CAPITULO 4

Materiales pétreos

Los materiales pétreos (del latín «petreus») son aquellos que provienen de la roca, de una piedra o de un peñasco; habitualmente se encuentran en forma de bloques, losetas o fragmentos de distintos tamaños, principalmente en la naturaleza, aunque de igual modo existen otros que son procesados e industrializados por el ser humano.

Hay tres tipos:

Naturales

 Localizados en yacimientos naturales, para utilizarlos sólo es necesario que sean seleccionados, refinados y clasificados por tamaños; comúnmente se hallan en yacimientos, canteras y/o graveras.

Artificiales

 Se localizan en macizos rocosos; para obtenerlos se emplean procedimientos de voladura con explosivos, posteriormente se limpian, machacan y clasifican, y se procede a utilizarlos.

Industriales

 Han pasado por diferentes procesos de fabricación, como productos de desecho, materiales calcinados, procedentes de demoliciones o algunos que ya han sido manufacturados y mejorados por el hombre.

 PÉTREOS NATURALES

Los materiales pétreos son las piedras naturales, se obtienen de rocas y se utilizan sin apenas sufrir transformaciones principalmente en la construcción de edificios, obras publicas y para ornamentación.

Pueden presentarse en forma de bloques o losetas (mármol, granito y pizarra), o también en forma de gránulos y fragmentos de distintos tamaños (arenas y gravas)

ROCAS IGNEAS

Las rocas ígneas (del latín igneus "relacionado al fuego", de ignis "fuego") se forman cuando el magma (roca fundida) se enfría y se solidifica. Si el enfriamiento se produce lentamente bajo la superficie se forman rocas con cristales grandes denominadas rocas plutónicas o intrusivas, mientras que si el enfriamiento se produce rápidamente sobre la superficie, por ejemplo, tras una erupción volcánica, se forman rocas con cristales invisibles conocidas como rocas volcánicas  o extrusivas.

                              

ROCAS PLUTONICAS

Las rocas plutónicas o intrusivas se forman a partir de magma solidificado en grandes masas en el interior de la corteza terrestre. El magma, rodeado de rocas preexistentes (conocidas como rocas caja), se enfría lentamente, lo que permite que los minerales formen cristales grandes, visibles a simple vista, por lo que son rocas de "grano grueso". Tal es el caso del granito o el pórfido.

Las intrusiones magmáticas a partir de las cuales se forman las rocas plutónicas se denominan plutones, como por ejemplo los batolitos, los lacolitos, los sills y los diques.

Las rocas plutónicas solo son visibles cuando la corteza asciende y la erosión elimina las rocas que cubren la intrusión. Cuando la masa de rocas queda expuesta se denomina afloramiento. El corazón de las principales cordilleras está formado por rocas plutónicas que cuando afloran, pueden recubrir enormes áreas de la superficie terrestre.

ROCA FILONIANA

Las rocas filonianas o subvolcánicas son rocas ígneas  intrusiva que se originan cuando el magma se abre paso hacia la superficie a través de filones y se solidifica en su interior. Generalmente el magma forma pequeñas masas tabulares (entre unos pocos centímetros y unos cuantos centenares de metros). La mayoría de las rocas filonianas presentan una textura porfirica o afanítica, con cristales sin medida uniforme porque se han formado en dos fases distintas: los minerales de temperatura de fusión más alta han cristalizado lentamente en el interior de la capa terrestre, y el resto, de forma rápida dentro de los filones, donde la roca que encaja es mucho más fría.

                  

ROCA EFUSIVAS

Son las que se originan por un enfriamiento brusco del magma incandescente cuando sale a superficie, eso provoca que no dé tiempo a que se formen cristales ya sea parcial o totalmente. Se trata de rocas formadas fundamentalmente por minerales silicatados. El cuarzo, los feldespatos y sobre todo minerales ferromagnesianos oscuros son sus principales componentes, estos últimos son los que les confieren su color gris oscuro o negro tan característico. Las rocas volcánicas generalmente afloran en superficie formando corrientes fluidas incandescentes o a través de gases.

      

ROCA VOLCANICA

Las rocas volcánicas o extrusivas son aquellas rocas igneas que se formaron por el enfriamiento de lava en la superficie terrestre o de magma (masa de materia fundida subterránea) a escasa profundidad.

El enfriamiento rápido del magma o lava que se torna en roca volcánica hace que se formen muchos cristales pequeños, también llamados microcristales o granos finos, en estas rocas. El enfriamiento rápido también puede formar rocas volcánicas compuestas total o parcialmente de  vidrio. Las rocas volcánicas más comunes en la tierra son el basalto seguido por la andeista. Otras rocas volcánicas son la riolita, la dacita y la traquita para mencionar unas pocas.

                               

ROCAS SEDIMENTARIAS

Las rocas sedimentarias son rocas que se forman por acumulación de sedimentos, los cuales son partículas de diversos tamaños que son transportadas por el agua, el hielo o el aire, y son sometidas a procesos físicos y químicos (diagenesis), que dan lugar a materiales consolidados. Las rocas sedimentarias pueden formarse a las orillas de los ríos , en el fondo de barrancos, valles, lagos y mares, y en las desembocadura de los ríos. Se hallan dispuestas formando capas o estratos.

      ROCAS MECANICAS

Rocas detríticas, formadas por acumulación de derrubios procedentes de la erosión y depositados por gravedad. Éstas a su vez se clasifican sobre todo por el tamaño de los clastos, que es el fundamento de la distinción entre conglomerados, areniscas y rocas arcillosas.

ROCAS DE PRECIPITACION QUIMICA

Formadas por depósito de sustancias disueltas. El mayor volumen corresponde a masas de sales acumuladas por sobresaturación del agua del mar. Cuando el agua de mar queda estancada, comienza a evaporarse y los minerales disueltos se precipitan, este proceso da origen a las evaporitas, por ejemplo el yeso sal y gema.

ROCAS ORGANICAS

Las rocas orgánicas son rocas sedimentarias formadas por depósitos fundamentalmente de origen orgánico, es decir los restos del organismo vivo. Rocas típicamente orgánicas son la creta, el carbón, el coral y la turba.

Un caso especial es el de la caliza, roca que puede aparecer por precipitación química pero que en su mayoría es producto de la acción de los seres vivos. El carbonato cálcico es parte del material biológico de la mayoría de los seres vivos. Forma sus partes duras. La fosilización de esos seres vivos forma la roca caliza. En los últimos tiempos se ha demostrado la importancia de la bacteria Emiliana huxleyii en la síntesis del carbono, mostrando cómo el CO2 de la atmósfera se fija en los seres vivos; y cómo la vida ha ejercido un papel decisivo en la formación de la atmósfera y del relieve de la tierra.

 ROCAS VOLCANICAS

Las rocas volcánicas o extrusivas son aquellas rocas igneas que se formaron por el enfriamiento de lava en la superficie terrestre o de magma (masa de materia fundida subterránea) a escasa profundidad.

El enfriamiento rápido del magma o lava que se torna en roca volcánica hace que se formen muchos cristales pequeños, también llamados microcristales o granos finos, en estas rocas. El enfriamiento rápido también puede formar rocas volcánicas compuestas total o parcialmente de vidrio.  Las rocas volcánicas más comunes en la tierra son el basalto seguido por la andesita. Otras rocas volcánicas son la riolita, la dacita y la traquita para mencionar unas pocas.

ROCAS METAMORFICAS

 Las rocas metamórficas son las que se forman a partir de otras rocas mediante un proceso llamado metamorfismo. Rocas ígneas, rocas sedimentarias u otras rocas metamórficas, cuando éstas queda alrededor de 1.500 bar), altas temperaturas (entre 150 y 200 °C) o a un fluido activo que provoca cambios en la composición de la roca, aportando nuevas sustancias a ésta. Al precursor de una roca metamórfica se le llama protolito.

Las rocas metamórficas se clasifican según sus propiedades físico-químicas. Los factores que definen las rocas metamórficas son dos: los minerales que las forman y las texturas que presentan dichas rocas. Las texturas son de dos tipos, foliadas y no foliada.

                                            

Textura foliada

Algunas de ellas son la pizarra (al romperse se obtienen láminas), el esquisto (se rompe con facilidad) y el gneis(formado por minerales claros y oscuros).

Textura no foliada

Algunas de ellas son el mármol (aspecto cristalino y se forman por metamorfismo de calizas y dolomías), la cuarcita (es blanca pero puede cambiar por las impurezas), la serpentinita (que al transformarse origina el asbesto) y la cancagua.

Metamorfismo térmico

Ocurre cuando la transformación de las rocas se debe solo a las altas temperaturas a las que se ven sometidas. A este tipo también se le denomina metamorfosis de contacto. Se da en circunstancias tales como la intrusión de magma en rocas ya existentes, como plutones, diques o diques concordantes. El mármol es un ejemplo de roca que se forma mediante estos procesos.

Metamorfosis regional

Esta es la forma más común de metamorfismo. Ocurre cuando ambos factores, presión y temperatura, se dan a la vez. Estos procesos se dan en mayor medida en grandes profundidades y en regiones de formación de grandes montañas. Un ejemplo de roca que se forma mediante este tipo de proceso es la pizarra.

PROPIEDAD DE LA BUENA PIEDRA DE CONSTRUIR

Para la adecuada utilización de la piedra se han de conocer algunas de sus Propiedades Básicas tales como: la apariencia, estructuras, resistencia, peso, dureza, tenacidad, porosidad y absorción (un parámetro de gran influencia en la durabilidad), erosión, trabajabilidad, Resistencia al fuego, densidad, conductividad térmica.

Características de la buena piedra para construir Las propiedades que han de tener las piedras son:

              

TIPOS DE METAMORFOSIS

Apariencia

Para trabajos de fachada (piedra vista), debe de tener una textura adecuada y compacta. El color claro es más adecuado ya que es más durable.

Estructura

La piedra partida no debe tener un color apagado y debe tener una textura libre de cavidades, fisuras, y libre de material blando. Las estratificaciones no han de ser visibles a la vista.

Resistencia

 La piedra ha de ser fuerte y durable a la resistencia a la acción de desintegración del tiempo. La resistencia a la compresión de las piedras de los edificios, en la práctica oscilan entre 60 y 200 N/m2.

Peso

 Es el indicativo de la porosidad y densidad. Para la estabilidad de una estructura como un dique, represa, etc... Se requieren piedras más densas, sin embargo para la construcción de cúpulas, arcos, etc... Se necesitan menos densas.

Dureza

 Esta propiedad es muy importante para suelos, pavimentos, carril (pista) de puentes, etc. Se determina por la escala de Mosh.

Tenacidad

 La resistencia al impacto que tiene la piedra.

Porosidad y absorción

 La porosidad depende de la componente mineral, tiempo de enfriamiento y forma estructural. Una piedra porosa se desintegra o de producen fisuras internas al congelarse el agua que tiene absorbida debido al aumento del volumen.

Erosión

 La resistencia a la erosión a causas naturales debe ser alta

Trabajabilidad

Ha de ser económicamente viable a cortar, darle la forma y tamaño adecuado.

Resistencia al fuego

 Las piedras han de estar libre de carbonato cálcico, óxidos de hierro, y minerales con coeficiente de expansión térmica. Las rocas de ignición presentan desintegración debido al cuarzo el cual se desintegra en pequeñas partículas a temperaturas de 575 ºC. La caliza, sin embargo, puede resistir temperaturas un poco mas elevabas: alrededor de 800 ºC se desintegra.

Densidad

 La densidad de todas las piedras es de 2.3 a 2.5 Kg/dm3.

Movimiento térmico

 Pueden causar problemas por ejemplo en uniones cuando aparece la lluvia. El mármol tiene variaciones cuando está expuesto al calor se expande, al enfriarse no vuelve al estado inicial.

Causas externas

Desde el momento que extraemos la roca de una cantera y la separamos del conjunto rocoso en el que se formó, la estamos alterando. Las rocas se forman en unas condiciones de presión, temperatura y humedad muy diferentes a las reinantes en la superficie terrestre y al entrar en contacto con la atmósfera, tienden a equilibrarse con ella, experimentando una serie de reacciones que con1levan cambios estructurales y de composición. Además, al alcanzar las rocas la superficie terrestre, quedan expuestas a la acción de los agentes atmosféricos, sufriendo muchos cambios físicos y químicos englobados bajo el término de meteorización.

                             

Agua

 El agua es el principal agente de alteración, reacciona con el sustrato pétreo disolviendo sus componentes y actúa como vehículo de transporte. La congelación del agua o condensación del vapor de agua aumenta el volumen de la roca, las tensiones provocadas por el hielo sobre paredes internas y capilares de la roca pueden llegar a romperla y los ciclos de hielo- deshielo originan exfoliaciones. Los efectos provocados por el hielo dependen del volumen del mismo y de su lugar de formación.

Agentes atmosféricos

 Los agentes atmosféricos actúan como catalizadores de las reacciones intensificando la acción química del agua. A partir del siglo XIX, el desarrollo de actividades industriales y el aumento de población han producido la emisión masiva de partículas a la atmósfera. Los principales contaminantes atmosféricos son: los óxidos de nitrógeno, carbono y azufre procedentes de la combustión de hidrocarburos, el gas metano emitido por los fertilizantes y la quema de bosques, y los gases de combustión liberados en la incineración de residuos sólidos (Anguita, 1993)

Mal de la piedra 

Si existe un término muy extendido y que despierta gran confusión es el denominado "mal de la piedra". Hablar de un sólo mal de la piedra no es adecuado y en numerosas ocasiones se utilizan términos confusos referentes a un aspecto que presenta la roca, así se habla de la arenitización del granito, el cáncer de las piedras o el mármol sacaroideo, que no es otra cosa que pérdida de material y cuyo origen puede estar en diferentes procesos. El término de "mal de la piedra" como tal sí que se refiere a una patología determinada ocasionada por un proceso en concreto, se trata de una degradación sufrida por las rocas calizas debido a la presencia de partículas atmosféricas contaminantes, formándose unas costras de calcín y sulfín muy perjudiciales. Carbonell de Massy (1993) explica el proceso de formación de estas costras.

Costras de calcín

 La capacidad de disolución del agua de lluvia aumenta con el CO2, éste acidifica el agua y produce una rápida disolución de las rocas calizas. El ácido carbónico formado a partir del agua con el dióxido de carbono, reacciona con el carbonato cálcico forma bicarbonato cálcico que al ser muy soluble es lavado. Pero esta reacción es reversible, el agua en superficie se evapora y precipita carbonato cálcico, formándose una costra de calcín.

CO3H2 + CaCO3 <=> Ca (CO3H2) 2

La formación de esta costra es beneficiosa a corto plazo, ya que endurece la superficie de la roca y es impermeable. Pero a la larga alcanza mayor grado de compacidad que el propio sustrato y retiene la humedad en el interior.

Costras de sulfín

Su proceso de formación es bastante similar, el ácido sulfuroso formado a partir de la reacción del agua con el dióxido de azufre se oxida bajo la presencia del oxígeno atmosférico, formándose ácido sulfúrico, que ataca especialmente a las rocas calizas. Al reaccionar este ácido sulfúrico con el carbonato cálcico bajo la presencia de agua, se forma sulfato cálcico hidratado y tras evaporarse el agua se forma una costra de sulfín, más dañina que la de calcín porque el sulfúrico es más agresivo que el carbónico y porque retiene más humedad al ser su volumen mayor. En las zonas próximas al mar el sulfato cálcico formado reacciona con el cloruro sódico del agua del mar y se forma sulfato sódico, que es muy corrosivo.

Biodeterioro

 El biodeterioro es la degradación física y química de la roca provocada por organismos vivos. Los líquenes, hongos y musgos retienen humedad, favorecen la colonización y producen ácidos que modifican el color de la roca. Las bacterias más dañinas son: las autótrofas por desarrollarse con la propia acción de la luz, las sulfobacterias por transformar compuestos silicatados en ácidos y oxidar el azufre a sulfato y las nitrificantes por producir nitritos y nitratos que al reaccionar con el carbonato cálcico de las rocas calcáreas pueden formar nitrato cálcico.

Antes de una limpieza se han de eliminar estas sustancias con algún disolvente que abra los poros de la roca y para arrancarlas posteriormente con un bisturí una vez que estén secos o muertos. Insectos y roedores movilizan material y los ácidos presentes en los excrementos de las aves, como el nítrico y el fosfórico, favorecen la degradación química de la piedra.

Otros

  Aquí incluimos el viento, de por sí sus efectos apenas son perjudiciales pero bajo la presencia de sales y humedad agrava los procesos de cristalización y alveolización; y los cambios de temperatura, que regulan la humedad del sistema poroso, solubilidad de gases y sales disueltas y la velocidad de las reacciones químicas.

Causas internas

Aunque sus efectos no son comparables con los producidos por causas externas, debemos tener en cuenta este tipo de causas. Esbert et al. (1997), en su Manual de diagnosis y tratamiento de materiales pétreos y cerámicos, consideran las siguientes causas:

Antropogénicas

 Los golpes sufridos por la roca, peso de la construcción que soporta, su tratamiento superficial, labra que presenta, etc.

Petrográficas

A mayor tamaño de grano, más disgregable es la roca y viceversa.

Tectónicas

 Durante el ascenso de las rocas hacia la superficie terrestre o por pérdida -de material supra yacente, éstas pierden resistencia a la deformación y aparecen diaclasas, vías de entrada para los agentes erosivos.

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