Siderúrgico $70% - # 30%
Puzolánico 50 – 70% 30 – 50% -
Siderúrgico 25 – 70% - 30 – 75%
Clasificación de
cementos chilenos por
composición, según
NCh 148.

28. Fraguado y endurecimiento
Cuando se mezcla el cemento con agua, inicialmente se obtiene una mezcla plástica
deformable, pero trascurridas algunas horas, esta pasta se empieza a rigidizar, hasta que se
torna sólida. Este proceso de rigidización de la pasta se denomina fraguado.
Una vez que la pasta ha rigidizado empieza el endurecimiento, que se puede definir como un
proceso de ganancia progresiva de resistencia. Se puede ver esquemáticamente el
incremento de resistencia en el tiempo en el siguiente esquema.
Evaluación de la resistencia de
una pasta en función del
tiempo

29. Cementos chilenos
En Chile, los cementos se clasifican por composición, como se mostró en la Tabla anterior, y
también se clasifican por resistencia en grado corriente y grado alta resistencia.
Los requisitos de cada uno de ellos se pueden ver en la siguiente tabla.
Grado
Tiempo
fraguado
HH:MM
Resistencia
compresión
kgf/cm2
Resistencia
flexotracción
kgf/cm2
Inicio
mínimo
Fin
máximo
7 días 28 días 7 días 28 días
Alta
Resistencia
0:45 10:00 250 350 45 55
Corriente 1:00 12:00 180 250 35 45
Clasificación de los
cementos chilenos por
resistencia
El tiempo de fraguado se determina mediante el ensayo de Vicat, el que consiste en
registrar la penetración de una aguja, presionada con un peso constante, en una pasta
de cemento.
La resistencia a compresión y flexotracción se determina con un mortero normalizado,
con el que se elaboran probetas prismáticas de 4 x 4 x 16 cm, las que se ensayan a 7 y 28
días.