hoycapitulo iii de geologia estructural
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7/21/2019 HoyCapitulo III de Geologia Estructural
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CURSO : GEOLOGIA
ESTRUCTURAL
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Capitulo III. DEFORMACIONES
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3.1 DEFORMACIONES DE LAS ROCAS
3.2 CAUSAS DE LAS DEFORMACIONES
3.3 FACTORES DE LAS DEFORMACIONES
3.4 EFECTOS DE LAS DEFORMACIONES
3.5 PRINCIPALES DEFORMACIONES
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DEFORMACION DE LAS ROCAS
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DEFORMACION DE LAS ROCAS
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3. DEFORMACIONES
DEFINICIONDE ESFUERZO: Es la cantidadde fuerza que acta sobre una unidad de roca
para cambiar su forma o volumen o ambas
cosas. .
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3. DEFORMACIONES
DEFINICIONES DE ESFUERZO:
Envolvente de Mohr (Mohr envelope):Es la
lnea que es tangente a los crculos de Mohr,
representando unas condiciones de esfuerzosen el momento de falla para una material dado.
Esfuerzo (stress):Es la fuerza por unidad de
rea que acta sobre una masa de suelo. Esfuerzo desviador (deviator stress): La
diferencia entre los esfuerzos principales
(mayor y menor) en el ensayo triaxial.
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DEFINICIONES
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DEFINICIONES
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Esfuerzo efectivo (effective stress): Es el
promedio de la fuerza normal por unidad de rea
transmitida de grano a grano en una masa de suelo.
Esfuerzo normal (normal stress): es lacomponente del esfuerzo perpendicular al plano de
actuacin.
Esfuerzo principal (principal stress):uno de los
tres esfuerzos normales que actan perpendiculares
entre si y donde el esfuerzo de corte es igual a
cero.
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DEFINICIONES
Esfuerzos compresivos (compressive stress):Es
el esfuerzo normal que tiende a acortar un cuerpo
en la direccin en la cual l acta.
Esfuerzos principales (normal stress):
Esfuerzos que actan perpendicularmente a tres
planos perpendiculares entre si. Se distinguen por
lo tanto tres esfuerzos principales: Esfuerzoprincipal mayor, esfuerzo principal menor y
esfuerzo principal intermedio.
est hundido unos 31m.9
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3. DEFORMACIONES
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DEFINICION DE DEFORMACION
Deformacin (strain):es la relacin entre
el cambio en la longitud por unidad de
longitud en una direccin dada. El esfuerzo causa deformacin.
Esta puede ser dilatacin; que es un cambio
de volumen. Distorsin que es un cambio de forma o
ambas.13
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DEFINICION DE DEFORMACION
Cuando hay un cambio en la presin de
confinamiento un cuerpo istropo es decir, un
cuerpo cuyas propiedades mecnicas son iguales
en todas direcciones variara de volumen pero no
de forma.
Con un aumento de la presin de confinamiento,
el volumen del cuerpo decrece y la dilatacin es
negativa. Con una decreciente presin de confinamiento, el
volumen del cuerpo aumenta y la dilatacin es
positiva.
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EJEMPLO DE DEFORMACION EN ROCAS
El granito tiene una compresibilidad mayor
que el gabro y la diabasa, es decir, por cada
unidad que aumenta la presin de
confinamiento, el granito sufre una
disminucin de volumen mayor que el
gabro y la diabasa; es decir, por cada
unidad que aumenta la presin deconfinamiento, el granito sufre una
disminucin de volumen mayor que el
gabro y la diabasa.15
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EJEMPLO DE DEFORMACION
La accin de fuerzas dirigidas produce
distorsin, Por ejemplo, una varilla de
acero de 10cm de longitud, con una
seccin transversal de 6.25centimetroscuadrados, se sujeta a una tensin.
Una tensin de 9.000 kilogramos estira la
barra 0,0175 centmetros. El esfuerzo es de1.440 kilogramos por centmetro cuadrado,
y la deformacin es de 0,00175 centmetro
por centmetro.16
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ETAPAS DE DEFORMACION
Si se somete un cuerpo a fuerzas dirigidas, pasageneralmente a travs de 3 etapas de
deformacin. Al principio, la deformacin es
elstica; es decir, si se retira el esfuerzo, el
cuerpo retorna a su tamao y forma originales. Hay siempre un esfuerzo extremo, llamado el
limite de elasticidad; si este es excedido, el
cuerpo no retorna a su forma original y la tercera
es laruptura.
Debajo del limite de elasticidad, la deformacin
obedece a la ley de Hooke, que dice que la
deformacin es proporcional al esfuerzo.17
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CAUSAS DE LAS DEFORMACIONES
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CAUSAS DE LAS DEFORMACIONES
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CAUSAS DE LAS DEFORMACIONES
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CAUSAS DE LAS DEFORMACIONES
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FACTORES DE LAS DEFORMACIONES
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FACTORES DE LAS DEFORMACIONES
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Ejemplo aplicativo
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Excavaciones subterrneas:
mtodos de diseo GeomecnicoContenidos:
Introduccin a criterios geomecnicos en el diseo deexcavaciones
Resistencia macizo rocoso (repaso)
Esfuerzos in-situEsfuerzos inducidos por excavaciones
Soluciones analticas
Etapas diseo geomecnico
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Etapas diseo geomecnicoCaracterizacin
geomecnica
Modelo mina
Diseo
Implementacin
Comportamiento macizoMonitoreo
Back anlisis
Procesod
e
anlisisen
ingeniera
de
rocas
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Criterios de diseo subterrneos
Esfuerzos
Estructural
Cuantificar eldao y disearsoporte
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Resistencia macizo
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Proceso de Escalamiento
UCS
Lab Caracterizacin del
Macizo Rocoso
Resistencia del
Macizo Rocoso?
i i d i
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Resistencia de Macizo Rocoso(Hoek and Brown, 1980)
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GEOTECNIA MINERA UNIVERSIDAD DE CHILEPgina 46
Modelos Constitutivos Macizo Rocoso
A mayorconfinamiento: La resistencia mxima
aumenta De frgil a dctil,
comportamientoplstico
La resistencia residual
aumentaconsiderablemente
Ensayos triaxiales en Marble Tenessee,
Wawersik and Fairhurst, 1970
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Resistencia de Macizo Rocoso
Criterio de Hoek andBrown (1980, 1995)
a
cibci sm
'
3'
3
'
1
ci
28
100exp
GSImm ib
5.0
9
100exp
a
GSIs
20065.0
0
GSIa
s
GSI >=25 GSI
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Efecto de Escalamiento de Resistenciade Macizo Rocoso
Criterio de Hoek and Brownpara granito de la mina Lacdu Bonnet basado enresistencia de laboratorio,post falla y iniciacin defractura basado enmonitoreo ssmico
Martin, 1994 The progressive fracture of Lac
DuBonnet Granite , Int. J. Rock Mech. Min. Sci.
31 643-59
Determinaci n e constantes e
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Determinaci n e constantes eMohr Coulomb
13
1
313
n
13
3
( )n
Balmer (1952)
1
3
3
1
313
1
1
)(21
a
c
a
b
cb
am
m
Esfuerzo normal
Esfuerzo de corte
Derivando
H-B
GSI > 25, a=0.5
GSI < 25, s=0
Determinaci n e constantes e
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Determinaci n e constantes eMohr Coulomb
sen
ccm
1
cos2
Resistencia compresin uniaxial del macizo
Valores de c, son sensible a eleccin de 3
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Ejemplo
sig3 sig1 ds1/ds3 sign tau signtau signsq
0.10 14 22.5 0.7 2.9 2.1 0.5
0.20 17 19.9 1.0 3.5 3.4 1.0
0.39 20 20.9 1.3 4.1 5.3 1.7
0.78 26 15.1 2.3 6.1 14.2 5.5
1.56 35 10.9 4.4 9.2 40.2 19.0
3.13 49 8.0 8.2 14.3 116.9 66.8
6.25 70 6.0 15.3 22.2 340.2 235.1
12.50 101 4.5 28.6 34.2 976.9 817.1
a
ci
bci sm
'
3'
3
'
1
ci
28
100exp
GSImm ib
5.0
9
100exp
a
GSI
s
20065.0
0GSI
a
s
GSI >=25 GSI
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Ejemplo de calculoy = 1.1266x + 3.3619
R2= 0.9869
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
-5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
esfuerzo normal (Mpa)
esfu
erzodecorte(Mpa)
Serie1
Lineal (Serie1)
c 3.4 Mpatanfi 48 UCS (macizo) 17.71 Mpa
Ejercicio: calcule las ctes de M-C con parmetros GSI
50, mi=19, sci= 60 MPa
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Algunas Relaciones de Inters Mdulo de
elasticidad delmacizo rocoso enfuncin de losndice de calidad
de macizo rocoso
ngu o e Fracturamiento y
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ngu o e Fracturamiento yEsfuerzo Principal
Relacin entre lamagnitud del esfuerzoprincipal y el ngulode fracturamiento
Esta relacin permiteentender el modo defalla Macizo rocoso
Estructura El Angulo de mayor
debilidad se produceen:
2
45
Falla en
macizo
rocoso
P anos e racturamiento vs
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P anos e racturamiento vsEsfuerzo Deviatorico
El esfuerzo deviatoricocomo factor causal dela falla para diferentesniveles de
confinamiento Donath, 1972 McLamore and Gray,
1967
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Esfuerzos in-situ & inducidos
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Definiciones
Esfuerzos in situ existen antes de lasexcavaciones.
Esfuerzos inducidos son los que resultanpor la existencia de la excavacin (es).
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Expresiones analticas
Solucin de Kirsch en el contorno de la
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Solucin de Kirsch en el contorno de laexcavacin
B
A
A
B
2cos)1(21 KKp
KpB 3
13 KpA
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Ejemplo de Kirsch
Se impone lacondicin de
resistencia 16 MPa ala compresin ci =1-3 =-26, 26
Se impone condicinde resistencia a latraccin to=0 =79, 101
2cos)1(21 KKp
2,
5
2,5 Mpa
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Zonas de falla y dao
Ref: Martin (1997)
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Efecto de varias excavaciones
Se suman los esfuerzos inducidos de cada excavacin
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Dao y sismicidad
Se utiliza un modelonumrico para estimarcontornos de esfuerzo
Se grafica el esfuerzo
deviatorico Se compara con una
envolvente de falla del
sistema minero ci Lo ltimo se obtiene
con microsismica
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Efecto de varias excavaciones
Se suman los esfuerzos inducidos de cada excavacin
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Formacin y tipos de rocas
Roca
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Agregado natural
cohesionado deminerales y otras
partculas.
Las rocas son el
producto final de la
evolucin de
sistemas fsico-
qumicosdesarrollados por
actividad geolgica
exgena o endgena.
Roca
Textura de una roca
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Conjunto de caractersticas geomtricas, determinadas por el
grado de cristalinidad, granularidad, forma de los cristales y
relaciones mutuas entre ellos.
La textura depende bsicamente del proceso de formacin. Su
estudio proporciona informacin sobre condiciones de
formacin.
Rocas gneas
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NM
Dique
Sill
Lacolito
Rocas gneas
Intrusivas / volcnicas
Intrusivo
Profundidad de formacin y afloramientos
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Profundidad de formacin y afloramientos
Profundidad de formacin y afloramientos
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Profundidad de formacin y afloramientos
Profundidad de formacin y afloramientos
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NM
Profundidad de formacin y afloramientos
Rocas gneas intrusivas
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Rocas gneas intrusivas
Rocas gneas volcnicas
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ocas g eas vo c cas
Roca
piroclstica
Lava
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Estimacin del
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porcentaje de los
diferentes minerales.
Diagrama deROCA EXTRUSIVACAMPO ROCAINTRUSIVA
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clasificacin de rocas
gneas
ROCA EXTRUSIVA
cuarzolita
cuarzo riolita
riolita alcalina
riolita
dacita
dacita
cuarzo traquita alcalina
cuarzo traquita
cuarzo latita
cuarzo lati andesita / basalto
cuarzo andesita / basalto
traquita alcalina
traquita
latita
lati andesita/ basalto
andesita / basalto
CAMPO ROCAINTRUSIVA
1a CUARZOLITA
1b CUARZO GRANITO
2 GRANITO ALCALINO
3 GRANITO
4 GRANODIORITA
5 TONALITA
6* CUARZO SIENITAALCALINA
7* CUARZO SIENITA
8* CUARZO MONZONITA
9* CUARZO MONZO DIORITA / GABRO
10* CUARZO DIORITA / GABRO
6 SIENITAALCALINA
7 SIENITA
8 M ONZONITA
9 M ON ZO D IORI TA / GA BRO
1 0 D IORI TA / GA BRO
Q
PA
M < 90
1a
1b
10*9*8*7*6*
ba
5432
90 90
60 60
20 20
5 5109876
Nomenclatura de rocas piroclsticas
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p
Fischer & Schmincke, 1984
Blo ques/ Bom bas(> 64 m m)
Ceniza
(< 2 m m )
Lapi l l i
(2- 64 m m)
Brechap i roc lst ica
Tuf o - br echa
Tuf o deLapi l l i
Tuf o d eCeniza
Vidrio
Tuf ov i t reo
Fragmentos
de roca
Fr agm ent os de
cr ist ales
Tuf o d ec r i s t a les
Tuf ol t ico
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Rocas metamrficas
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Principio
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La presin dirigida origina disolucin parcialen puntos de mxima presin litosttica.
El material disuelto se moviliza localmente
sobre los bordes de los granos y precipita enzonas de menor presin. Esto da origen a
contactos cncavo-convexo, cementacin ydisminucin de la porosidad.
Al sellarse los poros, la superficie de
con tact o en tr e grano s aum enta y d econtinuar el incremento de presin dirigida
el efecto de la disolucin ser mayor. Encondiciones metamrficas, algunos minera-
les se transforman.
Los nuevos minerales se desarrollan uno acontinuacin del otro en direccin perpendi-
cular a la de la presin formndose as texturasesquistosas.
Principio
de Riecke
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Rocas sedimentarias
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www.fosil.cl
CUENCASEDIMENTARIA
BATOLITO CUENCASEDIMENTARIA
TERRENOMETAMRFICO
i
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FOSA
NMM
SEDIMENTARIA
100 km
ROCA
IGNEA
ROCA
METAMORFICA
ROCA
SEDI M ENT ARIA
MAGMAFUSI ON CRI STALI ZACION
TRANSPORTE Y
SEDIM ENT ACIONEROSION
METAMORFISMO
DI AGENESI S
El ciclo de las rocas
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CONDICIONES DEFORMACIN
DEL YACIMIENTO
SINGULARIDADESDE LOS MINERALES
TEXTURADE LA ROCA
INTERPRETACINDE LAS CONDICIONES
DE FORMACIN
ESTUDIODE LOS MINERALES
Y LA TEXTURA
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OBSERVACIONES
INTERPRETACINRAZONAMIENTO
CONOCIMIENTOSTERICOS
Roca de textura fanertica
hipidiomrfica, constituida
por ortosa, cuarzo,
plagioclasas y hornblenda.
Tipo de roca: Granito
Roca intrusiva, formada a
temperatura de alrededor de
900C durante la ltimas
etapas de la diferenciacin
magmtica.
Observaciones:
Polvo fino de vidrio volcnico
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Polvo fino de vidrio volcnico,
finos cristales de biotita, cuarzo
y fragmentos lticos.
Conocimientos:
Los procesos volcnicos
explosivos generan depsitosde polvo fino de vidrio
volcnico, con cristales y
fragmentos de cristales y de
rocas.
Interpretaciones:
Enfriamiento rpido de una
fusin magmtica.
Observaciones:
Cristales de grano grueso de
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Cristales de grano grueso de
ortosa, cuarzo, plagioclasas, biotita
y hornblenda, con textura
hipidiomrfica.
Conocimientos:
El enfriamiento de un plutn eslento y genera rocas de textu-ras
fanerticas e hipidiomrficas
formadas por cuarzo, ortosa,
plagioclasas y minerales mficos.
Interpretaciones:
Enfriamiento lento de una fusin
magmtica.
Observaciones:
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Cantos rodados de diferente
naturaleza litolgica, cementados
por cristales de calcita y pocamatriz arenosa.
Conocimientos:
Con el transporte los sedimentos
chocan entre si y se redondean
cada vez ms.
Interpretaciones:
Roca sedimentara clstica,
transporte moderado.
Conglomerado.
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En resumen:
Qu es una roca?
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Agregado natural cohesionado de minerales y otras partculas.
Las rocas son el producto final de la evolucin de sistemasfsico-qumicos desarrollados por actividad geolgica exgena
o endgena.
Proceso natural de miles a millones de aos
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Elementos
y molculas
en solucin
Formacinde minerales
Rocas
Proceso natural de miles a millones de aos
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Elementos
y molculas
en solucin
Formacinde minerales
Yacimientos
Importancia de las rocas
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- Informacin sobre condiciones de formacin
Importancia de las rocas
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- Informacin sobre
relacin entre diferentesunidades geolgicas.
Importancia de las rocas
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- Gua de exploracin de yacimientos metlicos.
Intrusivos granodiorticos para prfidos de Cu
Brechas volcnicas para epitermales aurferos
Importancia de las rocas
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- Materia prima industrial
Doloma, caliza
Calizas
Arcillas
Importancia de las rocas
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- Rocas ornamentales
Granito, basalto,
travertino, caliza, mrmol
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La tierra corresponde a un geoide y est representada por un
elipsoide achatado ligeramente, aplanada en los polos y abultada enel Ecuador. Un dimetro en el Ecuador 12683km y 12640km, sucircunferencia de 39840km, el rea de su superficie esaproximadamente de 804000000km2. (70% cubierta por agua), elvolumen aproximado es de 1024 billones de km3 y su masa es de6500 trillones de toneladas.
SISTEMA SOLAR
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