GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página GUIA DE PRÁCTICA VIRTUAL UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD DE INGENIERIAS PROGRAMA DE PREGRADO EN INGENIERIA CIVIL GEOLOGIA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO ÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 1 de 13 GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 2 de 13 1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL La presente guía de estudio tiene por objetivos, conocer el origen de las rocas sedimentarias, sus características y diferenciar las propiedades físicas de las rocas sedimentarias, así como también aprender a identificar los principales tipos de rocas sedimentarias según su origen basándose en sus propiedades físicas. 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Guiar al estudiante en el desarrollo de la práctica de laboratorio. Presentar al estudiante las exigencias técnicas de acuerdo a las normas aplicables. Sensibilizar al estudiante sobre la importancia de la experimentación en la práctica de la ingeniería civil. 2. ALCANCE La presente guía de estudio comprende los lineamientos técnicos acorde con la práctica de la ingeniería para llevar a cabo la identificación de rocas sedimentarias en muestra de mano. 3. NORMAS DE REFERENCIA NO APLICA 4. DEFINICIONES INTRODUCCIÓN Las rocas sedimentarias, denominadas por algunos autores como Secundarias (Tyrrell, 1981), se originan mediante la acumulación mecánica de minerales y fragmentos de roca o por la actividad de compuestos químicos que precipitan a partir de las soluciones en las cuales se encuentran disueltos. En la presente guía de práctica las rocas sedimentarias y algunas de sus propiedades como la textura, la composición y estructuras de sedimentación. Estas propiedades son el producto, tanto de los procesos sedimentarios que dan origen al sedimento como de las condiciones ambientales en donde se deposita y se compacta el sedimento. Los procesos sedimentarios de formación de rocas sedimentarias siguen un ciclo sedimentario que comienza con la producción de sedimento por la actividad de organismos que producen residuos incluyendo sus restos cuando mueren, por meteorización de rocas más antiguas, etc; el sedimento producido es erosionado y puede ser inmediatamente depositado o transportado por el agua o viento para ser depositado en otro sitio; después de depositado el sedimento es enterrado, GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 3 de 13 compactado y los sedimentos cementados por nuevos minerales, para generar rocas sedimentarias que eventualmente pueden quedar nuevamente levantadas y expuestas para ser meteorizadas. ROCA Es la materia de minerales asociados de manera natural que en cantidades considerables forma parte de la masa terrestre. 5. MATERIALES Y EQUIPOS Rocas Lupa Lápiz, borrador, Papel o libreta de apuntes. Colores 6. SEGURIDAD DURANTE EL PROCESO 7. PROCEDIMIENTO 7.1. PROPIEDADES DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS Los procesos de formación y transporte le imprimen características al sedimento que son posteriormente heredadas por la roca. El tipo de partículas, selección, textura, redondez de las partículas y la estructura sedimentarias preservadas, obedece a la historia y condición de generación de sedimento. TIPO DE PARTICULAS Las rocas sedimentarias están formadas por agrupaciones de partículas denominadas sedimento. Sedimento. Material sólido, en suspensión o disuelto en el agua, de origen tanto orgánico como inorgánico e incluye: fragmentos de roca, minerales, minerales arcillosos, detritos de plantas (polen, esporas, hojas, tallos, etc.), restos de GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 4 de 13 organismos marinos (fragmentos de conchas, material de arrecifes, residuos, lodo calcáreo), sedimento piroclástico de erupciones volcánicas, y sales disueltas en el agua. Este sedimento al depositarse y compactarse expulsa fluidos y es unido por cemento mineral para formar una roca sedimentaria. SELECCIÓN Una roca es bien seleccionada cuando la mayor parte de sus partículas tienen el mismo tamaño, y mal seleccionada cuando existen muchos tamaños de grano juntos. Cuando la roca no presenta selección seguramente se presentará más de una fracción de tamaño que se distribuye en la roca formando una matriz (el material más fino) y gramos o clastos (el material más grueso); esta relación puede dar información acerca del proceso de depositación que tuvo lugar y el ambiente donde fue formada. TAMAÑO DE PARTICULAS. Es la textura que se refiere al tamaño de las partículas, el cual depende de la distancia de transporte: a mayor distancia menor el tamaño de las partículas, a menor distancia mayor el tamaño. Las partículas sedimentarias varían de tamaño desde unos pocos micrones hasta guijarros de varios centímetros de diámetro; y generalmente se agrupan en tres poblaciones de tamaño: las gravas (partículas mayores a 2mm), arenas (entre 1/16 y 2mm) y lodos (<1/16). Dependiendo de las fracciones que predominan en una roca se generarán los conglomerados, areniscas o lodolitas si las fracciones son gruesas, finas o muy finas, respectivamente. Para determinar el tamaño de grano se utiliza una escala de tamaño denominada la escala de Wentworth (Tabla 1). Tabla 1. Escala para clasificar rocas clásticas por textura: en ella se muestra el diámetro de partícula en mm, nombre de la población y fracciones de sedimento no consolidado y el correspondiente nombre de la roca clástica generada después de la litificación (tomada de Wentworth, 1922). Fuente: Manual de Laboratorio de geología Caballero V. GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 5 de 13 FORMA DE LAS PARTÍCULAS EN ROCAS SEDIMENTARIAS La forma de las partículas de una roca sedimentaria se puede describer en relación con su esfericidad y su redondez. La esfericidad mide que tan cerca la forma del grano está a la de una esfera. Existen dos clases de esfericidad: baja esfericidad y alta esfericidad. La redondez se refiere al grado de angulosidad o curvatura de las esquinas o bordes de un grano o partículas de las rocas sedimentarias y representa el grado de desgaste sufrido durante el transporte (Figura 1) Figura 1. Forma de las partículas en una roca sedimentaria clástica. El incremento en la redondez es producto del desgaste por rozamiento con otras a medida que una partícula es transportada. Componentes que unen las partículas Una roca sedimentaria es un agrupamiento de partículas, cemento, matriz y poros que pueden o no contener fluídos. Las partículas en una roca sedimentaria pueden estar unidas por cemento o por matriz. El cemento es el material que se precipita químicamente en las gargantas de los poros de un grupo de partículas después que estas han sido depositadas. Generalmente nuevos minerales como el cuarzo, carbonatos, óxidos de hierro y magnesio, sales de hierro u otros, precipitan al pasar fluidos a través del depósito. La matriz es el sedimento fino de tipo limo o arcilla que se introduce entre los clastos o granos más grandes como la arena o grava (Figura 2). Figura 2. Componentes de una roca sedimentaria clástica. Los granos y la matriz son productos de la depositación. El cemento es un precipitado mineral posterior a la depositación y los poros pueden estar vacíos o contener fluidos. (modificado de Selley R. C. 1992). GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 6 de 13 La cantidad de matriz y cemento que contenga una roca sedimentaria controla otras propiedades como la densidad, porosidad, y permeabilidad. ESTRUCTURAS SEDIMENTARIAS Las estructuras sedimentarias son formas o huellas particulares que quedan grabadas sobre o dentro de los estratos de sedimento en el momento de la depositación o un poco después, y son heredadas por las rocas que se forman después. Entre las estructuras mas comunes tenemos: la estratificación y la laminación, las cuales hacen que en principio estas rocas se dispongan en capas y al ser observadas en el campo se vean como apilamientos de capas. TIPOS DE SEDIMENTO Y ROCAS FORMADAS - - - - De acuerdo al tipo de sedimento y procesos por los que son formadas, comúnmente se han distinguido tres familias principales de rocas sedimentarias: Rocas sedimentarias Clásticas o detríticas Rocas sedimentarias Químicas Rocas sedimentarias Organogénicas ROCAS CLÁSTICAS (SILICICLÁSTICAS, BIOCLÁSTICAS, PIROCLÁSTICAS) En las rocas clásticas, (clasto = partícula), el sedimento, está compuesto de fragmentos que han sido generados a partir de rocas preexistentes (material parental) y han sido transportados mecánicamente rodando, saltando o en suspensión, ya sea por agua, hielo, viento o por la fuerza de gravedad. En el proceso de transporte, los clastos son desgastados y clasificados por su tamaño, peso y forma. Los clastos pueden ser tanto orgánicos como inorgánicos y al acumularse son mezclados con nuevos minerales formados a través de la desintegración química de rocas preexistentes y fragmentos no transportados preexistentes en el sitio de depositación (Tabla 2). Los procesos por los cuales se producen sedimento clástico son los siguiente. Por desintegración y erosión de rocas preexistentes del continente (roca fuente de sedimento), dando como resultado las partículas denominadas clásticas terrígenas que incluyen fragmentos de roca o líticos, fragmentos de minerales y minerales producidos por desintegración química de las rocas preexistentes (minerales de arcilla y óxidos de hierro). Al litificarse este sedimento forma las Rocas Detríticas o Siliciclásticas. Por acumulación de residuos del ciclo de vida de los organismos que viven tanto en el continente como en la cuenca de depositación marina o lacustre, que tanto en vida como al morir producen gran cantidad de partículas que son transportadas y depositadas, o acumuladas en el mismo sitio donde se generan. Tales partículas, son desechos de plantas recientes (polen, esporas, hojas, tallos, troncos, etc.), restos de organismos marinos (fragmentos de conchas de GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 7 de 13 moluscos, radiolarios, ostreídos, material de arrecife, pelets y lodo calcáreo, entre otros que se depositan y al litificarse forman las Rocas Bioclásticas. - Por acumulación de material piroclástico derivado de erupciones volcánicas como ceniza, polvo, bombas y otros tipos de piroclastos que al litificarse formarán Rocas Piroclásticas o Volcanoclásticas. Tabla 2. Clasificación general de las rocas sedimentarias siliciclásticas basada en composición y tamaño de grano. Según el porcentaje de partículas de grava, lodo, arena o arcilla, las rocas clásticas pueden clasificarse según la predominancia de uno de esos tamaños, (Figuras 6 y 7). Figura 5.6. a). Clasificación de rocas clásticas con base en tamaño de partículas tipo arena-limoarcilla. S=arenisca; Sz = arenisca limosa; Sm=arenisca lodosa; Sc=arenisca arcillosa; Zs=limolita arenosa; Ms=lodolita arenosa; Cs=arcillolita arenosa; Z=limolita, M = lodolita; C = arcillolita, b) Clasificación de areniscas de acuerdo con la composición de los clastos (según Pettijohn, 1975). GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 8 de 13 Figura 7. Diagrama triangular de clasificación de rocas con mezclas de grava, arena y lodo. G=Conglomerado; Gs=Conglomerado arenoso. Gsm= Conglomerado arenoso lodoso; Gm= Conglomerado lodoso; Sg=Arenisca conglomerática; Smg=Arenisca conglomerática lodosa; Sg= arenisca conglomerática; S(g)= Arenisca ligeramente conglomerática; M(g)=lodolita ligeramente conglomerática; Ms(g)=lodolita arenosa ligeramente conglomerática; M(g): lodosita ligeramente conglomerática; M=Lodolita; Ms=Lodolita arenosa; Sm=arenisca lodosa; S=arenisca (tomada de Folk, 1974). Rocas Químicas En las Rocas químicas los componentes son formados por precipitación de minerales inorgánicos directamente del agua tales como calcita, halita, yeso, ópalo o chert y aragonito. Las calizas cristalinas o químicas se forman por precipitación directa de calcita o aragonito; la roca de sal por halita; y la roca de yeso por yeso. La lidita o roca de chert se forma por precipitación de variedades fibrosas de cuarzo o alteración química de ópalo (Tabla 3). Tabla 5.3. Clasificación de las rocas sedimentarias químicas, bioquímicas y bioclásticas, basada en composición y tamaño de clastos, así como otras propiedades físicas. GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 9 de 13 ROCAS ORGÁNICAS. Las rocas sedimentarias orgánicas son aquellas formadas esencialmente por fragmentos de restos orgánicos ya sean animales o vegetales. Estos materiales se acumulan principalmente en el fondo del mar, pero también se conocen ejemplos de agua dulce y terrestre. Solamente en los desiertos sin lluvia y en las tierras polares congeladas se encuentran ausentes. Una roca de origen orgánico puede construirse directamente desde su inicio como un material sólido completamente, como es el caso de algunas calizas de algas o formarse directamente por materiales elaborados por estructuras de organismos como las calizas esqueletales de arrecifes (corales) (Tabla 3). En ocasiones se depositan resinas que al consevarse formarán estratos de ámbar. En otros casos la composición puede ser bioquímica o biomecánica (bioclástica). Bioquímica cuando las actividades vitales de los organismos favorecen las soluciones químicas que aceleran la precipitación, tal como en los casos de materiales de hierro y bacterianos y calizas bacterianas; biomecánicas, cuando la roca se debe a la acumulación detrítica de materiales orgánicos, tal como en los casos de las calizas de crinoides y de conchas compuestas de conchas de organismos, y en algunos carbones. Es obvio que en este caso, pueden existir transiciones graduales a tipos sedimentarios a través de una mezcla cada vez mayor de materiales detríticos inorgánicos. GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 10 de 13 7.2. GUIA PARA IDENTIFICAR ROCAS SEDIMENTARIAS 1. Se coloca una gota a la muestra de ácido clorhídrico al 10% (HCl) o ácido sulfúrico al 10% (H2SO4) o zumo de limón y efervescente, es una roca sedimentaria, además generalmente estas rocas se fracturan con facilidad. 2. Hay rocas que están formadas por pudingas las cuales se encuentran sustentados por una matriz de arena, arcilla entre otros. 3. Hay rocas que están formadas por clastos angulosos sustentados por una matriz de arena, arcilla entre otros. 4. Algunas rocas sedimentarias de tipo detrítico contienen clastos del tamaño de la arena. Con respecto al material cementador que mantiene unido los granos, suele estar compuesto de sílice, carbonato de calcio u óxido de hierro. Su color viene determinado por dicho material así si son de color claro, grisáceas es debido al sílice o carbonato de calcio y si son rojas es debido al óxido de hierro. 5. Hay rocas clásticas que tienen grano muy fino similar al tamaño del talco. 6. Hay roca sedimentaria compuesta por partículas del tamaño de la arcilla, y pueden ser de colores muy variables: gris, verde, amarilla, café. Las partículas de estas rocas son tan pequeñas que no pueden identificarse con facilidad, pero cuando se agarra con la mano dejan rastros de partículas similares al compacto utilizado como maquillaje. 7. Algunas rocas sedimentarias están compuestas mayoritariamente por carbonato de calcio (CaCO3). Se pueden reconocer por dos características físicas y químicas, dicha roca es menos dura que el acero y reacciona con efervescencia en presencia de ácidos tales como el ácido clorhídrico. 8. Dentro de las sedimentarias se pueden encontrar rocas que contengan restos orgánicos de plantas o animales. 7.2.1. Observar la roca a simple vista o con la ayuda de una lupa, e identificar las características de cada una de las muestras presentadas a continuación. Muestra 1: Observación:-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Muestra 2: GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 11 de 13 Observación:----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Muestra 3: Observación:--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Muestra 4: Observación:--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Muestra 5: Observación:---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Muestra 6: Observación:---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 12 de 13 Muestra 7: Observación:----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Muestra 8: Observación:-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8. CUESTIONARIOS 1. En la lista seleccione la descripción de la roca que usted considere correcta. La roca tiene: a) Clastos en forma de pudingas b) Clastos angulosos c) Clastos del tamaño de la arena d) Grano muy fino similar al tamaño del talco e) Granos que no se ven a simple vista del tamaño de la arcilla f) Rayas blancas en su superficie g) Contiene restos orgánicos de plantas o animales 2. Investigue que otra forma de identificar los diferentes tipos de rocas sedimentarias hay. 3. ¿Cuál es el nombre de la roca? 4. ¿Las rocas sedimentarias se fracturan con facilidad? 5. ¿Cuál es el color de la roca? 6. Las rocas sedimentarias reaccionan con efervescencia en presencia de ácidos tales como el clorhídrico al 10% (HCl) o ácido sulfúrico al 10% (H2SO4). Justifique su respuestas 7. Según el tipo particular la roca es rudita, arenita, lutita, caliza, depósito carbonáceos o pegmatita, explique ¿por qué? 8. Dentro de las sedimentarias se pueden encontrar rocas que contengan restos orgánicos de plantas, animales. GEOLOGÍA GENERAL IDENTIFICACIÓN DE ROCAS SEDIMENTARIAS EN MUESTRAS DE MANO Programa de Pregrado en Ingeniería Civil Código Versión Documento de Aprobación Fecha de Aprobación Fecha de Actualización Nº de Página EPIC-GPGEO-01 V.1.0 R.D.0012018-EPICUPSJB 05-07-2018 12-08-2021 Página 13 de 13 9. ENLACES https://youtu.be/eWc3G6YfP30 10. REVISIÓN BIBLIOGRAFÍCA. - Caballero, V: Manual de Laboratorio de geología, Año 2012, ISBN 13: 9783659011795 Mariluz Graterol Ruiz, Práctica de laboratorio de la enseñanza para la geología, Año 2016.
