APUNTES GEOTECNIA VI – SULFATOS EN ROCAS

SULFATOS EN ROCA

En este artículo, que se enmarca en la serie de apuntes de geotecnia, profundizaremos en el contenido de sulfatos en rocas.

En la realización de Estudios Geotécnicos, uno de los ensayos de laboratorio más importantes a tener en cuenta son los ensayos de identificación del contenido de sulfatos.

Del resultado de estos ensayos, dependerán las necesidades del tipo de hormigón y cemento a utilizar en elementos de la construcción en contacto con el terreno, principalmente elementos de cimentación y contención. La correcta identificación de los sulfatos y el posterior empleo del hormigón y cementos adecuados con los aditivos correspondientes permitirá evitar el deterioro que produce este elemento químico. El tipo de hormigón y aditivos se definirán en función del grado de concentración de sulfatos de acuerdo a la normativa de aplicación.

 

Existen dos formas principalmente de ataque del hormigón a partir de sulfatos:

1. Reacción del sulfato con hidróxido de calcio liberado durante la hidratación del cemento formando sulfatos de calcio (yeso, anhidrita, etc..).
2. Reacción de sulfato de calcio con el aluminato de calcio hidratado formando sulfato aluminato de calcio (ettringita).

Ambas reacciones dan como resultado un aumento de volumen en el sólido, pero la segunda genera expansiones, rupturas y ablandamiento del hormigón ya que los sulfatos reaccionan con el aluminato de calcio hidratado.

 

Los ensayos que se realizan en un estudio geotécnico en laboratorio para determinar el contenido en sulfatos son los siguientes:

• Determinación del contenido de Ión Sulfato en Suelo. UNE 83963:2008
• Contenido en sulfato en Agua. UNE 83956:2008

Dada la importancia de este componente químico, las distintas normativas de construcción contemplan la necesidad de la determinación de su contenido según los ensayos anteriores

En este artículo nos centraremos en el caso de terrenos tipo Roca y como poder hacer una valoración previa a la identificación en labotario según su génesis.

 

Los sulfatos son sales del ácido sulfúrico H₂(SO₄), siendo el grupo aniónico principal el (SO₄)^2-, además otros como (CO₃)^2-, (NO₃)- y (OH)-, además de H2O. Los cationes más importantes son K, Na, Ca, Al, Fe, Mg y Cu.

De entre todos los sulfatos, el mineral más importante desde el punto de vista de la alteración de materiales de construcción es el yeso (CaSO₄·2H₂O), aunque existen más variedades como las citadas a continuación:

• Anhidrita: CaSO₄
• Celestina: SrSO₄
• Barita: BaSO₄
• Alunita: KAl₃(SO₄)2(OH)6
• Melanterita: FeSO4·7H₂O
• Jarosita: KFe₃(SO₄)2(OH)6.

La idea de partida sería descartar el componente sulfato en la composición química teórica de una roca. Se muestra a continuación los distintos tipos de rocas.

• ROCAS ÍGNEAS. Las Rocas Ígneas son aquellas que se forman cuando el magma se enfría y solidifica, se clasifican en:
  • Intrusivas (plutónicas o filonianas). Son las formadas a partir de un enfriamiento lento, a gran profundidad y en grandes masas. Granito, Granodiorita, Peridotita, Gabro, etc…
  • Extrusivas (volcánicas). Son las formadas al solidificarse el magma (lava) que emerge a la superficie. Ej. Basalto, Riolita, Andesita, Toba volcánica, etc…
    

    Clasificación Rocas Ígneas en Función del contenido de sílice

• ROCAS METAMÓRFICAS. Las Rocas Metamórficas son aquellas que provienen de la modificación de otras preexistentes y formadas por procesos de calor y presión, se clasifican en:
  • FOLIADAS. Pizarra, Esquisto, Filita, Gneiss, etc..
  • NO FOLIADAS. Mármol, Anfibolita, Cuarcita, Serpentinita, etc…

Al provenir de otras rocas, la composición química será la del protolito (roca origen) principalmente.

• ROCAS SEDIMENTARIAS. Las Rocas Sedimentarias son aquellas formadas por acumulacion de sedimentos y que sometidos a procesos físicos y químicos, se pueden clasificar en:
  • Por formación mecánica o detrítica. Conglomerado, Arenisca, Lutita, etc…
  • Por formación química. Caliza, Dolomía, Evaporitas, etc…
  • Por formación orgánica. Travertino, Carbón, etc…

Según lo anterior, tendriamos la siguiente casuística en cuanto a potencial presencia de sulfatos según el tipo de Roca.

SULFATOS EN ROCAS ÍGNEAS Y METAMÓRFICAS. Como norma general, en rocas ígneas y metamórficas, la posibilidad de encontrarse sulfatos es baja debido a que las condiciones de formación de estas rocas (presión y temperatura) nada tienen que ver con las condiciones en las que se originan los minerales con contenido en sulfato (este mineral se forma a rangos de temperatura y presión menores a los de las rocas ígnea o metamórficas).

Hay excepciones teniendo en cuenta la génesis de los minerales que componen las rocas. Por ejemplo, las intrusiones secundarias como las que generan los diques. Estas intrusiones generalmente tienen un origen hidrotermal que es el origen de minerales como la barita, celestina, etc… Esto es que un fluido a alta temperatura se intruye en una roca aprovechando fracturas existentes en ella como puede ser una diaclasa o una falla estructural y precipita al disminuir la temperatura y/o presión. En rocas con diques, habría que ver la composición de la intrusión, aunque generalmente suele ser máfica (anfíboles y piroxenos) que tampoco se corresponden con sulfatos.

 

SULFATOS EN ROCAS SEDIMENTARIAS. Atendiendo de nuevo a su origen, los minerales citados anteriormente y que en su composición química contienen sulfatos, se forman mayoritariamente en ambientes sedimentarios. El yeso, concretamente, se forma frecuentemente durante la alteración de materiales carbonatados (calizas) en ambientes áridos y/o salinos (al igual que la halita) y en condiciones atmosféricas ácidas fuertemente polucionadas. También por la hidratación del mineral anhidrita y por la acción de gases sulfurosos sobre minerales de calcio en ambientes volcánicos. Otros sulfatos también son producto de alteración, tales como la melanterita que se forma a partir de sulfuros de Fe como la pirita. Así, en las rocas sedimentarias como las calizas o dolomías no alteradas, no debiera de existir sulfatos. Si la roca se encuentra alterada es probable que pueda existir sulfatos si se formó en ambiente árido.

De esta forma es importante conocer la historia geológica y la génesis de una roca para establecer la composición química de esta y la posibilidad o no de que esté compuesta, en parte o totalmente, por sulfatos.

 

SULFATOS EN AGUA. Finalmente, y como es normal en geotecnia, llega el agua y lo complica todo. Si se encuentra agua durante las prospecciones a realizar en un estudio geotécnico, lo primero que indica es que la roca está en un alto grado de meteorización que provoca que este líquido pueda circular en su seno. Y ciñéndonos al tema que nos ocupa, lo segundo es que podría tener sulfatos en su contenido químico ya que ese agua puede estar en contacto a su paso con formaciones geológicas ricas en sulfatos (por ejemplo, yeso) y ser arrastrados hasta el sector de estudio. En general, en sitios con circulación de agua, ya sea continua (ríos o arroyos) o intermitente (vaguadas o ramblas), sería conveniente analizar el contenido en sulfatos del agua para certificar su contenido o no y aplicar medidas al respecto si proceden.

 

REFERENCIAS:

• ugr.es
• educaweb.es
• F. Legget. “Geología para ingenieros”

 

 

Este artículo ha sido desarrollado por:

JOSE ANTONIO BUENO MORENO

Licenciado en Ciencias Geológicas. Universidad de Granada

Master en Ingenieria Geológica. Ilustre Colegio de Geólogos de Andalucia.

jabm@geotecniaconsultores.com

 

Jose Antonio Bueno Moreno, cuenta con casi 20 años de experiencia en el área de la Geotecnia a nivel internacional y colabora en Geotecnia Consultores desde 2021