Las rocas, como materiales naturales utilizados en construcción, presentan una serie de propiedades físicas y mecánicas que determinan su comportamiento frente a esfuerzos, agentes climáticos, durabilidad y trabajabilidad. Estas propiedades deben ser bien conocidas para seleccionar el tipo de roca adecuado en función de su aplicación técnica y estructural.
Las características de las rocas vienen determinadas por una serie de propiedades, entre las que cabe resaltar:
- Estructura y textura.
- Homogeneidad.
- Dureza.
- Resistencias mecánicas.
- Adherencia.
- Humedad natural y permeabilidad.
- Heladicidad.
- Resistencia al fuego.
Estructura y textura de las rocas
Se denomina estructura de una roca al conjunto de características o formas que presenta, que dependerá fundamentalmente de la disposición que presentan los elementos que la constituyen, independientemente de su composición mineralógica. Como consecuencia, en la estructura de una roca se consideran el aspecto que presenta en la superficie, así como el conjunto de caracteres físicos como forma de presentación y disposición de los minerales, por ejemplo, mantos, estratos, bandeamineto, derrames, disyunción esferoidal, disyunción columnar, dique, etc.
La estructura que presenta una roca puede ser, dependiendo del tamaño de los elementos
de los que está compuesta:
- Macroestructura, cuando se puede observar directamente, a simple vista o con ayuda
de una lupa. - Microestructura, cuando para observarla es imprescindible la utilización de un
microscopio.
La estructura que presenta una roca es un parámetro descriptivo de gran utilidad a la hora de analizar el origen de las rocas y sus condiciones de formación. Las estructuras de las rocas ígneas reflejan las condiciones en las cuales ocurrió la consolidación del magma o lava que dio origen a su formación.
En las rocas volcánicas, su estructura refleja las características de consolidación de la lava, dadas por un rápido enfriamiento, tanto aéreo como subacuático (fracturas concoidales y columnares, almohadillas, etc), por escape de gases durante la cristalización (estructuras vesiculares, amigdoidales, escoriáceas, etc) y por la movilidad de dicha lava (estructuras fluidales, cordadas, brechas de derrames, flujos piroclásticos, etc.).
En las rocas plutónicas, debido a que la consolidación de los magmas se realiza a profundidades relativamente altas, la preservación y observación de estructuras se limita de modo general a las zonas marginales o periféricas a la intrusión, donde el enfriamiento suele ser más rápido y los movimientos diferenciales, con relación a la roca encajante, son más intensos. En este caso, las estructuras están relacionadas con el enfriamiento (fracturas de alivio o descompresión), al movimiento del magma durante su ascenso (bandas fluidales, presencia de enclaves de la roca caja) y a la variación local de las condiciones de cristalización (cavidades miarolíticas, manchas, etc.).
El término textura de una roca se refiere sobre todo al aspecto que presenta, y define las relaciones espaciales que existen entre los componentes de la roca, en las que influyen sobre todo la forma de los componentes, el tamaño (absoluto y relativo), la estructura interna, la orientación, etc.
La macroestructura de una roca puede ser de distintas formas:
Granitoidea (granítica o granuda)
Es la estructura más frecuente que presentan las rocas, formada por cristales de minerales yuxtapuestos, unidos íntimamente, siendo todos aproximadamente del mismo tamaño y sin que se aprecien poros (huecos) ni materia cementante de unión.
El ejemplo más característico de este tipo de estructura es la roca de granito. Una variedad de estructura Granitoidea es la estructura pegmatítica, que se presenta con cristales muy gruesos, del orden de varios centímetros e incluso de varios metros, como es el caso de la pegmatita.
Porfídica
Es la que presenta una masa de minerales que no se distinguen, en la que sobresalen granos de mayor tamaño o color, denominados fenocristales, englobados en una pasta (amorfa o de cristales microscópicos) de aspecto homogéneo.
El ejemplo más característico de este tipo de estructura es la roca de basalto.
Estratificada
Es la que presenta una disposición en bandas. Una variedad de estructura estratificada es la denominada estructura esquistosa, cuando las bandas son delgadas.
Clástica
Es la que presenta granos (fragmentos) enlazados por una materia cementante. Dentro de la estructura clástica se pueden distinguir dos tipos de estructuras:
Brechiforme
Es la estructura clástica formada por fragmentos angulosos.
Pudingiforme
Es la estructura clástica formada por fragmentos redondeados.
Vítrea
Es la que está constituida por una masa amorfa en la que, a veces, puede haber pequeños cristales e incluso huecos debido a las burbujas de los gases.
El ejemplo más característico de este tipo de estructura es la piedra pómez.
La textura de una roca se define por el tamaño, forma, disposición y distribución de los minerales que la componen. Esta textura depende de varios factores fundamentales, que detallamos a continuación:
Grado de cristalización o cristalinidad
Este factor está determinado por la velocidad de enfriamiento durante la formación de la roca, lo que influye en la proporción entre materiales cristalizados y materiales en estado vítreo. Según el grado de cristalinidad, se distinguen las siguientes texturas:
Tipos de cristalinidad
- Holocristalina: roca compuesta totalmente por minerales cristalizados.
Ejemplo: Granito. - Holohialina o holovítrea: roca formada completamente por vidrio.
Ejemplo: Obsidiana. - Hipocristalina o merocristalina: contiene tanto minerales cristalizados como vítreos, con predominio de los cristalizados.
- Hipovítrea: también presenta ambos tipos de materiales, pero predomina el material vítreo.
Tamaño de los cristales (grano o granularidad)
El tamaño de los cristales en una roca puede variar desde dimensiones submicroscópicas hasta varios centímetros o incluso metros, como en el caso de algunas pegmatitas. Según su tamaño, se reconocen dos tipos de textura:
Tipos según la granularidad
- Fanerítica (o fanerocristalina): los cristales son visibles a simple vista o con lupa.
- Afanítica: los cristales no son distinguibles sin el uso de un microscopio.
Forma de los cristales
La forma de los cristales depende del desarrollo de sus caras cristalinas. En función de este desarrollo, se clasifican de la siguiente manera:
Tipos según la forma cristalina
- Euhedral: cristales con todas sus caras perfectamente desarrolladas.
Ejemplos: Circón, turmalina, apatito, olivino. - Anhedral: cristales sin caras cristalinas desarrolladas.
Ejemplo: Cuarzo. - Subhedral: cristales con un desarrollo parcial de sus caras cristalinas.
Ejemplos: Piroxenos, anfíboles, micas, plagioclasas.
Tamaño relativo de los cristales
Este aspecto se refiere a las relaciones mutuas entre los tamaños de los cristales que forman la roca. Las texturas más comunes en este aspecto son:
Tipos según el tamaño relativo
- Equigranular: todos los cristales son aproximadamente del mismo tamaño, generando un aspecto uniforme y granular.
- Inequigranular o porfirítica: coexisten cristales grandes (fenocristales) en una matriz más fina, que puede ser cristalina o vítrea.
- Si la matriz es principalmente vítrea, se denomina textura vitrofírica.
Homogeneidad de las rocas
La homogeneidad de una roca es una propiedad que indica que todas las partículas del material tienen características similares y se encuentran distribuidas de manera uniforme.
Cuando una roca presenta falta de homogeneidad, estas irregularidades se consideran defectos.
Los principales defectos o faltas de homogeneidad que suelen aparecer en las rocas son,
sobre todo:
Grietas o pelos
Son fisuras muy finas que aparecen en la superficie o el interior de la roca. Estas grietas suelen estar rellenas de materiales más blandos que la roca original, lo que puede debilitar su estructura.
Coqueras
Se trata de cavidades internas que aparecen en la roca, habitualmente rellenas de materiales blandos, a menudo de origen orgánico. Pueden comprometer la resistencia mecánica del material.
Nódulos
Son incrustaciones duras que se encuentran dentro de la roca. A diferencia de los defectos anteriores, los nódulos son más duros que la roca circundante y pueden alterar su uniformidad estética o funcional.
Adherencia de las rocas
La adherencia mide la capacidad de la roca para unirse a otros materiales como el mortero o el hormigón. Depende de su rugosidad superficial, composición mineral y porosidad. Rocas como la arenisca, porosa y ligeramente rugosa, ofrecen buena adherencia, mientras que otras muy lisas como el mármol requieren tratamientos previos.
La adherencia que presenta una roca se refiere a la fuerza de unión entre sus partículas, debidas a las fuerzas de naturaleza física que se producen cuando se ponen en contacto íntimo dos partículas de distinta composición química.
Si las partículas son de igual composición química, se producen fuerzas de cohesión, de naturaleza química.
Dependiendo de la adherencia que presenten entre sus partículas, las rocas pueden ser:
Coherentes
Son rocas duras en las que se necesita desarrollar gran trabajo para triturarlas.
Friables
Son rocas que se desmenuzan fácilmente.
Sueltas
Son las rocas formadas por granos sueltos, que se denominan áridos.
Dependiendo de la procedencia de las características de adherencia, se distinguen dos tipos de rocas:
Rocas agregadas
La adherencia proviene de la unión de los granos entre sí, como en el granito.
Rocas aglomeradas
Los granos se unen unos a otros por medio de una materia cementante, como en
las areniscas.
Dureza de las rocas
Las rocas suelen ser materiales duros, fuertes y resistentes, pero también pueden ser blandas, débiles y fácilmente deformables, como ocurre en el caso de las rocas arcillosas. La dureza de una roca depende tanto de la dureza de los propios granos que la constituyen como de las fuerzas de unión entre ellos, o de la dureza de la materia cementante.
Para clasificar las rocas por su dureza se puede emplear la escala de Mohs, pero en construcción se suele utilizar una clasificación que distingue distintos grupos de rocas por su dureza:
Blandas
Son las rocas que se sierran con facilidad con una sierra ordinaria, como es el caso
de una toba caliza.
Semiduras
Son las rocas para las que se necesita una sierra de dientes de dureza especial,
como es el caso de las calizas y el mármol.
Duras
Son las rocas para las que se necesita una sierra de arena, como es el caso de las
calizas cristalinas.
Muy duras
Son las rocas para las que se necesita una sierra de carborundum, como es el caso
del granito.
La dureza de los materiales pétreos es una propiedad importante para poder evaluar su trabajabilidad, con utensilios de impacto y abrasivos, tanto de los materiales en la cantera como en la obra.
La gran complejidad de los materiales pétreos no permite una correlación clara entre su dureza y su resistencia mecánica, aunque en general, la resistencia a la compresión aumenta
cuanto mayor es la dureza.
Las rocas suelen ser materiales duros y frágiles, por lo que suelen presentar una resistencia al impacto débil o moderada, por lo que suelen ser materiales trabajables con herramientas de impacto. Esto permite en la mayor parte de los casos un buen acabado. Lo mismo puede decirse de su buena trabajabilidad por pulido, particularmente en rocas como calizas y mármoles, aunque existen rocas relativamente duras que resisten bien la raya y la abrasión.
Se mide comúnmente con la escala de Mohs, que va del 1 (talco) al 10 (diamante). Los minerales más duros incrementan la resistencia de la roca frente al desgaste, por lo que la dureza es clave en usos como pavimentación o recubrimientos exteriores.
Resistencias mecánicas de las rocas
Las propiedades mecánicas de las rocas definen su capacidad para resistir acciones externas o internas que implican la aplicación de fuerzas sobre ellas.
Esencialmente, se distinguen fuerzas de compresión, de tensión (o extensión), de flexión y de impacto.
Resistencia a compresión de las rocas
La resistencia a compresión de las rocas suele ser grande en general, aunque existe una gran variación de unas a otras, e incluso dentro del mismo tipo de roca.
- En las rocas calizas y mármoles, su resistencia a compresión depende de su proceso de formación, de su total o incompleta cristalización y del tamaño de los granos cristalinos.
- En las areniscas depende del material cementante que las aglomera.
- En las metamórficas depende del tipo y grado de su metamorfismo.
En general, la resistencia a compresión de una roca es directamente proporcional a la uniformidad de su estructura cristalina e inversamente proporcional al tamaño del grano.
La humedad que tenga una roca influye muy decisivamente en su resistencia a compresión, de tal manera que una roca húmeda resiste menos que la misma roca seca, lo que es especialmente significativo si son rocas de tipo arcilloso.
Las rocas estratificadas presentan una mayor resistencia a compresión cuando el esfuerzo se ejerce de manera perpendicular a los estratos.
Resistencia a tracción de las rocas
La resistencia a tracción de las rocas suele ser baja en general, ya que depende de la cohesión y adherencia entre las partículas, que suelen ser débiles.
Como orden de ideas se puede establecer que, por término medio, la resistencia a tracción de una roca suele ser del orden de 1/30 de su resistencia a compresión.
Los aspectos relacionados anteriormente, en el apartado de la resistencia a compresión de las rocas, se pueden hacer extensivos para la resistencia a tracción.
Resistencia a flexión de las rocas
La resistencia a tracción de las rocas también suele ser baja en general, ya que también depende de la cohesión y adherencia entre las partículas, que suelen ser débiles.
Para un determinado material pétreo, el valor de resistencia a la flexión suele estar cercano al doble de su resistencia a tracción.
También se pueden hacer extensivos para la resistencia a flexión los aspectos relacionados en el apartado de la resistencia a compresión de las rocas.
Humedad y permeabilidad de las rocas
Las rocas, como todos los materiales, en su estado natural contienen una cierta cantidad de agua que retienen en sus poros.
Esa agua, conocida como agua de cantera, no suele sobrepasar el 1 % de su peso (aunque en algunas rocas puede llegar hasta el 30 %) y facilita la labra de la roca.
Comportamiento de las rocas en contacto con el agua
En contacto con el agua, las rocas pueden comportarse de diferentes maneras. Básicamente se clasifican en:
1. Rocas solubles
- Solubles: como las rocas calizas.
- Poco solubles: como el yeso.
2. Rocas insolubles
Según su comportamiento frente al agua, pueden ser:
a. Rocas permeables
- Sin imbibición: como las rocas sueltas (gravas) o algunas rocas compactas como la dolomía.
- Con imbibición: como las rocas sueltas (arenas) o algunas rocas compactas como las areniscas.
b. Rocas impermeables
Con imbibición: como las margas o las arcillas.
Sin imbibición: como los granitos o las cuarcitas.
Variación de la permeabilidad con el tiempo
La permeabilidad de una roca puede variar con el tiempo:
- Aumento de la permeabilidad: si el agua provoca disolución y erosión de los granos.
- Disminución de la permeabilidad: si las sales disueltas que transporta el agua colmatan sus poros.
Heladicidad de las rocas
La heladicidad es la propiedad o grado que posee una determinada roca para helarse fácilmente, y depende directamente de su porosidad y de su resistencia mecánica. Las rocas muy porosas pueden ser heladizas, originándose un deterioro con pérdida de las propiedades físicas y mecánicas, y que puede llegar a originar la disgregación de la roca.
La heladicidad de una roca está relacionada con su poca capacidad resistente, por lo que, como consecuencia de la presión originada por el cambio de estado del agua que contiene, de líquido a sólido, con aumento de volumen, produce deterioros tales como agrietamientos, exfoliaciones o desprendimientos en esa roca.
Por ello, también se puede entender la heladicidad de una roca como su tendencia a disgregarse por la acción de las heladas. Cuando una roca se disgrega con facilidad por efecto de la heladicidad se suele decir que es una “roca heladiza”.
Comportamiento de las rocas frente al fuego
Las rocas, en general, son poco resistentes al fuego, debido al diferente coeficiente de
dilatación térmica de los minerales que la integran. Cuando se produce un calentamiento seguido de un enfriamiento brusco, por ejemplo, cuando se echa agua sobre ellas, se producen agrietamientos.
El comportamiento de las rocas frente al fuego puede ser muy diferente, dependiendo del tipo de roca:
- Los granitos tienen baja resistencia al fuego.
- Las rocas calizas tienen buen comportamiento hasta los 600 ºC.
- Los mármoles tienen menor resistencia al fuego que las calizas.
- Las areniscas de grano fino y compacto tienen buena resistencia al fuego.
Densidad y porosidad de las rocas
La densidad es la relación entre la masa y el volumen de una roca, normalmente expresada en kg/m³. Depende de la composición mineralógica y la estructura interna. Por lo general, las rocas ígneas como el granito tienen densidades altas (alrededor de 2600–2800 kg/m³), mientras que algunas sedimentarias como la piedra pómez presentan densidades mucho menores debido a su alta porosidad.
La porosidad se refiere al porcentaje de huecos que existen en una roca en relación con su volumen total. Afecta directamente a su permeabilidad, a su resistencia mecánica y a su comportamiento frente a la heladicidad (resistencia al hielo). Una roca muy porosa es menos resistente, pero más ligera y aislante.
Otras propiedades relevantes de las rocas
- Abrasividad: indica el grado de desgaste que puede producir una roca al ser rozada contra otros materiales. Importante en trabajos de corte y maquinaria.
- Tenacidad: resistencia frente a la rotura o desgarro. Rocas tenaces soportan mejor el impacto o las cargas dinámicas.
- Elasticidad: capacidad para recuperar la forma tras ser sometidas a esfuerzos.
La elección adecuada de un tipo de roca en construcción no puede basarse solo en su apariencia o disponibilidad. El análisis de sus propiedades físico-mecánicas es imprescindible para garantizar su seguridad, eficiencia técnica y durabilidad a largo plazo.
Arquitecto Técnico por la EUATM de la Universidad Politécnica de Madrid, estudios de Arquitectura en las especialidades de Edificación y Urbanismo por la ETSAM de la Universidad Politécnica de Madrid. Docente y divulgador en España y algunos países de Latinoamérica. Arquitecto Técnico en proyectos y dirección de obras de edificios y construcciones de diferentes escalas, tanto de promoción privada como pública. Natural de Santibáñez el Bajo (Cáceres).
