ROCAS GENERALIDADES Y CLASIFICACIÓN
CARACTERÍSTICAS DE LA ROCA
E. Dureza y tenacidad
La dureza y cohesión de las rocas y minerales dependen de los enlaces entre moléculas constituyentes. En general la dureza aumenta con la densidad del empaquetamiento atómico y la disminución del tamaño de los iones.
Técnicamente por “dureza” se entiende a la resistencia al corte y penetración que presentan las rocas a la perforación, pero en la práctica se ha hecho común emplear el término para indicar su comportamiento en la voladura clasificándolas como: duras, intermedias y blandas. Es la “tenacidad” realmente la resistencia a la rotura, aplastamiento o doblamiento por lo que deberíamos procurar el empleo de los términos de: tenaces, intermedias y friables para indicar su comportamiento ante los explosivos.
FCV
De acuerdo a su tenacidad los minerales individuales pueden ser: sectiles (yeso), maleables (plata), flexibles (talco), elásticos (mica) y frágiles, siendo también conocidas sus formas de fractura (plana, paralela, irregular, concoidal, etc.).
Una escala de dureza muy conocida es la de Mohs que va de 1 a 10 y se basa en la facilidad de rayado de los minerales. También se tiene varias clasificaciones de rocas por su “dureza relativa” como la de Protodiakonov, que ayudan en la determinación de las características del material para su voladura.
10.-DIAMANTE : Raya a cualquier material DIAMANTE Bort ... 42,4 menos a otro diamante. Carbonado ... 36,1 9.- CORINDÓN : (Esmeril) Raya a la
mayor parte de minerales Carburo de Boro... 19,7 menos al diamante.
8.- TOPACIO
7.- CUARZO : No se deja rayar por Siliciuro de carbono... 14,0 la lima de acero.
6.- FELDESPATO : (Ortoza) Raya los Corindón ... 9,0 cristales de ventana.
5.- APATITO : Puede ser rayado por Topacio ... 8 cortaplumas. Cuarzo ... 7 LIMA
Ortoza ... 6
4.- FLUORITA CUCHILLO
3.- CALCITA : Puede ser rayado por Apatito ... 5 moneda de cobre. Fluorita ... 4 COBRE
Calcita ... 3 2.- YESO : Puede ser rayado por la uña. Yeso ... 2 UÑA
1.- TALCO : Marca los tejidos. Talco ... 1 1,0 (Mohs) Resistencia al rayado Dureza relativa (Woodell)
4.- Muy duras.- (pórfidos, dikes) - Se sierran con carborundum 3.- Duras.- (granito, gneiss) - Se sierran con esmeril y polvos 2.- Medianas.- (caliza, mármol) - Se sierran con acero y arenas 1.- Blandas.- (travertino, tobas) - Se sierran con sierra de dientes común ESCALA DE DUREZA (MOHS) PARA ROCAS Y MINERALES
TENACIDAD O COHESIÓN DE ROCAS Y MINERALES
(Resistencia al aplastamiento, rotura, desgarre, flexión o doblado)
1. ALTA: Elástica.- Puede doblarse pero vuelve a su forma original. Flexible.- (Inelástica). Se dobla, pero no recupera su forma. Dúctil.- Suceptible a ser estirada como hilo.
Séctil.- Puede cortarse en capas o láminas con la navaja. Maleable.- Se puede moldear con martillo en láminas delgadas.
2. BAJA: Quebradiza o Friable.- Salta en fragmentos, fácil de pulverizar. (Las rocas casi en su totalidad son friables; su grado de fragmentación depende de la tenacidad y de los planos de debilidad estructural que pre- senten, fallas, fisuras, planos de clivaje, etc.).
COEFICIENTES DE DUREZA, ABRASIÓN Y TENACIDAD AL GOLPE EN ROCAS VARIAS
Tipo Dureza P.D.N (1) Abrasión (desgaste) (2) Tenacidad P.D.N. (3)
GRANITO 9 5 7% 18,0 4,9 19% ROCAS VERDES 8 1 10% 20,0 6,5 17% CALIZA 2 7 22% 2,6 1,9 13% MÁRMOL 5 6 9% 7,5 2,7 17% ARENISCA 3 1 23% 1,5 1,8 9% PIZARRA 5 6 9% 3,3 3,7 17% CAPÍTULO 4
CLASIFICACIÓN DE ROCAS POR SU DUREZA RELATIVA - ESCALA PROTODIAKONOV
COEFICIENTE PESO COEFICIENTE CAT. GRADO DE DUREZA TIPO DE ROCADE VOLUMETRICO DE
DUREZA t/m3 EXPANSIÓN
I Extremadamente duras, Cuarcitas y basaltos 20 2,8 a 3,0 2,2 altamente tenaces muy duros y densos
II Muy duras y tenaces Granitos muy duros 15 2,6 a 2,7 2,2 frescos, pórfidos
III Duras, tenaces Granito compacto y 10 2,5 a 2,6 2,2 rocas graníticas (ácidas),
calizas y areniscas muy duras, conglomerados cementados, minerales de hierro compactos, andesita, gneiss.
IV Duras, con tenacidad Calizas duras, granito 8 2,5 2,0 intermedia blando, areniscas duras,
mármol duro, dolomitas
V Relativamente duras, Arenisca común, 6 2,5 2,0 intermedias minerales de hierro.
Esquistos arcillosos y arenáceos, pirita, filita
VI Dureza media, tenaci- Esquisto arcilloso duro, 4 2,8 2,0 dad intermedia y baja arenisca dura, calcita,
conglomerado blando.
VII Semiduras, intermedias Diferentes tipos de es- 3 2,5 1,8 a friables quistos no duros, caliza
VIII Blandas, Friables Arcilla compacta, hulla 1 1,8 1,3 a 1,4 Terrosas, Sueltas Grava, arena suelos, 0,8
Loes (acarreo aluvial), 0,5 turba
IX Movedizas Detritos, suelos aguados 0,3 CLASIFICACIÓN GENERALIZADA DE ROCAS PARA VOLADURA
TENACES INTERMEDIAS FRIABLES
Gneiss Riolita Rocas alteradas varias
Granito - gabro Andesita Serpentina
Aplita Dacita Yeso - anhidrita
Sienita - monzonita Traquita Pizarra - filita
Diorita - granodiorita Fonolita Lutita - arcilla compacta
Basalto - dolerita Obsidiana (vidrio volcánico) Conglomerado y brecha no
Norita Toba y brecha volcánica cementada
Caliza silificada Arenisca cementada Carbón - antracita
Cuarcita - chert Pizarra metamórfica Marga
Hematita silícea - hornfeld Caliza - dolomita Caliza ligera
Minerales de hierro densos Mármol - baritina Travertino
(magnetita- pirrotita) Conglomerado cementado Arenisca
Andesita - dacita frescas Pórfido de cobre Pómez - tufita
Pórfidos duros: dikes y Minerales de Cu, Pb, Zn, Sn. Minerales de hierro: lamprófidos duros: dikes y Minerales de hierro Limonita - ocre lamprófidos densos (Marcasita - siderita - hematita - pirita Antracita
Cuarzo con oro - wolframio martita) Suelos compactos
El grado de alteración (meteorismo), la presencia y orientación de planos de debilidad (fisuras, clivaje, fallas, etc.) y los cambios físico-químicos producidos por metasomatismo, silicificación, etc., producen cambios en la resistencia de las rocas, lo que se debería tener en cuenta para su clasificación para voladura y uso en obras de construcción.
GRADO DE DUREZA - SU INFLUENCIA EN LA PERFORABILIDAD DE LAS ROCAS RELACIÓN ENTRE LA DUREZA DE LA ROCA, EL TIPO Y VELOCIDAD DE PERFORACIÓN
Roca o mineral Tipo de Dureza Mohs Se raya con: Velocidad de
perforadora perforación Diamante 10,0 Diamante Carborundo 9,5 " Zafiro 9,0 " Crisoberilo 8,5 " Lenta Topacio 8,0 " Zirconio 7,5 " Cuarcita 7,0 "
Chert 6,5 Cuarzo Lenta/media
Roca trapeana De percusión 6,0 "
Magnetita 5,5 Vidrio
Esquisto 5,0 Navaja Media
Apatito 4,5 "
Granito 4,0 "
Dolomita 3,5 " Media/rápida
Caliza Rotatoria 3,0 Moneda (cobre)
Galena 2,5 "
Potasio 2,0 Uña
Yeso 1,5 " Rápida
Talco 1,0 "
La dureza de la roca, su grado de abrasividad (contenido mineral) y su estructura afectan de distinta manera a la decisión sobre la técnica de perforación a utilizar. Percusión simple:
percusión/rotación; rotación con trituración; rotación con corte por rayado (botones o diamantes) etc. y de las correspondientes brocas a emplear (de bisel, en cruz, tricónica, diamantina, etc.)
EXCAVACIONES Y CANTERAS PARA MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN Y OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS EN GENERAL
EXPANSIÓN (ESPONJAMIENTO) Y FACTOR DE CONVERSIÓN VOLUMÉTRICA DE ROCAS DE CONSTRUCCIÓN:
MATERIAL Densidad Porcentaje Factor Densidad en
en banco de expansión volumétrico Material suelto ( kg/m3 ) ( % ) ( kg / m3 )
Arcilla en banco 1.720 4 0 0,72 1.250
Arcilla y grava seca 1.780 4 0 0,72 1.300
Arcilla y grava húmeda 2.200 4 0 0,72 1.600
Carbón y veta 1.280 a 1.450 3 5 0,74 0.950 a 1.070
Tierra común y marga 1.540 2 5 0,80 1.250
Tierra común húmeda 2.000 2 5 0,80 1.600
Grava (6 a 51 mm) seca 1.840 1 2 0,89 1.660
Grava (6 a 51 mm) húmeda 2.000 1 2 0,89 1.660
Yeso sólido 3.000 7 4 0,57 1.780
Mineral de hierro 1.850 a 3.480 3 3 0,75 2.140 a 2.610
Piedra caliza 2.790 6 7 0,60 1.600
Arena seca suelta 1.780 1 2 0,89 1.600
Arena húmeda compacta 2.140 1 2 0,89 1.900
Arenisca dinamitada 2.430 5 4 0,65 1.600
Basaltos, traquitas 3.080 6 5 0,61 1.900
El término cohesión se emplea bastante para describir el grado y forma de amarre de los granos en las rocas sedimentarias, que es también un índice de su tenacidad o resistencia a la fractura. En estos casos se tendrá rocas tenaces, elásticas, friables y aún disgregables.
Las propiedades de resistencia a la tracción y compresión se usan a veces para clasificar las rocas en cuanto a su facilidad de rompimiento con explosivos. Una característica común de las rocas y decisiva para
el proceso de fragmentación es su alto porcentaje de resistencia a la compresión versus su baja resistencia a la tracción (tensión), que va de 10 a 100.
Teniendo en cuenta que la mayoría de las rocas son muy débiles en tensión y en vista que ella mide la susceptibilidad a las fallas o fracturas de tracción por fatiga debido a las ondas de reflejo (como se comentó al hablar de mecánica de voladura), la relación entre la resistencia a la tracción y compresión ha sido definida como el coeficiente de volatibilidad.
Se dice que un material es “elástico” cuando tiende a volver a su forma original después de haber sido sometido a una deformación por aplicación de algún tipo de esfuerzo. Algunas rocas se comportan de tal manera aunque sin llegar a ser realmente «elásticas», pero si son difíciles de fracturar adecuadamente tendiendo más bien a apelmazarse, como es el caso del Yeso o la Sal gema cuando son dinamitados.