Geología de las Rocas: Propiedades, Clasificación y Aplicaciones en la Construcción

Introducción a las Rocas

Composición de la Corteza Terrestre

La corteza continental está compuesta de materiales más ácidos, sedimentos de mucho más espesor y un mayor porcentaje de rocas metamórficas. La corteza oceánica está formada, esencialmente, por rocas básicas.

Definición y Composición de las Rocas

Las rocas son masas de cierto volumen que no tienen forma constante; esta depende de los agentes externos.

Minerales Constituyentes de las Rocas

Minerales Autígenos y Alotígenos

• Autígenos: Se han formado conjuntamente con la masa rocosa.
• Alotígenos: Proceden de la disgregación de otras rocas preexistentes, que han sido incorporadas a estas, después de complejos procesos de desintegración.

Minerales Esenciales y Accesorios

• Esenciales: Aquellos cuya presencia caracteriza la especie petrográfica.
• Accesorios: Los que de forma accidental entran en la composición de la masa rocosa y cuya presencia no altera la composición del material. Dentro de estos podemos clasificar como característicos a aquellos que, pudiendo faltar, cuando están en ciertas rocas constituyen un carácter que facilita el reconocerlas. Los minerales accesorios que se han formado en el seno de la roca después de su consolidación se denominan deutógenos.

Características Físicas y Mecánicas de las Rocas

Adherencia

Es la fuerza de unión entre sus partículas. Se debe a fuerzas de naturaleza física que se producen al poner en contacto íntimo dos partículas de distinta composición química. Si las partículas son de igual composición, se producen fuerzas de cohesión.

• Rocas agregadas: Los granos se unen unos a otros.
• Rocas aglomeradas: Los granos se unen por medio de un elemento cementante.

Dureza

Depende tanto de la dureza del grano como de las fuerzas de unión de dichos granos o del elemento cementante. Según la Escala de Mohs, se clasifican en:

• Blandas: Se sierran con facilidad con sierra de dientes (tobas y margas).
• Semiduras: Requieren sierra con dientes de dureza especial (calizas y mármoles).
• Duras: Se necesita sierras sin dientes con abrasivo de arena (serpentina y calizas cristalinas).
• Muy duras: Requieren sierra sin dientes, con abrasivo de carborundo.

Homogeneidad

Propiedad que indica que en el material todas las partículas son de las mismas características y se encuentran uniformemente distribuidas. Los defectos de homogeneidad son:

• Grietas o pelos
• Coqueras
• Nódulos

Resistencias Mecánicas

La resistencia a compresión en las rocas suele ser buena, pero varía mucho de una roca a otra, incluso del mismo tipo.

• En las rocas calizas, su resistencia a compresión depende de su proceso de formación.
• En los mármoles, depende de su total o parcial cristalización.
• En las areniscas, del material cementante que las aglomera.
• En las metamórficas, del tipo y grado de metamorfismo.

En general, la resistencia a compresión es directamente proporcional a la uniformidad de su estructura física e inversamente proporcional al tamaño de los granos. Las rocas húmedas resisten menos que las secas, sobre todo si son arcillosas. Las rocas estratificadas son más resistentes cuando se ejerce el esfuerzo de compresión perpendicular a la estratificación, que cuando es paralelo.

Las rocas presentan una mala resistencia a la tracción, pues depende de la cohesión y/o adherencia, siendo estas débiles. Por término medio, se puede establecer que la resistencia a la tracción es del orden de 1/30 de la compresión.

Humedad Natural y Permeabilidad

Las rocas en su estado natural contienen generalmente agua del orden de un 1% en peso, denominándose agua de cantera.

Heladicidad

Una roca es heladiza cuando se deteriora o disgrega con las heladas, lo cual depende de la porosidad.

Resistencia al Fuego

Generalmente, las rocas son poco resistentes al fuego debido a que los distintos minerales que pueden contener tienen distinto coeficiente de dilatación térmica.

Estructura

Se entiende por estructura la disposición de los constituyentes de una roca, pudiéndose examinar directamente o con el microscopio. Los principales tipos de macroestructura son:

• Granitoidea: Presentan materiales yuxtapuestos, todos los tamaños son aproximadamente iguales, no destacando unos de otros (ejemplo: granito).
• Porfídica: Presenta grandes cristales (fenocristales) sobre una masa vítrea o microcristalina.
• Estratificada: Si se presentan en bandas; si estas son muy delgadas, se llama esquistosa.
• Clástica: Formada por la unión mediante sustancias cementosas de fragmentos rotos de minerales o rocas. Según sean los fragmentos, pueden ser: brechiformes, pudingiformes, amigdaloide.

Fractura

Aspecto que presentan las secciones al romper la roca. Está muy ligada a la estructura y a la cohesión. Los tipos más importantes son:

• Concoidea
• Astillosa: A su vez puede ser: acicular, ondulada, hojosa.

Diaclasa

Fisura en la roca, originada por movimiento del suelo. El término Joint es más generalizado.

• Fracturas abiertas: Fisuras o grietas.
• Fisuras cerradas: Se denominan filón o venas. Cuando una fisura rellena material volcánico, da lugar a lo que se denomina dique.

Las diaclasas nunca están aisladas, sino en sistemas complejos, facilitando la explotación de las canteras. El conjunto de diaclasas pequeñas e irregulares que dividen la roca en fragmentos se denomina leptoclasas.

Textura

Indica de modo general todos los caracteres referentes a la forma de las partículas, tal como aparecen a simple vista, es decir, su orientación, magnitud y trabazón. Tipos:

• Compacta: Masa homogénea.
• Vitrofídica: Masa total o parcialmente vítrea.
• Granuda: Partículas más o menos redondeadas.
• Laminar: Puede separarse en láminas.
• Escamosa: Cuando las láminas son pequeñas.
• Terrosa: Sin cohesión, aspecto de tierra.
• Fibrosa: Constituida por fibras: acicular, bacilar, fibrosopradiana, esferulitas, guturales.
• Sacaroidea: Láminas brillantes.
• Oolitas: Granos del tamaño de huevecillos de pescado.
• Pisolitas: Granos del tamaño de guisantes.

Extracción de Rocas

Las rocas forman yacimientos, adoptando distintas disposiciones según su origen geológico:

Yacimientos Rocosos

• Filones: Masas de poco espesor que rellenan grietas de otra formación geológica.
  • Buzamiento: Ángulo que forma con la línea de máxima pendiente.
  • Techo: Cara superior.
  • Piso: Cara inferior.
  • Salbandas: Caras laterales.
• Masas: Formaciones irregulares de gran extensión; cuando son pequeñas se denominan valsadas.
• Estratos: Son depósitos de rocas generalmente sedimentarias. Cuando estos estratos se superponen en grandes espesores, se denominan masas estratificadas.
• Placeres: Depósitos de rocas sedimentarias formadas en los remansos de los ríos.

El espesor de los yacimientos, sea cual sea su formación, se denomina potencia. La parte de roca que eventualmente puede presentarse en superficie se denomina afloramiento. Los yacimientos de arcilla se denominan barreros y los de granito, batolitos.

Tipos de Explotación

• Mina: Explotación mediante excavación subterránea, normalmente para yacimientos profundos.
• Cantera: Explotación a cielo abierto. La capa superior, generalmente de tierra vegetal o roca meteorizada, se denomina montera.
• Gravera: Explotación a cielo abierto de rocas sueltas.

Sistemas de Explotación de Yacimientos

El sistema de explotación depende de la dureza de la roca, de la estratificación y de las características del producto a obtener:

• Material suelto o blando: Retroexcavadora o dragalina.
• Material duro: Arranque explosivo (voladura) o arranque mecánico (cuña, lanza térmica).

Morfología y Nomenclatura de las Rocas

Piedras en Bloque

• Sillar: Son bloques de piedra labrada con sus tres dimensiones del mismo orden de magnitud (40 cm), peso de 75 a 80 kg y tiene una o dos caras labradas.
• Sillarejo: Son bloques de piedra labrada; si no están labradas, se denomina sillarejo tosco; se puede izar con las manos.
• Mampuesto: Son bloques en bruto o preparados únicamente con martillo; se puede izar con las manos. Los de pequeño tamaño se denominan ripios.
• Losas o chapas: Son elementos en los que predomina la superficie sobre el grueso.
• Adoquín: Son elementos de forma tronco-piramidal.
• Peldaño: Se emplean como paso en las escaleras.
• Bordillos y encintados: Limitan los pavimentos.

Piedras Sueltas

• Balasto: Material procedente del machaqueo, de granulometría unimodular.
• Macadam: Igual que el balasto, pero de uso en viales.
• Encachado: Capa o tongada de piedra, generalmente unimodular de machaqueo o natural. Se utiliza para evitar la ascensión de agua por capilaridad. Se coloca debajo de las soleras.
• Terraplén: Relleno en el que se emplea como material tierra.
• Áridos: Es el conjunto de piedras clasificadas por tamaños para fabricar hormigones o morteros.
• Zahorra o revolcón: Es el conjunto de áridos sin clasificar por tamaños.

Clasificación de las Rocas

Rocas Ígneas o Eruptivas

Proceden de la consolidación de un magma.

Tipos de Rocas Ígneas

• Textura granítica: Se han solidificado sus moléculas con suficiente movilidad (rocas plutónicas, rocas holocristalinas).
• Textura porfídica: Rocas hipocristalinas, existe masa amorfa; es propio de las rocas porfídicas y filonianas.
• Textura vítrea: Si en la fase de solidificación no hay movimiento de las moléculas. Se forman rocas vítreas (volcánicas).

Las rocas eruptivas básicas son más abundantes; se encuentran en el Sima (silicatos magnésicos). Las rocas eruptivas ácidas se encuentran en el Sial (silicatos alumínicos), situadas sobre el Sima por ser menos pesadas.

Rocas Ígneas Plutónicas

Granito

• Minerales: Cuarzo, feldespato (ortosa), mica (biotita o moscovita).
• Características:
  • Por tamaño del grano: microgranito, criptogranito, macrogranito.
  • Por predominio mineral: cuarzoso, feldespático, micáceo. Los nódulos de concentración de biotita se denominan gabarros.
• Los granitos micáceos y feldespáticos son meteorizables. La descomposición del granito da lugar al jabre. La del feldespato da lugar al caolín.
• Usos: Balasto, macadam, árido de machaqueo, bordillos, adoquín, tableros, sillares, alféizar, peanas, peldaños, encimeras, baldosas, jambas, molduras.

Serpentina

• Minerales: Silicato de magnesio hidratado (SiO2. MgO. H2O).
• Características: Antigorita (forma hojosa), Crisotilo (forma fibrosa). De la variedad fibrosa se obtiene asbesto o amianto.
• Es meteorizable, por lo que solo se debe utilizar en interiores. Es atacada por el ácido clorhídrico.
• Usos: En la actualidad, solo en decoración la variedad hojosa. Antiguamente se utilizaba en fibrocementos.

Rocas Ígneas Volcánicas

Obsidiana y Pumita

• Minerales: Cuarzo y Mica.
• Características:
  • Obsidiana: Fractura concoidea, compacta, bordes cortantes.
  • Pumita: Piedra pómez, porosa, brillo sedoso.
• Usos:
  • Obsidiana: Macadam, basalto, árido de machaqueo.
  • Pumita: Árido ligero, abrasivo, aislamiento térmico y acústico.

Basalto

• Minerales: Feldespato, Augita, Piroxeno, Olivino, Magnetita.
• Características: Fractura concoidea.
• Usos: Macadam, basalto, árido de machaqueo y adoquines.

Rocas Sedimentarias

Tipos de Sedimentación

• Sedimentación Mecánica: Formadas por fragmentos de otras rocas, pudiendo estar en granos sueltos o cementados por un material natural.
• Precipitación Química: Formadas al cristalizar sustancias disueltas en el agua.
• Origen Orgánico: Formadas por la acumulación de restos orgánicos (animales, esqueletos o caparazones, vegetales).
• Origen Volcánico: Son rocas piroclásticas, el producto de la actividad explosiva de los volcanes.

Características Generales

• Productos detríticos de otras rocas.
• Depósitos cristalinos de sustancias disueltas en agua.
• Depósitos de materia orgánica.

Procesos de Formación

1. Destrucción de las rocas preexistentes.
2. Transporte por agua, viento, hielo, etc.
3. Sedimentación mecánica, química u orgánica.
4. Transformación de los sedimentos en una nueva roca (excepto las disgregadas).

Rocas de Sedimentación Mecánica

Conglomerados

Rocas formadas por fragmentos de otras rocas unidos por cemento natural. Se dividen en dos tipos:

• Brechas: Fragmentos angulosos de aristas vivas; algunas admiten pulimento (decoración).
• Pudingas: Fragmentos redondeados.

Areniscas

Granos de arena cementados por un cemento natural. Dependiendo de la composición del grano y del material cementante, tendrán distintas propiedades y usos.

• Arenisca Silícea: Arena unida con cemento silíceo; suele ser dura y se denomina piedra molar.
• Arcosa: Arena feldespática con cemento de caolín, sílice o hierro. La variedad con cemento silíceo y ferruginoso se emplea para fabricar material refractario. Dentro de este tipo se encuentra la Piedra Franca de Salamanca.
• Molasa: Arena unida con cemento calcáreo; también se denomina arenisca caliza. Se utiliza en mampostería, sillería y revestimientos.
• Samita: Arena muy arcillosa y micácea. Cuando el cemento lo permite, se emplea en adoquinado y mampostería.
• Grauvaca: Arena unida con sílice, arcilla o caliza. Su uso está en función del cemento.
• Arenisca Ferruginosa: Contiene óxidos de hierro, por lo que su color es rojizo. El asperón está dentro de este grupo y se utiliza en sillares y adoquines.

Áridos

• Árido grueso o grava: Tamaño de los granos no superior a 4 mm.
• Árido fino o arena: Tamaño de los granos no inferior a 4 mm.
• Procedencia: Naturales, artificiales o de machaqueo.
• Yacimiento: Río, playa, duna, mina (mina a <5%: miga; 5% < A < 20%).
• Granulometría: Continua, discontinua, unimodular.
• Usos: Morteros y hormigones.

Polvos y Limos

• Limos: Partículas de cuarzo, mica y limonita con tamaño entre 0.002 y 0.02 mm.
• Ocres: Cuando contienen hierro.
• Humus: Cuando contienen materia orgánica.

Arcillas

Proceden de la meteorización de los feldespatos (caolinización). Tamaño de las partículas entre 0.001 y 0.002 mm. Compuestas de silicato de Aluminio Hidratado (SiO2. Al2O3. H2O).

• Caolín: Arcilla pura de color blanco, materia prima en cerámica.
• Gredas: Arcilla con carbonato cálcico y cuarzo.
  • Margosa: Textura gruesa.
  • Micácea: Tonalidad clara y porosa.
• Arcilla Plástica: Recibe este nombre por ser muy plástica. Materia prima en cerámica, cemento y cal.
• Arcilla Figulina: Contiene algo de carbonato cálcico. Materia prima en cerámica.
• Arcilla Emética: Suave y untuosa, absorbe grasas. Se utiliza como desgrasante en pinturas.

Rocas de Precipitación Química

Aljez

Sulfato cálcico con dos moléculas de agua (CaSO4·2H2O). Dureza 2 en la escala de Mohs. Soluble en agua con resistencia mecánica despreciable. En la naturaleza también se presenta deshidratado, recibiendo el nombre de anhidrita. Materia prima en la fabricación del yeso de construcción y como regulador de fraguado en el cemento. A una temperatura entre 150 - 180 ºC pierde media molécula de agua, y recibe el nombre de semihidratado, que es el yeso de construcción.

Calizas

Carbonato cálcico formado por precipitación de disoluciones bicarbonatadas, pudiendo contener impurezas (CaCO3). Materia prima de la industria del cemento Portland, cal, vidrio y siderurgia. Se utiliza como árido de machaqueo, balasto, macadam, zahorra y en placas como material de aplacado en vertical y en pavimentos.

Tipos:

• Pisolita: Formada por precipitación de carbonato cálcico sobre un grano de arena o una burbuja de agua.
• Tobas Calizas: Formada por precipitación de carbonato cálcico sobre plantas acuáticas o musgo. Son porosas con grandes coqueras y reciben el nombre de travertino. Uso en pavimentos, revestimientos verticales y materia prima en la fabricación de cal.
• Calizas Litográficas: Se caracterizan por contener fósiles de animales y plantas. Se utilizan en aplacados.
• Oolitas: Similar a la pisolita, conteniendo como núcleo de los granos un trozo de concha.
• Caliza Fibrosa: Formada por cristales alargados, se han formado en mares de poca profundidad.

Margas

Formadas por carbonato cálcico y arcilla en distintas proporciones. Si abunda el carbonato cálcico (75%), se denominan margas calcáreas. Si predomina la arcilla (80%), margas arcillosas. Se utilizan en la industria de la cal y cemento Portland.

Dolomías

Formadas por carbonato cálcico y magnesio. No las ataca el ácido clorhídrico en frío. Si presentan estructura cavernosa, reciben el nombre de carniola. Se utilizan en la industria del cemento Portland y en decoración, evitando ambientes húmedos.

Rocas de Origen Orgánico

Calizas

Formadas por carbonato cálcico procedente de la acumulación de caparazones de moluscos cementados con carbonato cálcico. La creta es una caliza blanca y muy blanda que, triturada, forma el blanco España. Se utiliza en la industria del vidrio, de la cal hidráulica, cemento Portland y en siderurgia.

Silíceas

Son rocas marinas formadas por caparazones de diatomeas.

• Sílex o pedernal: Se usa en pavimentación y como áridos para hormigones y morteros.
• Trípoli: Apenas se utiliza en construcción; sirve para estabilizar la nitroglicerina para formar dinamita.
• Kieselgur: Recibe el nombre de tierra de infusorios y se usa como aislante térmico.

Carbones

• Turba
• Lignito
• Hulla
• Antracita

Rocas de Origen Volcánico (Piroclásticas)

Rocas piroclásticas arrojadas por los volcanes. Estos materiales se depositan y sedimentan en ambientes subaéreos o subacuáticos.

Brechas Volcánicas

Presentan fragmentos de unos 3-5 cm angulosos aglomerados por la pasta de la lava.

Conglomerados Volcánicos

Formados por fragmentos de lava en estado plástico que, durante la explosión volcánica, se acoplan unos a otros.

Tobas Volcánicas

Formadas por la sedimentación en la superficie de la explosión volcánica. Una variedad de estas es la bentonita, roca arcillosa empleada como lodos artificiales para contener las paredes de las perforaciones de pilotes.

Rocas Metamórficas

Gneis

• Minerales: Composición igual que el granito (mica, feldespato y cuarzo).
• Características: Estructura hojosa.
• Usos: Losas, peldaños, adoquín, zonas rurales y elemento de cubrición.

Cuarcitas

• Minerales: Proceden del metamorfismo de las areniscas y grauvacas.
• Características: Son granudas y compactas.
• Usos: Árido de machaqueo y balasto.

Pizarras

• Minerales: Proceden del metamorfismo de las arcillas.
• Características: La mica se orienta en planos paralelos, dando la exfoliación.
• Tipos: Pizarras arcillosas, cristalinas, tacocitas, filitas.
• Color uniforme, sonido claro por percusión, no heladizas, impermeables. El espesor varía de 9 mm a más de 20 mm.
• Usos: Cubrición de pavimentos, fábricas, chapados.

Mármoles

• Minerales: Proceden del metamorfismo de las calizas.
• Características: Rocas calcáreas, metamórficas, cristalinas. Se componen de granos de calcita y otros elementos que le dan el color.
• Usos: Árido de machaqueo en terrazos, aplacados de fachadas, pavimentos, sillares, ornamentación.