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MANUAL PRELIMINAR DE PETROGRAFÍA APLICADA AL ESTUDIO DE MATERIALES PÉTREOS PARA CARRETERAS

Por Nydia Romero Buitrago Geol.-Esp. Patología de la Construcción

Revisión y Supervisión: Geólogo MSc. Roberto Terraza M.

Bogotá, julio de 2010 República de Colombia

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERIA INGEOMINAS


MANUAL PRELIMINAR DE PETROGRAFÍA APLICADA AL ESTUDIO DE MATERIALES PÉTREOS PARA CARRETERAS

Por: Nydia Romero Buitrago Geol.-Esp. Patología de la Construcción

Revisión y Supervisión: Geólogo MSc. Roberto Terraza M.

Bogotá, julio de 2010 República de Colombia

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERIA INGEOMINAS


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍAY MINERÍA

INGEOMINAS

CONTENIDO 1.

INTRODUCCIÓN .................................................................................. 9

1.1 OBJETIVOS............................................................................................................ 11 1.1.1 Objetivo general ............................................................................................... 11 1.1.2 Objetivos específicos ........................................................................................ 11 1.2 ALCANCES ............................................................................................................ 11

2.

PRINCIPIOS BÁSICOS Y DEFINICIONES ....................................... 12

2.1 AGREGADOS PÉTREOS ...................................................................................... 12 2.1.1 Definición de agregados pétreos....................................................................... 12 2.1.2 Tipos de agregados pétreos............................................................................... 12 2.2 FUENTES DE AGREGADOS PÉTREOS ............................................................. 12 2.2.1 Areneras de peña .............................................................................................. 12 2.2.2 Receberas .......................................................................................................... 13 2.2.3 Canteras de piedra o canteras ........................................................................... 13 2.2.4 Gravilleras ........................................................................................................ 13 2.3 PAVIMENTO ......................................................................................................... 13 2.3.1 Funciones .......................................................................................................... 13 2.3.2 Características ................................................................................................... 14 2.3.2.1 Desde el punto de vista estructural ............................................................ 14 2.3.2.1.1 Resistencia mecánica ............................................................................. 14 2.3.2.1.2 Deformabilidad adecuada ...................................................................... 14 2.3.2.1.3 Durabilidad ............................................................................................ 14 2.3.2.1.4 Condiciones adecuadas de drenaje ........................................................ 14 2.3.2.1.5 Economía ............................................................................................... 14 2.3.2.2 Desde el punto de vista social .................................................................... 15 2.3.2.2.1 Económico ............................................................................................. 15 2.3.2.2.2 Cómodo ................................................................................................. 15 2.3.2.2.3 Seguro .................................................................................................... 15 2.3.3 Tipos de pavimentos ......................................................................................... 15 2.3.3.1 Pavimentos flexibles .................................................................................. 15 2.3.3.1.1 Elementos estructurales del pavimento flexible .................................... 15 2.3.3.2 Pavimentos rígidos ..................................................................................... 18 2.3.3.2.1 Elementos estructurales del pavimento rígido ....................................... 18 2.3.3.3 Pavimentos semi-rígidos ............................................................................ 20 2.3.3.3.1 Elementos estructurales del pavimento semi-rígido .............................. 21 2.3.3.4 Pavimento articulado ................................................................................. 22 2.4 DURABILIDAD DE LOS AGREGADOS............................................................. 22 2.5 MUESTREO ........................................................................................................... 23 2.5.1 Métodos de muestreo ........................................................................................ 23 2.5.1.1 Perforaciones. ............................................................................................ 23 2.5.1.1.1 Perforación por percusión y rotación .................................................... 24 2 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS 2.5.1.1.2 Perforación rotativa por corte o rebanamiento ...................................... 24 2.5.1.1.3 Perforación por trituración..................................................................... 24 2.5.1.1.4 Perforación abrasiva .............................................................................. 24 2.5.1.1.5 Perforaciones manuales y perforaciones con barrenos helicoidales ...... 24 2.5.1.2 Pozos a cielo abierto (apiques) .................................................................. 25 2.5.1.3 Tajos a cielo abierto. .................................................................................. 25 2.5.1.4 Trincheras .................................................................................................. 26 2.6 METEORIZACIÓN ................................................................................................ 26 2.6.1 Procesos de meteorización física ...................................................................... 27 2.6.2 Procesos de meteorización química .................................................................. 27 2.6.3 Acción y efectos de la meteorización en las rocas ........................................... 28 2.7 PETROLOGÍA Y PETROGRAFÍA ....................................................................... 28 2.8 COMPONENTES PETROGRÁFICOS .................................................................. 29 2.8.1 Textura .............................................................................................................. 29 2.8.1.1 Textura secuencial (o seriada) ................................................................... 29 2.8.1.2 Textura vítrea ............................................................................................. 30 2.8.1.3 Textura clástica .......................................................................................... 30 2.8.1.4 Textura blástica .......................................................................................... 30 2.8.1.5 Textura deformada ..................................................................................... 30 2.8.2 Patrón textural .................................................................................................. 30 2.8.2.1 Estructura ................................................................................................... 31 2.8.2.2 Fábrica ....................................................................................................... 31 2.8.2.2.1 Cristalina masiva ................................................................................... 31 2.8.2.2.2 Cristalina foliada ................................................................................... 31 2.8.2.2.3 Clástica cementada ................................................................................ 31 2.8.2.2.4 Clástica consolidada (lutitas) ................................................................. 32 2.8.3 Porosidad y Fisuración ..................................................................................... 32 2.9 CLASIFICACIÓN PETROGRÁFICA DE AGREGADOS PÉTREOS PARA PAVIMENTOS EN COLOMBIA .................................................................................... 33 2.9.1 Parámetros de clasificación .............................................................................. 33 2.9.1.1 Resistencia ................................................................................................. 33 2.9.1.2 Adherencia ................................................................................................. 33 2.9.1.3 Durabilidad ................................................................................................ 33 2.9.1.4 Índice de forma .......................................................................................... 33 2.9.2 Clasificación ..................................................................................................... 33 2.10 DISTRIBUCIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS EN COLOMBIA .......... 39

3.

ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE MATERIALES PÉTREOS ............ 40

3.1 PROPÓSITOS DEL ANÁLISIS ............................................................................. 40 3.2 TÉCNICAS DE ANÁLISIS .................................................................................... 41 3.2.1 Examen visual y estereomicroscopía................................................................ 41 3.2.1.1 Equipos y materiales .................................................................................. 41 3.2.2 Análisis mineralógico por inmersión ................................................................ 42 3.2.2.1 Equipos y materiales .................................................................................. 42 3.2.3 Microscopía de luz transmitida ........................................................................ 42

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INGEOMINAS 3.2.3.1 Equipos y materiales .................................................................................. 43 3.2.4 Microscopía de luz reflejada............................................................................. 43 3.2.4.1 Equipos y materiales .................................................................................. 43 3.2.5 Difracción de Rayos X (DRX) ......................................................................... 43 3.2.5.1 Equipos y materiales .................................................................................. 44 3.2.6 Espectroscopia de Fluorescencia de Rayos X (FRX) ....................................... 44 3.2.6.1 Equipos y materiales .................................................................................. 44 3.2.7 Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microanálisis de Rayos X (EDX) .......................................................................................................................... 44 3.2.7.1 Equipos y materiales .................................................................................. 44 3.3 NIVELES DE ANÁLISIS....................................................................................... 44 3.4 CARACTERÍSTICAS TEXTURALES Y COMPOSICIONALES A DETALLAR . ................................................................................................................................. 46 3.4.1 Agregados para mezclas en pavimentos asfálticos ........................................... 46 3.4.1.1 Forma y angularidad .................................................................................. 46 3.4.1.2 Adhesividad y resistencia al desplazamiento ............................................. 47 3.4.1.2.1 Agregados Ácidos ................................................................................. 47 3.4.1.2.2 Agregados Básicos ................................................................................ 47 3.4.1.3 Alterabilidad .............................................................................................. 48 3.4.2 Agregados para mezclas en pavimentos de concreto hidráulico ...................... 48 3.4.2.1 Forma ......................................................................................................... 48 3.4.2.2 Porosidad ................................................................................................... 49 3.4.2.3 Grado de meteorización ............................................................................. 49 3.4.2.4 Composición mineralógica ........................................................................ 49 3.4.2.4.1 Minerales inestables .............................................................................. 49 3.4.2.4.2 Reacción álcali - agregado ..................................................................... 49 3.4.2.5 Presencia de contaminantes. ...................................................................... 53 3.4.3 Agregados para bases y/o subbases .................................................................. 54 3.5 REQUISITOS DEL PETROGRAFO ..................................................................... 54

4. ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE LOS MATERIALES PÉTREOS IN SITU.............................................................................................................. 55 4.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 55 4.2 INVESTIGACIÓN PRELIMINAR ........................................................................ 56 4.3 INVESTIGACIÓN DETALLADA IN SITU .......................................................... 56 4.4 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS CONDICIONES DEL TERRENO ............ 57 4.4.1 Identificación. ................................................................................................... 57 4.4.2 Descripción general .......................................................................................... 57 4.4.3 Zonificación ...................................................................................................... 57 4.4.4 Descripción de las zonas................................................................................... 58 4.4.5 Identificación de zonas singulares .................................................................... 58 4.5 TOMA DE MUESTRAS ........................................................................................ 58 4.5.1 Muestreo en canteras ........................................................................................ 58 4.5.1.1 Muestreo en canteras no desarrolladas ...................................................... 59 4.5.1.2 Muestreo en canteras en operación ............................................................ 59

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INGEOMINAS 4.5.2 Muestreo en depósitos de piedras, arenas y gravas .......................................... 60 4.5.2.1 Muestreo en depósitos no desarrollados de arena y grava ......................... 60 4.5.2.2 Muestreo en depósitos de piedra y materiales aluviales o coluviales en operación ................................................................................................................... 60 4.5.3 Muestreo en el lugar de procesamiento-almacenamiento................................. 60 4.5.3.1 Muestreo en flujo de descarga de agregados (Tolva o banda de descarga)60 4.5.3.2 Muestreo en banda transportadora ............................................................. 61 4.5.3.3 Muestreo en depósitos apilados o de los equipos de transporte................. 61 4.5.4 Muestreo en el frente de obra-Préstamo lateral ................................................ 62 4.6 TAMAÑO DE LA MUESTRA .............................................................................. 62 4.7 INSPECCIÓN PETROGRÁFICA IN SITU............................................................ 62 4.7.1 Forma y tamaño de los granos .......................................................................... 63 4.7.2 Color ................................................................................................................. 64 4.7.3 Textura .............................................................................................................. 65 4.7.4 Estructura .......................................................................................................... 66 4.7.5 Fábrica .............................................................................................................. 67 4.7.6 Porosidad .......................................................................................................... 67 4.7.7 Identificación de los constituyentes .................................................................. 68 4.7.8 Grado de meteorización .................................................................................... 68 4.7.9 Resistencia ........................................................................................................ 68 4.8 REGISTRO DE DATOS......................................................................................... 70 4.9 EMBALAJE, ROTULACIÓN Y TRANSPORTE DE MUESTRAS..................... 70

5. ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE MATERIALES PÉTREOS EN EL LABORATORIO .......................................................................................... 72 5.1 PLANTEAMIENTO DE OBJETIVOS .................................................................. 72 5.2 PREPARACIÓN PREVIA DE LA MUESTRA ..................................................... 72 5.2.1 Tamizado, lavado y secado............................................................................... 72 5.2.1.1 Tamizado ................................................................................................... 72 5.2.1.2 Lavado ....................................................................................................... 72 5.2.1.3 Secado ........................................................................................................ 73 5.2.2 Tamaño de la muestra ....................................................................................... 73 5.3 PROCEDIMIENTO PARA EL ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS ...................... 77 5.3.1 Elección del nivel de análisis petrográfico ....................................................... 77 5.4 ANÁLISIS DE MICROSCOPIA SEMIDETALLADA ......................................... 77 5.4.1 Forma ................................................................................................................ 77 5.4.2 Porosidad y Fisuración ..................................................................................... 77 5.4.3 Porosidad y Fisuración ..................................................................................... 80 5.4.4 Grado de meteorización .................................................................................... 80 5.4.5 Identificación y clasificación de los constituyentes ......................................... 81 5.5 ANÁLISIS DE MICROSCOPIA DETALLADA ................................................... 82 5.5.1 Forma ................................................................................................................ 87 5.5.2 Porosidad y Fisuración ..................................................................................... 87 5.5.2.1 Tamaño de los poros .................................................................................. 87 5.5.2.2 Forma de los poros ..................................................................................... 87

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INGEOMINAS 5.5.3 Grado de meteorización .................................................................................... 88 5.5.4 Clasificación de los constituyentes ................................................................... 88 5.6 REGISTRO DE DATOS......................................................................................... 98

6.

INFORME FINAL DE RESULTADOS ............................................... 99

6.1 INFORME FINAL DE RESULTADOS DEL ANÁLISIS PETROGRÁFICO REALIZADO IN SITU...................................................................................................... 99 6.2 INFORME FINAL DE RESULTADOS DEL ANÁLISIS PETROGRÁFICO REALIZADO EN LABORATORIO .............................................................................. 100 6.2.1 Cálculos .......................................................................................................... 100 6.2.2 Informe ........................................................................................................... 100

7. 8. 9.

CONCLUSIONES .............................................................................. 102 RECOMENDACIONES ..................................................................... 103 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................ 104 LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Elementos estructurales del pavimento flexible.................................................... 16 Figura 2. Elementos estructurales del pavimento rígido ...................................................... 19 Figura 3. Elementos estructurales del pavimento semi- rígido ............................................ 21 Figura 4. Detalle de un apique .............................................................................................. 25 Figura 5. Muestreo en tajos a cielo abierto ........................................................................... 26 Figura 6. Muestreo en trincheras .......................................................................................... 26 Figura 7. Forma de los agregados pétreos ............................................................................ 46 Figura 8. Toma de muestras en bancos y canteras ............................................................... 59 Figura 9. Planta de localización del muestreo por pozos ..................................................... 60 Figura 10. Muestreo en depósitos apilados .......................................................................... 61 Figura 11. Comparador de tamaño de grano ........................................................................ 63 Figura 12. Redondez y esfericidad de las partículas ............................................................ 63 Figura 13. Carta de colores de roca ...................................................................................... 64 Figura 14. Textura secuencial (o seriada) ............................................................................. 65 Figura 15. Textura vítrea ...................................................................................................... 65 Figura 16. Textura clástica ................................................................................................... 65 Figura 17. Textura blástica ................................................................................................... 65 Figura 18. Textura deformada .............................................................................................. 66 Figura 19. Estructura homogénea o masiva.......................................................................... 66 Figura 20. Estructura bandeada ............................................................................................ 66 Figura 21. Estructura nodulosa ............................................................................................. 66 Figura 22. Estructura brechoide ........................................................................................... 66 Figura 23. Carta de estimación de porcentaje....................................................................... 67 Figura 24. Esquema de clasificación de rocas ...................................................................... 69 Figura 25. Cuarteo Manual ................................................................................................... 74 Figura 26. Escala de redondez y esfericidad. ....................................................................... 80 Figura 27. Ejemplos de agregados presentando algún grado de meteorización ................... 82 Figura 28. Montaje de la muestra de agregado en resina de poliéster. ................................. 86 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras

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INGEOMINAS Figura 29. Ejemplo de una sección delgada de una muestra de agregados .......................... 86 Figura 30. Índice de meteorización de los minerales primarios de las rocas ....................... 89 Figura 31. Doble triángulo Q A P F para clasificación de Rocas ígneas intrusivas ............. 90 Figura 32. Diagrama (Pl - Px - Ol y Pl - Opx) para Clasificación de Rocas Gabroicas ....... 91 Figura 33. Diagrama (Px - Hb - Pl - Opx) para Clasificación de Rocas Gabroicas. ............ 91 Figura 34. Doble triángulo Q A P F para clasificación de rocas volcánicas lávicas. ........... 92 Figura 35. Diagrama para Clasificación de Rocas Ultramáficas. ......................................... 93 Figura 36. Clasificación de rocas volcanosedimentarias. ..................................................... 93 Figura 37. Clasificación granulométrica de piroclastos y depósitos piroclásticos unimodales bien sorteados. ...................................................................................................................... 93 Figura 38. Términos para rocas mezcladas piroclásticas - epiclásticas. ............................... 94 Figura 39. Clasificación textural. ......................................................................................... 94 Figura 40. Clasificación composicional ............................................................................... 95 Figura 41. Clasificación textural para rocas calcáreas. ........................................................ 95 Figura 42. Clasificación composicional para rocas siliciclásticas........................................ 96 Figura 43. Principales texturas en rocas metamórficas. ....................................................... 96 Figura 44. Principales texturas en rocas metamórficas. ....................................................... 97 Figura 45. Principales texturas en rocas metamórficas. ....................................................... 97

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Elementos estructurales del pavimento flexible. .................................................... 17 Tabla 2. Elementos estructurales del pavimento rígido. ....................................................... 19 Tabla 3. Elementos estructurales del pavimento semi-rígido ............................................... 22 Tabla 4. Características físico-químicas de los grupos homogéneos ................................... 34 Tabla 5. Tendencias generales de calidad de las rocas de las siete familias de comportamiento homogéneo. ............................................................................................... 35 Tabla 6. Minerales, rocas y otras sustancias potencialmente reactivas con los álcalis del cemento................................................................................................................................. 51 Tabla 7. Clasificación del tamaño de grano de las rocas ...................................................... 64 Tabla 8. Parámetros para la determinación del color de roca. .............................................. 64 Tabla 9. Descripción del grado de meteorización in situ. .................................................... 68 Tabla 10. Resistencia a partir de índices de campo. ............................................................. 70 Tabla 11. Granulometrías admisibles para distintos usos según el Instituto de Desarrollo Urbano .................................................................................................................................. 75 Tabla 12. Granulometrías admisibles para distintos usos según el Instituto Nacional de Vías. ...................................................................................................................................... 76 Tabla 13. Uso de los niveles de análisis petrográfico para agregados según lo distintos usos y de acuerdo a las granulometría admisibles del Instituto de Desarrollo Urbano ................ 78 Tabla 14. Uso de los niveles de análisis petrográfico para agregados según lo distintos usos y de acuerdo a las granulometría admisibles del Instituto Nacional de Vías. ...................... 79 Tabla 15. Descripción del grado de meteorización en laboratorio. ...................................... 81 Tabla 16. Clasificación macroscópica de rocas ígneas......................................................... 83

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INGEOMINAS Tabla 17. Clasificación macroscópica de rocas sedimentarias. ............................................ 84 Tabla 18. Clasificación macroscópica de rocas metamórficas. ............................................ 85 Tabla 19. Porosidad ............................................................................................................ 100

LISTA DE DIAGRAMAS Diagrama 1. Propósitos del análisis petrográfico de materiales ........................................... 41 Diagrama 2. Método de Análisis Integrado .......................................................................... 45 Diagrama 3. Procedimientos para la elaboración de la sección delgada (SD) ..................... 86

LISTA DE APÉNDICES APÉNDICE A: GLOSARIO LISTA DE ANEXOS ANEXO A: DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESOS ANEXO B: FORMATOS ANEXO C: FIGURAS, TABLAS Y ESQUEMAS PARA PETROGRÁFICA DE MUESTRAS IN SITU.

LA

INSPECCIÓN

ANEXO D: FIGURAS, TABLAS Y ESQUEMAS PARA LA INSPECCIÓN PETROGRÁFICA DE MUESTRAS EN EL LABORATORIO-ANÁLISIS DE MICROSCOPÍA SEMIDETALLADA. ANEXO E: FIGURAS, TABLAS Y ESQUEMAS PARA LA INSPECCIÓN PETROGRÁFICA DE MUESTRAS EN EL LABORATORIO-ANÁLISIS DE MICROSCOPÍA DETALLADA.

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1. INTRODUCCIÓN Se realiza el Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras, con el fin de estandarizar los procedimientos y/o técnicas de muestreo, identificación, descripción y análisis, y así garantizar la reproducibilidad de resultados en el análisis petrográfico de muestras representativas de rocas y materiales propuestas para su uso como agregados para obras viales, así como la selección de las propiedades texturales y composicionales que deben ser examinadas durante el reconocimiento de las distintas rocas y minerales presentes en una muestra, en función del posible campo de aplicación de dicho material. El presente documento está compuesto de seis partes, así: 1. Principios básicos y definiciones En esta parte se incluye la definición y descripción de los tipos de agregados pétreos, de las fuentes de agregados pétreos, del pavimento y tipos de pavimentos, concepto de durabilidad de los agregados, del muestreo y de los métodos de muestreo existentes, la definición de meteorización y la descripción de los procesos de meteorización, se hace referencia a los términos geológicos de petrología, petrografía y componentes petrográficos, y finalmente se describe la clasificación petrográfica de agregados pétreos para pavimentos de Montero (1980), al igual que se menciona en forma general la distribución de los agregados pétreos en Colombia. 2. Análisis petrográfico de materiales pétreos En esta parte se describen los distintos propósitos y alcances del análisis petrográfico de materiales pétreos, así como las técnicas, equipos y niveles de análisis existentes. Además se aborda el tema de las principales características texturales y composicionales de los agregados que deben ser estudiadas. Finalmente, se establecen los requisitos que debe cumplir el profesional encargado de llevar a cabo el análisis petrográfico. 3. Ensayo propiamente dicho Se divide en dos capítulos en los que se especifica el procedimiento del análisis petrográfico de los materiales pétreos en: 1. Campo o in situ, incluyendo la descripción de las distintas fases del análisis: a) investigación preliminar, b) investigación detallada, c) descripción detallada del terreno, d) toma de muestras, e) inspección petrográfica.

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INGEOMINAS 2. El laboratorio, incluyendo la descripción de las distintas fases del análisis: a) planteamiento de objetivos, b) preparación previa de la muestra, c) análisis de las muestras. En cada uno se especifican términos, clasificaciones, tablas, figuras y demás elementos necesarios para la correcta realización del análisis petrográfico. Es de aclarar que los procedimientos expuestos en el presente manual se basan en los propuestos por la ASTM (American Society Testing Materials) en su norma ASTM C 29508 “Standard Guide for Petrographic Examination of Aggregates for Concrete” versión publicada en el 2008; y por el ICONTEC (Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación) en su Norma Técnica Colombiana NTC-3773 “Ingeniería civil y Arquitectura. Guía para la inspección petrográfica de agregados para concreto” publicada en 1995. Así mismo, dichos procedimientos no solo son la traducción y/o compilación de las normas enunciadas anteriormente, sino que además se incluyen metodologías (existentes en el ámbito de la geología e ingeniería) modificadas por la autora de este documento, teniendo en cuenta el objetivo de aplicación y la propia experiencia profesional en el área de la caracterización microscópica de materiales de construcción. 4. Informe final de resultados En esta parte se describe la organización, contenido y presentación del informe final de resultados del análisis petrográfico de materiales pétreos realizado in situ y en el laboratorio. 5. Glosario Al final, se encontrará un glosario con la definición de los principales términos presentes en el manual, con el fin de ayudar a comprender el lenguaje utilizado en este documento. 6. Diagramas de flujo y formatos propuestos Con base en los requisitos del análisis, las características particulares de las muestras o especímenes, la toma de datos durante el ensayo, los cálculos y el registro de resultados, se proponen tres diagramas de flujo con el procedimiento a seguir para el análisis petrográfico in situ y en el laboratorio, y varios formatos para la toma de datos y para la presentación del informe de resultados. Dichos diagramas y formatos son una modificación de los elaborados por MICROMATCO LTDA., los cuales están incluidos en su manual interno de procedimientos. En los anexos del documento se encuentran los diagramas y formatos, además de tablas, clasificaciones, figuras y demás elementos a usar durante la inspección petrográfica. Finalmente, es importante mencionar que el desarrollo del presente manual se encuentra enmarcado dentro del proyecto “SUB 09–25 Minerales Industriales y Materiales de Construcción” adelantado por el Instituto Colombiano de Geología y Minería INGEOMINAS. Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 10 carreteras


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INGEOMINAS 1.1 OBJETIVOS 1.1.1

Objetivo general

Establecer una metodología preliminar de descripción, caracterización y evaluación de materiales pétreos para construcción desde el punto de vista petrográfico. 1.1.2

Objetivos específicos

Definir y especificar los procedimientos de muestreo in situ de agregados pétreos. Describir las diferentes técnicas de análisis y su aplicación en la inspección de agregados pétreos. Especificar los distintos niveles de análisis requeridos para la caracterización cualitativa y cuantitativa de los agregados pétreos. Mencionar las características texturales y composicionales de los agregados que tienen una relación con el comportamiento en general del material en un uso determinado (mezclas asfálticas, mezclas de concreto hidráulico y bases o subbases). Especificar los requisitos mínimos de conocimiento y experiencia que debe cumplir el petrógrafo encargado de realizar el análisis. Describir las diferentes etapas de la descripción de los agregados (preparación de la muestra, características a detallar, elección de un tipo de análisis especifico, entre otros) en el lugar de campo o in situ y en el laboratorio. 1.2 ALCANCES Este manual de evaluación petrográfica de materiales pétreos describe las actividades a seguir para el análisis de muestras de mano en campo o in situ y para el análisis en el laboratorio de agregados gruesos y finos, naturales o de trituración, que serán usados en las distintas capas de los pavimentos. Por consiguiente, no se tiene en cuenta los sillares y rocas ornamentales, rocas carbonatadas y sulfatadas, arcillas, materias primas silíceas, agregados livianos tales como escoria de alto horno, arcilla expandida o refractaria, cenizas volantes o de productos sintéticos como aditivos y resinas epóxicas.

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 11 carreteras


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2. PRINCIPIOS BÁSICOS Y DEFINICIONES 2.1 AGREGADOS PÉTREOS 2.1.1

Definición de agregados pétreos

Los agregados pétreos son materiales granulares sólidos que se emplean con o sin adición de elementos activos, con granulometrías adecuadas y que se utilizan para la construcción de elementos resistentes, mediante su mezcla con materiales aglomerantes de activación hidráulica (cementos, cales, etc.) o con ligantes asfálticos (Smith & Collins, 1994, en Padilla 2004). 2.1.2

Tipos de agregados pétreos

El tipo de agregado pétreo se determina de acuerdo con la procedencia y la técnica empleada para su aprovechamiento, y se clasifican en los siguientes tipos: 1. Agregados Naturales. Son aquellos que se utilizan solamente después de una modificación de su distribución de tamaño para adaptarse a las exigencias según su disposición final. 2. Agregados de Trituración. Son aquellos que se obtienen de la trituración de diferentes rocas de cantera ó de las granulometrías de rechazo de los agregados naturales. Se incluyen todos los materiales canterables cuyas propiedades físicas sean adecuadas. 3. Agregados Artificiales. Son los subproductos de procesos industriales, como ciertas escorias o materiales procedentes de demoliciones utilizables y reciclables. 4. Agregados Marginales. Los agregados marginales engloban a todos los materiales que no cumplen alguna de las especificaciones vigentes. 2.2 FUENTES DE AGREGADOS PÉTREOS Es importante diferenciar los tipos de fuentes que se emplean para la producción de agregados para pavimentos y concretos de carreteras (Sociedad Colombiana de Geotecnia, 2003), los cuales se indican a continuación. 2.2.1

Areneras de peña

Sitio de explotación de material particulado de tamaño arena extraído manual o mecánicamente de areniscas (canteras) y su producto es conocido como arena de peña.

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 12 carreteras


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INGEOMINAS 2.2.2

Receberas

Sitio de extracción de material de tamaño variable que proviene de canteras o fuentes aluviales y su explotación puede ser manual o mecánica. El producto es un material llamado recebo, el cual contiene arcilla, arena y piedra pequeña, es muy utilizado en la construcción y mejoramiento de vías. 2.2.3

Canteras de piedra o canteras

Es estas fuentes la explotación de pétreos se puede hacer manualmente o por medio de pica o explosivos (dinamita o pólvora negra) para desprender roca de calidad de afloramientos debidamente escogidos. Las canteras proveen material de diferentes tipos, generalmente recebos o materiales de alta calidad para las capas del pavimento o para concretos. 2.2.4

Gravilleras

Son explotaciones dedicadas a extracción de materiales de río y playa, algunos de ellos arena de río, gravilla, grava y piedra. 2.3 PAVIMENTO Un pavimento es una estructura vial formada por una o varias capas de materiales seleccionados, capaz de resistir las cargas impuestas por el tránsito y la acción del medio ambiente y de transmitir al suelo de apoyo esfuerzos y deformaciones tolerables por éste (Garcés et al., 1997). 2.3.1

Funciones

Desde el punto de vista estructural, un pavimento transmite en forma adecuada las cargas hacia el terreno de fundación, es decir, sin rotura de los materiales o deformaciones exageradas para la estructura. Proporciona una superficie de rodadura uniforme que permite la circulación libre de los vehículos. Controla la infiltración de las aguas superficiales que pueden alterar las propiedades de los materiales constitutivos del sub-suelo.

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INGEOMINAS 2.3.2

Características

2.3.2.1 Desde el punto de vista estructural 2.3.2.1.1

Resistencia mecánica

El pavimento debe soportar las cargas impuestas por el tránsito dentro de un nivel razonable de deterioro; su resistencia es proporcionada por los materiales que lo conforman; el espesor que el pavimento representa hace que los esfuerzos que lleguen al terreno de soporte sean tolerables por éste. La determinación de la resistencia de los materiales que forman un pavimento es difícil; influyen en ésta no sólo las propiedades mecánicas de ellos, sino también su interacción con los efectos de intemperie, siendo el más importante la incidencia de su contenido de humedad; también influyen notoriamente el tipo de cargas que se les aplica y la velocidad con que ello se hace (Garcés et al., 1997). 2.3.2.1.2

Deformabilidad adecuada

En los pavimentos las deformaciones excesivas están asociadas a estados de falla; además es evidente que un pavimento deformado puede dejar de cumplir sus funciones. La deformación máxima permisible es tenida en cuenta en los métodos de diseño, con base en un valor prefijado; la estructura se diseña de manera que sólo se alcance dicho valor al final de la vida útil prevista. 2.3.2.1.3

Durabilidad

Está ligada a una serie de factores económicos y sociales de la vía; el correcto diseño del pavimento es fundamental en cuanto a la duración y buen comportamiento del mismo (no es práctico ni económico recurrir a interrupciones frecuentes del tránsito para realizar reparaciones). 2.3.2.1.4

Condiciones adecuadas de drenaje

Las condiciones de drenaje y subdrenaje de la vía constituyen uno de los aspectos más importantes para la vida útil de un pavimento. El proyecto de los elementos de drenaje debe considerarse formando parte del diseño. 2.3.2.1.5

Economía

Un pavimento, como todas las estructuras de ingeniería debe llevar a un balance entre la satisfacción de requisitos de resistencia y estabilidad por un lado y el costo por el otro.

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INGEOMINAS 2.3.2.2 Desde el punto de vista social 2.3.2.2.1

Económico

El pavimento debe ofrecer una superficie uniforme, en perfecto estado, que minimice los daños en el vehículo del usuario y en consecuencia sus costos de operación. 2.3.2.2.2

Cómodo

La presencia de deformaciones, discontinuidades, ondulaciones y baches en un pavimento son percibidas por el usuario causándole molestias al transitar por la vía y afectando su comodidad, independientemente de que representen alguna deficiencia estructural o riesgo de falla. 2.3.2.2.3

Seguro

Esta característica la cumple la estructura del pavimento a través de una rugosidad que debe poseer la carpeta de rodadura que permita una circulación libre de los vehículos pero que también garantice una fácil detención en el proceso de frenado. Así mismo, la visibilidad y señalización de la vía, factores inherentes a su diseño le dan confianza al usuario y disminuyen la accidentalidad. 2.3.3

Tipos de pavimentos

Los pavimentos se clasifican de acuerdo con la forma como se transmite al suelo de soporte, los esfuerzos generados por los vehículos (Garcés et al., 1997). 2.3.3.1 Pavimentos flexibles Están formados por una carpeta asfáltica apoyada sobre una o varias capas de gran flexibilidad (admiten grandes deformaciones sin rotura bajo la aplicación de la carga) que transmiten los esfuerzos al terreno de soporte mediante un mecanismo de disipación de tensiones, las cuales van disminuyendo paulatinamente con la profundidad. 2.3.3.1.1

Elementos estructurales del pavimento flexible (Ver figura 1)

Subrasante Se llama subrasante al material más superficial de los cortes o colocado en los terraplenes durante las operaciones de explanación de la vía. Su función es servir de fundación al pavimento aportando una adecuada capacidad de soporte para recibir las cargas debidas al peso propio del pavimento y al tránsito vehicular, presentando un comportamiento adecuado ante la acción del medio ambiente que puede modificar significativamente sus propiedades. La subrasante, dependiendo de la geometría de la sección de la vía, puede ser Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 15 carreteras


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INGEOMINAS en corte, terraplén o mixta; desde el punto de vista del material que la constituye puede ser en roca o en suelo.

Figura 1. Elementos estructurales del pavimento flexible (Tomado de Garcés et al., 1997)

Sub-base Es la capa colocada sobre la subrasante y subyace a la base; está constituida por materiales seleccionados cuya principal función es transmitir a la subrasante los esfuerzos que el tránsito le impone a través de la base, proporcionando resistencia adecuada a tales solicitaciones; por las características granulométricas de sus materiales puede servir serv como elemento de drenaje y por su propio peso contrarresta cambios volumétricos en la subrasante asociados con la presencia en ella de materiales de naturaleza expansiva. Base La base es una capa de materiales seleccionados colocados sobre la sub-base; sub en algunas ocasiones se construye directamente sobre la subrasante subrasante; tiene como función principal

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INGEOMINAS transmitir las cargas recibidas del tránsito con intensidades adecuadas a los elementos subyacentes. Contribuye al drenaje de la estructura en virtud de sus características específicas de granulometría; otra función importante es la de servir de rodadura provisional para el paso de vehículos y equipos facilitando de esta forma el proceso constructivo de la vía o de otras obras. Imprimación Con el nombre de imprimación se denomina al riego de un producto asfáltico que recubre la base y forma una película continua con el fin de adherirla a la capa de rodadura (carpeta) además de impermeabilizar el contacto entre ellas. Carpeta asfáltica La carpeta asfáltica es la capa o serie de capas de materiales granulares seleccionados ligados con asfalto que conforman la superficie de rodadura del pavimento. Su función principal es estructural (a través de su espesor disipa las cargas recibidas del tránsito). Tabla 1. Elementos estructurales del pavimento flexible (Tomado de Garcés et al., 1997). Elemento 1. Subrasante

2.Sub-bases y bases

Funciones

• • • • •

3. Imprimación

4. Carpeta asfáltica 5. Rasante

• • • • Facilitar la construcción • Estructural • Absorber deformaciones de la • subrasante • Facilitar el drenaje • Servir de rodadura provisional •

Servir de fundación al pavimento

• • • •

Tipos más comunes Corte Terraplén Mixta Bases granulares Bases estabilizadas Suelo-cemento Suelo-asfalto Bases asfálticas Macadam asfáltico Concreto asfáltico

Adherir la base y la carpeta Película asfáltica Impermeabilizar la capa de base

Estructural • Proporcionar una superficie de rodadura suave, segura y limpia • • Impermeabiliza superficialmente el pavimento. • Superficie de rodadura

Materiales • •

Roca Suelo

• • • •

Agregados Cemento Asfalto Suelo

• •

Asfalto liquido Emulsiones asfálticas

Tratamientos superficiales: simples, • dobles, triples • Macadam asfáltico Concreto asfáltico -

Asfalto Agregados. -

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INGEOMINAS Elemento

6. Bermas

7. Cunetas

Funciones Permiten la detención de los vehículos en emergencia • Aumentan la capacidad de la vía • Mejoran su nivel de servicio • Estructuralmente pueden proporcionar confinamiento lateral al pavimento. Recibir, encauzar y descargar adecuadamente el agua de escorrentía superficial.

Tipos más comunes

Elementos inherentes diseño de la vía.

• • •

Concreto Piedra Tierra

Materiales

al

-

-

2.3.3.2 Pavimentos rígidos Constituidos por una placa de concreto hidráulico de gran rigidez (admite pequeñas deformaciones bajo la aplicación de la carga) que transmite los esfuerzos al terreno de soporte repartiéndolos en un área muy amplia. 2.3.3.2.1

Elementos estructurales del pavimento rígido (Ver figura 2)

Subrasante Sus características y funciones son idénticas a las descritas para el caso de los pavimentos flexibles. Sub-base Es la capa de materiales seleccionados colocada entre la subrasante y la placa, su principal función es controlar el fenómeno del bombeo. Además proporciona apoyo uniforme a las losas de concreto; reduce a un mínimo las consecuencias de los cambios volumétricos que puedan tener lugar en la subrasante; facilita la construcción de la placa; contribuye a mejorar el drenaje interno del pavimento y sirve como superficie de rodadura provisional para el paso de equipo. Placa de concreto La superficie de los pavimentos rígidos la conforman losas o placas de concreto construidas en el sitio (generalmente de concreto simple); su función principal es estructural; dada su alta resistencia mecánica y su gran rigidez soportan las cargas impuestas por los vehículos, transmitiendo los esfuerzos a la subrasante en magnitudes acordes con su resistencia.

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INGEOMINAS

Figura 2.. Elementos estructurales del pavimento rígido (Tomado de Garcés et al. al., 1997)

Juntas Las juntas son discontinuidades en el pavimento rígido, dispuestas tanto en sentido longitudinal como transversal; tienen como objeto controlar agrietamientos que se producen por efectos de temperatura (retracción, expansión y alabeo) y racionalizar la con construcción. Tabla 2. Elementos estructurales del pavimento rígido (Tomado Tomado de Garcés et al., 1997). Elemento

Funciones

1. Subrasante Servir de fundación al pavimento

• • •

Tipos más comunes Corte Terraplén Mixta

• •

Materiales Roca Suelo

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INGEOMINAS Elemento

2.Sub-base

• • • • • • •

3. Elemento • de separación •

4. Placa de concreto

• • •

• 5. Juntas

Funciones Controlar el bombeo Estructural Facilitar el drenaje Facilitar la construcción Servir como superficie de rodadura provisional Amortiguar cambios de volumen en la subrasante Impedir el flujo de agua capilar a la placa. Disminuir la fricción entre la subbase y la placa Evitar la contaminación del concreto fresco Estructural Proporcionar una superficie de rodadura cómoda, segura y limpia. Impermeabilizar

Controlar el agrietamiento del concreto simple Facilitar la construcción

Tipos más comunes

• •

Materiales

• Sub-bases granulares • Sub-bases de suelo• cemento •

Agregados Suelo Cemento Agua

Polietileno

Polietileno

• •

Concreto simple Concreto retozado

• • •

Agregados Cemento Agua

Según su función: - retracción - expansión - alabeo - construcción Según su posición: - Transversales - Longitudinales - Separación Según la forma de transmitir los esfuerzos: - Grieta inducida - Machiembrada - Con pasadores

• • • • • •

Madera Icopor Asfaltos Sólidos Masillas Acero

2.3.3.3 Pavimentos semi-rígidos Compuestos por una placa de suelo-cemento, la cual en cierto modo se asemeja a la placa de concreto hidráulico del pavimento rígido; sin embargo, por su composición es de una rigidez mucho menor y por consiguiente admite deformaciones mayores, dando lugar a la transmisión de esfuerzos al suelo de soporte en parte por disipación y otro tanto por repartición; es por esto que el comportamiento de un pavimento semi-rígido se dice que es mixto, aunque se acepta una mayor similitud con el pavimento rígido.

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INGEOMINAS 2.3.3.3.1

Elementos estructurales del pavimento semi-rígido rígido (Ver figura 3)

Subrasante Sus características y funciones son idénticas a las descritas para el caso de los pavimentos flexibles. Base o placa de suelo-cemento cemento El "alma" del pavimento semi-rígido semi es la placa de suelo-cemento, que le proporciona su capacidad estructural, sin embargo, es un elemento que se desgasta fácilmente por acción del agua y del tránsito, por lo que no se puede utilizar como rodadura provisional. No es recomendable recubrir la placa de suelo-cemento suelo cemento con una capa cap continua de imprimación ya que el asfalto dificulta la reacción de hidratación del cemento; a cambio se utiliza el llamado "riego de liga". Carpeta asfáltica Sobre la placa de suelo-cemento cemento se coloca la capa de rodadura, usualmente elaborada de concreto asfáltico; la carpeta asfáltica es fundamental ya que protege al suelo-cemento suelo del desgaste, impermeabiliza la est estructura y puede reducir el espesor sor de suelo suelo-cemento (función estructural).

. Figura 3.. Elementos estructurales del pavimento semi- rígido (Tomado de Garcés et al., 1997)

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INGEOMINAS Tabla 3. Elementos estructurales del pavimento semi-rígido (Tomado de Garcés et al., 1997). Elemento

Funciones

Tipos más comunes • Corte Servir de fundación al 1. Subrasante • Terraplén pavimento • Mixta 2. Base o placa de • Estructural Suelo - cemento suelo cemento • Impermeabilizar • Proteger al suelo cemento del desgaste • Tratamientos • Servir de superficie superficiales 3. Carpeta asfáltica de rodamiento • Concreto asfáltico • Impermeabilizar • Estructural

Materiales • •

Roca Suelo

• •

Suelo Cemento

• •

Agregados Asfalto

2.3.3.4 Pavimento articulado Formado por elementos prefabricados de pequeñas dimensiones que individualmente son muy rígidos, pero conforman un conjunto cuyo comportamiento se asemeja al de un pavimento flexible, es decir, transmite los esfuerzos al suelo de soporte mediante un mecanismo de disipación de tensiones. Un ejemplo son los pavimentos adoquinados que tienen un amplio campo de aplicación; por sus características presentan significativas ventajas, en relación con los otros tipos de pavimentos, pues son de fácil reparación y no requieren de personal ni de equipo especializado para su colocación; se pueden transportar fácilmente y permiten su reutilización casi total ante eventuales reparaciones o instalaciones de redes; todo ello se traduce en un atractivo beneficio económico. 2.4 DURABILIDAD DE LOS AGREGADOS La durabilidad de los agregados es definida como la capacidad de las partículas individuales de conservar su integridad y no sufrir cambios físicos, mecánicos o químicos que afecten de forma negativa sus propiedades o su comportamiento general. Los factores que influyen en la durabilidad de los agregados normalmente se derivan de la naturaleza geológica y de la roca origen. Es necesario tener en cuenta que la aparente estabilidad in situ de una roca no es necesariamente un indicador de su estabilidad como agregado pétreo, ya que dicha estabilidad puede ser afectada por ciertos factores tales como el clima, la temperatura, las mareas, la evaporación, la precipitación, el rocío, la humedad, la radiación ultravioleta, el hielo, la nieve y las heladas, entre otros (Smith & Colhs, 2001).

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INGEOMINAS Por otra parte, la durabilidad o resistencia al desgaste o al deterioro es un requisito importante de los agregados. Algunos agregados con valores altos de resistencia mecánica cuando están en uso, se deterioran con el tiempo. De esta forma, existen dos aspectos fundamentales que se relacionan con la durabilidad (Smith & Colhs, 2001): 1. El deterioro mecánico o desgaste 2. El deterioro físico-químico (sanidad) 2.5 MUESTREO El muestreo permite obtener una serie de muestras individuales representativas del material; su cantidad, tipo y profundidad dependerán de la complejidad geológica del sitio, y deberá ser suficiente para dar el grado de confianza deseado en los resultados de los ensayos; la cantidad dependerá del tipo de material, de su tamaño máximo y de los ensayos a los cuales será sometido. Así mismo, las muestras individuales pueden ser analizadas, bien sea de forma independiente para conocer la variabilidad de la fuente, o bien en conjunto, con el objeto de determinar la calidad media del material. Cuando se pretende obtener la calidad media de una fuente de materiales, almacenamiento o frente de obra, las muestras individuales deben unirse total o parcialmente para formar la muestra compuesta de la cual, por cuarteo, se obtendrá una muestra final, para el posterior análisis en laboratorio (ASTM D 75-091). Es de resaltar que las muestras para la inspección petrográfica deben ser tomadas por o bajo la supervisión directa de un geólogo familiarizado con los requerimientos para el muestreo aleatorio de agregados. La localización exacta de extracción de la muestra, la geología del sitio y otros datos pertinentes, deben ser remitidos con la muestra. La cantidad de material a estudiar será determinada por el tipo de inspección petrográfica y la naturaleza del material a ser examinado (NTC 37732). A continuación se describen los distintos métodos de muestreo existentes. 2.5.1

Métodos de muestreo

2.5.1.1 Perforaciones. Consiste en realizar un hoyo vertical en el terreno con recuperación de muestras a distintas profundidades. Para cada propósito existen métodos de perforación específicos y acordes con los requerimientos exigidos, la inversión, la velocidad de realización, la calidad del terreno, las condiciones ambientales, etc. En términos generales los métodos de perforación se pueden clasificar en percusión y rotación, rotativa por corte o rebanamiento, por trituración, abrasiva y manual (Quinteros, s.f.):

1 2

Standard Practice for Sampling Aggregates. Ingeniería civil y arquitectura, guía para la inspección petrográfica de agregados para concreto.

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INGEOMINAS 2.5.1.1.1

Perforación por percusión y rotación

Es el más básico y antiguo en su género; se hacen con un conjunto de perforadoras neumáticas e hidráulicas, accionadas desde la superficie y dentro del pozo. Su aplicación sirve para todo tipo de rocas, especialmente aquellas de durezas medias, altas, muy altas y abrasivas, como granito, andesitas, magnetitas, hematitas, etc. 2.5.1.1.2

Perforación rotativa por corte o rebanamiento

Consiste en el uso de brocas helicoidales con cuchillos de cortes frontales que van rebanando el material desde el fondo del hoyo y evacuando los detritos mediante el uso de barras también helicoidales. Su aplicación es sólo en rocas muy blandas y blandas, como arcillas, areniscas, pizarras, etc. 2.5.1.1.3

Perforación por trituración

Consiste en el uso de grandes, poderosos y pesados equipos de perforación rotativa que actúan mediante la aplicación de fuerte empuje sobre una broca rotativa, la que normalmente está provista de tres conos con insertos de carburo de tungsteno. Cada cono gira en torno a su eje y los insertos penetran la superficie de roca, produciendo la fracturación y desmembramiento en partículas pequeñas que van siendo evacuadas comúnmente por aire comprimido. Su aplicación es en todo tipo de rocas y en general para remover grandes volúmenes de material. El rango de diámetros de uso más difundido va de 5,25” a 18”. 2.5.1.1.4

Perforación abrasiva

Consiste en el uso de equipos rotativos con brocas cilíndricas cuya superficie de ataque está provista de insertos de diamantes o llevan una impregnación de este material. Su propósito es perforar la roca mediante abrasión o alta fricción. Su aplicación principal es para obtener testigos en sondaje de terrenos para el posterior análisis de las muestras. 2.5.1.1.5

Perforaciones manuales y perforaciones con barrenos helicoidales

Las muestras obtenidas por medio de estos métodos suelen estar alteradas respecto a su estado estructural, pero no respecto a su contenido de humedad. Las herramientas más comunes utilizadas para obtener estas muestras son la pala posteadora y las brocas helicoidales. Las brocas helicoidales se usan cuando existen arcillas blandas o gravas gruesas y arriba del nivel freático. Son económicas hasta 6 metros de profundidad. También se usan cucharas especiales, pero generalmente proporcionan muestras más alteradas que con las brocas helicoidales y la pala posteadora. Las muestras que se obtienen con estas cucharas especiales son una mezcla de los materiales atravesados, por lo que su

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INGEOMINAS interpretación resulta más difícil, sobre todo cuando la secuencia estratigráfica varia de un estrato duro a uno blando, debido a que se pierden sus límites facialmente. 2.5.1.2 Pozos a cielo abierto (apiques) Con este método se deben tomar las precauciones necesarias con el fin de que al efectuarse la extracción de la muestra, ésta no se contamine, por lo que es necesario extraer el material por capas, para lo cual se excavan prismas rectangulares concéntricos, cuya profundidad puede ser de 40 a 100 cm dependiendo de las características de cementación del material, dejando un escalón mínimo de 40 cm en todo el perímetro a medida que se profundiza en la excavación. En la etapa final, el prisma debe tener en la base por lo menos 60 cm con la profundidad que se considere conveniente; de estas muestra simples se formará la muestra compuesta (Ver figura 4).

Figura 4. Detalle de un apique (Tomado de Velarde & Villa, 1996)

2.5.1.3 Tajos a cielo abierto. Cuando el depósito tiene un frente, la muestra debe tomarse haciendo canales verticales en el espesor útil del mismo, para evitar contaminación. Se elimina todo el material de despalme y aquel que se haya escurrido sobre el frente. Los canales deben localizarse equidistantes dependiendo de la separación, magnitud y homogeneidad del depósito. Las muestras simples del frente se deben tomar en cantidades aproximadamente iguales, desde la parte superior hasta la parte inferior de los estratos que componen el frente en los diferentes canales, mezclándose estas muestras simples para formar la mezcla compuesta de cada estrato, repitiéndose la operación tantas veces como sea necesario hasta obtener la muestra que sea representativa del depósito (Ver figura 5).

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INGEOMINAS

Figura 5. Muestreo en tajos a cielo abierto (Tomado de Velarde & Villa, 1996)

2.5.1.4 Trincheras Es una excavación longitudinal realizada en el terreno. La exploración por medio de trincheras es aplicable a laderas no escarpadas, las cuales suelen estar cubiertas de material de despalme. Es necesario remover este material haciendo una excavación escalonada de arriba hacia abajo; en cada uno de estos escalones, se hacen zanjas de dimensiones apropiadas para la extracción de muestras (Ver figura 6)

Vista A Figura 6. Muestreo en trincheras (Tomado de Velarde & Villa, 1996)

2.6 METEORIZACIÓN La meteorización hace referencia a la variación, tanto en composición como en tamaño, de los minerales y rocas de la superficie que se encuentran en contacto con agentes de la atmósfera, hidrósfera y biósfera. En consecuencia, existen tres tipos de meteorización de Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 26 carreteras


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INGEOMINAS acuerdo con la naturaleza de las fuerzas que actúan sobre la roca (física, química y biológica) las cuales siempre están actuando asociadas y en magnitudes muy variables (Besoain, 1985). Los procesos de meteorización están controlados por las condiciones climáticas y sus variables de temperatura, humedad, precipitaciones, régimen de vientos, etc., que determinan el tipo y la intensidad de las transformaciones físicas y químicas que afectan a los materiales rocosos en superficie (González de Vallejo et al., 2002). 2.6.1

Procesos de meteorización física

Las acciones de origen físico producen la fracturación mecánica de las rocas. Las más importantes controladas por el clima, en especial por la temperatura y la humedad, son: • Formación de hielo: el agua que rellena poros y grietas aumenta de volumen al bajar la temperatura y formarse hielo, produciendo la fractura de las rocas. • Insolación: en climas áridos las acusadas diferencias térmicas en periodos cortos de tiempo producen tensiones en las rocas por dilatación y contracción sucesivas, que dan lugar a la fracturación de las mismas. • Formación de sales: la cristalización de sales en poros o grietas de las rocas produce la rotura y disgregación por expansión de los cristales. • Hidratación física: determinados tipos de materiales (arcillas, sulfatos) aumentan su volumen al sufrir hidratación, produciéndose deformaciones importantes que pueden llevar a la fracturación de la roca, como es el caso de la degradación de rocas arcillosas por ciclos de humedecimiento y secado. • Capilaridad: los minerales con estructuras hojosas (micas, yesos) o con fisuración permiten la penetración de agua, que, frente a cambios de temperatura, puede producir roturas estructurales, al ser el coeficiente de dilatación del agua mayor que el de la roca o mineral. 2.6.2

Procesos de meteorización química

Los procesos químicos se dan en presencia de agua y están controlados por la temperatura, siendo más intensos y rápidos en regiones climáticas húmedas que en zonas de clima seco. Estas acciones dan lugar a la formación de nuevos minerales o compuestos a partir de los existentes. Las más importantes son: • Disolución: descomposición de minerales por acción del agua, teniendo como última consecuencia la desintegración del material. Aunque se considera una acción física, la disolución suele ir acompañada de procesos o reacciones químicas. La disolución del carbonato cálcico causa la apertura de fisuras y huecos en las rocas carbonatadas. • Hidratación: formación de minerales o compuestos químicos nuevos por incorporación de agua.

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INGEOMINAS • • •

Hidrólisis: descomposición de un mineral o compuesto químico por acción del agua en estado ionizado. El grado de hidrólisis depende de la atracción que los iones del elemento ejerzan sobre las moléculas de agua. Oxidación y reducción: formación de nuevos minerales por combinación de un mineral con oxígeno, perdiendo sus átomos o iones uno o más electrones y fijando oxígeno, o por pérdida de oxígeno, fijando electrones. Quelatación: Es tipo de meteorización bioquímica, en la que existe una reacción de equilibrio entre un ión metálico polivalente y un agente generalmente orgánico (complejante), que se caracteriza por la formación de una o más uniones entre el metal y las moléculas complejantes, con la formación al final, de una estructura cíclica que engloba el ión metálico.

Dependiendo de las características climáticas de una zona predominarán unas acciones u otras; así, en climas fríos o de alta montaña con precipitaciones medias predominará la meteorización física controlada básicamente por el hielo, mientras que en climas tropicales cálidos con precipitaciones abundantes, será dominante la meteorización química. 2.6.3

Acción y efectos de la meteorización en las rocas

La meteorización física da lugar a exfoliación por planos de direcciones preferentes, apertura de microdiscontinuidades por hielo o por crecimiento de sales, cambios de volumen por cambios de humedad o temperatura, etc. La meteorización química produce la disolución de minerales solubles y la formación de nuevos minerales por procesos de oxidación, reducción, hidratación, etc. Los resultados de la alteración química van desde la decoloración de la matriz rocosa a la descomposición de los silicatos y otros minerales, aunque algunos de ellos, como el cuarzo, son resistentes a estas acciones. Los procesos de disolución juegan un papel muy importante en la alteración química de las rocas, especialmente en materiales carbonatados y salinos. La acción y los efectos de la meteorización serán distintos dependiendo del tipo de roca, estando directamente relacionados con su composición mineralógica y propiedades estructurales. Aunque en las rocas la meteorización química suele ser más intensa y produce su descomposición y cambios mineralógicos, la física rompe y disgrega la roca, debilitando la estructura rocosa al romperse los minerales y los contactos entre partículas, aumentando la superficie expuesta a la atmósfera y permitiendo la entrada del agua (González de Vallejo et al., 2002). 2.7 PETROLOGÍA Y PETROGRAFÍA La Petrología estudia las rocas en su conjunto, sus características geométricas de campo, características petrográficas (componentes), composición química detallada de la misma y de los distintos minerales que la constituyen, condiciones fisico-químicas de formación y los procesos evolutivos durante su génesis.

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INGEOMINAS La petrografía aborda la descripción física en términos visuales de las rocas, mediante la aplicación de diversas técnicas de análisis. Estos estudios ofrecen una valiosa información relativa a la naturaleza de los componentes (esencialmente minerales), sus abundancias, formas, tamaños y relaciones espaciales, lo cual permite clasificar la roca y establecer ciertas condiciones cualitativas o semicuantitativas de formación, así como posibles procesos evolutivos (Castro, 2010). De acuerdo con lo anterior, en el presente manual siempre se hablará de petrografía y no de petrología. 2.8 COMPONENTES PETROGRÁFICOS Los componentes petrográficos son aquellos componentes de la roca que tienen entidad física, tales como granos minerales, asociaciones particulares de determinados minerales, fragmentos de rocas, componentes de la matriz y cemento, material amorfo o criptocristalino (vidrio volcánico y geles de sílice), espacios vacíos (poros y vacuolas), fracturas discretas o selladas, etc. (Castro, 2010). Algunos componentes petrográficos se presentan en todos los tipos de rocas, tales como los granos minerales o poros, que son muy abundantes en las rocas sedimentarias e ígneas volcánicas, pero son muy pequeños y escasos en rocas metamórficas e ígneas plutónicas; otros se presentan sólo en algunos tipos, como el vidrio volcánico en las rocas magmáticas volcánicas; otros se presentan en cualquiera de los tipos rocosos pero sólo ocasionalmente, como las fracturas. A continuación se describen los principales componentes petrográficos de las rocas. 2.8.1

Textura

Es el conjunto de relaciones espaciales intergranulares y de características morfológicas (tamaño y forma) de los componentes (esencialmente granos y/o agregados minerales) de la roca. Las denominaciones texturales y los criterios utilizados varían según el tipo de roca considerada. Existen muchos tipos de texturas, sin embargo, se consideran cinco tipos texturales básicos para todas las rocas naturales, siendo las diferentes texturas combinaciones de dos o más, como se describen a continuación (Castro, 2010). 2.8.1.1 Textura secuencial (o seriada) Constituida por cristales que han crecido a partir de una disolución líquida (i.e. magma o solución acuosa) o gaseosa (i.e. fluidos). Los cristales de los distintos minerales han crecido en distintos momentos y por lo tanto tendrán características morfológicas distintas. Este tipo de textura aplica a todos los tipos de rocas, aunque es típico de las rocas ígneas plutónicas y volcánicas y de algunas sedimentarias.

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INGEOMINAS 2.8.1.2 Textura vítrea Constituida total o parcialmente por vidrio formado por solidificación rápida de un fundido magmático. Esta textura es típica de rocas ígneas volcánicas. El vidrio se observa como una sustancia amorfa que engloba a los posibles granos cristalinos existentes, y en donde pueden aparecer espacios vacíos denominados vacuolas (el término de poro se aplica específicamente a rocas sedimentarias). 2.8.1.3 Textura clástica Formada por fragmentos de rocas y/o minerales englobados o no en un material fragmental más fino y/o precipitado y/o recristalizado. Esta textura aplica específicamente a rocas sedimentarias detríticas, aunque algunas rocas volcánicas también la presentan. Los fragmentos de rocas y minerales (de cualquier tipo) se denominan clastos; el material que los engloba se denomina matriz o cemento según este constituida por material detrítico de grano muy fino o por precipitados de cristalinidad variable respectivamente. 2.8.1.4 Textura blástica Constituida por cristales que se han formado en un medio sólido por transformaciones de minerales preexistentes. Este tipo de textura aplica específicamente a las rocas metamórficas. Las transformaciones sufridas incluyen esencialmente cambios en los tamaños y formas de los cristales y constituyentes primarios y la formación de nuevos minerales que antes no existían. Los granos minerales recristalizados o neoformados se denominan blastos. 2.8.1.5 Textura deformada En este tipo de textura los componentes de la roca, ya sean cristales, clastos, blastos, espacios vacíos, etc., están deformados. Esta textura aplica a cualquier tipo de roca; es típica de la mayoría de las rocas metamórficas dado que los procesos naturales de deformación suelen estar acompañados de cambios texturales y mineralógicos importantes en las rocas afectadas. Las texturas deformadas se identifican fácilmente ya que los componentes adoptan orientaciones preferentes (fábrica), los minerales muestran evidencias de deformación tales como extinciones ondulantes y se desarrollan fracturas o microfracturas. 2.8.2

Patrón textural

Es el conjunto de características no composicionales que pueden ser utilizadas para distinguir un tipo de roca o grupo de rocas de las demás, con independencia de la composición mineralógica. El concepto de patrón textural es más amplio que el de textura, incluyendo además la estructura y fábrica, según el tipo de roca considerada (Castro, 2010).

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INGEOMINAS 2.8.2.1 Estructura Distribución y orden espacial de los cristales o granos dentro de la roca a escala macroscópica y microscópica, respectivamente. Los tipos de estructuras más comunes son: 1. Homogénea o masiva. No existe distribución preferencial de los componentes. 2. Bandeada. Disposición preferencial de los componentes en bandas más o menos planares, curvadas o irregulares. 3. Nodulosa. Disposición preferencial de los componentes en agregados esféricos o elipsoidales (nódulos). 4. Brechoide. Producida por fracturación de la roca de manera irregular o con orientación preferencial de las fracturas. 2.8.2.2 Fábrica Orientación espacial preferencial de los componentes no equidimensionales y de los elementos cristalográficos (ejes, planos) de los minerales dentro de una roca. Los tipos de fábricas existentes son: cristalina masiva, cristalina foliada, clástica cementada y clástica consolidada (Montero, 1980). 2.8.2.2.1

Cristalina masiva

La roca posee cristales sin orientación preferencial perfectamente entrabados, íntimamente juntos, con una fuerte articulación mecánica. Las rocas ígneas en general, tanto plutónicas como volcánicas, así como las metamórficas masivas y muchas de las sedimentarias no clásticas como la caliza o el chert son de esta clase. Rocas con este tipo de fábrica son las más resistentes y menos deformables. Sin embargo la resistencia es algo dispersa en las rocas volcánicas efusivas (ej: andesita, basalto), debido a que éstas últimas son algo porosas. Las calizas tipo micrita, entre las sedimentarias no clásticas y la cuarcita (metamórfica) se comportan de manera similar a los granitos. 2.8.2.2.2

Cristalina foliada

Esta textura es propia de las rocas metamórficas foliadas. Los cristales están entrelazados y orientados preferentemente, con poco entrabamiento mecánico. La orientación preferencial de los cristales, imparte en estas rocas marcada direccionalidad de sus propiedades mecánicas, por lo cual son más débiles en la dirección de la foliación. 2.8.2.2.3

Clástica cementada

Los granos minerales son gruesos (arena y grava), presentan grados variables de empaquetamiento y se aglutinan con cementos minerales de diferentes calidades. Los granos por lo general no están orientados salvo en las variedades con abundante mica y/o arcilla. Las areniscas, los conglomerados y las brechas presentan este tipo de fábrica. La resistencia de estas rocas es muy variable: las más resistentes y menos deformables

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INGEOMINAS corresponden a las que presentan el mejor empaquetamiento de sus granos y están cementadas con sílice. 2.8.2.2.4

Clástica consolidada (lutitas)

En las rocas de este tipo, que poseen grano fino (tamaño limo y arcilla), los granos minerales se mantienen unidos por fuerzas físico-eléctricas generadas en el proceso de litificación, el cual se alcanza gracias a la compactación y/o consolidación de las partículas, con alguna influencia de la cementación. A mayor grado de consolidación la roca es más resistente y menos deformable. Existen dos variedades dentro de esta fábrica: la consolidada laminada y la nó laminada. En la lutita laminada la roca puede poseer más del 10% de láminas (capas de menos de 1 cm de espesor), lo cual transmite a la roca alta direccionabilidad de sus propiedades mecánicas. 2.8.3

Porosidad y Fisuración

En términos generales, se denomina porosidad al conjunto de los espacios vacíos que posee una roca, mientras que las fisuras se consideran discontinuidades de la fase sólida e incluyen desde fracturas a exfoliaciones y bordes de grano abiertos. Estos dos elementos constituyen el sistema poroso y su análisis es esencialmente descriptivo y cualitativo (Alonso, 2006). Desde el punto de vista petrográfico, se trata de un componente más de la roca. En principio se considera una fase única –la formada por los espacios vacíos– constituyendo junto con el resto de las fases minerales el volumen rocoso total. Además, como cualquier otro componente, posee unas características o elementos texturales: tamaño, forma, distribución (orientación, homogeneidad, etc.), que contribuyen junto con el resto de los componentes a definir la textura de la roca. Su estudio se realiza normalmente por métodos directos a distintas escalas: observación visual, microscopía de luz transmitida, microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fluorescencia, etc. En la mayoría de los casos, dicha observación requiere una adecuada preparación de las muestras: muestras pulidas, impregnadas con resinas fluorescentes, obtención de moldes, etc. Mediante métodos estereológicos o proceso digital de imágenes, se logran cuantificar los elementos particulares del sistema poroso. Su determinación se realiza fundamentalmente a partir de métodos indirectos: saturación de los espacios vacíos con fases fluidas (agua, mercurio, helio, nitrógeno, etc.). Estas técnicas indirectas –además de porosidad– están diseñadas principalmente para suministrar otros parámetros más específicos del sistema poroso que, aunque parciales, presentan gran interés en el comportamiento de los materiales (Alonso, 2006).

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INGEOMINAS 2.9 CLASIFICACIÓN PETROGRÁFICA DE AGREGADOS PÉTREOS PARA PAVIMENTOS EN COLOMBIA De acuerdo con Montero (1980) la clasificación petrográfica de agregados petréos para pavimentos en Colombia relaciona las principales características petrográficas y las propiedades de resistencia, adherencia, durabilidad e índice de forma de las rocas, agrupándolas en siete familias de similares comportamiento, como se describe a continuación. 2.9.1

Parámetros de clasificación

2.9.1.1 Resistencia Los agregados incorporados en las capas de pavimentos están sometidos a fuerzas de compresión, abrasión e impacto como consecuencia de las cargas impuestas por el tráfico. El comportamiento de las rocas a este respecto involucra solicitaciones de resistencia a la compresión, tenacidad, abrasión y atrición difíciles de valorar en el laboratorio, a pesar de lo cual el ensayo de desgaste se considera apropiado para tal fin. 2.9.1.2 Adherencia La adherencia entre los agregados y las mezclas bituminosas depende de dos características fundamentales, el contenido de cuarzo y la tensión interfacial. Los ensayos de adherencia en frascos y bandejas son los usados para evaluar estos parámetros. 2.9.1.3 Durabilidad Con respecto a esta característica (ver numeral 2.4), son las rocas lodosas las más vulnerables y las que ofrecen mayores dificultades por su tendencia natural a degradarse en forma rápida. También son degradables otras rocas laminadas y cristalinas meteorizadas que contienen abundante minerales de alteración como clorita, talco, sericita, vermiculita etc. El ensayo de solidez es el normalmente empleado para caracterizar los agregados respecto de su durabilidad, aunque en la actualidad su aplicación se encuentran en reevaluación. 2.9.1.4 Índice de forma La condición de planaridad que poseen las partículas una vez trituradas, se evalúan mediante los ensayos índice de alargamiento y aplanamiento ó índice de forma. 2.9.2

Clasificación

La Tabla 4 describe la clasificación petrográfica de agregados petréos para pavimentos en Colombia.

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INGEOMINAS Tabla 4. Características físico-químicas de los grupos homogéneos (Tomado de Montero, 1980). GRUPOS RESISTENCIA ADHERENCIA DURABILIDAD ÍNDICE DE FORMA 01. Rocas cristalinas con Excelente, salvo las Mayor cantidad de minerales Trituran en fragmentos poco cuarzo o sin variedades de grano ferromagnesianos disminuyen su equidimensionales; sin cuarzo. Ej: Basalto, Alta si la roca es fino o vítreas, las durabilidad en climas cálidos y embargo, algunos diorita, gabro, diabasa, fresca cuales se conocen húmedos, por su tendencia a basaltos o diabasas se andesita, neis máfico, por su textura suave producir minerales deletéreos en fragmentan en astillas anfibolita y pulida el proceso de meteorización En general estas rocas son problemáticas cuando se descomponen debido a que se forman minerales deletéreos como la montmorillonita (expansible) o clorita, serpentina y sericita Trituran en fragmentos Alta, 02. Rocas con carbonato comparable con equidimensionales si Excelentes Satisfactoria de calcio: Caliza, no contienen las mejores dolomita y mármol rocas ígneas impurezas Desmejora en todas sus cualidades en la medida que contengan impurezas de mica y arcilla o componentes biógenos con lo cual se vuelven porosas y débiles. su tendencia a la disolución no afecta su calidad como agregado de pavimentos, debido a que, en este caso, los carbonatos re-precipitan dentro del pavimento sin perder su capacidad auto-aglutinante 03. Arenáceas del Varía de Cretáceo o más antiguas Satisfactoria Satisfactoria Variable moderada a alta. (Areniscas) Poseen buena calidad en la medida que el contenido de arcilla y mica sea reducido, estén bien cementadas y presenten un empaquetamiento denso de sus granos 04. Rocas laminadas y Tritura en fragmentos foliadas, con minerales Desmejora con la presencia de alargados o planos, Variada de arcillosos, tales como: Variable abundantes minerales debido a la moderada a alta Pizarra, filita, esquisto, secundarios o mica direccionalidad de sus neis micáceo y lutitas textura Este grupo podría subdividirse en dos: el de las rocas metamórficas foliadas (pizarra, filita, esquisto) y las limolitas silíceas, argilitas y algunos shales lodosos, que conforman el de las rocas más duras y estables del Cretáceo o Paleozoico. Por otro lado, el de las rocas arcillosas blandas (arcillolitas, lodolitas y shales arcillosos, por lo general del Terciario) de inferior calidad. La presencia de clorita, sericita o mica en abundancia, constituye un factor muy desfavorable 05. Rocas cristalinas con Generalmente mala, cuarzo, granito y varias Junto con el grupo de las Trituran en fragmentos De moderada a especialmente en las rocas graníticas, sienita, areniscas de grano fino integran equidimensionales alta rocas con más dacita y pegmatita; neis el grupo de rocas más durables abundante cuarzo ácido y cuarcita Su calidad desmejora cuando la roca está meteorizada (por lo general no se explotan las canteras de roca fresca por ser más difícil la extracción). También es desfavorable la presencia de mica o pirita. La roca de grano más grueso de este grupo es ligeramente de inferior calidad 06. Rocas sedimentarias Deficiente, en razón Presentan trituración Moderada a baja silíceas microcristalinas Durables salvo la variedades deficiente, debido a su de su textura debido a su alta o criptocristalinas, tales superficial suave, muy porosas modo característico de porosidad como chert, lidita y flint principalmente quebrarse Estas rocas son también problemáticas como agregados de concreto por su alto contenido de sílice amorfa. Su calidad aumenta cuando la porosidad disminuye 07. Areniscas de grano grueso y conglomerados Buenas si no poseen Buenas si no poseen alta Trituran en forma Baja por lo general del alta porosidad porosidad variable Terciario Rocas con calidad variable dentro del rango de baja calidad. Los especímenes con más baja porosidad y mejor cementación son comparablemente algo mejores

La Tabla 5 y las gráficas 1 a 9 describen las tendencias generales de calidad de las rocas colombianas pertenecientes a las siete familias de comportamiento homogéneo propuestas por Montero (1980).

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INGEOMINAS

Tabla 5. Tendencias generales de calidad de las rocas de las siete familias de comportamiento homogéneo (Tomado de Montero, 1980). Desgaste σy

Cvy

ÿ

27.22

± 9.62

0.5

14.62

± 6.46

0.44

25.23

± 7.05

0.28

20.22

± 3.96

0.20

38.97

± 15.24

0.39

25.43

± 5.86

0.23

45.33

± 18.56

0.41

24.44

± 9.52

0.39

40.54

± 16.38

0.4

24.31

± 8.31

0.35

Rocas foliadas

38.14

± 11.22

0.29

28.67 ± 11.55

0.4

Lutitas

29.84

± 10.11

0.34

24.00

± 4.00

0.17

Toda la familia

36.23

± 13.77

0.38

26.89

± 7.15

0.27

05. Rocas cristalinas con cuarzo. Ej. Granito

33.06

± 18.36

0.56

19.09

± 8.11

0.42

06. Sedimentaicones silíceas. Ej: Chert.

26.43

± 8.82

0.33

24.29

± 7.11

0.29

Familia

Ÿ

01. Rocas cristalinas masivas con poco cuarzo. Ej: Basalto 02. Rocas con carbonato de calcio. Ej: Caliza Rocas del cretáceo (K) 03. Rocas y arenáceas Rocas del terciario 07. y sus diferentes (T) variedades Ambas (K y T)

04. Rocas laminadas y foliadas con minerales arcillosos

Impacto σy Cvy

Adherencia Frasco Bandeja 35/44 41/42 97.6% 79.5% 48/48 46/48 100% 95.8% 15/20 56/65 75% 86.2% 12/15 9/17 80% 52.9% 20/34 12/15 77.8% 80% 5/6 22/33 83.3% 66.7% 4/7 3/6 57.1% 50% 4/5 11/15 73.3% 80% 24/27 21/27 88.9% 77.8% 20/21 15/20 95% 75%

Solidez 73/94 77.7% 66/80 82.5% 36/44 81.8% 26/36 68.4% 98/120 79.2% 20/22 90.9% 27/40 67.5% 49/74 66.2% 8/13 61.5% 35/40 87.5%

Índice de Índice de aplanamiento alargamiento 44/50 41/60 73.3% 68.3% 56/60 39/63 93.3% 61.9% 23/47 20/23 48.9% 87% 17/22 44/80 73.3% 55% 62/76 4/11 81.6% 36.4% 3/11 7/20 37.3% 35% 13/20 13/33 65% 39.4% 18/33 24/29 54.5% 82.8% 38/53 29/29 71.7% 100% 29/34 23/36 85.3% 63.9%

Nota: Ÿ: Promedio σy: Desviación estándar Cvy: Coeficiente de variación 5/5: Número de muestras que cumplen/número total de muestras

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INGEOMINAS Graficas 1 a 9: Frecuencias relativas acumuladas de desgaste para cada familia de rocas (Tomado de Montero, 1980). GRAFICA 1. FAMILIA 01 - ÍGNEAS CRISTALINAS BÁSICAS, FAMILIA BASALTO 120,0 BASALTO

Hi(%)

100,0 80,0

DIABASA

60,0

ANDESITA

40,0

OTRAS ROCAS

20,0

FAMILIA 01

0,0 0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

DESGASTE (%)

GRAFICA 2. FAMILIAS 03 y 07 - SEDIMENTARIAS CLÁSTICAS, FAMILIA ARENISCA 100 SED. CLASTICAS EDAD K

Hi(%)

80 60

SED. CLASTICAS EDAD T

40 FAMILIAS 03 y 07

20 0 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

DESGASTE (%)

GRAFICA 3. FAMILIA 02 - SEDIMENTARIAS CALCÁREAS, FAMILIA CALIZA 120,0

Hi(%)

100,0

CALIZAS

80,0 CALIZAS BIOCLASTICAS

60,0 40,0

FAMILIA 02

20,0 0,0 0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

DESGASTE (%)

36 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS

GRAFICA 4. FAMILIA 04 - SEDIMENTARIAS LAMINADAS, FAMILIA LUTITA Y METAMÓRFICAS FOLIADAS 120

Hi(%)

100

FOLIADAS SANAS

80 TODAS LUTITAS

60 40

FAMILIA 04

20 0 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

DESGASTE (%)

GRAFICA 5. FAMILIA 05 - ÍGNEAS CRISTALINAS ÁCIDAS, FAMILIA GRANITO 120 100

GRANITO Y GRANODIORITA

Hi(%)

80

CUARZODIORITA

60 OTRAS ROCAS

40 FAMILIA 05

20 0 0,0

20,0

40,0 DESGASTE (%)

60,0

80,0

GRAFICA 6. MATERIAL IGNEO-METAMORFICO 120,0 ALUVION IGNEOMETAMORFICO

100,0 Hi(%)

80,0

TERRAZA IGNEOMETAMORFICO

60,0 40,0

MNC IGNEOMETAMORFICO

20,0 0,0 0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

DESGASTE (%)

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INGEOMINAS

GRAFICA 7. FAMILIA 06 - SEDIMENTARIA CRISTALINA SILÍCEA, FAMILIA CHERT O LIDITA 120

Hi(%)

100

CHERT

80 60

LIDITA

40 FAMILIA 06

20 0 0,0

10,0

20,0

30,0 40,0 DESGASTE (%)

50,0

60,0

GRAFICA 8. MATERIAL SEDIMENTARIO 120,0 100,0

ALUVION SEDIMENTARIO

Hi(%)

80,0

TERRAZA SEDIMENTARIA

60,0 40,0

MNC SEDIMENTARIO

20,0 0,0 0,0

10,0

20,0

30,0 40,0 DESGASTE (%)

50,0

60,0

GRAFICA 9. MATERIAL NO CONSOLIDADO 120,0 MNC IGNEOMETAMORFICO

80,0

MNC SEDIMENTARIO

Hi(%)

100,0

60,0

TODO EL MNC

40,0 TODO MATERIAL DE CANTERA

20,0 0,0 0,0

20,0

40,0 DESGASTE (%)

60,0

80,0

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INGEOMINAS 2.10

DISTRIBUCIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS EN COLOMBIA

A continuación se describe de forma general, la distribución de los agregados pétreos en Colombia y la situación general de demanda de este tipo de materiales (Montero, 1980). Las rocas ígneas y metamórficas, de mejor calidad como materiales de pavimentos, son más abundantes en el centro y occidente del país pero son difíciles de explotar debido a las espesas coberturas de material meteorizado y residual. En efecto, en las cordilleras Central y Occidental abundan rocas como diabasas, basaltos, andesita, neis y cuarcita, las cuales son resistentes y durables. De estas variedades las cuarcitas son escasas y las restantes están cubiertas en muchos sitios por saprolitos y suelos residuales con espesores hasta de 30 m, cuyo descapote es costoso y dispendioso. En la región oriental montañosa, constituida principalmente por lutitas y areniscas, es muy difícil encontrar materiales de buena calidad. Solo algunas areniscas cretáceas son aceptables, pero presentan el inconveniente de que requieren ser explotadas de manera selectiva para separar capas de mala calidad con las cuales se intercalan (por lo general lutitas y liditas). Por otra parte, los bancos aprovechables no presentan calidad uniforme. Las calizas de buena calidad son escasas. No se ha llevado a cabo una explotación regional que permita seleccionar las lutitas “tipo roca” como las limolitas, lodolitas silíceas y las lodolitas calcáreas, las cuales son de calidad aceptable y podrían ser empleadas a falta de rocas mejores. De manera similar al caso de las rocas que se explotan en canteras en el centro y occidente del país, las rocas sedimentarias de la Cordillera Oriental están por lo general cubiertas por coluviones, lo cual plantea dificultades parecidas en cuanto al descapote. En la región norte del país que comprende los departamento de la costa, como canteras, solamente se pueden explotar yacimientos de caliza, por lo general biógena, y las fuentes de aluvión que abundan en minerales silíceos problemáticos por su pobre adherencia con los asfaltos y por su tendencia, en el caso de la calcedonia y el ópalo a reaccionar con los álcalis del cemento provocando el deterioro prematuro del concreto Finalmente, los aluviones son abundantes en los ríos principales intraandinos e interandinos y siguen constituyendo un recurso valioso salvo por la abundancia de cuarzo perjudicial, tendencia que podría mejorar en el caso de que en nuestro país se introduzca el empleo de productos químicos que mejoren la adherencia petreo-asfalto. Aparte de los daños en los pavimentos atribuibles a la utilización forzosa de agregados de calidad inferior a las exigidas por las normas, muchos de estos problemas se deben a estudios deficientes de las fuentes, inadecuados procedimientos de caracterización, deficiencias constructivas o problemas de inestabilidad en la sub-rasante, los cuales por supuesto deben considerarse separadamente y que en la mayor parte de las veces tienen que ver con deficiencias de drenaje.

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3. ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE MATERIALES PÉTREOS 3.1 PROPÓSITOS DEL ANÁLISIS La descripción y caracterización de los constituyentes de una muestra es usualmente un paso necesario hacia el reconocimiento de las propiedades que puede esperarse influencien el comportamiento del material en su uso propuesto. El valor de cualquier inspección petrográfica dependerá en gran parte de la representatividad de las muestras examinadas, la información completa y exacta proporcionada al petrógrafo y de la habilidad del analista para correlacionar los resultados de la inspección. El análisis petrográfico de materiales pétreos se hace para los siguientes propósitos: 1. Para determinar las características físicas y químicas del material que pueden ser observadas por métodos petrográficos y que tienen una relación con el rendimiento del material para un uso previsto. 2. Para describir y clasificar los constituyentes de una muestra. 3. Para determinar las cantidades relativas de los constituyentes de una muestra, los cuales son esenciales para su evaluación adecuada. 4. Para establecer si la muestra contiene minerales química y/o volumétricamente inestables, alteraciones, formas indeseables, constituyentes potencialmente reactivos y contaminantes que puedan afectar el buen comportamiento o propiedades del agregado. 5. Para comparar muestras de agregado de fuentes nuevas con muestras de agregado de una o más fuentes, para los cuales están disponibles los datos de ensayos o los registros de rendimiento. En resumen, el análisis petrográfico de los materiales pétreos -y de cualquier material de construcción- proporciona valiosa información sobre su composición mineralógica y microestructura, siendo esencial para predecir su durabilidad, controlar su calidad y si existe algún tipo de daño realizar un diagnóstico acertado y confiable (Ver Diagrama 1).

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ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE MATERIALES PÉTREOS

COMPOSICIÓN MINERALÓGICA

CONTROL DE CALIDAD

DURABILIDAD

MICROESTRUCTURA

DIAGNÓSTICO DE DAÑOS

Diagrama 1. Propósitos del análisis petrográfico de materiales (Tomado de Romero, 2007). 3.2 TÉCNICAS DE ANÁLISIS Se describen a continuación las principales técnicas de análisis y su aplicación para la inspección dee agregados pétreos. 3.2.1

Examen visual y estereomicroscopía

El examen macroscópico de las muestras es generalmente el primer paso para la evaluación de un material. Su objetivo es proporcionar una descripción general de las características c físicas macroscópicas, tales como color, lustre, reacción al HCl, textura, tamaño de fragmentos, tamaño dee granos, granos tipo de matriz o cemento y la descripción de aspectos relevantes como pueden ser la forma, los grados de porosidad, fracturación y meteorización, la presencia de patinas y/o partículas contaminantes, etc. Esta técnica presenta ciertas limitantes, limitante como por ejemplo, para el correcto reconocimiento de algunos minerales como los anfíboles, piroxenos, olivinos, entre otros, se requiere el uso ensayos como el de inmersión en aceites de índice conocido, microscopia de luz transmitida, o análisis con microscopia mi de luz transmitida; si solo se aplica el examen visual el resultado es una descripción somera o una u clasificación muy general. 3.2.1.1 Equipos y materiales • • •

Lupas plegables de 10 y 20 aumentos equipadas con lentes con corrección cromática Estereomicroscopio binocular, binocular epiluminación y transluminación, transluminación trinocular y con cámara de alta resolución para la toma de imágenes Martillo, pinzas, ácido clorhídrico diluido al 10%, agua, bisturí y una moneda

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3.2.2

Análisis mineralógico por inmersión

El principio que rige esta técnica es la Ley de Snell que dice “Cuando la luz pasa oblicuamente de un medio a otro, en el cual se mueve a diferente velocidad, experimenta un brusco cambio en su dirección. Este brusco cambio se conoce como Refracción. Toda sustancia transparente (excluyendo a los materiales amorfos y a los pertenecientes al sistema cúbico) presenta la propiedad de que la luz pasa a través de ella con dos velocidades diferentes que corresponden a los índices de refracción” (Kerr, 1959). Se determina el índice de refracción del mineral realizando su inmersión en diferentes aceites con índices de refracción conocidos, lo que permite identificar el tipo de mineral. Un rayo de luz que pasa a través de la lámina delgada de un mineral, se dividirá en dos rayos, uno rápido y otro lento y la diferencia entre los correspondientes índices de refracción variará desde un mínimo hasta un máximo de acuerdo a la orientación del corte de la lámina en relación con los ejes cristalográficos. Los líquidos de inmersión usados se presentan en un rango entre 1,400 y mayores de 2,00 en intervalos de 0,004 y 0,005 (Kerr, 1959). 3.2.2.1 Equipos y materiales • • • • • • • • 3.2.3

Estereomicroscopio binocular, epiluminación y transluminación, trinocular y con cámara de alta resolución para la toma de imágenes Microscopio de polarización, transiluminación y epiluminación con aumentos de 4X, 10X, 20X, 40X y 100X y con cámara de alta resolución para la toma de imágenes Contador de puntos preferiblemente automático Porta objetos en vidrio de 76 X 26 mm Cubre objetos en vidrio de 22 X 22 mm Colección de aceites con índice de refracción conocido Mortero Pinzas Microscopía de luz transmitida

El estudio petrográfico con láminas delgadas constituye la base del análisis de rocas. La información obtenida de un análisis petrográfico proporciona un gran soporte a las observaciones de campo y es la fuente de información que puede ser complementada con otros resultados obtenidos al aplicar otras técnicas de estudio como son la difracción de rayos-X, microscopía electrónica de barrido y el análisis químico elemental cuantitativo de minerales presentes en la roca, o bien, de la roca en general.

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INGEOMINAS Se determina el tipo, composición, proporciones del agregado grueso y fino, la textura/estructura, porosidad y fracturación, alteración química y presencia de contaminantes, entre otros. Esta técnica presenta ciertas limitantes, como por ejemplo, para el correcto reconocimiento de las arcillas se requiere el uso ensayos como el de difracción de rayos X; si solo se aplica el microscopia de luz transmitida el resultado es una descripción somera o una clasificación muy general. 3.2.3.1 Equipos y materiales • • • 3.2.4

Secciones delgadas Microscopio de polarización y epiluminación, con aumentos de 4X, 10X, 20X, 40X y 100X y con cámara de alta resolución para la toma de imágenes Contador de puntos preferiblemente automático Microscopía de luz reflejada

La aplicación de esta técnica en el estudio de una muestra consiste en determinar los minerales opacos o sólidos en sección pulida. El principio que rige esta técnica es el principio de la reflexión de la luz. En el estudio de los minerales metálicos se deben tener en cuenta las propiedades cualitativas divididas en tres categorías principales: (1) Propiedades ópticas, (2) propiedades que dependen de la dureza y (3) propiedades que dependen de la estructura y morfología de las fases (Short, 1940). 3.2.4.1 Equipos y materiales • • • • 3.2.5

Microscopio de transiluminación y epiluminación con aumentos de 4X, 10X, 20X, 40X y 100X y con cámara de alta resolución para la toma de imágenes Secciones delgadas pulidas de minerales metálicos Secciones pulidas de minerales metálicos Contador de puntos automático Difracción de Rayos X (DRX)

La difracción de rayos-X es un método instrumental particularmente útil en el análisis de material cristalino de grano muy fino. Mediante este análisis se llega a conocer la mineralogía global (filosilicatos y no filosilicatos) de una muestra arcillosa, clasificando los constituyentes de la muestra y determinando sus cantidades relativas (Hardy & Tucker, 1991). Se realizan dos tipos de estudios, con el fin de identificar y diferenciar los minerales que tienen el mismo espaciado basal: a) Análisis mineralógico muestra total por DRX (método

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INGEOMINAS del polvo); b) Mineralogía de arcillas por rayos x (incluye separación de la fracción y tratamientos con Mg K, glicol o glicerol y calentamiento a 550°C). 3.2.5.1 Equipos y materiales • • 3.2.6

Difractómetro de rayos X Muestra de material tamaño muy fino (Pasa Tamiz No 200) Espectroscopia de Fluorescencia de Rayos X (FRX)

Permite conocer la composición elemental de una sustancia analizando la emisión de rayos X (longitud de onda < luz visible) de los diferentes elementos presentes en ella. De forma general determina todos los elementos del Sistema Periódico, desde el Flúor (9F) hasta el Uranio (92U), en muestras sólidas, en polvos y en líquidos. Así mismo mediante la utilización de los patrones adecuados se realiza el análisis cuantitativo de los elementos presentes. 3.2.6.1 Equipos y materiales • • 3.2.7

Espectómetro de Fluorescencia de Rayos X Muestras preparadas mediante ignición, en perlas y pastillas Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microanálisis de Rayos X (EDX)

El Microscopio electrónico de barrido (SEM Scanning Electron Microscopy), es aquel que usa electrones en lugar de luz para formar una imagen. Tiene una gran profundidad de campo, la cual permite que se enfoque a la vez una gran parte de la muestra. También produce imágenes de alta resolución, que significa que características espacialmente cercanas en la muestra pueden ser examinadas a una alta magnificación. La Microsonda de Rayos X (EDX) proporciona la composición elemental de una partícula. 3.2.7.1 Equipos y materiales • • •

Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) Microsonda de Rayos X (EDX) Sección delgada metalizada

3.3 NIVELES DE ANÁLISIS Para el análisis de cualquier material se aconseja el uso de un método de análisis integrado que permita la caracterización cualitativa y cuantitativamente los materiales. La forma correcta de proceder es empezar por el nivel macroscópico, antes de estudiar los detalles microscópicos, y utilizar la microscopía óptica y electrónica no como técnicas competitivas, sino complementarias. Se aconseja seguir los siguientes pasos: Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 44 carreteras


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INGEOMINAS

1. Primero, realizar una microscopia de exploración o semidetallada con el uso de la lupa convencional, estereomicroscopio y/o aceites de inmersión. inmersión una microscopia óptica detallada con el uso del de microscopio de 2. Segundo, realizar una luz polarizada (en algunos casos c combinarla conn luz reflejada y fluorescente). 3. Si es necesario, continuar con una microscopia electrónica de barrido (SEM) y microanálisis de Rayos X. La opción del uso depende de la profundidad del estudio, el tipo y la condición del material, y el tamaño de muestra. Otras técnicas analíticas suplementarias, tales como el análisis de difracción de rayos X (DRX) (DRX), espectroscopía de fluorescencia de rayos X (FRX) y el análisis termogravimetrico (TGA), también se pueden utilizar, además de otros análisis químicos y físicos, para apoyar los métodos microscópicos. Se muestra a continuación un ddiagrama del método de análisis integrado sugerido para el e estudio de materiales pétreos. MÉTODO DE ANÁLISIS INTEGRADO MICROSCOPÍA SEMIDETALLADA Lupa pegable de 10X o 20X Estereosmicroscopio

MICROSCOPÍA DETALLADA Microscopio Petrográfico Difracción de Rayos X (DRX) Microscopio Electrónico de Barrido (SEM SEM – EDX) Otros

Diagrama 2. Método de Análisis Integrado (Tomado de Romero, 2007)

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INGEOMINAS 3.4 CARACTERÍSTICAS TEXTURALES Y COMPOSICIONALES A DETALLAR Cuando se pretende hacer uso de los agregados pétreos para la construcción de pavimentos se deben considerar algunos aspectos fundamentales para su buen desempeño a la hora de formar parte en alguna de las capas de la estructura de éste (Padilla, 2004). A continuación se describen las principales características texturales y composicionales de los agregados que guardan una relación con el rendimiento del material en un uso determinado (mezclas asfálticas, mezclas de concreto hidráulico y bases o subbases) y que han de ser observadas mediante el uso de las técnicas de análisis descritas en el numeral 3.2 3.4.1

Agregados para mezclas en pavimentos asfálticos

Las principales características que deben ser analizadas en los agregados para la construcción de pavimentos asfálticos son las siguientes: 3.4.1.1 Forma y angularidad Según su forma, las partículas pueden clasificarse en redondeadas, irregulares, angulares, lajosas, alargadas y alargadas - lajosas. Las lajosas y alargadas-lajosas (en forma de agujas) pueden romperse con facilidad durante la compactación o después bajo la acción del tráfico, modificando con ello la granulometría del agregado inicial. Aparte de la forma de las partículas del agregado grueso, se debe tener en cuenta la angularidad, que junto con la textura superficial de las partículas, influye en la resistencia del esqueleto mineral, por su contribución al rozamiento interno.

Figura 7. Forma de los agregados pétreos. i. Redondeada, ii. Irregular, iii. Angular, iv. Lajosa, v. Alargada, vi. Alargada – Lajosa (Tomado de Lopez, 1994, en Padilla, 2004).

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INGEOMINAS Los agregados pétreos generalmente más deseados para la elaboración de mezclas asfálticas son aquellos con una alta proporción de partículas aproximadamente equidimensionales (cuboides). Los factores intrínsecos, como la composición de la roca, afectan la forma de los agregados durante los procesos de trituración (Padilla, 2004). 3.4.1.2 Adhesividad y resistencia al desplazamiento La adhesividad de los agregados pétreos con los ligantes asfálticos es de gran importancia, debido a que se pueden presentar fenómenos fisicoquímicos en la superficie de los agregados empleados en las capas asfálticas. En estos fenómenos complejos intervienen tanto factores físicos como la textura del agregado, la porosidad del mismo, viscosidad y tensión superficial del ligante, espesor de la película de ligante, etc. Y a su vez factores químicos relativos al ligante y al agregado. Si los agregados están absolutamente secos, se dejan mojar fácilmente por los ligantes asfálticos; sin embargo, la situación es muy diferente con algo de humedad que siempre puede existir, ya que la superficie del agregado se polariza con un signo u otro dependiendo de su naturaleza (Padilla, 2004). Atendiendo a ese criterio los agregados se clasifican en ácidos y básicos. 3.4.1.2.1

Agregados Ácidos

La acidez es por lo general consecuencia de un alto contenido en sílice y determina una gran afinidad del agregado por el agua (hidrofilia) y una polaridad negativa. La adhesividad entre los agregados silíceos (o ácidos en general) y los ligantes asfálticos no es buena, pudiendo llegar a ser necesaria la disminución de la tensión superficial del ligante mediante procesos de activación en los que se carga electropolarmente para crear una adhesividad (Padilla, 2004). 3.4.1.2.2

Agregados Básicos

Son menos hidrofilicos que los silíceos y se cargan positivamente en presencia de agua. Por ello pueden presentar cierta atracción por los ácidos libres en los ligantes y, en consecuencia una mejor adhesividad con los mismos. En los pavimentos asfálticos aparte de cuidar y verificar que el ligante asfáltico impregne al agregado, se debe tener en cuenta la posibilidad de que el agua en combinación con la acción de los vehículos y en ocasiones con el polvo y suciedad existentes, perturbe la adhesividad, desplazando el ligante asfáltico de la superficie del agregado, que quedará de nuevo descubierta o lavada. La adhesividad pasiva o también llamada resistencia al desplazamiento del ligante dependerá también de los mismos factores químicos y físicos anteriormente citados: afinidad polar por el ligante, espesor de la película y viscosidad del mismo, tensión superficial (ángulo de contacto) y textura superficial (Padilla, 2004).

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INGEOMINAS 3.4.1.3 Alterabilidad Las fallas detectados en un capa asfáltica al poco tiempo después de su puesta en servicio, comunmente suelen ser ocasionados por procesos de alteración de los agregados en alguna de sus capas, los cuales pueden desencadenarse debido a alguna reacción química con alguno de los componentes de los ligantes asfálticos o conglomerantes, por la siempre inevitable presencia de agua (Padilla, 2004) . Existe la necesidad de evaluación de la alterabilidad de un agregado pétreo, y uno de los procedimientos indicados para la evaluación de este parámetro es el análisis petrográfico. 3.4.2

Agregados para mezclas en pavimentos de concreto hidráulico

Las principales características que deben ser analizadas en los agregados para la construcción de pavimentos de concreto hidráulico se indican a continuación.

3.4.2.1 Forma La forma de los agregados tiene incidencia sobre la trabajabilidad del concreto fresco, puesto que aquellas formas de tipo alargada pueden provocar disminución en la trabajabilidad ya que muy fácilmente pueden orientarse de manera preferencial en un solo plano, de manera que el agua y el espacio poroso pueden acumularse debajo de ellas. Además, gravas con esta forma ocasionan mayores requerimientos de arena, y eso hace necesario un incremento en el volumen de agua para la mezcla (Uribe, 1991). Los agregados se pueden calificar por su forma, con base a su grado de redondez y esfericidad, obteniéndose una medida relativa de carácter comparativo y descriptivo. La manera como esta característica puede influir en el concreto fresco es variable, logrando producir, por ejemplo, a mayor grado de rendodeamiento menor relación de vacíos; pero por otra parte un menor valor de este parámetro reduce la capacidad de compactación (Neville, 1999). En cuanto a la interrelación mecánica entre la matriz y el agregado grueso, la textura superficial de éste es principalmente responsable de la adherencia. La roca triturada produce una adherencia superior comparado con la grava de canto rodado; aunque en la adherencia también tiene influencia la relación agua/cemento que afecta tanto física como químicamente la zona de interfase (Özturan y Çeçen, 1997).

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INGEOMINAS 3.4.2.2 Porosidad A mayor porosidad mayor fuerza de adhesión, de manera que los agregados gruesos con una menor porosidad tendrán una mayor densidad y resistencia al desgaste y como consecuencia una menor adherencia (Cerón, Duarte & Castillo, 1996). 3.4.2.3 Grado de meteorización En cuanto al grado de meteorización, a mayor meteorización se disminuye el tamaño de los granos, resultando un aumento de la superficie, lo cual puede conducir a una mayor reactividad química, implicando un aporte a la mezcla de un concreto de productos nocivos que puedan afectar las condiciones de resistencia y, principalmente, de durabilidad. Además, al alterarse minerales se cristalizan fases minerales que pueden romper la muestra, como por ejemplo, la cristalización de la sal aumenta el volumen hasta en un 5% (McLemore et al., 2009). Es de resaltar que si un concreto será expuesto a congelamiento y descongelamiento en una condición críticamente saturada, las rocas finamente porosas y altamente meteorizadas o alteradas serán especialmente susceptibles al daño por congelamiento y descongelamiento y harán que la porción de agregado del concreto falle al congelarse y descongelarse. Esto finalmente destruirá el concreto porque tales agregados no pueden ser protegidos por un mortero de volumen constante con aire incorporado. Los agregados finamente porosos cerca de la superficie del concreto pueden formar probablemente estallidos o “pop-outs”, que son dañinos en pavimentos y muros (Zabaleta & Egaña, 1989). 3.4.2.4 Composición mineralógica 3.4.2.4.1

Minerales inestables

La presencia de minerales químicamente inestables tales como los sulfatos solubles y sulfuros inestables pueden: • Formar ácido sulfúrico • Generar lesiones en concretos expuestos durante su servicio a altas temperaturas, • Formar materiales volumétricamente inestables tales como esmectitas (también conocidas como el grupo de minerales montmorillonita-saponita o arcillas expansivas). 3.4.2.4.2

Reacción álcali - agregado

Una de las causas del deterioro del concreto, que ha sido objeto de más estudios en los últimos treinta años es la denominada reacción álcali-agregado, que se origina entre determinados agregados activos y los óxidos de sodio y potasio del cemento (Na2O, K2O) . La reacción se inicia en la superficie del agregado y se produce en la interfase con la pasta

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INGEOMINAS de cemento formando un gel que toma agua y se dilata creando presiones internas que llevan a la rotura del material. 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. El fenómeno fue descubierto en los Estados Unidos en 1938. Los primeros estudios fueron realizados por Stanton, dos años después. La reacción álcali-agregado comprende los siguientes sistemas (Swamy 1992): • • •

Reacción álcali-sílice Reacción álcali-carbonato Reacción álcali-silicato

Reacción álcali–sílice (RAS) La reacción con sus productos puede ser representada en forma simplificada como sigue: SiO2 + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 * 2H2O Sílice Álcali Agua → Gel El gel producto de la reacción tiene la propiedad de absorber agua y por consiguiente aumenta de volumen. Esta expansión genera esfuerzos de tracción internos que terminan por romper al hormigón. Para que se produzca la reacción se requiere la presencia de 3 condiciones: • • •

Agregados reactivos Cemento con alto contenido de álcalis Humedad

Los agregados que se ven afectados por la RAS, son aquellos que en su composición cuentan con minerales silíceos. Esto es lo que se conoce como reactividad, y dependerá tanto de los minerales como de las rocas de las que forman parte estos minerales. Por un lado, dependerá del tipo de mineral, y de su historia tectónica; y por otro, de la estructura, tamaño de los granos, porosidad, permeabilidad de la roca y de la composición de la misma. Hay que tener en cuenta que a la hora de producirse la reacción, ésta será más rápida en tanto que más desordenada sea la estructura del mineral; si la forma de sílice está bien cristalizada o es relativamente densa, el ataque será superficial, mientras que si está pobremente cristalizada los iones hidroxilos y sodio o potasio entrarán en el interior.

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INGEOMINAS En cuanto a los minerales se debe tener en cuenta que el cuarzo es la forma más común de sílice y tiene una disposición ordenada del tetraedro de silicio y oxígeno que es estable bajo condiciones normales. Por otro lado, el ópalo es la forma más desordenada y reactiva de sílice, que posee una retícula aleatoria de tetraedros con espacios entre los grupos de moléculas. En la Tabla 6 se detallan varios de los minerales y rocas potencialmente reactivas. Tabla 6. Minerales, rocas y otras sustancias potencialmente reactivas con los álcalis del cemento (Modificado de Alaejos & Bermúdez, 2003). MINERALES Ópalo Calcedonia Tridimita Cristobalita Cuarzo vitrificado (Criptocristalino, microcristalino) Cuarzo de grano grueso (Intensamente fracturado, granulado y deformado con incrustaciones submicroscópicas, de las que la illita es una de las más corrientes) Sílice volcánica cristalizada (Intermedia y básica) Cuarzo jaspeado ROCAS Rocas ígneas: • Granitos (Más del 30 % de cuarzo deformado, caracterizado por un ángulo de extinción ondulante de 25º o más) • Granodiorita • Charnockitas • Piedra Pómez • Riolitas • Andesitas (Sílice o sílice intermedia, rica en cristales volcánicos; cristales devitrificados, tridimita). • Dacitas • Latitas • Perlitas • Obsidianas • Toba volcánica • Basaltos (Calcedonia; cristobalita; palagonita; vidrio volcánico básico) Rocas metamórficas: • Gneis (Más del 30 % de cuarzo deformado, caracterizado por un ángulo de extinción ondulante de 25º ó más) • Esquistos • Cuarcitas (Cuarzo deformado caracterizado por un ángulo de extinción ondulante de 25º ó más; 5 % o más de sílice) • Corneanas (Cuarzo deformado caracterizado por un ángulo de extinción ondulante de 25º ó más; cuarzo microcristalino a criptocristalino • Filitas

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INGEOMINAS •

Argilitas

Rocas sedimentarias: • Areniscas (Cuarzo deformado caracterizado por un ángulo de extinción ondulante de 25º ó más; 5 % o más de sílice; ópalo) • Grauwacas (Cuarzo deformado caracterizado por un ángulo de extinción ondulante de 25º ó más; cuarzo microcristalino a criptocristalino) • Limos (Cuarzo deformado caracterizado por un ángulo de extinción ondulante de 25º ó más; cuarzo microcristalino a criptocristalino) • Pizarras • Tillitas (Cuarzo deformado caracterizado por un ángulo de extinción ondulante de 25º ó más; cuarzo microcristalino a criptocristalino) • Sílice (Cuarzo criptocristalino; calcedonia; ópalo) • Sílex • Diatomita (Ópalo; cuarzo criptocristalino) • Calizas arcillosas dolomíticas (Dolomita; filosilicatos expuestos por dedolomitización) • Dolomías arcillosas cálcicas • Calcita arcillosa dolomítica con cuarzo OTRAS SUSTANCIAS Vidrio sintético (Gel de sílice)

Clasificación de la Reacción Álcali-Sílice (RAS) Según la forma y el estado en que se presenta la sílice reactiva en el agregado se reconocen dos cinéticas de reacción álcalis-sílice: 1. Reacción álcalis-sílice rápida: los agregados contienen minerales de sílice pobremente cristalizados como son: ópalo, tridimita y vidrio volcánico, tales que si los componen en un 1 o 2% pueden provocar deterioros en el hormigón en un tiempo corto, a menos de un año de colocado. 2. Reacción álcalis-sílice lenta: los agregados contienen formas de cuarzo microcristalino, tensionado o deformado, y debido a sus cristales muy pequeños presentan una reacción lenta o diferida, con signos de deterioro externo en el hormigón luego de 8 a 25 años. Reacción álcali-carbonato (RAC) Este tipo de reacción se produce por los álcalis del cemento que actúan sobre ciertos agregados calcáreos de grano fino que contienen arcilla y aquellos que contienen dolomita. Este fenómeno se presenta de preferencia cuando el concreto está sometido a atmósfera húmeda. Se ha planteado que la expansión se debe a la transformación de la dolomita en calcita y brucita, fuertemente expansiva, que tiene la forma de un gel que origina una presión debido al crecimiento de los cristales.

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INGEOMINAS En el caso de las rocas carbonatadas con dolomita, los óxidos de Sodio y Potasio causan una de-dolomitización del carbonato (disolución del magnesio del mineral dolomita) la que viene acompañada de un aumento en la porosidad del mismo. Con frecuencia las dolomitas poseen en su interior minerales de arcilla que quedan expuestos al agua de poro luego de una de-dolomitización. La hidratación de estos minerales provoca presiones capaces de fisurar al hormigón. La reacción álcali-carbonato al igual que la reacción previamente comentada es poco frecuente y son raros los casos de su ocurrencia en el mundo. Para apreciar las posibilidades expansivas de los materiales calcáreos se utiliza la norma ASTM C586-053. Reacción álcali-silicato (RASI) Este tipo de reacción no debe ser confundida con aquellas otras comprendidas dentro de la denominación álcali-agregados. Sin embargo, en algunos casos puede presentarse conjuntamente con la reacción álcali-sílice. Se caracteriza porque progresa más lentamente y forma gel en muy pequeña cantidad. Se estima que esta reacción se debe a la presencia de ciertos filosilicatos. Es una reacción producida por los álcalis presentes en el agua de poro del hormigón y varios minerales comúnmente encontrados en rocas arcillosas como las grauwackas, filitas y argilitas. Los álcalis y el hidróxido generado en solución acuosa poseen gran capacidad de disolución y al parecer desalojan a un mineral del tipo de las vermiculitas que se encuentra ubicado entre las capas de exfoliación de ciertos filosilicatos (minerales de arcilla). Estos últimos, una vez liberados, logran con mayor facilidad absorber agua y se expanden notablemente causando fisuración. En general, el conocimiento de este fenómeno es incipiente y más complejo y no se ha llegado a conclusiones sobre la expansión y el deterioro que ocasionan. 3.4.2.5 Presencia de contaminantes. La presencia de contaminantes en los agregados, tales como vidrio sintético, cenizas, clinker, ceniza de carbón, óxido de magnesio, óxido de calcio, suelo, hidrocarburos, químicos (afectan el comportamiento de fraguado del concreto o las propiedades del agregado), excremento de animales, plantas o vegetación descompuestas, y cualquier otro contaminante es indeseable en el concreto.

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Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Carbonate Rocks as Concrete Aggregates (RockCylinder Method)

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INGEOMINAS 3.4.3

Agregados para bases y/o subbases

La característica principal que define si un material es adecuado como un agregado para bases y/o subbases es la resistencia a la rotura (resistencia a la compresión); esta debe ser suficiente para evitar que las partículas se rompan y no generen un cambio en la granulometría. Además, debe tener una resistencia al desgaste que haga que no se generen finos que puedan disminuir la permeabilidad de la capa. Otras propiedades como la absorción de agua y resistencia al ambiente y no presentar defectos de forma (lajas) o granulometría son importantes para los materiales de base y subbase (Smith & Colhs, 2001). En general las rocas aptas para su uso en bases y subbases son rocas silíceas de grano fino y tendencia a fábricas granulares, con alta resistencia a la compresión y desgastes bajos. Este tipo de rocas se encuentran en todos los grandes grupos de rocas plutónicas, volcánicas, metamórficas y sedimentarias. Entre las primeras las óptimas son las rocas máficas y ultramáficas, pero son adecuadas también las dioritas, los pórfidos y los granitos. Estos últimos tienen que ser granitos con mucho cuarzo y grano fino. Entre las rocas volcánicas se utilizan los basaltos, las andesitas y las traquitas. Las rocas metamórficas más adecuadas son las corneanas (de textura granular y grano fino), pero son también utilizadas las anfibolitas y algunos tipos de milonitas, a pesar de que éstas últimas tengan una estructura foliada. Finalmente entre las rocas sedimentarias las únicas aptas son algunas cuarzoareniscas altamente compactas. 3.5 REQUISITOS DEL PETROGRAFO De acuerdo con lo estipulado en la norma ASTM C 295-084 el análisis petrográfico de materiales en el laboratorio debe ser realizado por un petrógrafo con las siguientes calificaciones: • Experiencia mínima de 5 años en el examen petrográfico de concreto o materiales para concreto • Experiencia en la evaluación de los efectos de los agregados en las propiedades físicas y químicas del concreto endurecido • Conocimientos específicos en la identificación de minerales en las partículas de agregado, en la clasificación de los tipos de rocas, y en la categorización de las propiedades físicas y químicas de las rocas y minerales • Experiencia y conocimientos en la utilización de los equipos necesarios en el análisis • Experiencia adecuada para suministrar la interpretación detallada del desempeño del material con respecto a la ingeniería y otras consecuencias de las observaciones Si el petrógrafo no cumple con los anteriores requisitos, este debe realizar el análisis bajo la dirección técnica de un petrógrafo supervisor que si reúna dichos requisitos.

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Standard Guide for Petrographic Examination of Aggregates for Concrete

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INGEOMINAS

4. ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE LOS MATERIALES PÉTREOS IN SITU 4.1 INTRODUCCIÓN La identificación de fuentes de materiales plantea en primer término la tarea de localizar sitios donde la roca pueda explotarse en canteras o fuente aluviales. Dada las variedades de litologías y condiciones de las rocas (grado de meteorización, estado de fracturamiento, rasgos de esfuerzos en zonas de falla y forma de yacimiento, entre otros), las canteras individuales no proveen materiales de calidad uniforme. Es importante entonces, establecer los diferentes niveles (canteras) o mantos (aluviones) de explotación que van a proveer materiales de calidad uniforme y volumen requerido para un determinado uso; ejemplo: rellenos, base, sub-base, etc. (Montero. 2008). Dentro de los criterios de selección de las fuentes se debe tener en cuenta que los materiales deben cumplir ciertos requisitos de calidad; que los volúmenes disponibles y extraíbles sean atractivos; así mismo que las condiciones de acceso y explotación sean favorables, de tal manera que la relación costo-beneficio sea satisfactoria. Por otra parte se debe tener en cuenta otros factores como mínimas distancias de acarreo, procedimientos constructivos sencillos y económicos durante la colocación de los materiales en las obras y la posibilidad de realizar las tareas de extracción y procesamiento sin producir efectos ambientales adversos. La exploración preliminar de las fuentes consiste en la identificación de sitios favorables respecto de los factores y requisitos citados, mediante fotointerpretación geológica con apoyo de reconocimientos de campo para llevar a cabo la comprobación y complementación de la información sobre las características geológicas de las fuentes, las condiciones de acceso, posibilidad de explotación, grado de dificultad, volumen proporcional de escombros o estériles, situación legal, etc. La exploración preliminar se complementa con la exploración del subsuelo y toma de muestras representativas de los niveles o mantos de interés para ensayos y análisis de laboratorio (Montero, 2008). De acuerdo a lo anterior, a continuación se describirán los pasos necesarios para el estudio de fuentes de materiales y el posterior análisis petrográfico de agregados in situ (Ver en Anexo A, Diagrama de flujo DF1).

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INGEOMINAS 4.2 INVESTIGACIÓN PRELIMINAR Se recomienda que antes de adelantar un trabajo de campo, se desarrolle una investigación preliminar de los sitios a visitar, como se sugiere a continuación: Lo primero es obtener la mayor información posible de topografía y geología de las áreas a estudiar. Los trabajos más comunes son: • Revisión de la literatura geológica existente del lugar (tesis, documentos particulares y estatales, mapas geológicos etc.) • Inspección de las fotografías aéreas e imágenes de satélites existentes • Revisión de trabajos exploratorios del suelo y subsuelo realizados con anterioridad (Compañías mineras, entidades estatales, universidades etc.) • Obtención de un bosquejo geológico (Mapa Geológico Base) Esta investigación debe de concluirse con un informe de sugerencias para la planeación de la posterior investigación detallada en campo. 4.3 INVESTIGACIÓN DETALLADA IN SITU El propósito principal de la investigación detallada in situ es lograr una comprensión a fondo de la geología del sitio y de sus alrededores, abarcando todos los aspectos y parámetros que puedan ser observados, deducidos y medidos, mediante la utilización de una terminología estandarizada, en la que se tenga en cuenta los siguientes aspectos (González de Vallejo et al., 2002): • Todos los factores deben examinarse sistemáticamente y en secuencia lógica • No debe omitirse ninguna información básica sobre la muestra y/o afloramiento • Las descripciones deben comunicar una imagen mental precisa y permitir deducir la información más relevante • El número de datos debe ser estadísticamente representativo Es así como el desarrollo de los trabajos de campo permiten obtener la información necesaria para la evaluación de una fuente y/o depósito, planificar las fases de investigación más avanzadas e interpretar los resultados que se obtengan de las mismas. Debido a la gran variedad de condiciones y propiedades, la caracterización de las fuentes y/o depósitos puede ser una tarea compleja, sobre todo si se presentan conjuntamente materiales rocosos y suelos, zonas fracturadas, tectonizadas y/o meteorizadas (González de Vallejo et al., 2002). Por otra parte, la caracterización en campo es un ejercicio progresivo que debe incluir una descripción general de las condiciones del terreno, la identificación y la clasificación de los materiales que forman el depósito, tal como se describe en los párrafos siguientes.

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INGEOMINAS 4.4 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS CONDICIONES DEL TERRENO El primer paso en el estudio de una fuente y/o depósito debe ser la identificación del mismo y su descripción general. Posteriormente se lleva a cabo la división en zonas o sectorización y la descripción de las mismas. Es muy útil realizar fotografías y dibujos esquemáticos, donde se pueden indicar las características básicas de cada zona. Se recomienda seguir la siguiente secuencia (González de Vallejo et al., 2002): identificación, descripción general, zonificación, descripción de las zonas e identificación de las zonas singulares. 4.4.1

Identificación.

Localización, situación geográfica, accesos, extensión, características geométricas, etc. Si se trata de un afloramiento, debe indicarse si es un afloramiento natural o corresponde a una excavación y las condiciones en que se encuentra. 4.4.2

Descripción general

Descripción que incluye: • Formaciones y edades geológicas • Litologías generales • Estructuras observables a gran escala • Rasgos estructurales generales: macizo, estratificado, fallado, fracturado, masivo, etc. • Zonas alteradas y meteorizadas y espesor de las mismas • Presencia de agua, surgencias, etc. Es recomendable incluir cuantos datos se aprecien, incluso los que puedan considerarse de interés secundario. Si existe alguna duda sobre las condiciones del afloramiento también deben indicarse en la descripción. 4.4.3

Zonificación

La división en zonas más o menos homogéneas se debe a partir de criterios fundamentalmente litológicos y estructurales. El número de zonas que se establezca y la extensión de las mismas dependerán del grado de heterogeneidad de los materiales y estructuras que formen el depósito, de la extensión de los afloramientos, del grado de detalle y finalidad de la investigación.

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INGEOMINAS 4.4.4

Descripción de las zonas

La descripción de cada zona se lleva a cabo por separado y detalladamente, y deberá ser lo más objetiva y clara posible, utilizando terminología estandarizada, de manera que distintos observadores lleguen a la misma descripción, evitando que puedan aparecer diferencias en la interpretación de las observaciones o medidas realizadas en una misma zona. Las descripciones se deben efectuar de forma cualitativa y, siempre que sea posible, cuantitativa. Es de resaltar que en el caso de depósitos extensos deberán tomarse varios puntos o estaciones de medida en cada zona, en cada una de las cuales se realiza la toma de datos sistemática. Cuanto mayor sea el número de medidas y estaciones realizadas, mayor será la representatividad de los resultados obtenidos. En este punto es donde se realiza la toma de muestras (de acuerdo con un procedimiento establecido, Ver numeral 2.5), las cuales serán el objeto final del análisis petrográfico. 4.4.5

Identificación de zonas singulares

Zonas singulares son aquellas zonas, elementos o estructuras no sistemáticas, que no se repiten en el depósito, y que tienen influencia en sus propiedades y comportamiento mecánico, por ejemplo fallas, diques, zonas de brecha, cavidades, zonas de flujo de agua, etc. Estas zonas deben tratarse y describirse de forma individualizada, indicando la problemática específica que presentan, así como su influencia en el comportamiento general de la fuente. 4.5 TOMA DE MUESTRAS Antes de describir los aspectos que deben estudiarse en campo, es conveniente describir el procedimiento general para la toma de muestras de acuerdo con las normas ASTM D 75095, INV 201-076, y según el tipo y estado de desarrollo de la fuente a caracterizar, teniendo en cuenta los distintos métodos de muestreo descritos en el numeral 2.5. Así mismo, se describe el muestreo cuando se tiene material almacenado en la zona de explotación, material en procesamiento-almacenamiento y en el frente de obra. 4.5.1

Muestreo en canteras

A continuación se describirá el procedimiento sugerido para el muestreo de materiales en canteras no desarrolladas y en canteras en desarrollo.

5 6

Standard Practice for Sampling Aggregates Muestreo de materiales para construcción de carreteras

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INGEOMINAS 4.5.1.1 Muestreo en canteras no desarrolladas Las canteras no desarrolladas deben ser muestreadas por medio de la perforación de núcleos a través de la profundidad total esperada a ser explotada. La dirección de perforación de estos núcleos debe ser perpendicular al sistema estructural dominante del depósito. Los depósitos de rocas masivas o cristalinas se pueden muestrear con núcleos de 53 mm de diámetro, mientras que los depósitos de rocas estratificadas y con capas delgadas deben ser muestreados con núcleos de 10 cm de diámetro. Además debe haber un número adecuado de núcleos que cubran los límites del depósito. Además de la información general, cada núcleo recuperado debe venir acompañado por su longitud total, la elevación, el espesor y cantidad de pérdida de material. 4.5.1.2 Muestreo en canteras en operación Cuando una cantera está en explotación, el muestreo se reduce a tomar muestras representativas del material almacenado; en caso de que se trate de canteras abandonadas debe removerse la capa intemperizada y precederse a tomar las muestras en el frente de acuerdo con el procedimiento de los métodos de tajos a cielo abierto y de trincheras descritos en los numerales 2.5.1.3 y 2.5.1.4. Se obtienen muestras separadas de la roca, que pesen por lo menos 25 kg cada una, de todas las zonas homogéneas en las que el depósito fue dividido, de acuerdo a lo descrito en el numeral 4.4.3. La muestra de 25 kg se compondrá, bien de una sola muestra tomada en la zona del frente que mejor represente la roca, o bien de varias muestras cuya extracción se distribuya a lo largo y ancho del frente, de manera que los sucesivos puntos de muestreo, estén situados unos de otros a 1 m, tanto en sentido vertical como horizontal, conforme se indica en la figura 8.

Figura 8. Toma de muestras en bancos y canteras (Tomado de INV E 201-07)

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INGEOMINAS 4.5.2

Muestreo en depósitos de piedras, arenas y gravas

4.5.2.1 Muestreo en depósitos no desarrollados de arena y grava Los depósitos no desarrollados de arena y grava, deben ser muestreados por medio de pozos de ensayo excavados cada cien a doscientos metros, localizados en los vértices de una cuadrícula (Ver figura 9) y con una profundidad planeada con anticipación.

Figura 9. Planta de localización del muestreo por pozos (Tomado de Velarde & Villa, 1996)

4.5.2.2 Muestreo en depósitos de piedra y materiales aluviales o coluviales en operación Para un muestreo detallado es necesario abrir pozos cada 50 m localizados en los vértices de una cuadrícula (Ver figura 9) con el fin de conocer con más detalle las características del material que forma el depósito. Se elegirán muestras por separado de todas las clases de material que se hayan apreciado, y deben ser de 25 kg, aproximadamente. 4.5.3

Muestreo en el lugar de procesamiento-almacenamiento

4.5.3.1 Muestreo en flujo de descarga de agregados (Tolva o banda de descarga) La selección de las unidades que se deberán ensayar, se hará por métodos al azar. Se deberán obtener por lo menos tres (3) porciones aproximadamente iguales, elegidas al azar de las unidades que se estén muestreando, combinándolas para formar muestras de campo. Cada porción se tomará directamente de toda la sección del flujo de material que se está descargando. Generalmente es necesario tener en cada planta de producción una bandeja de tamaño suficiente para interceptar toda la sección del flujo de descarga y recoger la cantidad requerida de material, sin desbordarse. Se debe evitar la toma de muestras de la descarga inicial o final de tolvas o bandas transportadoras, pues al hacerlo se aumentan las posibilidades de obtener material segregado.

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INGEOMINAS 4.5.3.2 Muestreo en banda transportadora La selección de las unidades que se vayan a ensayar, deberá hacerse como se indica en primer párrafo del literal anterior. Se deberá detener la banda transportadora mientras se recogen las porciones de material. Hecho esto, se deberán insertar en el material sobre la banda, dos elementos con forma apropiada, separándolos en forma tal, que se obtenga la porción del peso requerido. Todo el material seleccionado se deberá recoger en forma cuidadosa en un recipiente apropiado y los finos que queden se integrarán a la muestra, utilizando una brocha para pasarlos. 4.5.3.3 Muestreo en depósitos apilados o de los equipos de transporte Se debe evitar, en lo posible, el muestreo de agregados gruesos o de mezclas de agregados gruesos y finos, tomados de depósitos apilados o de equipos de transporte, pues es difícil obtener una muestra representativa en el sitio de almacenamiento, debido a la segregación natural del material en el mismo depósito ya que el agregado más grueso rueda hacia la parte baja de la pila. Si es necesario tomar muestras en los almacenamientos apilados, se debe efectuar utilizando maquinaria que sea capaz de dejar a la vista el material a diferentes niveles y zonas. Se tomarán muestras individuales en porciones aproximadamente iguales de diferente nivel y directriz al de la pila (Ver figura 10). En la toma de muestras de arena apilada, deben eliminarse las capas superficiales que, por haberse secado, pueden presentar segregaciones, y se elegirá una muestra representativa de la arena húmeda.

Vista A Figura 10. Muestreo en depósitos apilados (Tomado de Velarde & Villa, 1996)

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INGEOMINAS 4.5.4

Muestreo en el frente de obra-Préstamo lateral

Se entiende por producción en obra, la que se realiza con trituradoras, clasificadoras e instalaciones de lavado portátiles, que se montan o instalan cerca del lugar de trabajo para una obra determinada y con el propósito de suministrar los materiales necesarios. Si el depósito se explota a cielo abierto o en mina, se tomará la muestra tal como se describió en el numeral 2.5.1.3. En los depósitos que son investigados sin tener frente abierto se obtendrán solamente por medio de pozos, tal como se describió en el numeral 2.5.1.2. 4.6 TAMAÑO DE LA MUESTRA El mínimo de muestras de campo obtenidas debe ser suficiente para que los resultados de las pruebas sean confiables. El tamaño de las muestras de campo es variable y se deberán obtener según el tipo y número de pruebas a las cuales se van a someter. La muestra del material debe ser en cantidad suficiente para lograr la ejecución adecuada de los ensayos. 4.7 INSPECCIÓN PETROGRÁFICA IN SITU Una vez llevado a cabo el registro de las muestras, se toma cada una de ellas, se elimina la capa superficial de alteración y se examina aplicando el método de análisis de microscopia semidetallada, con el uso de: • • • • • • • •

Lupas plegables de 10 y 20 aumentos Martillo Brújula Ácido clorhídrico diluido al 10% Agua Bisturí Moneda Cámara fotográfica de alta resolución

Los aspectos que deben estudiarse en campo son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Forma y tamaño de los granos Color

Textura Estructura Fábrica Porosidad Identificación de los constituyentes Grado de meteorización Resistencia

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INGEOMINAS 4.7.1

Forma y tamaño de los granos

El tamaño de grano hace referencia a las dimensiones medias de los minerales o fragmentos de roca. La estimación del tamaño de grano se debe realizar de manera visual, con una regla o con la ayuda de un comparador de tamaño (Ver figura 11) y la forma de los granos con la escala de redondez y esfericidad de Powers, 1953) (Ver figura 12).

ALTA ESFERICIDAD BAJA ESFERICIDAD

ESFERICIDAD

Figura 11. Comparador de tamaño de grano (Tomado de Tucker, 2003)

MUY ANGULAR 1

ANGULAR 2

SUBANGULAR SUBREDONDEADO REDONDEADO BIEN REDONDEADO 3 4 5 6 REDONDEZ

Figura 12. Redondez y esfericidad de las partículas (Tomado de Powers, 1953).

Los términos utilizados y los intervalos de tamaño reconocidos internacionalmente son los indicados en la Tabla 7.

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INGEOMINAS Tabla 7. Clasificación del tamaño de grano de las rocas (González de Vallejo et al., 2002)

4.7.2

DESCRIPCIÓN

TAMAÑO DEL GRANO

Grano grueso Grano medio Grano fino

> 2 mm 0,06-2 mm < 0,06 mm

EQUIVALENCIA CON LOS TIPOS DE SUELOS Gravas Arenas Limos y arcillas

Color

El color de la roca debe ser expresado cuantitativamente en términos de 3 parámetros: el matiz referido a un color básico, el brillo o intensidad de un color y el valor o la claridad del color, como se aprecia en la Tabla 8. Tabla 8. Parámetros para la determinación del color de roca. Matiz Rosado Rojo Amarillo Marrón Oliva Verde Azul Blanco Gris Negro

Brillo Rosáceo Rojizo Amarillento Oliváceo Verdoso Azulado Grisáceo

Valor Claro Oscuro

Para evitar cualquier grado de subjetividad se recomienda usar la carta de colores de roca de la “Geological Society of America” la cual está basada en la tabla propuesta por Munsell (1941) para suelos (Ver figura 13). Es de resaltar que la observación debe realizarse sobre la roca fresca, una vez retirada la capa superficial de alteración.

Figura 13. Carta de colores de roca (Tomado Godddard et al., 1970)

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INGEOMINAS

4.7.3

Textura

La estimación de la textura se debe realizar de manera visual, teniendo en cuenta los tipos de texturas generales descritas en el numeral 2.8.1 y con la ayuda de las figuras 14 a 18.

Figura 14. Textura secuencial (o seriada) (Modificado de Williams et al., 1983)

Figura 15. Textura vítrea (Modificado de Williams et al., 1983)

Figura 16. Textura clástica (Modificado de Williams et al., 1983)

Figura 17. Textura blástica (Modificado de Williams et al., 1983)

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Figura 18. Textura deformada (Modificado de Williams et al., 1983)

4.7.4

Estructura

La estimación de la estructura se debe realizar de manera visual, teniendo en cuenta los tipos de estructuras generales descritas en el numeral 2.8.2.1 y con la ayuda de las figuras 19 a 22.

Figura 19. Estructura homogénea o masiva (Modificado de Williams et al., 1983)

Figura 20. Estructura bandeada (Modificado de Williams et al., 1983)

Figura 21. Estructura nodulosa (Modificado de Williams et al., 1983)

Figura 22. Estructura brechoide (Modificado de Williams et al., 1983)

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INGEOMINAS 4.7.5

Fábrica

La estimación de la fábrica se debe realizar de manera visual, teniendo en cuenta los tipos de fabricas generales descritas en el numeral 2.8.2.2. 4.7.6

Porosidad

Con la ayuda de una carta de estimación de porcentajes (Ver figura 23), se recomienda catalogar cada muestra según la siguiente clasificación de porosidad (Archie, 1952 y Sander, 1967, en Alonso, 2006): 1. 2. 3. 4. 5.

Porosidad muy baja: menor de 4% Porosidad baja: de 4 a 8% (valor medio alrededor de 6%) Porosidad media: de 8 a 16% (valor medio alrededor de 10%) Porosidad alta: de16 a 32% (valor medio alrededor de 20% ) Porosidad muy alta: mayor de 32%

Figura 23. Carta de estimación de porcentaje (Tomado de Compton, 1985)

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INGEOMINAS 4.7.7

Identificación de los constituyentes

1. Se hace un examen visual general y se procede a realizar una descripción macroscópica de las principales características presentes en las muestras. 2. Se procede a la clasificación de las muestras de acuerdo con las características observadas, para lo que se recomienda seguir el esquema de clasificación basado en la asociación de características de Smith (1997) (Ver figura 24). 4.7.8

Grado de meteorización

La identificación del estado o grado de meteorización de las muestras se debe realizar de forma sistemática a partir de las descripciones de la Tabla 9. Tabla 9. Descripción del grado de meteorización in situ (Modificado de González de Vallejo, et al., 2002). Grado de meteorización I

IIA IIB IIC IID

III IV

4.7.9

Denominación

Criterios de reconocimiento

Fresca

No se observan signos de meteorización Se observan cambios en el color original de la muestras. Es conveniente indicar el grado de cambio: • Ligeramente <10% • Moderadamente de 10% a 35% Decolorada • Altamente de 35% a 75% • Extremadamente >75 Se debe mencionar si se observa que el cambio de color se restringe a uno o algunos minerales. La roca se ha alterado al estado de un suelo, manteniéndose la fábrica Desintegrada original. La roca es friable, pero los granos minerales no están descompuestos. La roca se ha alterado al estado de un suelo, alguno o todos los minerales Descompuesta están descompuestos.

Resistencia

La resistencia se define como el esfuerzo que la roca puede soportar para unas ciertas condiciones de deformación. En condiciones naturales, la resistencia depende de las propiedades intrínsecas de la roca, cohesión y ángulo de fricción, y de otros factores externos como la magnitud de los esfuerzos que se ejercen, los ciclos de carga y descarga o la presencia de agua (González de Vallejo et al., 2002). Para la estimación cuantitativa del rango de resistencia de la roca es necesario limpiar las capas de alteración superficial de las muestras, hacer pruebas con navaja o martillo de geólogo y clasificar la resistencia de la roca de acuerdo con la Tabla 10.

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INGEOMINAS

Todos los granos visibles TAMAÑO DEL GRANO

● ● ●

Mayoría de los granos visibles Algunos granos visibles

FORMA DE LOS GRANOS

Cristales euhedrales entrelazados

Intermedio Claro

● ● ○ ○

Capas o bandas alternadas por color Fósiles Reacción al ácido clorhídrico

● Característica esencial ○ Característica ocasional

● ●

● ● ○ ○ ○ ● ○ ○ ○ ○

Anfibolita

Neis

● ● ●

○ ● ○

1

○ ○

Esquisto

Pizarra

Mármol

● ●

○ ○ ○ ● ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ●

Característica no diagnóstica para el tipo de roca

○ ○ ○ ● ●

○ ○

○ ○ ○ ○

Hornfelsa

Chert

Caliza

Shale

Arcillolita

METAMÓRFICAS

○ ○

● ○ ○ ● ○

Vesículas OTRAS CARACTERÍSTICAS

Limolita

● ● ●

Fragmentos angulares

COLOR

Arenisca

○ ○ ○ ● ● ● ● ● ● ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ●

Granos redondeados

Oscuro

Toba

Obsidiana

Pumita

Riolita

Andesita

Basaltos

Granito

Gabro

CARACTERÍSTICA

Diorita

TIPO DE ROCA

Conglomerado

SEDIMENTARIAS

Cuarcita

ÍGNEAS Volcánicas

Aglomerado

Plutónicas

○ ○ ○ ○ ○ ○

○ ● ○

○ ○ ●2 ●2 ● ○ ●

1= Hornfelsas moteadas 2= Superficie con viso o brillo lustroso

Figura 24. Esquema de clasificación de rocas (Tomado de Smith, 1997)

69 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS Tabla 10. Resistencia a partir de índices de campo (ISRM en González de Vallejo et al., 2002). Descripción

Identificación de campo

≈ Resistencia a la compresión (MPa)

R0

Roca extremadamente blanda

Se puede marcar con la uña.

0,25 – 1,0

R1

Roca muy blanda

R2

Roca blanda

R3

Roca moderadamente dura

R4

Roca dura

R5

Roca muy dura

R6

Roca extremadamente dura

Al golpear con la punta del martillo la roca se desmenuza. Con navaja se talla fácilmente. Al golpear con la punta del martillo se producen ligeras marcas. Con la navaja se talla con dificultad. Con un golpe fuerte del martillo puede fracturarse. Con la navaja no puede tallarse. Se requiere más de un golpe del martillo para fracturarla. Se requiere muchos golpes del martillo para fracturarla. Al golpear con el martillo sólo saltan esquirlas.

1,0 – 5,0 5,0 – 25 25 – 50 50 – 100 100 – 250 > 250

4.8 REGISTRO DE DATOS Se recomienda registrar los datos obtenidos en campo en los formatos que se encuentran en el Anexo B. En el primer formato (Formato F1: Descripción general de la fuente) se registrará la descripción general, la división y descripción de las zonas y la relación de las muestras estudiadas de la fuente y/o depósito. En el segundo formato (Formato F2: Toma de datos in situ) se registrarán los aspectos estudiados (forma y tamaño de los granos, color, textura, estructuras, fábrica, etc.). 4.9 EMBALAJE, ROTULACIÓN Y TRANSPORTE DE MUESTRAS Luego de la toma de datos, las muestras recolectadas deben ser debidamente embaladas en bolsas y rotuladas de la siguiente manera: 1. Letra inicial del apellido del recolector 2. Número de muestra 3. Letras iníciales del nombre de la fuente y/o depósito 4. Año de recolección Por ejemplo: Muestra número uno, recolectada por la Geóloga Nydia Romero, en la fuente Canteras de Colombia, en el año 2010: R001-CC010. Es importante aclarar que se pueden hacer combinaciones con los datos que más desee el colector, o el que le ofrezca mayor seguridad y continuidad al etiquetar las muestras. 70 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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Para su transporte las muestras deben ser empacadas separadamente en bolsas impermeables y de resistencia adecuada o de papel encerado como embalaje primario, cada bolsa debe identificarse clara e indeleblemente. El rótulo de identificación no debe estar en contacto directo con el material a analizar. Luego deben colocarse en cajas de cartón o lonas debidamente rotuladas y selladas. Deben evitarse las cintas adhesivas con pegamentos fuertes, etiquetas con pegamento de agua y tejidos burdos como embalaje primario, pues el material heterogéneo se pierde con el transporte por el tramado. Finalmente las muestras serán trasladadas al laboratorio en donde serán sometidas a los distintos ensayos ingenieriles (para analizar las propiedades geotécnicas) y a la inspección petrográfica mediante microscopia semidetallada y/o detallada. Es importante resaltar, que para obtener la calidad media de una fuente de materiales, si las muestras individuales o simples son fragmentos de roca mayores de 75 mm y/o en ellas no existe arena en estado natural, las muestras individuales deben unirse total o parcialmente para formar una muestra compuesta (grava-arena, fragmentos de roca y otras) la cual debe molerse parcial o totalmente, pues el análisis realizado en laboratorio se realiza sobre muestras representativas de agregados en el estado en el que van a ser usadas en obra, ya sea para mezclas asfálticas y/o hidráulicas o como bases y subbases, es decir, trituradas y posteriormente tamizadas de acuerdo a las granulometría admisible (Ver capitulo No 5).

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5. ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE MATERIALES PÉTREOS EN EL LABORATORIO A continuación se determinará el procedimiento a seguir para la inspección petrográfica de muestras de agregados pétreos en el laboratorio (Ver en Anexo A, Diagramas de flujo DF2 y DF3). 5.1 PLANTEAMIENTO DE OBJETIVOS Es necesario plantear con claridad los propósitos y objetivos de la inspección, la clase de información requerida, y la extensión de la inspección deseada. Estas dependerán de la naturaleza de la muestra a ensayar, del uso al cual será sometido el material (como agregado en mezclas asfálticas, en mezclas de concreto o soporte en bases y sub-bases) puesto que para cada uno de los distintos usos, los agregados requerirán distintas características petrológicas (ver numeral 3.4) para así asegurar un buen desempeño en obra. 5.2 PREPARACIÓN PREVIA DE LA MUESTRA 5.2.1

Tamizado, lavado y secado

5.2.1.1 Tamizado Las muestras para la inspección petrográfica deben ser tamizadas en seco de acuerdo con la norma ASTM C136-067, para proporcionar muestras de cada tamaño del tamiz. La serie de tamices a emplear dependerá del uso al que será sometido el agregado (granulometrías admisibles Ver Tabla ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.11 y Tabla 12), e acuerdo a lo establecido en el planteamiento de los objetivos. 5.2.1.2 Lavado Luego del tamizado, la muestra retenida en cada tamiz debe ser lavada directamente con agua hasta que ésta salga limpia, separando así las partículas menores de 0.075 mm mezcladas o adheridas a la superficie de los agregados, las cuales se consideran como impurezas. Se debe cuidar que durante el lavado no se produzcan pérdidas de material por fuera del tamiz.

7

Standard Test Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates

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INGEOMINAS 5.2.1.3 Secado Posterior al lavado, la muestra se recupera cuidadosamente y finalmente se seca en un horno a 110 ± 5°C (230 ± 9ºF). Es de resaltar que las muestras se pueden secar a mayores temperaturas asociadas con el uso de planchas de calentamiento, pero siempre y cuando el vapor escape sin generar presiones suficientes para fracturar las partículas. Nota: En el caso de análisis de arenas, se debe ensayar una porción adicional de acuerdo con la NTC-788, conservando agua de lavado y removiendo por secado con el fin de proporcionar una muestra de material que pase el tamiz 75 µm. 5.2.2

Tamaño de la muestra

El número de partículas de cada fracción de tamizado a ser examinado se fijará con la precisión requerida de la determinación de los constituyentes menos abundantes. Asumiendo que los procedimientos de muestreo de campo y de laboratorio son exactos y confiables, el número de partículas examinado, identificado, y contado en cada fracción de tamizado dependerá de la exactitud requerida de la estimación de los constituyentes presentes en pequeñas cantidades. De acuerdo con los parámetros estadísticos, normalmente al menos 150 partículas de cada fracción de tamizado deben ser identificadas y contadas con el fin de obtener resultados confiables. Si la muestra de una fracción de tamiz contiene muchas más partículas que las que se necesita identificar, la muestra debe ser reducida por cuarteo manual de modo que contenga un número adecuado de partículas para la inspección, para lo cual se recomienda seguir los siguientes procedimientos (ASTM C702-989, INV E 202-0710) del cuarteo manual. El cuarteo manual consiste en ir reduciendo la muestra hasta obtener una muestra representativa y de tamaño adecuado. El equipo debe consistir en: • Regla enrasadora • Cuchara de punta plana y recta • Pala o palustre • Escoba o cepillo • Pieza de lona de aproximadamente 2 m por 2.5 m. 8

Ingeniería civil y arquitectura. Método para determinar por lavado el material que pasa tamiz 75 µm en agregados minerales. 9 Standard Practice for Reducing Samples of Aggregate to Testing Size 10 Reducción del tamaño de las muestras transportadas.

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INGEOMINAS Procedimiento: Se coloca la muestra original en una superficie dura, limpia y nivelada, donde no se presente pérdida del material ni adición accidental de otros materiales. Se mezcla el material completamente, volteando la totalidad de la muestra tres veces. En la última vuelta, se forma una pila cónica depositando cada palada encima de la anterior. Luego se aplana cuidadosamente la pila cónica para conseguir un espesor y diámetro uniformes presionando su vértice con una pala, con el fin de que cada cuarto de la pila resultante contenga el material original de la pila. Este diámetro deberá ser aproximadamente de cuatro a ocho veces su espesor. En seguida se divide la muestra aplanada en cuatro cuartos iguales usando una pala de extremo plano o un palustre y se retiran dos cuartos diagonalmente opuestos incluyendo todo el material fino y se barren totalmente los espacios resultantes. Se repite la anterior operación hasta que la muestra quede reducida al tamaño deseado (Ver figura 25)

Muestra en cono sobre una superficie limpia y dura

Mezcla formando nuevamente Cuarteo después de aplanado el un cono cono

Cuarteo

Retirar cuartos opuestos Desechar los otros dos cuartos

Figura 25. Cuarteo Manual (Tomado de ASTM C 702-98)

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INGEOMINAS

Tabla 11. Granulometrías admisibles para distintos usos según el Instituto de Desarrollo Urbano11

MATERIALES

TAMIZ (mm / U.S. Standard)

11

57 50 37,5 25 19 12,5 9,5 8 4,75 2,36 2 1,18 0,6 0,425 0,3 0,18 0,15 0,075

2 1/4'' 2'' 1 1/2'' 1'' 3/4'' 1/2'' 3/8'' 5/16'' No. 4 No. 8 No. 10 No. 16 No. 30 No. 40 No. 50 No. 80 No. 100 No. 200

SUBBASE GRANULAR

X X X

BASE GRANULAR

X X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

CAPAS DE MATERIAL GRANULAR ESTABILIZADO CON CEMENTO X X X X X X X X X

CAPAS DE MATERIAL GRANULAR ESTABILIZADO CON EMULSIÓN ASFÁLTICA X X X X X X X X

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE DENSAS, SEMIDENSAS Y GRUESAS X X X X X X X X X X

MICROAGLOMERADO EN CALIENTE

LECHADAS ASFÁLTICAS

PAVIMENTO DE LOSAS DE CONCRETO HIDRÁULICO

X X X X X X X

X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X X X X

Elaborada por Geol. Nydia Romero Buitrago con base en las ESPECIFICACIONES IDU-ET-2005

75 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS

X X X

X X X

X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X X X X X X

X

X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X

X X

X X

X X

X

X X

X X

X

X X

X

X

X

X X

X

X X

X

X X X X

X

X X X

X X X X

X

X

X

X

X X X X X X X

X

X X

X X

X X

X X

X

X

X

X X

X

X

X X

MEZCLA DRENANTE

X X X

X

X

MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA (MICROAGLOMERAD O EN CALIENTE)

MEZCLA ABIERTA EN CALIENTE

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE (CONCRETO ASFÁLTICO Y MEZCLA DE ALTO MÓDULO)

MEZCLA ABIERTA EN FRÍO

MEZCLA DENSA EN FRÍO

LECHADA ASFÁLTICA

SELLO DE ARENA ASFALTO

BASE DE CONCRETO HIDRÁULICO

BASE ESTABILIZADA CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

X

PAVIMENTO DE ADOQUINES DE CONCRETO

2 1/4'' 2'' 1 1/2'' 1'' 3/4'' 1/2'' 3/8'' 5/16'' No. 4 No. 8 No. 10 No. 16 No. 30 No. 40 No. 50 No. 80 No. 100 No. 200

PAVIMENTO DE CONCRETO HIDRÁULICO

57 50 37,5 25 19 12,5 9,5 8 TAMIZ 4,75 (mm / U.S. 2,36 Standard) 2 1,18 0,6 0,425 0,3 0,18 0,15 0,075

BASE GRANULAR

MATERIALES

SUBBASE GRANULAR

Tabla 12. Granulometrías admisibles para distintos usos según el Instituto Nacional de Vías12.

X X

X

X

X

12

Elaborada por Geol. Nydia Romero Buitrago con base en las ESPECIFICACIONES GENERALES DE CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS Y NORMAS DE ENSAYO-2007

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras

76


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INGEOMINAS 5.3 PROCEDIMIENTO PARA EL ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS Cada fracción de tamizado debe ser examinada separadamente, comenzando con el tamaño disponible más grande. 5.3.1

Elección del nivel de análisis petrográfico

Teniendo en cuenta el propósito al que será sometido el agregado y lo indicado en el numeral 3.3, se recomienda: 1. Agregados para bases y subbases granulares realizar el análisis de microscopia semidetallada o de exploración (Ver Diagrama 2, Tabla 13 y Tabla 14). 2. Agregados para ser usados para otros propósitos tales como mezclas de concreto/mortero hidráulico y/o mezclas asfálticas, realizar para los tamices superiores el análisis de microscopia semidetallada y para los tamices inferiores microscopia detallada (Ver Diagrama 2, Tabla 13 y Tabla 14). 5.4 ANÁLISIS DE MICROSCOPIA SEMIDETALLADA Una vez llevado a cabo el registro de las muestras, se selecciona el material que será destinado para la descripción. Se toma cada una de las 150 partículas de la fracción de tamizado a estudiar y con el uso de lupa convencional, estereomicroscopio y/o aceites de inmersión se determina lo siguiente: 1. 2. 3. 4.

Forma Porosidad y Fisuración Grado de meteorización Identificación y clasificación de los constituyentes

A continuación se indica la manera como cada uno de los ítems anteriores deben ser desarrollados. 5.4.1

Forma

La forma de los agregados se determina con la escala de redondez y esfericidad de Powers, 1982 (Ver figura 26). Se calcula las cantidades en porcentaje por redondez y esfericidad en cada uno de los tamices para dar a conocer las formas predominantes en la muestra 5.4.2

Porosidad y Fisuración

Para clasificar la porosidad total en una muestra de agregados se recomienda catalogar cada partícula de acuerdo con la metodología y la clasificación indicada en el numeral 4.7.6. 77 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS Tabla 13. Uso de los niveles de análisis petrográfico para agregados según lo distintos usos y de acuerdo a las granulometría admisibles del Instituto de Desarrollo Urbano13

MATERIALES

TAMIZ (mm / U.S. Standard)

57 50 37,5 25 19 12,5 9,5 8 4,75 2,36 2 1,18 0,6 0,425 0,3 0,18 0,15 0,075

2 1/4'' 2'' 1 1/2'' 1'' 3/4'' 1/2'' 3/8'' 5/16'' No. 4 No. 8 No. 10 No. 16 No. 30 No. 40 No. 50 No. 80 No. 100 No. 200

SUBBASE GRANULAR

X X X

BASE GRANULAR

X X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

CAPAS DE MATERIAL GRANULAR ESTABILIZADO CON CEMENTO X X X X X X X X X

CAPAS DE MATERIAL GRANULAR ESTABILIZADO CON EMULSIÓN ASFÁLTICA X X X X X X X X

Análisis de Microscopia Semidetallada

13

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE DENSAS, SEMIDENSAS Y GRUESAS X X X X X X X X X X

MICROAGLOMERADO EN CALIENTE

LECHADAS ASFÁLTICAS

PAVIMENTO DE LOSAS DE CONCRETO HIDRÁULICO

X X X X X X X

X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X X X X

Análisis de Microscopia Detallada

Elaborada por Geol. Nydia Romero Buitrago con base en las ESPECIFICACIONES IDU-ET-2005

78 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS

X X X

X X X

X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X X X X X X

X

X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X

X X

X X

X X

X

X X

X X

X

X X

X

X

X

X X

X

X X

X

X X X X

X X X X X

X

X

X X X X

X X X X X X X

X

X X

X X

X X

X X

X

X

X

X X

X

X

X

X X

MEZCLA DRENANTE

X X X

X

X

MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA (MICROAGLOMERAD O EN CALIENTE)

MEZCLA ABIERTA EN CALIENTE

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE (CONCRETO ASFÁLTICO Y MEZCLA DE ALTO MÓDULO)

MEZCLA ABIERTA EN FRÍO

MEZCLA DENSA EN FRÍO

LECHADA ASFÁLTICA

SELLO DE ARENA ASFALTO

BASE DE CONCRETO HIDRÁULICO

BASE ESTABILIZADA CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

X

PAVIMENTO DE ADOQUINES DE CONCRETO

2 1/4'' 2'' 1 1/2'' 1'' 3/4'' 1/2'' 3/8'' 5/16'' No. 4 No. 8 No. 10 No. 16 No. 30 No. 40 No. 50 No. 80 No. 100 No. 200

PAVIMENTO DE CONCRETO HIDRÁULICO

57 50 37,5 25 19 12,5 9,5 8 TAMIZ 4,75 (mm / U.S. 2,36 Standard) 2 1,18 0,6 0,425 0,3 0,18 0,15 0,075

BASE GRANULAR

MATERIALES

SUBBASE GRANULAR

Tabla 14. Uso de los niveles de análisis petrográfico para agregados según lo distintos usos y de acuerdo a las granulometría admisibles del Instituto Nacional de Vías14.

X

Análisis de Microscopia Semidetallada

X

X

X

X

Análisis de Microscopia Detallada

14

Elaborada por Geol. Nydia Romero Buitrago con base en las ESPECIFICACIONES GENERALES DE CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS Y NORMAS DE ENSAYO-2007

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras

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INGEOMINAS

Angular

REDONDEZ Subangular Subredondeado Redondeado Bien redondeado

Esférica Prismoidal

Subprismoidal

ESFERICIDAD

Subdiscoidal

Discoidal

Muy angular

Figura 26. Escala de redondez y esfericidad (Tomado de Powers, 1982).

Se calcula las cantidades en porcentaje por redondez y esfericidad en cada uno de los tamices para dar a conocer las formas predominantes en la muestra 5.4.3

Porosidad y Fisuración

Para clasificar la porosidad total en una muestra de agregados se recomienda catalogar cada partícula de acuerdo con la metodología y la clasificación indicada en el numeral 4.7.6. 5.4.4

Grado de meteorización

En el análisis de agregados en el laboratorio, se estudia el nivel de meteorización química la cual comprende una serie de reacciones (Ver numeral 2.6), a través de las cuales los minerales varían su estructura y composición o se disuelven (Besoain, 1985). 80 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS Según lo anterior se recomienda determinar el nivel de meteorización con base en la modificación superficial del color natural (Ver Tabla 15 y Figura 27). Tabla 15. Descripción del grado de meteorización en laboratorio (Modificado de Moye, 1955; Deere & Patton, 1971; McLemore et al., 2008 y Micromatco Ltda., 2009). Grado de meteorización en laboratorio

I

II

III IV V

Denominación

Criterios de reconocimiento

Denominada también roca sana o roca no meteorizada. No posee ningún grado de descomposición, no se encuentra teñida ni descolorada y se puede Sin meteorización distinguir todas sus características texturales y estructurales sin dificultad. Solamente con ayuda de la lupa se pueden distinguir minerales teñidos aislados. Si existen micas y feldespatos, estos se encuentran lustrosos. La superficie de la roca se encuentra descolorada y/o los minerales teñidos u oxidados. Los colores más comunes en que suele teñirse son: pardo anaranjado, pardo, pardo rojizo, marrón, ocre, pardo amarillento, etc. Esta Leve presencia de manchas de coloraciones muy tenues o coloraciones más fuertes se extiende sobre un área menor a un 10% de la superficie del agregado. Presencia de óxidos de hierro notorios en tonalidad y extensión entre el 10% Moderada y el 35% de la superficie del agregado, además de una ligera descomposición de los feldespatos. Presencia de óxidos de hierro con coloraciones fuertes que abarcan una Severa extensión entre el 35% y 75% de la superficie del agregado. Presencia de óxidos de hierro con coloraciones muy fuertes que abarcan una Extrema extensión mayor al 75% de la superficie del agregado.

Por último se calculan las cantidades en porcentaje por tipos de meteorización en cada uno de los tamices para dar a conocer el grado de meteorización general de la muestra 5.4.5

Identificación y clasificación de los constituyentes

Se procede de la siguiente manera: 1. Se identifica cada partícula si corresponde a un fragmento de roca o a un mineral. 2. Una vez realizado el paso anterior por partícula se procede hacer una descripción macroscópica de dichas características. 3. Se procede a la identificación de cada uno de los minerales constituyentes, con sus respectivas cantidades dentro de las partículas y se calcula las cantidades en porcentaje de cada uno de los constituyentes, para dar a conocer la composición por partícula. Para esto se recomienda seguir las clasificaciones macroscópicas de rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas modificadas de Travis (1955) (Ver Tabla 16, Tabla 17 y Tabla 18).

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 81 carreteras


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INGEOMINAS Por último se calcula las cantidades en porcentaje por tipos de roca en cada uno de los tamices para dar a conocer la composición de general de la muestra.

Figura 27. Ejemplos de agregados presentando algún grado de meteorización. De izquierda a derecha: Leve, Moderada, Severa y Extrema (Tomado de MICROMATCO LTDA., 2009)

5.5 ANÁLISIS DE MICROSCOPIA DETALLADA Se recomienda realizar este análisis para el estudio de agregados que vayan a ser usados en mezclas de concreto hidráulico y asfaltico, más específicamente para los agregados retenidos en los tamices No 8 al Pasa Tamiz No 200 (Ver Tabla 13 y Tabla 14). Una vez llevado a cabo el registro de las muestras, se selecciona el material que será destinado para la descripción. Se toma de cada tamiz una cantidad aproximada de 50gr, se reduce por cuarteo manual (Ver figura 25), hasta obtener una muestra representativa de cada fracción, garantizando que en cada una se encuentren mínimo 150 partículas. Luego se realiza un montaje de la muestra en un pequeño recipiente de fondo plano (Ver figura 28) y se inyecta una resina epóxica más un colorante al vacio, con el propósito de aumentar la cohesión de las mismas, permitiendo un manejo más fácil en la hechura; además, el colorante facilita el reconocimiento de la porosidad, la presencia de vacíos, y las microfisuras en los agregados. En seguida, el bloque compacto es sometido a varios procedimientos (Ver Diagrama 3) para la elaboración de una sección delgada (Ver figura 29) y finalmente la muestra de agregados puede ser estudiada con la ayuda de un microscopio de luz transmitida.

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 82 carreteras


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INGEOMINAS Tabla 16. Clasificación macroscópica de rocas ígneas (Modificada de Travis, 1955). COLOR

CLARO

ÍNDICE DE COLOR

10

15

20

25

OSCURO

CUARZO

>10%

<10%

>10%

<10%

20

20

25

>10%

50 <10%

Plagioclasa >2/3 Total de Feldespatos Feldespato Potásico1/3-2/3 Total de Feldespatos

PRINCIPALES MINERALES ACCESORIOS

Hornblenda Biotita Muscovita

Hornblenda Biotita Piroxeno

PORFIRITICA

FANERÍTICA

FELDESPATO

Feldespato Potásico>2/3 Total de Feldespatos

Feldespato Potásico>10% Total de Feldespatos

Plagioclasa Sódica

Hornblenda Biotita Piroxeno

Plagioclasa Cálcica

Principalmente Piroxeno y/o Olivino

Piroxeno Olivino

Serpentina Minerales de Hierro

Diorita

Gabro

Peridotita

Peridotita Porfirítica

EQUIGRANULAR

Granito

Sienita

Cuarzo Monzonita

Monzonita

Granodiorita

MATRIZ FANERÍTICA

Granito Porfirítico

Sienita Porfirítica

Cuarzo Monzonita Porfirítica

Monzonita Porfirítica

Cuarzo Granodiorita Diorita/Tonalita Porfirítica Porfirítica

Diorita Porfirítica

Gabro Porfirítico

MATRIZ AFANITICA

Riolita Porfirítica

Traquita Porfirítica

Dacita Porfirítica

Andesita Porfirítica

Basalto Porfirítico

Cuarzo Latita Latita Porfirítica Porfirítica

Cuarzo Diorita/Tonalita

95

AFANIÍTICA

Komatiita MICROCRISTALINA

VÍTREA

Riolita

Traquita

Cuarzo Latita

Latita

Dacita

Andesita

Basalto

Obsidiana (Color oscuro) Pichstone (Textura resinosa) Vitrofiro (Porfirítico) Perlita (Fracturas concéntricas) Pumita (Finamente celular/vesicular, de color claro) Escoria (Células/vesículas gruesas, de color oscuro)

83 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS Tabla 17. Clasificación macroscópica de rocas sedimentarias (Modificada de Travis, 1955). TAMAÑO DE GRANO <0.0625mm

TAMAÑO DE GRANO 0.0625-2mm

TAMAÑO DE GRANO >2mm

LODOLITA (LUTITAS)

ARENISCA

CONGLOMERADO (RUDITA) BRECHA (Clastos angulares)

CRISTALINA, CLÁSTICA, AMORFA, BIOCLÁSTICA ETC.

CLÁSTICA

CLÁSTICA

TEXTURA

MINERALES UN SÍLICE ÓPALO CUARZO + CUARZO+ VARIOS CALCITA O CUARZO + CUARZO + CONSTITUYENTE COMPOSICIÓN DE ARCILLOSOS O CALCEDONIA CUARZO >10% DE FELDESPATO+ CONSTITUYENTES MATERIALES DOLOMITA 10-25% DE >25% DE PRINCIPAL LA FRACCIÓN CUARZO PRINCIPALMENTE FRAGMENTOS FRAGMENTOS Conglomerados TAMAÑO PRINCIPALMENTE FELDESPATOS FELDESPATOS Conglomerados MAYOR (>90%) CHERT DE ROCA DE ROCA polimícticos ARCILLA olimícticos

Diatomita Arcillolita/ Radiolarita Limolita (No Fisil) Oolita Silícea Chert Shale (Físil)

Caliza Dolomita

Arenisca Cuarzosa

Caliza, Marga Arcillosa

Caliza Silícea, etc.

Nombre: Polimíctico. Nombre: Olimíctico. +Constituyentes +Constituyente Principales+Tamaño Principal+Tamaño de de Grano Grano

Arenisca Feldespática

Arenisca Lítica

Arenisca Cuarzosa Arcillosa

Arenisca Feldespática Arcillosa

Arenisca Lítica Arcosa Arcillosa Arcillosa

Arenisca Cuarzosa Silícea

Arenisca Feldespática Silícea

Arenisca Lítica Silícea

Arenisca Cuarzosa Calcárea

Arenisca Feldespática Calcárea

Arenisca Lítica Arcosa Calcárea Calcárea

Arcosa

Grauwacka Ejemplo: Conglomerado olimíctico de cuarzo tamaño guijo

Ejemplo: Conglomerado polimíctico de cuarzo, andesita tamaño granulo

Grauwacka Arcillosa

Conglomerado olimíctico de cuarzo tamaño guijo, arcilloso

Conglomerado polimíctico de cuarzo, andesita tamaño granulo, arcilloso

Grauwacka Silícea

Conglomerado olimíctico de cuarzo tamaño guijo, silíceo

Conglomerado polimíctico de cuarzo, andesita tamaño granulo, silíceo

Grauwacka Calcárea

Conglomerado olimíctico de cuarzo tamaño guijo, calcáreo

Conglomerado polimíctico de cuarzo, andesita tamaño granulo, calcáreo

COMPOSICIÓN DE LA FRACCIÓN MENOR (<10%)

Argilita (Altamente Compactada)

MINERALES ARCILLOSOS Bentonita (Rica en O Montmorillonita) MATERIALES TAMAÑO ARCILLA

SÍLICE ÓPALO CALCEDONIA Shale Silíceo, Arcillolita Silícea CUARZO CHERT

CALCITA DOLOMITA

Shale Calcáreo, etc.

Diatomita Radiolarita Oolita Silícea Chert

Caliza Fosilífera, Caliza Oolítica

Arcosa Silícea

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras

84


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INGEOMINAS Tabla 18. Clasificación macroscópica de rocas metamórficas (Modificada de Travis, 1955).

COLOR

ESTRUCTURA NO DIRECCIONAL (MASIVA O GRANULOSA) TEXTURA MINERALES PRINCIPALES

CLARO

Feldespato

OSCURO

MINERALES ACCESORIOS

Mica

Cuarzo

Hornblenda Clorita

Actinolita

OSCURO

CLARO

Tremolita Talco Colcita y/o Dolomita Calcosilicatados

Serpentina

Actinolita Albita Andalucita Antofilita Biotita Chastolita Clorita Cloritoide Cordierita Diópsido Enstatita Epidota Granate Glaucofana Grafito Cianita Muscovita Olivino Pirofilita Flogopita Escapolita Sericita Serpentina Sillimanita Estaurolita Turmalina Tremolita Wollastonita

METAMORFISMO DE CONTACTO

HORNFELSICA (DE GRANOBLÁSTICA (DE GRANO FINO) GRANO GRUESO)

CUARCITA

ESTRUCTURA DIRECCIONAL (LINEAMIENTO O FOLIACIÓN) METAMORFISMO DINÁMICO CATACLASTICA FLASSER MILONITICA

METAMORFISMO REGIONAL EXTREMA FOLIACIÓN

POCA FOLIACIÓN

FOLIACIÓN AFANITICO

ESQUISTOSIDAD FINO

NEISOSIDAD

FINO A GRUESO

Estas rocas son formadas por trituración y molienda de rocas preexistentes, además de un recristalización incipiente.

ANFIBOLITA NEIS GRANOFELSA

HORNFELSA

CATACLASITA (Lineación leve)

CORNUBIANA

ESTEATITA

ESQUISTO PIZARRA

FILITA

MILONITA (Bandeamiento y lineación)

AUGEN NEIS

MÁRMOL SKARN

FILONITA (Foliación semejante a la filita)

SERPENTINITA

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras

SERPENTINITA

85


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INGEOMINAS

Figura 28. Montaje de la muestra de agregado en resina de poliéster (Tomado de Dorronsoro et al., 1998).

Muestra

Tinturación *

Desbaste con disco de diamante

Pegado final Pulido con abrasivo # 600 y 1000

Impregnación Pulido con abrasivo # 320, 600 y 1000

Pegado provisional Desbaste con disco de diamante Petrografía

Diagrama 3. Procedimientos para la elaboración de la sección delgada (SD) (Tomado de MICROMATCO LTDA., 2009)

Figura 29. Ejemplo de una sección delgada de una muestra de agregados (Tomado de MICROMATCO LTDA., 2009)

Para el análisis microscópico de secciones delgadas de roca, se debe utilizar un microscopio Petrográfico de luz polarizada con aumentos de 4X, 10X, 40X y 100X. Luego se procede a la observación general de cada sección delgada; con un aumento de 4X se identifican los 86 Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


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INGEOMINAS constituyentes y se procede a su cuantificación por conteo de mínimo 150 granos por fracción. En cada una de las secciones a estudiar se determina lo siguiente: 1. 2. 3. 4.

Forma Porosidad y Fisuración Grado de meteorización Clasificación de los constituyentes

A continuación se indica la manera como cada uno de los ítems anteriores deben ser desarrollados. 5.5.1

Forma

Para clasificar la forma de los agregados se recomienda catalogar cada partícula de acuerdo con la metodología y la clasificación indicada en el numeral 5.4.1. Al final se calculan las cantidades en porcentaje por redondez y esfericidad en cada uno de los tamices para dar a conocer las formas predominantes en la muestra. 5.5.2

Porosidad y Fisuración

Para clasificar la porosidad total en una muestra de agregados se recomienda catalogar cada partícula de acuerdo con la metodología y la clasificación indicada en los numerales 4.7.6 y 5.4.2. Adicionalmente se recomienda hacer una descripción general de la porosidad en cuanto al tamaño y forma como se indica a continuación. 5.5.2.1 Tamaño de los poros Respecto al tamaño de los poros –considerados más o menos regulares, equidimensionales– se recomienda el uso de la siguiente escala (Choquette &Pray, 1970, en Alonso, 2006), basada en la definida por Wentworth para los componentes detríticos: 1. Megaporos: poros mayores de 2 mm 2. Mesoporos: poros de 2 mm a 60 µm 3. Microporos: poros menores de 60 µm 5.5.2.2 Forma de los poros La forma de los poros es sumamente variable y, en general, muy irregular; no obstante, se aproxima si es posible a formas regulares ideales. Entre dichas formas extremas suelen considerarse tres, de acuerdo con la relación que existe entre sus dimensiones principales Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 87 carreteras


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INGEOMINAS A, B y C, y se establecen las siguientes categorías (el límite "mayor que" suele situarse alrededor de diez veces) (Alonso, 2006): 1. Equidimensionales: cuando A = B = C 2. Cilíndricos: cuando A > B = C 3. Planares: cuando A = B > C 5.5.3

Grado de meteorización

A nivel microscópico los procesos de meteorización química actúan siempre en la superficie de los minerales y la intensidad de la reacción depende directamente de la superficie específica y del grado de fragmentación mecánica previa que tenga el material. Es así como el ataque a los minerales primarios puede ser seguido por una redistribución atómica en la red cristalina remanente, lo que conduce a un nuevo mineral más estable (en ese ambiente) que el anterior. El resultado de las acciones de meteorización es la formación de minerales de arcilla (Besoain, 1985). Se recomienda determinar el nivel de meteorización con base en el índice de meteorización de los minerales primarios de las rocas modificado de Fieldes & Swindale (1954), el cual va de I a IV como se observa en la Figura 30. Por último se calculan las cantidades en porcentaje por tipos de meteorización en cada uno de los tamices para dar a conocer el grado de meteorización general de la muestra. 5.5.4

Clasificación de los constituyentes

Se procede de la siguiente manera: 1. Se identifica cada partícula si corresponde a un fragmento de roca o a un mineral. 2. Una vez realizado el paso anterior se procede hacer una descripción microscópica de sus características. 3. Se procede a la identificación de cada uno de los minerales constituyentes con sus respectivas cantidades dentro de las partículas y se calculan las cantidades en porcentaje de cada uno de los constituyentes, para dar a conocer la composición por partícula. Para esto se recomienda utilizar las tablas de clasificación, cartas de comparación y guías de análisis más conocidas y utilizadas por la comunidad geológica para rocas ígneas (Ver figuras 31 a 38), sedimentarias (Ver figuras 39 a 42) y metamórficas (Ver figuras 43 a 45) (Tomado de Caicedo, 2003). 4. Por último se calculan las cantidades en porcentaje por tipos de roca en cada uno de los tamices para dar a conocer la composición de general de la muestra.

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 88 carreteras


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INGEOMINAS

Estructura del silicato en el mineral primario

Minerales primarios

Tetraedros discretos Cadenas simples Cadenas dobles

Olivino Augita Hiperstena Hornblenda

Amorfos Tetraedros unidos

Vidrio volcánico básico Zeolitas

Minerales secundarios

Óxidos hidratados amorfos

Ti Fe Al Si

Anatasa Goethita Hematita Gibbsita Bochmita

Óxidos hidratados amorfos

Fe Al Si

Gibbsita Alofán

H,Ca Illita trioctaedrica

Caolín

K k↑↓H Estructuras de 3 capas con enlace hexagonal

Biotita Muscovita

Vermiculita

Ca

Montmorilonita

k↑↓H H,Ca Illita dioctaedrica K Amorfos Tetraedros unidos

Vidrio volcánico ácido Feldespatos

Óxidos hidratados amorfos

Al Si

Gibbsita

Calcedonia Tetraedros unidos

Cuarzo

Acido silícico

Acido silícico Cuarzo secundario

ÍNDICE DE METEORIZACIÓN

I SIN METEORIZACIÓN

II LEVE

III MODERADA

IV SEVERA

Figura 30. Índice de meteorización de los minerales primarios de las rocas (Modificado de Fieldes & Swindale, 1954)

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 89 carreteras


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INGEOMINAS

Figura 31. Doble triángulo Q A P F para clasificación de Rocas ígneas intrusivas, según Streckeisen (1976).

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INGEOMINAS

Figura 32. Diagrama (Pl - Px - Ol y Pl - Opx) para Clasificación de Rocas Gabroicas, según Streckeisen (1976).

Figura 33. Diagrama (Px - Hb - Pl - Opx) para Clasificación de Rocas Gabroicas, según Streckeisen (1976).

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 91 carreteras


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INGEOMINAS

Figura 34. Doble triángulo Q A P F para clasificación de rocas volcánicas lávicas, según Streckeisen (1976).

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INGEOMINAS

Figura 35. Diagrama para Clasificación de Rocas Ultramáficas según Streckeinsen (1976).

Figura 36. Clasificación de rocas volcanosedimentarias de Schmid (1981).

TAMAÑO DEL CLASTO

PIROCLASTO Bomba, bloque

64 mm Lapilli 2 mm 1/16 mm

DEPÓSITO PIROCLÁSTICO Principalmente incosolidado: Principalmente consolidado: tefra roca piroclástica Aglomerado, capa de bloques o Aglomerado, brecha bombas, tefra de bloques piroclástica Estrato, capa de lapilli o tefra de Toba de lapilli lapilli

Ceniza de grano grueso

Ceniza gruesa

Toba (ceniza) gruesa

Ceniza de grano fino (polvo)

Ceniza fina (polvo)

Toba fina (ceniza) (toba de polvo)

Figura 37. Clasificación granulométrica de piroclastos y depósitos piroclásticos unimodales bien sorteados de Schmid (1981).

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para 93 carreteras


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INGEOMINAS

MEZCLA PIROCLÁSTICOEPICLÁSTICO

VOLCÁNICO Y/O NO VOLCÁNICO

TAMAÑO DE GRANO (mm)

Conglomerado tobáceo, brecha tobácea

Conglomerado, brecha

64

Arenita tobácea

Arenita

Limolita tobácea

Limolita

Shale, lodolita tobácea

Lodolita, shale

ROCA PIROCLÁSTICA Aglomerado, brecha, piroclástica aglutinada Toba lapilli

2 Gruesa

1/16 Toba (ceniza) Fina 100%

1/256 75%

25% (Incrementa)

0% por volumen

Piroclastos

(Incrementa) Volcánicos + epiclastos no volcánicos (+ cantidades menores de constituyentes biogénicos, sedimentarios químicos y autigénicos) Figura 38. Términos para rocas mezcladas piroclásticas - epiclásticas de Schmid (1981).

Figura 39. Clasificación textural, modificada de Folk (1974).

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INGEOMINAS

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Cuarzoarenita Sublitoarenita Subarcosa Litoarenita Litoarenita feldespática Arcosa lítica Arcosa Arenisca rica en sedimentarios Arenisca rica en volcánicos Arenisca rica en metamórficos Arenisca rica en feldespato potásico 12. Arenisca rica en plagioclasa

Figura 40. Clasificación composicional de Folk (1974).

ROCAS CALCÁREAS CON TEXTURA DEPOSICIONAL RECONOCIBLE COMPONENTES ORIGINALES NO LIGADOS DURANTE LA DEPOSITACIÓN CONTIENE LODO (Micrita)

NO CONTIENE LODO (Cemento esparítico)

LODO-SOPORTADA <10% DE GRANOS

>10% DE GRANOS

MUDSTONE

WACKESTONE

GRANO-SOPORTADA

PACKSTONE

GRAINSTONE

COMPONENTES ORIGINALES LIGADOS DURANTE LA DEPOSITACIÓN

BOUNDSTONE

Figura 41. Clasificación textural para rocas calcáreas de Dunham (1962).

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Figura 42. Clasificación composicional para rocas siliciclásticas modificado de Dott, 1964, en Pettijohn et al. (1973).

Figura 43. Principales texturas en rocas metamórficas (Bard, 1986).

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Figura 44. Principales texturas en rocas metamórficas (Bard, 1986).

Figura 45. Principales texturas en rocas metamórficas (Bard, 1986).

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5.6 REGISTRO DE DATOS Se recomienda consignar los datos obtenidos en el laboratorio en el formato que se encuentran en el Anexo B (Formato F3: Toma de datos en laboratorio); en este se registrarán los aspectos estudiados de cada fracción de tamizado (forma, porosidad, fisuración, grado de meteorización, identificación y clasificación de los constituyentes).

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6. INFORME FINAL DE RESULTADOS Como ya se expresó en el capítulo 4, existe una secuencia temporal en el estudio que comprende una fase previa de análisis de la información existente, una segunda fase de trabajo en campo y toma de muestras, y una tercera fase de laboratorio y oficina; en ésta última se realiza el estudio petrográfico, los ensayos de laboratorio que determinan las propiedades geotécnicas y los trabajos de análisis de datos de campo geológicos. Una última fase es la de elaboración del informe final de resultados. A continuación se describirá la organización, contenido y presentación del informe final del análisis petrográfico de materiales pétreos realizado tanto in situ como en el laboratorio, además de los cálculos a realizar después de la toma de datos. 6.1 INFORME FINAL DE RESULTADOS DEL ANÁLISIS PETROGRÁFICO REALIZADO IN SITU El informe debe describir todos los aspectos comentados, aportar los datos y realizar las recomendaciones. Además de un resumen de todas las características y resultado de los ensayos se deben acompañar de los formatos con todos los resultados. Los capítulos de que debe contener el informe son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5.

6.

7.

8. 9.

Antecedentes y objetivos Situación geográfica y geológica Descripción general de las condiciones del terreno Sectorización geotécnica Estudio petrográfico de las muestras: en este se describirán los aspectos relevantes por muestra individual o simple, de manera independiente, para conocer la variabilidad de la fuente, y luego en conjunto, para obtener la calidad media del material Calidad del material: concepto final basado en las observaciones realizadas en campo y teniendo en cuenta las características texturales y composicionales que deben cumplir los agregados para un uso propuesto (Ver numeral 3.4) Croquis de localización mostrando el estado de la fuente y/o depósito respecto a un posible lugar de trabajo o frente de obra, señalando sus accesos, distancias aproximadas al centro de trabajo y estado de la superficie explotable del mismo Conclusiones y recomendaciones Anexos y fotografías

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INGEOMINAS 6.2 INFORME FINAL DE RESULTADOS DEL ANÁLISIS PETROGRÁFICO REALIZADO EN LABORATORIO 6.2.1

Cálculos

Después de la toma de datos, con cada uno de los rasgos analizados (forma, porosidad y fisuración, grado de meteorización y constituyentes) se calcula el porcentaje en cada fracción de tamizado de la muestra y el porcentaje promedio ponderado de toda la muestra. Se expresa el rasgo analizado (por ejemplo, porosidad) por cada tamiz sumando el número total de partículas de la fracción contada, luego se calcula cada constituyente en cada condición (para el ejemplo: porosidad muy baja, porosidad baja, porosidad media, porosidad alta y porosidad muy alta) como un porcentaje de la cantidad total (como número de partículas en porcentaje, de cada tamiz). Es conveniente calcular y registrar los porcentajes hasta décimas. La Tabla 19 es un ejemplo de la tabulación de datos. Tabla 19. Porosidad (Tomado de MICROMATCO LTDA., 2009).

POROSIDAD Muy baja Baja Media Alta Muy alta TOTAL

6.2.2

T-1" 55.9 23.5 18.1 2.3 0.2 100

FRACCIONES ANALIZADAS Porcentaje de Partículas T-3/4" T-1/2" T-3/8" No 8 No 16 71.3 86.7 88.7 90.7 83.4 17.5 12.7 8 9.3 11.3 16.8 12.4 14.7 16.1 18.5 3.4 8.2 5.8 3.9 2.1 0.4 0 0.1 0.6 0 100 100 100 100 100

No 30 84.1 13.9 18.9 1.7 0 100

Informe

El informe de la inspección petrográfica debe resumir los datos esenciales requeridos para identificar la muestra en cuanto a la fuente y el uso propuesto, e incluir una descripción de los datos esenciales sobre la composición y propiedades del material como lo revela la inspección. El reporte debe registrar los procedimientos de ensayo empleados, y dar una descripción de la naturaleza y características de cada constituyente importante de la muestra, acompañada de las tablas y fotografías que se requieran. Los hallazgos y conclusiones deben ser expresados en términos apropiados para que sean claros a quienes deben tomar decisiones acerca de la adecuación del material para su uso como agregado para un uso propuesto.

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INGEOMINAS Cuando se ha encontrado que una muestra posee propiedades o constituyentes que tienen efectos específicos desfavorables en su posible uso (de acuerdo con lo descrito en el numeral 3.4), esas propiedades deben ser descritas cualitativamente y, hasta donde sea practicable, cuantitativamente. Cuando una muestra dada no presenta características indeseables y si el informe de la inspección petrográfica no está acompañado de reportes de resultados de ensayos físicos y químicos para los cuales se pueden aplicar límites numéricos, es adecuado, decir que el material es aceptable para el uso dado, que se han hechos los ensayos de aceptación aplicables y que los resultados están dentro del límite adecuado. El informe no debe, sin embargo, contener conclusiones diferentes a las basadas en los hallazgos de la inspección a menos que se incluyan datos adicionales que se soporten en el informe petrográfico. El informe petrográfico debe incluir las recomendaciones que tienen que ver con cualquier investigación petrográfica, química, física, o geológica adicional que pueda ser requerida para evaluar propiedades adversas que se indiquen con la inspección petrográfica que se ha realizado. Las investigaciones petrográficas suplementarias pueden incluir análisis cualitativos y cuantitativos del agregado o de fracciones seleccionadas, por difracción de rayos X, métodos de diferenciación térmica, u otros procedimientos que estén dirigidos a la identificación y descripción de los constituyentes del agregado. Finalmente, se recomienda que los resultados del análisis se presenten en el formato que se encuentran en el Anexo B (Formato F4: Resultado análisis en el laboratorio).

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7. CONCLUSIONES Este documento contiene la guía metodológica preliminar para la descripción, caracterización y evaluación en campo o in situ y en el laboratorio desde el punto de vista petrográfico de agregados gruesos y finos, naturales o de trituración, que serán usados en las diferentes capas de los pavimentos. Este manual puede ser usado por geólogos de campo, petrógrafos de materiales de construcción, productores de agregados, ingenieros, constructores y otras personas que se relacionen con los pavimentos, pues tienen una herramienta adicional para caracterizar los materiales pétreos y de alguna manera, evaluar su calidad y durabilidad. Así mismo por las entidades encargadas de la ejecución de proyectos viales y por la comunidad en general, pues los resultados ofrecen un potencial en el control de la calidad de los materiales durante los procesos de producción, diseño y colocación en obra, lo cual podrá redundar en pavimentos de mayor duración para uso de la comunidad y por consiguiente una disminución importante de las inversiones en la recuperación de la red vial. Finalmente por la comunidad académica e investigativa, pues se inicia una nueva temática de investigación, en el área de materiales para ingeniería. Dada la estrecha relación entre la petrografía y el comportamiento de los pavimentos y concretos, es conveniente que este documento sea utilizado como guía de control por todas las entidades estatales y distritales, dentro de sus procesos de seguimiento a obras viales, ya que mediante sus resultados se puede establecer el desempeño que tiene un pavimento durante su vida útil.

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8. RECOMENDACIONES Como este manual de evaluación petrográfica de materiales pétreos describe los pasos a seguir para el análisis de muestras de mano en campo o in situ y para el análisis en el laboratorio de agregados gruesos y finos, naturales o de trituración, que serán usados en las diversas capas de los pavimentos; existen otros aspectos que se recomiendan ser estudiados más a fondo como son: 1. La influencia del medio ambiente o “índices climáticos” que permitan establecer la afectación de la lluvia y la temperatura en la degradabilidad de los materiales, pues ciertos materiales de similar composición petrológica pueden degradarse fácilmente en condiciones climáticas severas, mientras otros pueden ser estables en condiciones más favorables. 2. La importancia del análisis petrográfico de los materiales pétreos en las propiedades ingenieriles de los pavimentos, correlacionando las características texturales y composicionales de los materiales pétreos con las características físicas y químicas que deben tener estos materiales, en otras palabras, con los requisitos de calidad de los pavimentos y concretos para nuestro medio 3. La evaluación de la causa de los daños de las obras viales atribuibles a la deficiente calidad, pobre selección y/o mal uso de los materiales pétreos.

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APÉNDICE A

GLOSARIO

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INGEOMINAS Adhesión: estado en el cual dos superficies se mantienen unidas por los efectos interfaciales que pueden consistir en fuerzas moleculares, acción de trabazón, o ambas. Aditivo: material que se muele junto con un cemento hidráulico o se mezcla en cantidades limitadas con el mismo, ya sea como "aditivo de procesamiento" para facilitar la fabricación o manipuleo del cemento o como "aditivo funcional" para modificar las propiedades del producto acabado. Aglomerantes: materiales cementantes, ya sea cementos hidratados o productos de cemento o cal y materiales silíceos reactivos; los tipos de cemento y las condiciones de curado determinan el tipo general de aglomerante formado; también se denomina así a los materiales tales como el asfalto, las resinas y otros materiales que forman la matriz de los hormigones, morteros y lechadas arenosas. Agregado grueso: agregado predominantemente retenido sobre un tamiz de 4,75 mm (No. 4), o aquella porción retenida sobre un tamiz de 4,75 mm (No. 4). Agregado fino: agregado que atraviesa un tamiz de 9,5 mm (3/8 in.) y atraviesa casi totalmente un tamiz de 4,75 mm (No. 4) mientras que es predominantemente retenido sobre el tamiz de 75 µm (No. 200); o aquella porción que atraviesa el tamiz de 4,75 mm (No. 4) y es predominantemente retenida sobre el tamiz de 75 µm (No. 200). Agregado liviano: agregado de baja densidad, tal como (a) arcilla expandida o sinterizada, esquisto, pizarra, pizarra diatomácea, perlita, vermiculita o escoria, (b) piedra pómez natural, escoria, ceniza volcánica, tufa o diatomita, (c) ceniza fina o cenizas industriales sinterizadas, que se usa en la elaboración de hormigón liviano. Agregado reactivo: agregado que contiene sustancias capaces de reaccionar químicamente con los productos de la solución o hidratación del cemento pórtland del hormigón o mortero bajo condiciones normales de exposición, provocando en algunos casos expansión, fisuración o manchas perjudiciales. Alabastro: variedad compacta de yeso o roca de yeso, de grano finísimo y aspecto marmóreo, que es excelentemente apropiada para trabajos plásticos. Álcali: sales de metales alcalinos, principalmente sodio y potasio; específicamente el sodio y potasio que se da en los componentes del hormigón y mortero, que en los análisis químicos normalmente se expresan como los óxidos Na2O y K2O. Análisis granulométrico: determinación de la distribución granulométrica por tamizado y/u análisis sedimentario. Arcilla: material mineral natural que posee propiedades plásticas y partículas muy finas; la fracción arcillosa de un suelo generalmente se considera como la porción compuesta por

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INGEOMINAS partículas de menos de 2 µm; los minerales arcillosos son fundamentalmente silicatos de aluminio hidratados u ocasionalmente silicatos de magnesio hidratados. Arcilla expandida: agregado vesicular liviano que se obtiene calcinando materias primas adecuadas bajo condiciones controladas. Arcilla refractaria: agregado mineral térreo o rocoso cuyo componente esencial son silicatos de aluminio hidratados con o sin sílice libre; es un material plástico cuando está suficientemente pulverizado y húmedo pero rígido en estado seco y su refractariedad es adecuada para su empleo en productos refractarios comerciales. Arena: (1) material granular que atraviesa el tamiz de 9,5 mm (3/8 in.), atraviesa casi totalmente el tamiz de 4,75 mm (No. 4) y es predominantemente retenido sobre el tamiz de 75 µm (No. 200); es el resultado de la desintegración y abrasión natural de las rocas o del procesamiento de areniscas totalmente desmenuzables; (2) porción de un agregado que atraviesa el tamiz de 4,75 mm (No. 4) y es predominantemente retenido sobre el tamiz de 75 µm (No. 200); es el resultado de la desintegración y abrasión natural de las rocas o del procesamiento de areniscas totalmente desmenuzables. Arena triturada: material mineral triturado con grano máximo de 2 mm. Arena natural: arena que se produce como resultado de la desintegración y abrasión natural de las rocas. Asfalto: material cementico de color marrón oscuro o negro en el cual los componentes principales son bitúmenes naturales u obtenidos del procesamiento del petróleo. Base granular: capa granular localizada entre la subbase granular y las capas asfálticas en los pavimentos asfálticos. Cemento: aglomerante hidráulico finamente molido que, con la adición de agua, endurece tanto en el aire como bajo agua, manteniendo su resistencia al agua después de endurecer. Cemento asfáltico: asfalto fluidificado o no fluidificado especialmente preparado en cuanto a su calidad y consistencia para ser usado directamente en la fabricación de pavimentos bituminosos, y que tiene una penetración a 25 ºC (77 ºF) de entre 5 y 300, bajo una carga de 100 g aplicada durante 5 s. Cemento bituminoso: sustancia negra sólida, semisólida o líquida a temperaturas normales y apreciablemente soluble solamente en disulfuro de carbono o algún hidrocarburo líquido volátil; está compuesto por una mezcla de hidrocarburos indeterminados extraídos de depósitos naturales, y se produce como un residuo de la destilación del petróleo o se obtiene por medio de la destilación destructiva del carbón o la madera.

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INGEOMINAS Cemento con bajo contenido de álcalis: cemento pórtland que contiene una cantidad relativamente pequeña de sodio o potasio o ambos; cemento pórtland que no contiene más de 0,60 por ciento de Na2O equivalente, es decir, porcentaje Na2O + 0,658 x porcentaje K2O. Cemento pórtland: cemento hidráulico que se produce pulverizando clinker de cemento pórtland y que generalmente contiene sulfato de calcio. Ceniza volante: residuo finamente dividido, resultado de la combustión de carbón molido o en polvo, que es transportado por los gases de escape desde el hogar a través de la caldera. Concreto: material compuesto que consiste esencialmente en un medio ligante dentro del cual hay partículas o fragmentos de agregado, generalmente una combinación de agregado fino y agregado grueso; en el hormigón de cemento pórtland el ligante es una mezcla de cemento pórtland y agua. Concreto asfáltico: mezcla de cemento asfáltico y agregados. Control de la calidad: acciones que toma un fabricante o contratista para implementar un control sobre lo que se fabrica o provee de manera de seguir las normas de buena práctica aplicables para el trabajo en cuestión. Emulsiones: son dispersiones de agregados minerales finos de grano escalado y aglomerantes bituminosos en agua, que sirven para el sellado y revestimiento de superficies de circulación. Ensayo: prueba, examen, observación o evaluación que se usa para medir una característica física o química de un material, o una característica física de una estructura o elemento estructural. Escoria de alto horno: producto no metálico, compuesto fundamentalmente por silicatos y alumino-silicatos de calcio y otras bases, que se produce simultáneamente con la fusión del mineral de hierro en un alto horno. Factor de durabilidad: medida de la variación de una propiedad de un material en función del tiempo en respuesta a su exposición a una influencia que puede provocar deterioro, generalmente expresado como porcentaje del valor de la propiedad antes de la exposición. Filler: material inerte finamente dividido tal como caliza pulverizada, sílice o sustancias coloidales que algunas veces se agregan a la pintura al cemento pórtland u otros materiales para reducir la retracción, mejorar la trabajabilidad o actuar aumentar s u volumen; material que se usa para tapar una abertura en un encofrado.

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INGEOMINAS Grava: (1) material granular predominantemente retenido en el tamiz de 4,75 mm (No. 4) y que se produce como resultado ya sea de la desintegración y abrasión natural de las rocas o bien del procesamiento de conglomerados con adherencia débil; (2) Porción de un agregado retenido sobre el tamiz de 4,75 mm (No. 4) y que se produce como resultado ya sea de la desintegración y abrasión natural de las rocas o bien del procesamiento de conglomerados con adherencia débil. Grava triturada: producto que resulta de la trituración artificial de grava donde un porcentaje mínimo especificado de fragmentos tienen una o más caras producidas por fracturación. Gradación granulométrica: distribución de las partículas de un material granular en diferentes tamaños; generalmente se expresa en términos de porcentajes acumulados mayores o menores que cada uno de una serie de tamaños (aberturas de tamiz) o porcentajes entre ciertos rangos de tamaños (aberturas de tamiz). Materias primas silíceas o recursos silíceos: recursos minerales naturales con contenidos de SiO2 de >95 %. Se usan en la fabricación de vidrio, en fundiciones ferrosas y no ferrosas en ciertos procesos químicos y metalúrgicos, como material de relleno en la fabricación de algunos productos manufacturados en el filtrado de fluidos, en operación de maquinaria y en un gran cantidad de usos menores como son la cerámica, fabricación de silicato de sodio, elaboración de arenas y productos refractarios, cultivos hidropónicos y ornamentales, etc. Mortero: mezcla de pasta cementicia y agregado fino; en el hormigón fresco, material que ocupa los intersticios entre las partículas de agregado grueso; en las construcciones de mampostería el mortero puede contener cemento de albañilería o cemento hidráulico y cal (y posiblemente otros aditivos) para lograr mayor plasticidad y trabajabilidad que las que se obtienen con el mortero estándar de cemento hidráulico. Muestra: grupo de unidades o porción de material que se toma respectivamente de un conjunto mayor de unidades o de una cantidad mayor de material; sirve para obtener información que se puede utilizar como base para definir acciones a seguir en relación con el mayor conjunto o cantidad o sobre el proceso de producción; el término también se utiliza en el sentido de una muestra de observaciones. Muestra compuesta: es la cantidad de material que comprende todas las muestras simples. Muestra parcial: es la cantidad de material cuya masa no debe ser menor de mil gramos, y que es obtenida de una muestra simple o compuesta. Muestra simple: es la cantidad de material que se extrae de un solo sondeo o tamaño, de una sola vez de la fuente de abastecimiento.

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INGEOMINAS Núcleo o testigo: probeta cilíndrica de hormigón endurecido o roca que se obtiene por medio de una barrena o taladro circular. Número de tamiz: número que se usa para designar el tamaño de un tamiz, generalmente el número aproximado de aberturas por pulgada lineal; se aplica a tamices cuyas aberturas son menores que 6,3 mm (1/4 in.). Pavimento: conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales, que se diseñan y construyen técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la Subrasante de una vía y deben resistir adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del tránsito le transmite durante el período para el cual fue diseñada la estructura y el efecto degradante de los agentes climáticos. Pavimento flexible: tipo de pavimento constituido por una capa de rodadura bituminosa (mezcla asfáltica) apoyada generalmente sobre capas de material no ligado. Pavimento rígido: es aquel que fundamentalmente está constituido por una losa de concreto hidráulico, apoyada sobre la subrasante o sobre una capa de material seleccionado, la cual se denomina subbase del pavimento rígido. Piedra artificial: son rocas fabricadas partir de materiales minerales que pueden utilizarse económicamente en forma de piedras labradas como arriba mencionado. Piedra labrada: son piedras naturales compactas, sin exfoliación esquistosa, que pueden servir, en forma de piezas geométricas más o menos regulares y con determinadas medidas (sillares), en obras artesanales y decorativas (roca ornamental). Piedra triturada: producto que resulta de la trituración artificial de grandes rocas; la mayoría de las caras poseen bordes bien definidos y son el resultado de la trituración. Puzolana: material silíceo o silíceo y aluminoso que en sí mismo posee escaso valor cementicio pero que, en forma finamente dividida y en presencia de humedad, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio a temperaturas habituales formando compuestos que poseen propiedades cementicias. Puzolana natural: material natural sin procesar o calcinado que tiene propiedades puzolánicas (por ejemplo, ceniza volcánica o pumicita, chert opalino y esquistos, tufa y algunas tierras diatomáceas.) Reacción álcali-agregado: reacción química que se produce ya sea en el mortero o en el hormigón entre los álcalis (sodio y potasio) del cemento pórtland y otras fuentes y ciertos componentes de algunos agregados; bajo ciertas condiciones puede producir una expansión perjudicial del mortero u hormigón.

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para113 carreteras


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍAY MINERÍA

INGEOMINAS Reacción álcali-carbonato: reacción entre los álcalis (sodio y potasio) del cemento pórtland y ciertas rocas carbonatadas, particularmente la dolomita calcítica y las calizas dolomíticas, presentes en algunos agregados; los productos de la reacción pueden provocar la expansión o fisuración anormal del hormigón bajo condiciones de servicio. Reactividad alcalina (de los agregados): susceptibilidad de los agregados a la reacción álcali-agregado. Reacción álcali-sílice: reacción entre los álcalis (sodio y potasio) del cemento pórtland y ciertas rocas o minerales silíceos, tales como el chert opalino, el cuarzo bajo tensión y el vidrio volcánico acido, presentes en algunos agregados; los productos de la reacción pueden provocar la expansión o fisuración anormal del hormigón bajo condiciones de servicio. Resinas epóxicas: una clase de sistemas orgánicos de adherencia química que se utilizan en la preparación de recubrimientos o adhesivos especiales para hormigón, o como ligantes en morteros y hormigones. Roca carbonatada: calizas, dolomías. Roca de yeso: (“yeso bruto“) consiste, según el grado de pureza, en porcentajes diferentes de dihidrato de calcio sulfático, con proporciones menores de anhidrita, arcilla y carbonato; además pueden presentarse cuarzo secundario y sales solubles. Roca de anhidrita: contiene, al lado de anhidrita (CaSO4), proporciones menores de yeso, arcilla, carbonato y sales solubles (con más frecuencia que roca de yeso). Rocas naturales: toda roca que pueda obtenerse en bloques o piezas de cierto tamaño que permitan su utilización o comercialización, por lo que sus propiedades constructivas deben mantenerse constantes a lo largo de sus etapas de transformación. Roca ornamental: piedra natural que ha sido seleccionada, desbastada o cortada con una determinada forma o tamaño con o sin una o más superficies tratadas mecánicamente. Roca sulfatada: con yeso y anhidrita. Sillar: piedra labrada que se usa en construcción, normalmente de sección rectangular y forma paralelepípeda. Subbase granular: se denomina subbase granular a la capa granular localizada entre la subrasante y la base granular en los pavimentos asfálticos o la que sirve de soporte a los pavimentos de concreto hidráulico. Subrasante: superficie especialmente acondicionada sobre la cual se apoya la estructura del pavimento. Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para114 carreteras


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍAY MINERÍA

INGEOMINAS

Tamiz: equipo para separar materiales granulares de acuerdo con el tamaño de las partículas por medio de tejidos de alambre u otros dispositivos similares con aberturas de tamaño uniforme espaciadas regularmente. Trabazón de los agregados: efecto que se produce cuando parte de las partículas de los agregados a un lado de una junta o fisura del hormigón sobresalen y se introducen en cavidades al otro lado de la unión o fisura de manera de transferir carga en corte y mantener la alineación.

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para115 carreteras


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍAY MINERÍA

INGEOMINAS

ANEXO A

DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESOS

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


DF1: ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE LOS MATERIALES PÉTREOS IN SITU INVESTIGACIÓN PRELIMINAR DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS CONDICIONES DEL TERRENO IDENTIFICACIÓN FORMATO F1

DESCRIPCIÓN GENERAL

SECTORIZACIÓN

DESCRIPCIÓN DE LAS ZONAS TOMA DE MUESTRAS INSPECCIÓN PETROGRÁFICA

ANÁLISIS DE MICROSCOPIA SEMIDETALLADA FORMA Y TAMAÑO DE LOS GRANOS COLOR

FIGURAS C1 Y C2 CARTA DE COLORES DE ROCA

SECUENCIAL (O SERIADA)

TEXTURA

ESTRUCTURA

FORMATO F2

FIGURA C3

VÍTREA

FIGURA C4

CLÁSTICA

FIGURA C5

BLÁSTICA

FIGURA C6

DEFORMADA

FIGURA C7

HOMOGÉNEA O MASIVA

FIGURA C8

BANDEADA

FIGURA C9

NODULOSA

FIGURA C10

BRECHOIDE

FIGURA C11

CRISTALINA MASIVA-CMA FÁBRICA

CRISTALINA FOLIADA-CFO CLÁSTICA CEMENTADA-CCE CLÁSTICA CONSOLIDADA-CCO MUY BAJA BAJA

POROSIDAD

MEDIA

TABLA C12 FIGURA C13

ALTA MUY ALTA IDENTIFICACIÓN DE LOS CONSTITUYENTES

FIGURA C14

FRESCA GRADO DE METEORIZACIÓN

DECOLORADA DESINTEGRADA

TABLA C15

DESCOMPUESTA RESISTENCIA

TABLA C16

Geól. Nydia Romero Buitrago (Modificado de MICROMATCO LTDA., 2009)

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


DF2: ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE LOS MATERIALES PÉTREOS EN LABORATORIO-BASE Y SUBBSASE GRANULARES OBJETIVOS

MUESTRA

TABLAS 6 Y 7

TAMIZADO, LAVADO Y SECADO

TAMICES SUPERIORES AGREGADOS >4.75mm

GRANULOMETRÍAS ADMISIBLES

TAMICES INFERIORES AGREGADOS < 4.75mm 50gr/tamiz Cuarteo

FIGURA 14

150 partículas/tamiz 150 partículas/tamiz MICROSCOPIA SEMIDETALLADA LUPAS Y ESTEREOMICROSCOPIO BINOCULAR

EXAMEN VISUAL FORMA

FORMATO F3 FIGURA D1

MUY BAJA POROSIDAD Y FISURACIÓN

BAJA MEDIA

TABLA D2

ALTA MUY ALTA SIN METEORIZACIÓN LEVE GRADO DE METEORIZACIÓN

MODERADA

TABLA D4

SEVERA EXTREMA IDENTIFICACIÓN DE LOS CONSTITUYENTES

TABLAS D5, D6 Y D7

Geól. Nydia Romero Buitrago (Modificado de MICROMATCO LTDA., 2009)

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


DF3: ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE LOS MATERIALES PÉTREOS EN LABORATORIO MEZCLAS DE CONCRETO/MORTERO HIDRÁULICO Y/O MEZCLAS ASFÁLTICAS OBJETIVOS

MUESTRA

TABLAS 6 Y 7

TAMIZADO, LAVADO Y SECADO

TAMICES SUPERIORES AGREGADOS >4.75mm

GRANULOMETRÍAS ADMISIBLES

TAMICES INFERIORES AGREGADOS < 4.75mm 50gr/tamiz

150 partículas/tamiz

Cuarteo

FIGURA 14

150 partículas/tamiz MICROSCOPIA SEMIDETALLADA

MICROSCOPIA DETALLADA

LUPAS Y ESTEREOMICROSCOPIO BINOCULAR

MICROSCOPIO DE LUZ TRANSMITIDA SECCIÓN DELGADA (SD)

EXAMEN VISUAL FORMA

FORMATO F3 FIGURA E1

MUY BAJA BAJA POROSIDAD Y FISURACIÓN

MEDIA

TABLA E2

ALTA MUY ALTA TAMAÑO Y, FORMA

TABLAS E4 Y E5

SIN METEORIZACIÓN LEVE GRADO DE METEORIZACIÓN

MODERADA

FIGURA E6 TABLA D4

SEVERA EXTREMA IDENTIFICACIÓN DE LOS CONSTITUYENTES

FIGURAS E7 A E21

Geól. Nydia Romero Buitrago (Modificado de MICROMATCO LTDA., 2009)

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍAY MINERÍA

INGEOMINAS

ANEXO B

FORMATOS

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


INSTITUTO COLOMBIANO DE PROYECTO: GEOLOGÍA Y MINERÍA

INGEOMINAS ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE MATERIALES PÉTREOS

ELABORADO POR:

FECHA:

DÍA

MES

AÑO

PÁGINA:

F1: DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA FUENTE DATOS GENERALES NOMBRE DE LA FUENTE: No DE FUENTE: CÓDIGO: TÍTULO MINERO: DEPARTAMENTO: MUNICIPIO: CORREGIMIENTO: VEREDA: CARRETERA: ACCESO: COTA (m): ABSCISA: PLANCHA: COORDENADAS: X: Y: FORMACIÓN GEOLÓGICA: CANTERA ALUVIÓN NO DESARROLLADA EN OPERACIÓN TIPO DE FUENTE: ESTADO:

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS CONDICIONES DEL TERRENO

DESCRIPCIÓN BÁSICA DE CADA ZONA ZONA I:

ZONA II:

ZONA III:

ZONA IV:

ZONA V:

ZONA VI:

OTRAS OBSERVACIONES:

REGISTRO FOTOGRÁFICO: ORIENTACIÓN/NUMERO

ESQUEMA No 1

DESCRIPCIÓN

ESQUEMA No 2

ZONA/NÚMERO

ROTULADO

REGISTRO DE MUESTRAS OBSERVACIÓN ZONA/NÚMERO

ROTULADO

OBSERVACIÓN

ELABORADO POR: GEÓL. NYDIA ROMERO BUITRAGO

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


PROYECTO:

INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA

RECOLECTOR:

INGEOMINAS ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE MATERIALES PÉTREOS

FECHA:

No DE MUESTRA:

DÍA

MES

AÑO

ZONA:

F2: TOMA DE DATOS IN SITU DATOS GENERALES NATURAL

TIPO DE AFLORAMIENTO: TOMA:

CORTE

LOCALIZACIÓN:

POZO

TOLVA

EXCAVACIÓN MÉTODO DE MUESTREO:

BANDA TRANSPORTADORA

X:

Y:

DEPÓSITO APILADO

FRENTE DE OBRA PESO (Kg):

ALTURA (m):

DIMENSIONES (cm):

DESCRIPCIÓN PETROGRÁFICA REDONDEZ

FORMA:

1

2

COLOR:

3

4

5

ESTRUCTURA:

MASIVA

BANDEADA

POROSIDAD:

MUY BAJA

BAJA

NODULOSA

MEDIA

6

ESFERICIDAD

SECUENCIAL

TEXTURA:

CMA

MUY ALTA TIPO DE ROCA:

I

TAMAÑO (mm):

BLÁSTICA CFO

ÍGNEA

COMPOSICIÓN (% de constituyentes principales):

GRADO DE METEORIZACIÓN OTRAS OBSERVACIONES:

ALTA

CLÁSTICA

BRECHOIDE FABRICA:

ALTA

BAJA

VÍTREA

DEFORMADA

CCE

CCO

METAMÓRFICA

SEDIMENTARIA

NOMBRE:

IIA

IIB

IIC

IID

III

IV

R0

RESISTENCIA:

R1

R2

R3

R4

R5

R6

REGISTRO FOTOGRÁFICO: ORIENTACIÓN/NUMERO

DESCRIPCIÓN

ESQUEMA No 1

ELABORADO POR: GEÓL. NYDIA ROMERO BUITRAGO

PROYECTO:

INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA

RECOLECTOR:

INGEOMINAS ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE MATERIALES PÉTREOS

FECHA:

No DE MUESTRA:

DÍA

MES

AÑO

ZONA:

F2: TOMA DE DATOS IN SITU DATOS GENERALES NATURAL

TIPO DE AFLORAMIENTO: TOMA:

CORTE

LOCALIZACIÓN:

POZO

TOLVA

EXCAVACIÓN MÉTODO DE MUESTREO:

BANDA TRANSPORTADORA

X:

Y:

DEPÓSITO APILADO

FRENTE DE OBRA PESO (Kg):

ALTURA (m):

DIMENSIONES (cm):

DESCRIPCIÓN PETROGRÁFICA FORMA:

REDONDEZ

1

2

COLOR: ESTRUCTURA:

3

4

5

MASIVA

BANDEADA

NODULOSA

MUY BAJA BAJA MEDIA ALTA POROSIDAD: COMPOSICIÓN (% de constituyentes principales):

GRADO DE METEORIZACIÓN OTRAS OBSERVACIONES:

I

IIA

IIB

6

ESFERICIDAD

SECUENCIAL

TEXTURA:

VÍTREA

BRECHOIDE FABRICA: MUY ALTA TIPO DE ROCA:

BAJA

ALTA

CLÁSTICA CMA ÍGNEA

TAMAÑO (mm):

BLÁSTICA CFO

DEFORMADA

CCE

CCO

METAMÓRFICA

SEDIMENTARIA

NOMBRE:

IIC

IID

III

IV

RESISTENCIA:

R0

R1

R2

R3

R4

REGISTRO FOTOGRÁFICO: ORIENTACIÓN/NUMERO

DESCRIPCIÓN

ESQUEMA No 1

ELABORADO POR: GEÓL. NYDIA ROMERO BUITRAGO

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras

R5

R6


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA

CLASE MATERIAL: SEMIDETALLADO

ANÁLISIS:

INGEOMINAS

ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE ANALISTA: MATERIALES PÉTREOS DÍA FECHA: F3: TOMA DE DATOS EN LABORATORIO DATOS GENERALES FUENTE: PESO (Kg):

PROCEDENCIA: SERIE DE TAMICES:

No DE MUESTRA:

DETALLADO No SD:

NOMBRE Y APELLIDO/ EMPRESA/PROYECTO:

MES

AÑO

TIPO DE FUENTE: No DE LABORATORIO:

PÁGINA: CANTERA

ALUVIÓN O.T. No:

TAMIZ: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

No PART.:

TAMIZ: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

No PART.:

TAMIZ: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Mb Ba Me Al Ma

Mb Ba Me Al Ma

Mb Ba Me Al Ma

Mb Ba Me Al Ma

I II III IV V

I II III IV V

I II III IV V

I II III IV V

No PART.:

COMPOSICIÓN

φ-FIS.

No PART.:

º MET.

FORMA

DESCRIPCIÓN PETROGRÁFICA TAMIZ: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Geól. Nydia Romero Buitrago (Modificado de MICROMATCO LTDA., 2009) ABREVIATURAS POROSIDAD Y FISURACIÓN (φ-FIS.): Muy baja (Mb)-Baja (Ba)-Media (Me)-Alta (Al)-Muy alta (Ma). GRADO DE METEORIZACIÓN (º MET.): Sin meteorización (I)-Leve (II)-Moderada (III)-Severa (IV)-Extrema (V).

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INGEOMINAS

CLASE MATERIAL:

PROCEDENCIA: SERIE DE TAMICES:

No DE MUESTRA:

DETALLADO No SD:

NOMBRE Y APELLIDO/ EMPRESA/PROYECTO:

ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE ANALISTA: MATERIALES PÉTREOS FECHA: F4: RESULTADO ANÁLISIS EN LABORATORIO DATOS GENERALES FUENTE: PESO (Kg):

SEMIDETALLADO

ANÁLISIS:

DÍA

MES

AÑO

TIPO DE FUENTE: No DE LABORATORIO:

PÁGINA: No 1 CANTERA

ALUVIÓN O.T. No:

METODOLOGÍA Descripción de los procedimientos de ensayo empleados para el análisis petrográfico. Se recomienda hacer una síntesis de la metodología descrita en los numerales 5.4 y 5.5. DESCRIPCIÓN PETROGRÁFICA

GRADO DE METEORIZACIÓN

POROSIDAD Y FISURACIÓN

Muy angular

Angular

Esfericidad

Discoidal Subdiscoidal Esférica Subprismoidal Prismoidal Total

0.0 0.0 0.0 3.0 0.0 3.0

1.5 5.3 0.0 0.0 0.8 7.6

Esfericidad

Discoidal Subdiscoidal Esférica Subprismoidal Prismoidal Total

0.0 … … … … …

1.5 … … … … …

Esfericidad

FORMA

Descripción general de la esfericidad y redondez de los agregados. Se debe reportar los datos obtenidos en la siguiente tabla, especificando la clasificación de los agregados en porcentaje al 100% por tamiz:

Discoidal Subdiscoidal Esférica Subprismoidal Prismoidal Total

… … … … … …

… … … … … …

Redondez Subangular Subredondeado Tamiz No A 6.1 0.0 2.3 5.3 2.3 9.1 38.6 17.4 2.3 3.0 51.5 34.8 Tamiz No: B 6.1 0.0 … … … … … … … … … … Tamiz No: … … … … … … … … … … … … …

Redondeado

Bien redondeado

0.0 0.8 0.0 2.3 0.0 3.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 … … … … …

0.0 … … … … …

… … … … … …

… … … … … …

Total 7.6 13.6 11.4 61.4 6.1 100 Total 7.6 … … … … 100 Total … … … … … 100

Descripción y clasificación de las porosidad total presente en los agregados. Se recomienda reportar los datos obtenidos en la siguiente tabla, especificando la clasificación de los agregados en porcentaje al 100% por tamiz: POROSIDAD Y FISURACIÓN Muy baja Baja Media Alta Muy alta TOTAL

T-1" 55.9 23.5 18.1 2.3 0.2 100

T-3/4" 71.3 17.5 16.8 3.4 0.4 100

FRACCIONES ANALIZADAS Porcentaje de partículas T-1/2" T-3/8" No 8 86.7 … … … … … … … … … … … … … … 100 100 100

No 16 … … … … … 100

No 30 … … … … … 100

Descripción y clasificación de las porosidad total presente en los agregados. Se recomienda reportar los datos obtenidos en la siguiente tabla, especificando la clasificación de los agregados en porcentaje al 100% por tamiz: GRADOS DE METEORIZACIÓN Sin meteorización Leve Moderada Severa Extrema TOTAL

T-1" 55.9 23.5 18.1 2.3 0.2 100

T-3/4" 71.3 17.5 16.8 3.4 0.4 100

FRACCIONES ANALIZADAS Porcentaje de partículas T-1/2" T-3/8" No 8 86.7 … … … … … … … … … … … … … … 100 100 100

No 16 … … … … … 100

No 30 … … … … … 100

Geól. Nydia Romero Buitrago (Modificado de MICROMATCO LTDA., 2009)

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA

CLASE MATERIAL: SEMIDETALLADO

ANÁLISIS:

INGEOMINAS

DETALLADO No SD:

NOMBRE Y APELLIDO/ EMPRESA/PROYECTO:

ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE ANALISTA: MATERIALES PÉTREOS DÍA FECHA: F4: RESULTADO ANÁLISIS EN LABORATORIO DESCRIPCIÓN PETROGRÁFICA

MES

AÑO

PÁGINA: No 2

Descripción y clasificación por tipo de constituyente presente en los agregados. Se recomienda reportar los datos obtenidos en la siguiente tabla, especificando la clasificación de los agregados en porcentaje al 100% por tamiz:

CONSTITUYENTES Y COMPOSICIÓN

PORCENTAJE INDIVIDUAL RETENIDO EN EL TAMIZ Constituyentes ORIGEN Andesita-Basalto Toba VOLCÁNICO Tonalita Gabro Arenisca Calcárea Conglomerado Calcáreo SEDIMENTARIO Caliza Chert METAMÓRFICO Cuarcita Cuarzo Calcita MONOMINERALES Opacos Plagioclasa TOTAL

CONCLUSIONES

T-1/2"

T-3/8"

T-No 4

T-No 10

T-No 40

T-No 80

T-No 200

69,3 7,8 2,4 1,0 1,0 2,4 2,9 8,8 4,4 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0

47,8 11,9 3,1 1,9 2,5 3,1 4,4 20,8 4,4 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0

41,8 14,9 … … … … … … … … … … … 100,0

… … … … … … … … … … … … … 100,0

… … … … … … … … … … … … … 100,0

… … … … … … … … … … … … … 100,0

… … … … … … … … … … … … … 100,0

Composición de la muestra CONSTITUYENTES VOLCÁNICOS SEDIMENTARIOS METAMÓRFICOS MONOMINERALES TOTAL

RECOMENDACIONES

COMPOSICIÓN DE FRACCIONES RETENIDAS EN LOS TAMICES Porcentaje de Partículas

T-1/2" 80,49 15,1 4,4 0,0 100,00

T-3/8" 64,78 30,8 4,4 0,0 100,00

T-No 4 … … … … 100,00

Porcentaje de Partículas T-No 10 T-No 40 … … … … … … … … 100,00 100,00

T-No 80 … … … … 100,00

T-No 200 … … … … 100,00

Descripción de los hallazgos y conclusiones, expresadas en términos apropiados.

Por ejemplo: •

Más del 63% de la muestra corresponde a rocas de origen ígneo altamente resistente, de muy baja porosidad, no fracturadas, mezclado con otras rocas que presentan características similares.

Mención de las principales recomendaciones sugeridas para el material de acuerdo a los resultados obtenidos. Se recomienda tener en cuenta los criterios descritos en el numeral 3.4. Por ejemplo: Con base en el análisis microscópico, en algunos agregados se identificaron características que los hacen potencialmente reactivos los cuales representan el 61.5% en promedio de la muestra, para ser usados en mezclas de concreto se recomiendan las siguientes acciones…..:

Geól. Nydia Romero Buitrago (Modificado de MICROMATCO LTDA., 2009)

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA

INGEOMINAS

CLASE MATERIAL: ANÁLISIS:

SEMIDETALLADO

DETALLADO No SD:

NOMBRE Y APELLIDO/ EMPRESA/PROYECTO:

FOTOGRAFÍAS

ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE ANALISTA: MATERIALES PÉTREOS DÍA MES AÑO FECHA: PÁGINA: No 3 F4: RESULTADO ANÁLISIS EN LABORATORIO DESCRIPCIÓN PETROGRÁFICA Descripción de las fotografías tomadas a las muestras bajo el estereomicroscopio y/o microscopio de luz transmitida (en nicoles nicol paralelos y/o nicoles cruzados), de tamaño 6x7cm, donde se describirán los aspectos texturales y composicionales de las partículas. Es de resaltar que las fotos deben presentar una escala gráfica. Se deja a criterio del analista el número de fot fotos que acompañaran el informe.

Fotografías de agregados alterados bajo el estéreo microscopio, mostrando….

Fotografías de agregados alterados bajo el microscopio de luz transmitida, mostrando….

Geól. Nydia Romero Buitrago (Modificado de MICROMATCO LTDA., LTDA. 2009) .

grafía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras Manual preliminar de petrografía


INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍAY MINERÍA

INGEOMINAS

ANEXO C

FIGURAS, TABLAS Y ESQUEMAS PARA LA INSPECCIÓN PETROGRÁFICA DE MUESTRAS IN SITU

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


ALTA ESFERICIDAD

ESFERICIDAD

BAJA ESFERICIDAD MUY ANGULAR 1

Figura C1. Comparador de tamaño de grano (Tomado de Tucker, 2003)

Figura C3.Textura secuencial (o seriada) (Modificado de Williams et al., 1983)

ANGULAR 2

SUBANGULAR SUBREDONDEADO REDONDEADO BIEN REDONDEADO 3 4 5 6 REDONDEZ

Figura C2. Redondez y esfericidad de las partículas (Tomado de Powers, 1953).

Figura C4.Textura vítrea (Modificado de Williams et al., 1983).

Figura C5.Textura clástica (Modificado de Williams et al., 1983)

Figura C7. Textura deformada (Modificado de Williams et al., 1983) Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras

Figura C6. Textura blástica (Modificado de Williams et al., 1983)


Figura C8. Estructura homogénea o masiva (Modificado de Williams et al., 1983)

Figura C9. Estructura bandeada(Modificado de Williams et al., 1983)

POROSIDAD Muy baja Baja Media Alta Muy alta

Figura C10. Estructura nodulosa (Modificado de Williams et al., 1983)

1%

2%

3%

Figura C11. Estructura brechoide (Modificado de Williams et al., 1983)

RANGO <4% de 4 a 8% de 8 a 16% de16 a 32% >32%

Tabla C12: clasificación de porosidad (Tomado de Archie, 1952; Sander, 1967, en Alonso, 2006)

5% 7% 10% 15% 20% 25% Figura C13. Carta de estimación de porcentajes (Tomado de Compton, 1985)

30%

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras

40%

50%


Todos los granos visibles TAMAÑO DEL GRANO

● ● ●

Mayoría de los granos visibles Algunos granos visibles

FORMA DE LOS GRANOS

Cristales euhedrales entrelazados

Intermedio Claro

● ● ○ ○

Capas o bandas alternadas por color Fósiles Reacción al ácido clorhídrico

● Característica esencial ○ Característica ocasional

● ●

● ● ○ ○ ○ ● ○ ○ ○ ○

Anfibolita

Neis

● ● ●

○ ● ○

1

○ ○

Esquisto

Pizarra

Cuarcita

● ●

○ ○ ○ ● ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ●

Característica no diagnóstica para el tipo de roca

○ ○ ○ ● ●

○ ○

○ ○ ○ ○

Hornfelsa

Chert

Caliza

Shale

Arcillolita

METAMÓRFICAS

○ ○

● ○ ○ ● ○

Vesículas OTRAS CARACTERÍSTICAS

Limolita

● ● ●

Fragmentos angulares

COLOR

Arenisca

○ ○ ○ ● ● ● ● ● ● ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ●

Granos redondeados

Oscuro

Toba

Obsidiana

Pumita

Riolita

Andesita

Basaltos

Granito

Gabro

CARACTERÍSTICA

Diorita

TIPO DE ROCA

Conglomerado

SEDIMENTARIAS

Mármol

ÍGNEAS Volcánicas

Aglomerado

Plutónicas

○ ○ ○ ○ ○ ○

○ ● ○

○ ○ ●2 ●2 ● ○ ●

1 Hornfelsas moteadas 2 Superficie con viso o brillo lustroso

Figura C14. Esquema de clasificación de rocas (Tomado de Smith, 1997)

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


Grado de meteorización I

Denominación

Criterios de reconocimiento

Fresca

No se observan signos de meteorización. Se observan cambios en el color original de la muestras. Es conveniente indicar el grado de cambio: • Ligeramente <10%. • Moderadamente de 10% a 35% • Altamente de 35% a 75% • Extremadamente >75 Se debe mencionar si se observa que el cambio de color se restringe a uno o algunos minerales. La roca se ha alterado al estado de un suelo, manteniéndose la fábrica original. La roca es friable, pero los granos minerales no están descompuestos. La roca se ha alterado al estado de un suelo, alguno o todos los minerales están descompuestos.

IIA IIB IIC IID

Decolorada

III

Desintegrada

IV

Descompuesta

Tabla C15. Descripción del grado de meteorización in situ (Modificado de González de Vallejo et al., 2002).

Descripción

Identificación de campo

R0

Roca extremadamente blanda

R1

Roca muy blanda

R2

Roca blanda

R3

Roca moderadamente dura

R4

Roca dura

R5 R6

Roca muy dura Roca extremadamente dura

Se puede marcar con la uña. Al golpear con la punta del martillo la roca se desmenuza. Con navaja se talla fácilmente. Al golpear con la punta del martillo se producen ligeras marcas. Con la navaja se talla con dificultad. Con un golpe fuerte del martillo puede fracturarse. Con la navaja no puede tallarse. Se requiere más de un golpe del martillo para fracturarla. Se requiere muchos golpes del martillo para fracturarla. Al golpear con el martillo sólo saltan esquirlas.

≈ Resistencia a la compresión (MPa) 0,25 – 1,0 1,0 – 5,0 5,0 – 25 25 – 50 50 – 100 100 – 250 > 250

Tabla C16. Resistencia a partir de índices de campo (Tomado de ISRM en González de Vallejo et al., 2002).

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INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍAY MINERÍA

INGEOMINAS

ANEXO D

FIGURAS, TABLAS Y ESQUEMAS PARA LA INSPECCIÓN PETROGRÁFICA DE MUESTRAS EN EL LABORATORIOANÁLISIS DE MICROSCOPIA SEMIDETALLADA

Manual preliminar de petrografía aplicada al estudio de materiales pétreos para carreteras


REDONDEZ Angular

Subangular

Subredondeado Redondeado

Bien redondeado

2%

3%

5%

7%

10%

Esférica

1%

Subprismoidal

ESFERICIDAD

Subdiscoidal

Discoidal

Muy angular

Prismoidal

15% 20% 25% 30% 40% 50% Figura D3. Carta de estimación de porcentajes (Tomado de Compton, 1985)

Figura D1. Escala de redondez y esfericidad de (Tomado de Powers, 1982). POROSIDAD RANGO Muy baja <4% Baja de 4 a 8% Media de 8 a 16% Alta de16 a 32% Muy alta >32% Tabla D2: Clasificación de porosidad (Tomado de Archie, 1952; Sander, 1967, en Alonso, 2006)

Grado de meteorización

Denominación

I

Sin meteorización

II

Leve

III

Moderada

IV

Severa

V

Extrema

Criterios de reconocimiento Denominada también roca sana o roca no meteorizada. No posee ningún grado de descomposición, no se encuentra teñida ni descolorada y se puede distinguir todas sus características texturales y estructurales sin dificultad. Solamente con ayuda de la lupa se pueden distinguir minerales teñidos aislados. Si existen micas y feldespatos, estos se encuentran lustrosos. La superficie de la roca se encuentra descolorada y/o los minerales teñidos u oxidados. Los colores más comunes en que suele teñirse son: pardo anaranjado, pardo, pardo rojizo, marrón, ocre, pardo amarillento, etc. Esta presencia de manchas de coloraciones muy tenues o coloraciones más fuertes se extiende sobre un área menor a un 10% de la superficie del agregado. Presencia de manchas de oxido de fierro notorias en tonalidad como en extensión entre el 10% y el 35% de la superficie del agregado, además de una ligera descomposición de los feldespatos. Presencia de manchas de oxido de fierro con coloraciones fuertes que abarcan una extensión entre el 35% y 75% de la superficie del agregado. Presencia de manchas de oxido de fierro con coloraciones muy fuertes que abarcan una extensión mayor al 75% de la superficie del agregado.

Tabla D4. Descripción del grado de meteorización en laboratorio (Modificado de Moye, 1955, Deere & Patton, 1971, McLemore et al., 2008, y Micromatco Ltda., 2009).

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COLOR

CLARO

ÍNDICE DE COLOR

10

15

20

25

OSCURO

CUARZO

>10%

<10%

>10%

<10%

20

20

25

50

>10%

95

<10%

Principalmente Px y/o Ol

FELDESPATO

Kfs>2/3 del Total de Fsp

Kfs/3-2/3 del Total de Fsp

Pl >2/3 del Total de Fsp Kfs>10% del Total de Fsp Pls

Plc

PRINCIPALES MINERALES ACCESORIOS

Hbl, Bt, Ms

Hbl, Bt, Px

Hbl, Bt, Px

Px, Ol

Serpentina Minerales de Hierro

FANERÍTICA

EQUIGRANULAR

Granito

Sienita

Cuarzo Monzonita

Monzonita

Granodiorita

Cuarzo Diorita/Tonalita

Diorita

Gabro

Peridotita

MATRIZ FANERÍTICA

Granito Porfirítico

Sienita Porfirítica

Cuarzo Monzonita Porfirítica

Monzonita Porfirítica

Granodiorita Porfirítica

Cuarzo Diorita/Tonalita Porfirítica

Diorita Porfirítica

Gabro Porfiritico

Peridotita Porfirítica

Dacita Porfirítica

Andesita Porfirítica

Basalto Porfirítico

Dacita

Andesita

Basalto

PORFIRITICA MATRIZ AFANITICA

Riolita Porfirítica Traquita Porfirítica Cuarzo Latita Porfirítica Latita Porfirítica

Komatiita Riolita

MICROCRISTALINA

Traquita

Cuarzo Latita

Latita

ABREVIATURAS AFANIÍTICA VÍTREA

Obsidiana (Color oscuro) Pichstone (Textura resinosa) Vitrofiro (Porfiritico)

Perlita (Fracturas concéntricas) Pumita (Finamente celular/vesicular, de color claro) Escoria (Células/vesículas gruesas, de color oscuro)

Feldespato

Fsp

Plagioclasa cálcica

Plc

Hornbleda

Hbl

Feldespato potásico Plagioclasa Plagioclasa sódica

Kfs Pl Pls

Piroxeno Olivino

Px Ol

Biotita Muscovita

Bt Ms

Tabla D5. Clasificación macroscópica de rocas ígneas (Modificada de Travis, 1955).

TEXTURA

TAMAÑO DE GRANO <0.0625mm

TAMAÑO DE GRANO 0.0625-2mm

LODOLITA (LUTITAS)

ARENISCA

CRISTALINA, CLÁSTICA, AMORFA, BIOCLÁSTICA ETC.

CLÁSTICA

TAMAÑO DE GRANO >2mm CONGLOMERADO (RUDITA) BRECHA (Clastos angulares) CLÁSTICA

SÍLICE ÓPALO CALCITA O CUARZO + CUARZO+ CUARZO + CUARZO + UN CONSTITUYENTE CALCEDONIA DOLOMITA CUARZO >10% DE FELDESPATO+ VARIOS CONSTITUYENTES COMPOSICIÓN DE LA 10-25% DE >25% DE PRINCIPAL CUARZO PRINCIPALMENT PRINCIPALMENTE FRAGMENTO FRAGMENTOS Conglomerados polimícticos FRACCIÓN MAYOR (>90%) FELDESPATOS FELDESPATOS Conglomerados olimícticos CHERT E S DE ROCA DE ROCA Nombre: Olimíctico. Nombre: Polimíctico. Arcillolita/Limolita (No +Constituyente +Constituyentes Diatomita Fisil) Principal+Tamaño de Grano Principales+Tamaño de Grano Radiolarita Caliza Arenisca Arenisca Cuarzosa Arenisca Lítica Arcosa Grauwacka Oolita Silícea Dolomita Feldespática Shale (Físil) Ejemplo: Conglomerado Ejemplo: Conglomerado Chert olimíctico de cuarzo tamaño polimíctico de cuarzo, andesita Argilita (Altamente guijo tamaño granulo Compactada) MINERALES Arenisca Conglomerado olimíctico de Conglomerado polimíctico de Caliza, Marga Arenisca Cuarzosa Arenisca Lítica Grauwacka ARCILLOSOS O Bentonita (Rica en Feldespática Arcosa Arcillosa cuarzo tamaño guijo, cuarzo, andesita tamaño Arcillosa Arcillosa Arcillosa Arcillosa MATERIALES Montmorillonita) Arcillosa arcilloso granulo, arcilloso TAMAÑO ARCILLA COMPOSICIÓN DE LA FRACCIÓN MENOR (<10%)

MINERALES ARCILLOSOS O MATERIALES TAMAÑO ARCILLA

SÍLICE ÓPALO CALCEDONIA CUARZO CHERT

Shale Silíceo, Arcillolita Silícea

CALCITA DOLOMITA

Shale Calcáreo, etc.

Diatomita Radiolarita Oolita Silícea Chert

Caliza Silícea, etc.

Caliza Fosilífera, Caliza Oolitica

Arenisca Cuarzosa Silícea

Arenisca Feldespática Silícea

Arenisca Lítica Silícea

Arenisca Cuarzosa Calcárea

Arenisca Feldespática Calcárea

Arenisca Lítica Arcosa Calcárea Calcárea

Arcosa Silícea

Conglomerado polimíctico de cuarzo, andesita tamaño granulo, silíceo

Grauwacka Silícea

Conglomerado olimíctico de cuarzo tamaño guijo, silíceo

Grauwacka Calcárea

Conglomerado olimíctico de Conglomerado polimíctico de cuarzo tamaño guijo, cuarzo, andesita tamaño calcáreo granulo, calcáreo

Tabla D6. Clasificación macroscópica de rocas sedimentarias (Modificada de Travis, 1955).

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COLOR

ESTRUCTURA NO DIRECCIONAL (MASIVA O GRANULOSA) TEXTURA MINERALES PRINCIPALES

CLARO

Feldespato

OSCURO

MINERALES ACCESORIOS

Mica

Cuarzo

Hornblenda Clorita

Actinolita

OSCURO

CLARO

Tremolita Talco Colcita y/o Dolomita Calcosilicatados

Serpentina

Actinolita Albita Andalucita Antofilita Biotita Chastolita Clorita Cloritoide Cordierita Diópsido Enstatita Epidota Granate Glaucofana Grafito Cianita Muscovita Olivino Pirofilita Flogopita Escapolita Sericita Serpentina Sillimanita Estaurolita Turmalina Tremolita Wollastonita

ESTRUCTURA DIRECCIONAL (LINEAMIENTO O FOLIACIÓN)

METAMORFISMO DE CONTACTO

METAMORFISMO DINÁMICO

HORNFELSICA (DE GRANOBLÁSTICA (DE GRANO FINO) GRANO GRUESO)

CATACLASTICA FLASSER MILONITICA

CUARCITA

METAMORFISMO REGIONAL EXTREMA FOLIACIÓN

POCA FOLIACIÓN

FOLIACIÓN AFANITICO

ESQUISTOSIDAD FINO

NEISOSIDAD

FINO A GRUESO

Estas rocas son formadas por trituración y molienda de rocas preexistentes, además de un recristalización incipiente.

ANFIBOLITA NEIS GRANOFELSA

HORNFELSA

CATACLASITA (Lineación leve)

CORNUBIANA

ESTEATITA

ESQUISTO PIZARRA

FILITA

MILONITA (Bandeamiento y lineación)

AUGEN NEIS

MÁRMOL SKARN

SERPENTINITA

FILONITA (Foliación semejante a la filita) SERPENTINITA

Tabla D7. Clasificación macroscópica de rocas metamórficas (Modificada de Travis, 1955).

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INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍAY MINERÍA

INGEOMINAS

ANEXO E

FIGURAS, TABLAS Y ESQUEMAS PARA LA INSPECCIÓN PETROGRÁFICA DE MUESTRAS EN EL LABORATORIOANÁLISIS DE MICROSCOPIA DETALLADA

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REDONDEZ Angular

Subangular

Subredondeado Redondeado

Bien redondeado

2%

3%

5%

7%

10%

15%

20%

25%

30%

40%

50%

Esférica

1%

Subprismoidal

ESFERICIDAD

Subdiscoidal

Discoidal

Muy angular

Prismoidal

Figura E3. Carta de estimación de porcentajes (Tomado de Compton, 1985)

Figura E1. Escala de redondez y esfericidad de (Tomado de Powers, 1982). POROSIDAD RANGO Muy baja <4% Baja de 4 a 8% Media de 8 a 16% Alta de16 a 32% Muy alta >32% Tabla E2: Clasificación de porosidad (Tomado de Archie, 1952; Sander, 1967, en Alonso, 2006)

TAMAÑO DE LOS POROS RANGO Megaporos >2 mm Mesoporos de 2 mm a 60 µm Microporos < 60 µm Tabla E4: Tamaño de los poros (Tomado de Choquette &Pray, 1970, en Alonso, 2006) FORMA DE LOS POROS RANGO Equidimensionales A=B=C Cilíndricos A>B=C Planares A=B>C Tabla E5: Forma de los poros (Tomado de Alonso, 2006)

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Estructura del silicato en el mineral primario

Minerales primarios

Tetraedros discretos Cadenas simples Cadenas dobles

Olivino Augita Hiperstena Hornblenda

Amorfos Tetraedros unidos

Vidrio volcánico básico Zeolitas

Minerales secundarios

Óxidos hidratados amorfos

Ti Fe Al Si

Anatasa Goethita Hematita Gibbsita Bochmita

Óxidos hidratados amorfos

Fe Al Si

Gibbsita Alofán

H,Ca Illita trioctaedrica

Caolín

K k↑↓H Estructuras de 3 capas con enlace hexagonal

Biotita Muscovita

Vermiculita

Ca

Montmorilonita

k↑↓H H,Ca Illita dioctaedrica K Amorfos Tetraedros unidos

Vidrio volcánico ácido Feldespatos

Óxidos hidratados amorfos

Al Si

Gibbsita

Calcedonia Tetraedros unidos

Cuarzo

Acido silícico

Acido silícico Cuarzo secundario

ÍNDICE DE METEORIZACIÓN

I SIN METEORIZACIÓN

II LEVE

III MODERADA

IV SEVERA

Figura E6. Índice de meteorización de los minerales primarios de las rocas (Modificado de Fieldes & Swindale, 1954)

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Figura E7. Doble triángulo Q A P F para clasificación de Rocas ígneas intrusivas, según Streckeisen, (1976).

Figura E8. Diagrama (Pl - Px - Ol y Pl - Opx) para Clasificación de Rocas Gabroicas, según Streckeisen (1976).

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Figura E9. Diagrama (Px - Hb - Pl - Opx) para Clasificación de Rocas Gabroicas, según Streckeisen (1976).

Figura E10. Doble triángulo Q A P F para clasificación de rocas volcánicas lávicas, según Streckeisen (1976).

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Figura E11. Diagrama para Clasificación de Rocas Ultramáficas según Streckeinsen (1976).

Figura E12. Clasificación de rocas volcanosedimentarias de Schmid (1981). TAMAÑO DEL CLASTO

PIROCLASTO Bomba, bloque

64 mm Lapilli 2 mm 1/16 mm

DEPÓSITO PIROCLÁSTICO Principalmente consolidado: roca piroclástica Aglomerado, capa de bloques o Aglomerado, brecha piroclástica bombas, tefra de bloques Estrato, capa de lapilli o tefra de Toba de lapilli lapilli

Principalmente incosolidado: tefra

Ceniza de grano grueso

Ceniza gruesa

Toba (ceniza) gruesa

Ceniza de grano fino (polvo)

Ceniza fina (polvo)

Toba fina (ceniza) (toba de polvo)

Figura E13. Clasificación granulométrica de piroclastos y depósitos piroclásticos unimodales bien sorteados de Schmid (1981). MEZCLA PIROCLÁSTICOEPICLÁSTICO

VOLCÁNICO Y/O NO VOLCÁNICO

TAMAÑO DE GRANO (mm)

Aglomerado, brecha, piroclástica aglutinada Conglomerado tobáceo, brecha tobácea Toba lapilli

Conglomerado, brecha

64

ROCA PIROCLÁSTICA

2 Gruesa

Arenita tobácea

Arenita

Limolita tobácea

Limolita

Shale, lodolita tobácea

Lodolita, shale

1/16 Toba (ceniza) Fina 100%

1/256 75%

25% (Incrementa) (Incrementa)

0% por volumen

Piroclastos Volcánicos + epiclastos no volcánicos (+ cantidades menores de constituyentes biogénicos, sedimentarios químicos y autigénicos)

Figura E14. Términos para rocas mezcladas piroclásticas - epiclásticas de Schmid (1981).

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Figura E15. Clasificación textural, modificada de Folk (1974). 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Cuarzoarenita Sublitoarenita Subarcosa Litoarenita Litoarenita feldespática Arcosa lítica Arcosa Arenisca rica en sedimentarios Arenisca rica en volcánicos Arenisca rica en metamórficos Arenisca rica en feldespato potásico 12. Arenisca rica en plagioclasa Figura E16. Clasificación composicional de Folk (1974). ROCAS CALCÁREAS CON TEXTURA DEPOSICIONAL RECONOCIBLE COMPONENTES ORIGINALES NO LIGADOS DURANTE LA DEPOSITACIÓN CONTIENE LODO (Micrita)

NO CONTIENE LODO (Cemento esparítico)

LODO-SOPORTADA GRANO-SOPORTADA <10% DE GRANOS

>10% DE GRANOS

MUDSTONE

WACKESTONE

PACKSTONE

GRAINSTONE

COMPONENTES ORIGINALES LIGADOS DURANTE LA DEPOSITACIÓN

BOUNDSTONE

Figura E17. Clasificación textural para rocas calcáreas de Dunham (1962).

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Figura E18. Clasificación composicional para rocas siliciclásticas modificado de Dott 1964 en Pettijohn et al. (1973).

Figura E19. Principales texturas en rocas metamórficas (Bard, 1986).

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Figura E20. Principales texturas en rocas metam贸rficas (Bard, 1986).

Figura E21. Principales texturas en rocas metam贸rficas (Bard, 1986).

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Manual de petrografia