ALTERACIÓN Y ALTERABILIDAD DE LAS ROCAS Y APLICACIÓN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
SECCIÓN DE POST-GRADO
GEOLOGÍA APLICADA A LA INGENIERÍA CIVIL
BOLETÍN TÉCNICO M.I.G -Nº12 (Julio-Diciembre)
(L.G.G.A N°-176)
ALTERACIÓN Y
ALTERABILIDAD DE LAS
ROCAS Y APLICACIÓN
EN GEOTECNIA
Alberto José Martínez Vargas et al
Profesor Principal FIC-UNI: Emérito
Post Grado-Geotecnia
Investigador en CISMID
LIMA – PERÚ
2005
BOLETÍN
GEOTÉCNICO
M.I.G.
ALTERACIÓN Y ALTERABILIDAD DE LAS ROCAS
ANÁLISIS Y APLICACIONES EN GEOTECNIA
Alberto José Martínez Vargas
EDITORIAL
La Mecánica de Rocas, viene recibiendo en el Perú el aporte
geotécnico con la realización de grandes obras de Ingeniería
Civil, Minera y Petrolera, que con nuevos criterios,
conceptos, principios y tecnología permiten soluciones
económicas y prácticas.
La apreciación de la alteración de carácter cualitativo, se hace
significativa cuando sirve de base para determinar los índices
de alteración de las rocas y alterabilidad, parámetros
cuantitativos, obtenidos por técnicas, ensayos simples y
rápidos, sin apartarse de las limitaciones propias a los fines de
la ingeniería Civil y Minera.
El análisis, desde el diagnóstico al diseño, permite conocer el
probable comportamiento de los macizos rocosos, más
consecuente y realista, mejor si existen relaciones directas de
los índices de alteración y alterabilidad con las diferentes
propiedades de las rocas en su transformación a suelos
residuales, permitiendo nuevos enfoques y planteamientos en
la solución de problemas que afectan las obras Civiles en su
cimentaciones,
recientemente
en
Minera
por
el
envejecimiento de rocas y obtención de los minerales de
interés económico por medio de la lixiviación.
Las bases teóricas, laboratorio y campo son expresados como
índices y la observación de pruebas, experiencia, y uso
conducen a soluciones que parecían inciertas o insolubles, en
el pasado al aplicar una clasificación sin sustento teórico y
práctico que se requiere en geotecnia.
Se consideran los conceptos y principios básicos de
HAMROL – 1961, analizados por FERRAN-THENOZ-1975,
aplicados por BERNAIX-1967, el diseño del expansímetro de
NASCIMIENTO-1968, el porosímetro y permeámetro de
MARTINEZ-1970, y el tiempo de vida y ruina de una obra
por NASCIMIENTO-1971 y la explotación de minerales por
lixiviación de las rocas en las minas de Chile y Perú.
Se analiza las informaciones disponible del proceso seguido,
hasta llegar de una simple clasificación cualitativa
(geológica), hasta la cuantitativa (geotécnica), finalmente se
expone y determina el tiempo de vida útil, y ruina de una
obra, como función de los índices de alterabilidad de las
rocas.
NÚMERO-12
Julio-Diciembre.2005
DIRECTOR
M. I. M. S. ALBERTO MARTÍNEZ VARGAS
PROFESOR EMÉRITO UNI.
ASESOR CONSULTOR EN INGENIERÍA
GEOTECNICA
------------------------------------------------------------ING° JOSÉ A MARTÍNEZ DEL ROSARIO
Gerente del Laboratorio Geotécnico M.I.G
GEOTÉCNICO-FIC-UNI. CIP-53362
---------------------------------B.I.C. ALBERTO J MARTÍNEZ V. Junior
FIC-UNI
INFORMÁTICA APLICADA, PROYECTOS
----------------------------------LUIS FERNANDO MARTÍNEZ V.
Universidad Federico Villarreal
Ing° Geógrafo
MEDIO AMBIENTE Y SIG
--------------------------------------COLABORADORES
Alumno de Puno, postulante a la Universidad
de Particular de Brasil
A. Najar,.J. U. N.P.
y J.Velarde, M – Post grado
FIC U. N. I
---------------------------------------------NÚMERO-12
↸ Calle3, 853. la florida
rimac lima-Perú.
4816278
Enero-Abril. 2005
proyectos amv @ yahoo. es
martinez [email protected]
UMARIO
iones
ALTERACIÓN Y ALTERABILIDAD
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2
CONCEPTOS
DE LAS ROCAS
EDITORIAL
El conocimiento geotécnico de alteración y alterabilidad
de las roca, deviene en el interés que se tiene en las obra
de ingeniería Civil y Minera para obtener conocimiento
de los efectos y daños, que significan grandes
que requieren de responsabilidad de quien recomienda y
utilizan el uso de las rocas.
Se presenta de manera simple, los principios, criterios,
Conceptos y ejemplos, de un análisis crítico que resulta
de sumo interés y utilidad a los ingenieros, como dar
pautas a los asesores y consultores sobre los alcances y
Limitaciones en los que se vean involucrados en su
trabajo; pues debemos tener un conocimiento geotécnico
de la alteración y la alterabilidad de las rocas, dentro de
la vida de servicio, diseño y ruina de una obra, como la
función de la roca en su comportamiento y/o tratamiento
metalúrgico por lixiviación en el caso de explotación de
minerales y de los relaves o desmontes de baja ley que
no fueron atractivos en su explotación inicial. Como
sabemos en Mecánica de Rocas los criterios y conceptos
geotécnicos contribuyen en la solución de muchos
problemas de modo práctico, simple y económico.
ALTERACIÓN
Las rocas al estar sometidas a la acción
Agresiva del medio ambiente sufren
Modificaciones en su estructura y composición
mineralógicas, es decir, se alteran. modificando
de esta forma sus características y propiedades
originales (Cuadro.1)
CUADRO-1
Concepto de alteración y desgaste
de las rocas
PROCESOS
AGENTES
Alteración
Atmosférico
(Meteorización)
Otros
Desgaste
Agua: Hielo y
Viento
(erosión) Otros
Modificación de su:
- Resistencia
- Permeabilidad y
- Color
Modificación:
- Geometría
- Superficie
El grado de alteración de una roca es un
parámetro con el que se trata de definir el
estado presente de la roca.
La expresión que representa la alteración esta
dada por:
i(%) =
Se concluye que las simples descripciones y
Observaciones Geológicas de carácter cualitativo, sólo
tienen un carácter geotécnico significativo sí, se
expresaran por parámetros cuantitativos y son capaces
de soportar un análisis y evaluación por el ingeniero,
que optimiza el aprovechamiento de las rocas como
material de construcción y brinda a su vez seguridad a la
estabilidad de la obra como, en las carreteras (Fotos-1 y
2) en su interacción entre el suelo, roca y la vía,
permitiendo el conocimiento de su vulnerabilidad y
riesgo. En la actualidad es factible acelerar los procesos
geológicos de alteración de las rocas en el laboratorio y
en el campo por medio de la lixiviación se consigue el
envejecimiento de las rocas y de este modo se determina
su vida de ruina de una obra o la separación y
explotación de los minerales económicos de una roca en
minería.
EFECTOS
P2 − P1
× 100
P1
(1)
i = Índice o grado de alteración (%).
P1 = Peso del espécimen de la roca.
P2 = Peso de la roca saturada.
Foto-1: Talud de Carretera ChalhuancaAbancay. Que muestra el macizo rocoso
fracturado y alterado.
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3
CONCEPTOS
ALTERABILIDAD
Se define como alterabilidad de una roca o de
una obra a la velocidad de alteración en el
tiempo. Esta definición se hace más evidente
cuando se compara un volumen determinado,
para una misma roca en las condiciones del
estado de su composición mineralógicas, texturas
y estructuras.
El tiempo en el proceso de alteración nos
presenta los parámetros vinculados con la vida de
diseño, útil y ruina de una obra (Nacimiento,
1971).
La alterabilidad goza de las bondades de la
alteración, con la ventaja que la precisa en el
tiempo y espacio, su expresión se da en (2) :
J=
∆i
di
⇒
dt
∆t → 0
(2)
de donde t > 0, t = i / j, que permite estimar el
tiempo en sus condiciones de fronteras como
sería:
t = 0 La roca es inalterable (estable relativo)
t < 0 La roca es alterable (inestable)
t >0
Es lo más común y razonable en las obras
de ingeniería, donde esta en proceso de
alteración en transición a un suelo residual.
CRITERIOS DE VIDA Y RUINA DE UNA
OBRA
El concepto de vida y ruina de una roca o una
obra es función de su uso y estabilidad, dentro
de las limitaciones y vulnerabilidad que se
impone concientemente a las obras de ingeniería
civil.
Podemos deducir el tiempo de la expresión (3)
como una función de la alteración y alterabilidad:
∆t =
∆i
J
(3)
El incremento de tiempo representa:
∆t = ts : Tiempo de servicio o vida de una obra
desde la entrada de servicio a su
retirada.
∆t = tp : Tiempo de proyecto o vida calculada de
una obra, impuesta y determinada
generalmente por causas de orden
económico.
∆t = tr : Tiempo de ruina o vida estimada de una
obra que por sus características
inadecuadas de uso, es causa de
accidentes o riesgos no previstos ni
calculados.
Una obra no debe arruinarse sin antes cumplir el
tiempo de proyecto, por ello se tieneen la Fig-1 la
expresión:
tr ≥ tp
Lo más conveniente es prolongar el tiempo de
servicio para alargar el tiempo de proyecto sino
será impedido por la ruina de la obra, por lo que
se debe verificar la desigualdad:
tr ≥ ts
Especificación de
Seguridad
Ruina por Inseguridad
Especificación
Funcional
Vida de Ruina, Tr
Ruina Funcional
Vida de Proyecto, Tp
Foto-2: Cantera de roca alterada como material
de construcción para el terraplén de la
Carretera Chalhuanca-Abancay.
Entrada en
Servicio
Vida de Servicio, Ts
Retirada en
Servicio
Fig. 1: Conceptos de Vida y Ruina en una Obra
PERIODO DE VIA ÚTIL
PARA DISTINTAS INSTALACIONES (t)
Estructuras o Instalación
t (años)
Almacenamiento de residuos
radiactivos
10.000
Centrales nucleares
40-80
Presas
Puentes, túneles y grandes obras
de infraestructura
Almacenamiento de residuos tóxicos
Edificios y construcciones
convencionales
100-150
100
250
50-70
Tomado Cuadro 13.2 de Luis I Gonzáles de Vallejo et al 2002.
La influencia de la alteración es importante en el macizo rocoso,
afecta las características de las rocas en los parámetros de
resistencias como esfuerzos, cohesión, ángulo de rozamiento,
dureza y deformación, velocidad de propagación de las ondas
elásticas.
Su presencia puede obligar a profundizar la cimentación que
implica una mayor excavación, volumen de material por retirar
y otros problemas colaterales que aumentan su costo y tiempo
que son mayores en obras subterráneas y en explotación de
canteras
El interés de este problema es creciente en todo el mundo y
algunos países comienzan a normalizarse los ensayos para
definir su alteración de las rocas.
Uriel y Dapena (1976), definen un índice (4), que representa la
alterabilidad para cuantificar la meteorización de una roca como:
Valor inicial – Valor en roca alterada
I(x,y) = ----------------------------------------------- x 100 (4)
Valor inicial- valor pésimo
Índice que da la variación del valor de una propiedad x
frente a un ciclo de alteración
Lixiviación
En minería la lixiviación es el proceso de obtención de
minerales metálicos económicos por envejecimiento
acelerado de los minerales no metálicos de una roca
mineralizada con poco contenido de mineral metálico;
que antes eran desechadas en depósitos como residuos
sin valor, también se produce lixiviación en los suelos
principalmente en zonas tropicales y subtropicales como
en la selva del Perú en Iquitos donde los procesos de
hidrólisis tiene lugar, ya que las aguas de lluvias apenas
tienen iones de H+ , son ácidas.
Hay tres tipos de alteración hidrolitica, en función de las
características de la argilización:
El primer grado se forman arcillas montmorilloniticas,
caracterizadas por la presencia de complejos silicatos
lumínicos y sílice. Son de color ocre o rojo y muy plásticos,
por lo que absorben grandes cantidades de agua,
caracterizados por su aumento de volumen encuentra
elementos residuales en forma de hidróxidos de aluminio y
hierro,los cuales pueden formar corazas de gran
.
OTROS CONCEPTOS DE ALTERACIÓN
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Resistencia (Lateritas).Las lateritas es una
arcilla endurecida, muy frecuente en los
países tropicales y sub tropicales húmedos
como en la selva del Perú. En el segundo
grado se forman arcillas caoliniticas,
definidas por la escasez de sílice y la neo
formación de arcillas claras, con menor
capacidad de absorción de agua. El caolín
es la arcilla y la caolinita el silicato aluminio
hidratado. El tercer grado
consiste en la laterización, cuando se ha
eliminado totalmente el sílice y en las arcillas
se
Las Pátinas Son películas delgadas
superficiales formadas en las rocas por
alteración y debido a diversas causas,
siendo la principal la meteorización al
medio ambiente principalmente si la roca
es básica. Se atribuye una edad mínima
de 500 años su formación natural y se les
encuentra en las quebradas y sobre todo
en desiertos de la costa peruana.
Se le atribuye las siguientes causas:
Envejecimiento: Por el propio paso del
tiempo y expuesto a la intemperie.
Decoloración: varía la tonalidad natural
de la roca, se le llama “noble pátina”
Biogénica: Si la roca esta cubierta de
organismos.
Suciedad: Envejecimiento, contaminación
ambiental
Histórica: Las Pátinas tradicionales se
usaban mezcladas por leche y sangre,
para uniformizar el color de la piedra y
para cementar las superficies de las
rocas.(Gárato,1994).
BIBLIOGRAFÍA
1. NACIMIENTO, U. 1971.Problemas de Alterabilidad es
de Rochas en Enginneeria Civil-.Memorias ..do L .M. E. CPortugal..
2. .MARTINEZ, A. 1972.- “Aplicaciones de los índices de
Alteración y Alterabilidad en Mecánica de Rocas”.
3. MARTÍNEZ, A .1979. “Alteración y Alterabilidad en
Geotecnia” conferencia XIV. Aniversario del Dpto
Académico de Geología UNI. Lima-Perú.
4. MARTINEZ, A. 1979.- “Alteración y Alterabilidad en
Geotecnia” Conferencia XIV Aniversario del Dpto.
Académico de Geología U.N.I., Lima – Perú. Y publicación
L.g.g.a – 84. Actualizado por los Bachilleres Najar Jiménez A
y Velarde Manrique J..
5.- GONZÁLES DE VALLEJO L, FERRER M, OTUÑO
L Y OTEO C. “Ingeniería Geológica” 2002-España.
6.- LOPEZ MARINAS J M. “Geología Aplicada a la
Ingeniería Civil. UNIVESIDAD POLITÉCNICA DE
MADRID 2004. C.I.E- DOSSAT-2000.