3. Piedras naturales - Apuntes 3 PDF

Preview

Summary

Apuntes de teoría de Materiales de Construcción de la Ud. 3 Piedras Naturales. Profesor Eduardo Lahoz...

Description

UD. 3 PIEDRAS NATURALES 1.1 Minerales ≠ Rocas ≠ Piedras naturales Minerales: Sustancias sólidas, de composición química y estructura cristalina diferenciada, definida por elementos esenciales (≥ 5%) y otros accesorios (menos del 5 %) Rocas: Agregados naturales de diferentes minerales, con configuración heterogénea que suele manifestar su ciclo petrogenético. Tres tipos: Ígneas, sedimentarias y metamórficas Piedras naturales: rocas que, después de un proceso de elaboración, son aptas para ser utilizadas como material en la construcción, ornamentación, arte funerario y escultórico, conservando su composición, textura, características físico-químicas y mecánicas. Solo los minerales petrogenéticos desempeñan un papel esencial en la formación de las rocas empleadas en construcción. Tipos: • Silicatos (micas: Moscovita y biotita) • Carbonatos, • Óxidos e hidróxidos (óxidos de hierro) • Otros (sulfuros, sulfatos, cloruros y fosfatos)

1.2 Clasificación geológica de rocas El origen del ciclo petrogenético es el Magma: Material rocoso fundido a muy alta temp. (800-1400 ºC) y a profundidades de hasta 200 km CICLO PETROGENÉTICO: Modelo que explica el conjunto de transformaciones que se pueden dar entre los diferentes tipos de rocas (desde ígneas, a sedimentarias y/o a metamórficas).

3.1

●

●

●

1.2 Clasificación de rocas según su origen: Ígneas: Originadas al solidificarse (enfriar y cristalizar) el magma. Según la velocidad y lugar de enfriamiento, se distinguen entre: Plutónicas o intrusivas, filonianas, y finalmente volcánicas o extrusivas. (Ej. Granito) Sedimentarias: Originadas sobre la superficie de la corteza terrestre mediante sedimentación (formación de sedimentos blandos por alteración) y posterior diagénesis. (Ej. Caliza) Alteración (A): Transformación superficial de las rocas por acción de los agentes geológicos externos (o meteóricos), que produce su disgregación, disolución y modificación, química, biológica o mineralógica. Diagénesis (D): Proceso en virtud del cual un sedimento blando experimenta cambios, tanto en su textura y estructura (compactación) como en su composición (cementación), y se transforma en una roca sedimentaria. Metamórficas: formadas por recristalización de una roca preexistente (ígnea o sedimentaria), bajo condiciones físicoquímicas (generalmente presión y/o temperatura) distintas a las de la formación de la roca originaria. (Ej. Esquisto) Metamorfismo (M): Conjunto de cambios que experimenta una roca sometida a condiciones de presión (dinámico), temperatura (térmico) o ambas (dinamotérmico) diferentes a las de su formación original. - Metamorfismo local o de contacto: afecta a un volumen de roca limitado y puede ser atribuido a una causa localizada, como p.ej. una intrusión magmática. - Metamorfismo regional: caracterizado por ocurrir en un área de gran amplitud (gran volumen de roca), y que está asociado a procesos geotectónicos de gran escala (generalmente es un metamorfismo dinamotérmico). 1.3 ESTRUCTURA 1. CRISTALINA Sistema cristalino = Orden cristalino= Estructura cristalina Organización básica de la materia sólida siguiendo un patrón regular y periódico que se repite en las tres direcciones espaciales Celda unidad: (patrón regular periódico) Grupo de pocos átomos, que conforman la ud. estructural elemental que, por repetición o traslación dimensional, forma la sustancia cristalina. (7 tipos de celda unidad: 7 Sistemas cristalinos) Parámetros de red: Longitud de las aristas de la celda ud. Ángulos entre los ejes cristalográficos. Tipos de cristales: - Monocristales: Cristales producidos por un orden cristalino de largo alcance. Propiedades: • Disposición atómica perfecta, sin interrupciones a lo largo del material, ni cambios en la orientación de la red. • Anisótropos (varían sus propiedades según sea la dirección cristalográfica escogida). • La forma macroscópica de un monocristal puede ser o no un reflejo de la estructura cristalina.

3.2

-

Policristales: producidos por una agrupación solidaria de múltiples cristales orientados en cualquier dirección. Formados por conglomerados, macla o agregado de varios tipos de cristales. Propiedades: • Conjunto de pequeños cristales o granos. • Orientaciones cristalográficas al azar. • Granos anisótropos, conjunto isótropo. Promedio del valor direccional.

Tipos de estructura cristalina según el tamaño del cristal: – Macrocristalina (Se ven a simple vista) – Microcristalina (ven con lupa) – Criptocristalina (Se ven con microscopio) Clasificación según forma de agruparse los granos: – Granular: (Granos diferenciados) – Compacta: (Homogénea) – Veteada: (Fajas) – Porfídica: (Cristales grandes y pequeños, dos fases tras enfriamiento)

2. NO CRISTALINA O AMORFA Carecen de un orden atómico sistemático y regular a distancias atómicas grandes, pero tienen “subunidades ordenadas”. • El enfriamiento rápido favorece su formación. El proceso de ordenación necesita tiempo. • Tipos y ejemplos: Vítrea (vidrio, algunas rocas), polimérica (plásticos) y de gel (cemento fraguando) (a) Estructura cristalina. (b) Estructura no cristalina Estructura vítrea. Propiedades de microestructura. Propiedades: Amorfa, e isótropa. Ejemplo: Obsidiana (roca ígnea) Tipos de estructura amorfa según forma de fragmento: – Brechiforme (Fragmentos angulosos) – Pudingiforme (Fragmentos redondeados)

3. Porosa Tipos: Cavernosas (Huecos de gran tamaño) y Celulares (Huecos de pequeño tamaño)

3.3

3.1 Tipos de propiedades 1. Prop. Físicas

2. Prop. Hídricas Caracterizan los procesos de captación, pérdida y circulación en el interior de la piedra, del agua (líquido, vapor) Vapor: Permeabilidad al vapor de agua Agua líquida (Absorción): Absorción (por inmersión) y Absorción por capilaridad ABSORCIÓN DEL AGUA: Determina la capacidad de imbibición de la piedra natural. (Cantidad máx. de agua que un material puede llegar a contener) • Está relacionada con la porosidad del material y puede condicionar la resistencia al hielo deshielo.

3. Prop. Mecánicas Comportamiento frágil: Pequeña deformación antes de rotura. Mayor elasticidad a compresión que a tracción. Principales esfuerzos: Compresión y flexión Según uso: • Arrancamiento del anclaje (fachada) • Impacto (pavimento y fachadas) • Abrasión (pavimento) • Deslizamiento (pavimento) RESISTENCIA A COMPRESIÓN: Especial relevancia para productos sometidos a esfuerzos portantes de compresión, p.ej. mampuestos o adoquines en pavimentos • Probetas cúbicas de 50 mm lado • Velocidad carga 1 (± 0,5) MPa/s σc = F /superficie RESISTENCIA A FLEXIÓN: (3p) flexión carga concentrada, (4p) flexión a momento constante

3.4

ARRANCAMIENTO DE ANCLAJE: Carga (N) de rotura (de placa) para anclajes UNE EN 13364 Especial relevancia para aplacados y revestimientos de fachada sometidos a cargas de viento, fijadas a subestructura mediante bulones (elemento metálico sobre taladro en placa)

Forma de rotura: Q 90º veta: Semicono invertido en lateral de placa (100%) Forma de rotura: Q // veta: Semicono invertido en lateral de placa (60%) Desgarro de placa (40 %) ADHERENCIA: El desprendimiento de placas es más frecuente en el aplacado con mortero que con anclaje, debido a las dificultades de control tanto del material de agarre como el proceso de colocación.

4. Rocas. CLASIFICACIÓN PIEDRAS NATURALES Definición comercial vs científica

3.5

GRANITO Definición científica: Roca plutónica con feldespato alcalino, cuarzo y pequeñas cantidades de plagioclasa, mica y otros minerales. Definición comercial: Piedra natural compacta y pulible, que fundamentalmente consiste en minerales de dureza 5 - 7 en escala de Mohs, tales como cuarzo y feldespato. Incluye: • Granitos (según definición científica) • Otras rocas plutónicas (granodiorita, diorita, sienita, gabro) • Rocas metamórficas de composición similar a los granitos (gneis)

ARENISCA Def. científica: Roca sedimentaria compuesta por granos de cuarzo, feldespato, mica y pequeños fragmentos de rocas má s antiguas, unidos mediante un mineral con rol de “cemento” y que puede ser silicatado, de calcita, de minerales de la arcilla u óxidos de hierro Ej. Calcarenita (denominación petrográfica) Def. comercial: Piedra natural de textura arenosa con veteados o puntos ocasionales. Ej: Arenisca de Novelda: “Beige”, “Azul”, “Fantasía”

MÁRMOL Def. científica: Roca metamórfica que contiene más de un 50% de carbonatos (calcita o dolomita), formada por la recristalización metamórfica de una roca carbonatada Ejemplos 1  : Mármol calcítico (mármol que contiene > 90% calcita) Def. comercial: Piedra natural compacta que admite pulido, compuesta fundamentalmente por minerales con dureza 3-4 en la escala de Mohs (p.ej. calcita, dolomita). Incluye: - Mármoles (según la clasif. científica): ”Carrara” 1  , “Blanco Macael” 1  - Otras p.nat. que admitan pulido a espejo: Calizas, dolomías, travertinos

Marquina

3.6

PIZARRA Def.científica: Roca metamórfica de bajo grado y grano fino que posee una fisilidad1 bien desarrollada paralela a los planos de la pizarrosidad2 . Ej.: Pizarra, esquistos, filitas 1. Propiedad de abrirse en planos con espacio muy apretado (romperse a lo largo de superficies aprox. paralelas. 2. Variedad de foliación típica de las rocas metamórficas de grano fino, que consiste en una orientación preferente y continua de los granos minerales

Def.comercial: Roca fácilmente lajable en láminas delgadas a lo largo del plano de foliación, causada por un metamorfismo de grado bajo debido a compresión tectónica. Pizarra Pizarras multicolor   Filitas

4.1 CLASIFICACIÓN ROCAS ÍGNEAS Tipos según solidificación de magma*: Proceso de cristalización y granulación (enfriamiento) definido por la velocidad y profundidad de formación: • Lento: Plutónicas o intrusivas • Rápido: Volcánicas o extrusiva o efusivas • Intermedio: Filonianas o subvolcánicas Tipos según textura y composición mineralógica: • Textura: Tamaño, forma, relaciones entre granos minerales • Composición mineralógica: Cuarzo, feldespatos alcalinos, feldespatos calcosódicos (plagioclasas), micas y otros.

-Granito (véase definición científica) -Granodiorita: Roca plutónica parecida a un granito, pero con menos feldespato alcalino y con más plagioclasas -Sienita: Roca plutónica compuesta por feldespato alcalino, algo de plagioclasa y otros minerales -Diorita: Roca plutónica compuesta por plagioclasa (oligoclasa-andesina), hornblenda y/o biotita - Gabro: Roca plutónica de grano grueso compuesta de plagioclasa (labradorita-anortita), clinopiroxeno y otros minerales como el ortopiroxeno y el olivino -Andesita: Roca volcánica, compuesta de plagioclasa (oligoclasa-andesina) y uno o varios de los minerales oscuros anfibol, piroxeno y biotita. -Basalto: Roca volcánica compuesta esencialmente de plagioclasa (labradorita-anortita) y piroxeno y tiene una textura de grano fino.

3.7

4.1.1. Estructura cristalizada: – Holocristalina (Solidificación lenta, completamente cristalizadas): Granito – Mesocristalina (Cristales pequeños): Basalto 4.1.2. Estructuras no cristalizadas (parcial o totalmente): • Porfídica. Cristales “envueltos” en matriz de grano fino o vítrea. Basalto porfídico • Vítrea. Obsidiana Características generales de las rocas plutónicas o intrusivas: • Grandes masas homogéneas y macizas, sin poros, con granos irregulares, sin orientar y bien cristalizados. • Muy compactas; muy baja porosidad. • Resistentes, duras, rígidas y frágiles ------> pulimentables • Pueden ser sensibles al choque térmico (gradiente brusco de temp.ª) • Mejores cuanto más cuarzo y grano más fino • Dn>2,5 g/cm3 Ca100 N/mm2 Características generales de las rocas volcánicas o extrusivas • Heterogéneas; casi vítreas. • Grano fino, poro redondeado (“espumas solidificadas”) • Poco densas. • También se incluyen tobas volcánicas y piedra pómez Rocas ígneas, plutónicas: Granito, Granodiorita, y Gabro: • Variedad de diorita • Predominio de piroxenos • Color gris oscuro a negro • Grano grueso • Dureza en función de las micas • Formación muy profunda, raramente aflora

Sienita,

Diorita,

4.2 ROCAS SEDIMENTARIAS • Exógenas. Formadas en corteza terrestre. • A base de minerales solubles y de rocas meteorizadas: Silicatos, Carbonatos calcáreos, Sulfatos y Residuos orgánicos Según el origen: – Detríticas o clásticas o por sedimentación mecánica: Rocas preexistentes fragmentadas, transportadas y depositadas por agentes físicos. Tipos: Arcillas, Arcosa, Arenisca, Calcarenitas, Grauwacas y Margas

3.8

ARENISCA: – Grano silíceo fino. – Color variable (como arena) – Fáciles de tallar. – Porosas. Degradables – Tipos de cemento: arcilloso, carbonatos, ferruginosos, o silíceos – Dn>1,8-2,7 g/cm3 C  a15-100 N/mm2 – Químico o por precipitación química: Formadas por precipitación de compuestos e iones presentes en soluciones sobresaturadas. Tipos: Según la composición química del ión mayoritario. - Carbonatos: calizas, dolomías , travertino - Sulfatos: aljez, alabastro CALIZAS: – Más del 70% de calcita – Mezclada con otras rocas – Colores blanco-rojo-gris oscuro. Sin brillo – Grano muy fino – Fractura concoidea – Dn pulimentable – Color blanco si domina la calcita – Colores varios por impurezas – Calizas, dolomías , alabastros y travertinos se comercializan como mármoles si son pulimentables

5. Extracción, transformación y acabados superficiales 5.1. Extracción Procedimientos: • Perforación + voladura (independiza bloques) • Corte de bloques para optimizar transporte con hilo diamantado: Cable trenzado de hilos de acero recubierto de goma sobre los que se encuentran insertados perlinas (anillos diamantados). Accionado por la polea motriz del equipo de corte, giran a gran velocidad por la piedra realizando cortes precisos.

●

●

5.2.1. Transformación: Corte o desbaste: • Formalización de la piedra, con sus “creces de cantera” (holguras perimetrales de protección vs roturas) • Los bloques se cortan en talleres para realizar chapas de pequeño espesor. • Uso de cuñas, sierras, cuchillos, martillos neumáticos Labra: Serie de operaciones, realizadas cada vez con mayor esmero y precisión, hasta obtener: - Tamaño y la forma deseada - Oquedades para previsión de anclaje - Tallado, si se requiere un acabado definitivo de calidad 5.3 Acabados superficiales: acabado final que se puede dar a la piedra. 1. En sistemas tradicionales: • Asperonado. Con areniscas o asperones. • Apomazado. Con piedra pómez. • Bruñido o abrillantado. Con abrasivos finos. • Suavizado. Con ceras o barnices. 2. En losas aserradas: • Apomazado (pulido mate, con abrasivo). • Pulido (con pasta especial). • Abujardado (con bujarda automática), • Flameado (fuego)

3.10

6. Productos y aplicaciones constructivas. Cantería -

Dovelas: piezas de arcos, bóvedas y cúpulas Clave (5) y salmer (2) Sillares: Piedra labrada a esquina viva. L>40 cm. Sillarejos: Piezas pequeñas de talla prismática pero más grosera Mampuestos: Piedra en bruto con ripios, manejable. Ripio: Mampuesto pequeño Adoquín: Sillarejo pequeño, utilizado en pavimentación Bordillo: Sillarejo para encintados Despiezado  Rocas blandas (huella y pisa) Peldaño: Enterizo Rocas ígneas Adoquín: Sillarejo pequeño, utilizado en pavimentación Bordillo: Sillarejo para encintados Peldaño: Enterizo Rocas ígneas Otras piezas: albardillas, balaustres, vierteaguas,... Lajas de pizarra: Para cubiertas

6. Productos y aplicaciones constructivas. Revestimientos - Revestimientos compuestos interiores: Pieza de gran superficie, en comparación con el espesor - Chapa: Losa de pequeño espesor

7. D  URABILIDAD: Capacidad de un elemento constructivo de mantener sin alterar sus características fisico-químicas durante su vida útil, mientras está expuesto a las acciones externas previsibles, al menos para asegurar su correcta funcionalidad constructiva. Estimación: Análisis de su VULNERABILIDAD VULNERABILIDAD o ALTERABILIDAD: Conjunto de lesiones o posibles procesos patológicos, que presenta un elemento constructivo previsto para un determinado uso, al quedar expuesto a las acciones exteriores previsibles durante su vida útil. [sin unidades] Depende de: • Función constructiva del elemento, • Acciones a las que está expuesto • Calidad del elemento Nota general sobre piedra natural: Material heterogé neo en su composició n y también de características variables en funció n del lugar de extracción en una misma cantera. 7.1 Durabilidad. Tipos de deterioros: 1.Deterioro por agentes físicos: Lesión por la helada: Causa: Solidificación del agua (0 ºC a la presión atmosférica) lo que implica un incremento de volumen del 9% y la creación de un estado tensional en el interior de los poros abiertos que contengan agua, capaz de romperlos. Riesgo de heladicidad (Ca )>15% Ca= (Psat-Pseco/Pseco)x100 

3.11

Factores internos del material: - Porosidad abierta - Tamaño de poro - Absorción de agua Factores externos al material: - Clima del emplazamiento - Tiempo previsto de exposición - Condiciones de saturación

Lesión por sales solubles: Deterioro causado por algunas sales solubles, que incrementan su volumen al cristalizar dentro del poro, dando lugar a un estado tensional sobre sus paredes cuya cuantía depende de la naturaleza de la sal. Lesión por ciclos térmicos 2. Deterioro por agentes químicos: a) Alteración estética por oxidación o por foto-oxidación:

b) Alteración química por contaminación atm. (I): Enmugrecimiento: Deterioro del aspecto (color,textura) del elemento de piedra natural debido a la acumulación generalizada o diferencial de polvo, hollín y suciedad, sobre la superficie, mayor cuanto mayor sea la rugosidad) 3. Deterioro por agentes biológicos Alteración estética: Vegetación: Algas, líquenes, musgos en poros de piedra.

8. Impacto ambiental de canteras y graveras: Dañan el paisaje, pueden alterar las aguas subterráneas y dañar ecosistemas locales. Durante la extracción se genera contaminación acústica, vibraciones y polvo. 9. Reutilización y reciclado de piedras y áridos. Ejemplos • De la piedra extraída en cantera solo se utiliza un 75%. • Aprovechamiento de sobrantes: • Gaviones:...