  Carrera de Ingeniería Civil tema nº 1: CRISTALES Universidad Autónoma del Beni minerales Y ROCAS
 
TEMA1.
CRISTALES, MINERALES y ROCAS
CONSIDERACIONES GENERALES
La Geología es la ciencia que estudia la composición, estructura y evolución de la Tierra a lo largo de los tiempos geológicos.
La Tierra en sus 4.500 millones de años de existencia, ha sufrido continuos cambios en su forma y composición. Las montañas, los ríos, los mares, los valles... se han generado y destruido continuamente. Su existencia y evolución sigue siendo objeto de estudio.
Un geólogo al tener conocimientos sobre la composición, estructura y evolución de la Tierra, conoce la distribución de las rocas en el espacio y en el tiempo. Esta distribución de las rocas y minerales, permite al geólogo encontrar yacimientos de minerales, petróleo, gas... Además esta disposición permite conocer la geología para poder asentar edificios, autovías sin riesgo para las vidas humanas.
En la práctica de nuestra materia, los alcances de esta definición están limitados a las necesidades de la Ingeniería Civil.
GEOLOGÍA APLICADA. La geología puede aplicarse como auxiliar a muchas ciencias, pero diremos que la Geología aplicada a la Ingeniería Civil es: “La rama de la Geología que utiliza la información geológica, en combinación con la práctica y la experiencia, para auxiliar a la ingeniería Civil en la solución de problemas en los que tal conocimiento pueda ser aplicable.”
A menudo podemos quedar asombrados, por la cantidad de Infraestructuras que se construyen (Carreteras,
Líneas de Alta Velocidad, Urbanizaciones, Aeropuertos...). Estas infraestructuras se desarrollan ahora, donde antes era prácticamente imposible construir. Esto lleva a construir en lugares cada vez más difíciles y esto requiere un mejor conocimiento del lugar donde se apoyan todas las infraestructuras: el sustrato. Durante muchas civilizaciones este sustrato ha traído a más de uno muchos problemas. Las infraestructuras están apoyadas sobre un sustrato. Es aquí donde los geólogos entran en el juego.
ESPECIALIDADES DE LA GEOLOGÍA
Fuente: www.geovirtual2.cl
La Geología tiene muchas aplicaciones, que también pueden considerarse subciencias.
Practica sugerida: Mediante el uso de la Internet o de una enciclopedia conoce las especialidades de la Geología y las herramientas que le proporciona a la Ingeniería Civil para resolver problemas.
UN POCO DE HISTORIA. Antiguamente, las casas, puentes, templos y otras construcciones se diseñaban sin ningún tipo de estudio geotécnico. Sobre todo era debido al desconocimiento del subsuelo. Era bastante típico, asegurar un edificio con una bendición o un sacrificio para que los dioses no permitieran que el edificio se cayese. Poco a poco y a la luz de la ciencia, fue cuando el los estudios del terreno empezaron a cobrar importancia.
La necesidad de aplicar las ciencias de la tierra en la ingeniería Civil es relativamente reciente y nace porque en 1928 se desmorona la Presa San Francisco en California EEUU, con pérdidas de muchas vida y daños económicos por el valor de millones de dólares, tras este desastre se hizo evidente entre los ingenieros civiles que no era suficiente el buen diseño y la correcta ejecución de un proyecto para darle seguridad, todos comprendieron cuan grande era la necesidad de la exploración geológica del sector circundante y del sector del emplazamiento de la estructura, el estudio debería ir precedido por un estudio cuidadoso de su ambiente y de los materiales sobre los cuales se iba a asentar estructura, además de la exploración de los sectores aledaños, obtención de muestras y su interpretación cuidadosa para llegar a resultados correctos.
Otro caso grave fue la construcción de la presa del Pontón de la Oliva en Madrid en 1850. Esta fue la Primera Presa que se construyó en Madrid para el abastecimiento de la misma. La mandó construir la Reina Isabel II. Desafortunadamente nunca se llenó ya que el agua se infiltraba en la roca. Actualmente el crecimiento de la población, hace que se construyan edificaciones en lugares donde antes no se había construido. Se van acabando los mejores lugares para construir y hay que construir en lugares de peor calidad.
Hoy en día para cualquier obra civil se debería hacerse un estudio geotécnico. ¿Por qué?
El estudio geotécnico proporciona al constructor las variables necesarias para saber como va a responder el terreno al ubicar sobre él una determinada construcción. Para conocer estas variables es necesario realizar ensayos en el terreno. Son muy frecuentes los sondeos que te permiten extraer muestras del terreno. También se hacen ensayos de Penetración que nos permite ver la consistencia del terreno. Algunos de estos ensayos con la geología clásica permiten discernir como se va a comportar el suelo ante cualquier carga extraña. Con todo esto se deduce, que se hace imprescindible la colaboración entre los Ingenieros de Caminos, Arquitectos o Geólogos. Para finalizar, en los casos en los que hay una estrecha colaboración entre ambos técnicos se produce un aprovechamiento tanto de los recursos humanos como técnicos, minimizando los errores y posibles desastres futuros.
DATOS GENERALES DE LA TIERRA
Radio ecuatorial : 6378 km
Radio polo/polo: 6357 km
La tierra no es un globo. A causa de la rotación de la tierra el radio ecuatorial es 21 km más largo que el radio de polo N a polo S. La forma de la tierra entonces es un elipsoide de rotación.
Volumen : 1,083 X 1012 km3
Masa: 6 X 1021 ton.
Peso especifico promedio: 5,517 g/cm3 La tierra tiene una densidad o peso especifico relativamente alta. (una roca común como cuarzo tiene solamente 2,65 g/cm3). La causa es la acumulación de minerales pesados en el núcleo y el manto a causa de la diferenciación. Es decir los minerales pesados durante y después de la formación de la tierra se movieron hacia abajo, los livianos se quedaron en la corteza.
Edad : 4,65 mil millones de años (ver en anexos la Tabla Geológica)
Rocas más antiguas: 3,75 mil millones de años
La tierra se formó 4650 millones años atrás. Las rocas más antiguas de la tierra que se conoce marcan un edad de 3750 millones de años.
Océanos/Continentes
La tierra firme solo cubre 29% de la tierra, el resto son los océanos.
Superficie de los continentes
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Superficie de los océanos (total)
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Mar baja profundidad
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Mar de alta profundidad
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9 X 107 km2
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27 X 107 km2
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18 %
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53 %
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29%
15 X 107 km2
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71%
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Distribución Mar - Tierra firme en la tierra Fuente: www.geovirtual2.cl
Altura promedia de la tierra firme: 623 m.
Profundidad promedia de los océanos: 3800 m.
La presencia de dos tipos de corteza (corteza oceánica y corteza continental) con diferentes propiedades físicas provoca una bimodalidad del histograma de las alturas. Es decir la tierra tiene dos alturas comunes. Para los océanos el promedio es 3800 m. de profundidad. El promedio para los continentes es 623 m.
1.1 LA CORTEZA TERRESTRE
Fuente: www.geovirtual2.cl
La tierra joven probablemente era una mezcla homogénea sin continentes ni océanos. Mediante el proceso de diferenciación el hierro y el níquel bajaron hacia al centro de la Tierra y los elementos más livianos subieron hacia la superficie y formaron la corteza. Hoy día la Tierra está construida por zonas.
1.2 ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA
Internamente la Tierra se divide en 3 partes principales: Corteza, Manto y Núcleo, las que a la vez siguiendo el límite de las discontinuidades se subdividen en otras unidades, tal como se explica en la gráfica superior y en los siguientes párrafos.
0-40km: corteza continental en parte está dividida por la discontinuidad de Conrad, que no está continua, en una zona superior y una zona inferior. La discontinuidad de Conrad no está desarrollada en todas las partes de la corteza terrestre. Normalmente la discontinuidad de Conrad se ubica en una profundidad de 15 - 25km. En montañas altas la corteza continental es más ancha. En los Alpes la corteza continental llega hasta una profundidad de 55km.
Generalmente la zona superior de la corteza se constituye de rocas metamórficas de grado medio y alto influidas por procesos anatécticos (=fundición) y magmáticos. Su composición media es probablemente granodiorítica.
La zona inferior de la corteza continental tiene probablemente una composición similar a la de los gabros y basaltos, es decir los elementos Si, Al y Mg son los elementos principales.
|Discontinuidad de Moho es la división entre corteza y manto.
Hasta 700km: manto superior de una litosfera sólida y rígida y de una astenósfera parcialmente fundida subyacente, plástica. 700 - 2900km: manto inferior
Discontinuidad de Gutenberg es la división entre manto y núcleo
2900 - 4980km: núcleo exterior líquido de hierro
4980 - 6370km: núcleo interior sólido y denso de hierro
1.3 COMPOSICIÓN DE LA CORTEZA TERRESTRE
Elemento químico
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% de átomos
|
% por peso
|
O
|
62,1
|
46,5
|
Si
|
22,0
|
28,9
|
Al
|
6,5
|
8,3
|
Fe
|
1,8
|
4,8
|
Ca
|
2,2
|
4,1
|
Na
|
2,1
|
2,3
|
K
|
1,3
|
2,4
|
Mg
|
1,6
|
1,9
|
Ti
|
-
|
0,5
|
Existen dos tipos de corteza: La corteza continental y la corteza oceánica. La corteza continental incluye los continentes y los sectores del mar de baja profundidad. La corteza oceánica se encuentra en los sectores oceánicos de alta profundidad.
La corteza continental tiene una composición química diferente como la corteza oceánica. La Corteza oceánica tiene una mayor cantidad en aluminio, hierro, magnesio, calcio y potasio.
Otras diferencias entre las cortezas:
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Corteza continental
|
Corteza oceánica
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Peso especifico
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menor (más liviano)
|
mayor (más pesado)
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Espesor
|
grueso (30-70km)
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Delgado (6-8km)
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Altura
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entre -200 m hasta 8849 m
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Fondo del mar
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Edad
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tal vez antigua
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más joven (jurasico)
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Rocas
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rico de Si
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pobre de Si
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La corteza continental es más liviana que la corteza oceánica, por eso la corteza oceánica se encuentra principalmente en regiones más profundos.
1.4 ¿COMO EL SER HUMANO HA LOGRADO DIVIDIR EL INTERIOR DE LA TIERRA SIN PODER VERLO?
MÉTODOS GEOFÍSICOS. Con los métodos geofísicos se puede investigar zonas sin acceso para el ser humano, como el interior de la tierra. En la búsqueda de yacimientos metalíferos (prospección, exploración) estos métodos geofísicos pueden dar informaciones sin hacer una perforación de altos costos. Existen varios métodos geofísicos los cuales aprovechan propiedades físicas de las rocas. Pero todos los métodos geofísicos dan solamente informaciones indirectas, es decir nunca sale una muestra de una roca. Los resultados de investigaciones geofísicas son hojas de datos (números) que esperan a una interpretación. Los métodos más usados: a) Sismología, b) Gravimetría c) Magnetometría y d) Geoelectricidad .
Practica sugerida: Mediante el uso de la Internet o de una enciclopedia conoce acerca de los métodos geofísicos y su aplicación en la Ingeniería Civil.
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