Gómez Ruíz de Argandoña, V.

Ordaz Gargallo, J.

Repositorio da Universidade da Coruña

Características físicas y de alteración frente alagua de las pizarras de Rande (A Coruña)GOMEZ RUIZ DE ARGANDOÑA, V. (*); ORDAZ GARGALLO, J. (*)INTRODUCCIONEl objeto principa! del trabajo ha sido estudiar el papel jugado por elagua en materiales arcillosos, escogiendo para ello las pizarras de Ran-de.Primeramente se ha efectuado un estudio detallado de las caracte-rísticas petrográficas de estas rocas (mineralogía, textura, estructura,microfisuracián). Se han calculado diversos parámetros físicos (densi-dad, porosidad, permeabilidad, hinchamiento), intentando relacionar-los entre sí, e interpretándolos en función de las características intrínse-cas del material ensayado. Finalmente, se han discutido estos datosdesde el punto de vista de su alterabilidad, aspecto éste de gran interésen el campo geotectónico.Las explotaciones de estas pizarras están situadas al Norte de la pro-vincia de A Coruña, en el pueblo de Rande, carretera comarcalRibadeo-A Coruña (C-642), cerca de Espasante (hoja nO 2-Cillero, delMapa Geológico de España, escala 1: 50.000) (fig. 1).El principal uso industrial de estos materiales es como pizarras detechar.CARACTERES PETROGRAFICOSGeológicamente,. se encuentran enclavadas en el Macizo Hespérico, en la interacción delas zonas Galaico-Castellana y Astur Occidental-Leonesa, Lotze (1945-b) in Lotze (1970), irf-cluyéndose dentro del dominio estratigráfico «Olla de Sapo».Tectónicamente, se encuadran dentro de la zona IV de Matte (1968), llamada Galicia Me-dia Tras Os Montes; que a su vez corresponde a la zona Centro-Ibérica, según Julivert et al.(1972).Se trata por otra parte de pizarras formadas por procesos de metamorfismo regional, apartir de sedimentos arcillosos.Macroscópicamente, aparecen muy compactas, con diversos tonos de grises y en ellas seha desarrollado una perfecta fisilidad, que en este caso, corresponde a una esquistosidad pla-nar muy regular, desarrollada paralelamente a la estratificación. Esta se ve acentuada por ban-das de segregación y lentejones de exudación. Según la nomenclatura de Ingram (1953), sepueden considerar pizarras «Iajadas».Los planos de fractura son bastante lisos y en ellos se pueden observar con facilidad, lami-nillas de moscovita siguiendo la orientación de la pizarrosidad. Son muy abundantes los sulfu-ros de hierro, que se presentan en lentejuelas, siguiendo los planos de la pizarrosidad.Microscópicamente se identifican como filitas, en general grafitosas, con clorita, plagio-clasa (albita) y cuarzo como dominantes, en proporciones variables. El mineral arcilloso es IlIi-ta, en muy poca cantidad (aproximadamente 6 %).Los granos de cuarzo pre-metamórfico aparecen elongados, con extinciones normales yondulantes. (Foto 1).Aparece asimismo, cuarzo alotriomórfico, sin-metamórfico, formando «sombras de pre-(*) Dpto. de Petrología y Geoquímica. Facultad de Ciencias. Universidad de Oviedo. Oviedo.51arcelonaN.pUentes-degarcia rd9Jez.escala 1:1000.000~ranodiorjtal' .... '.' > :-1 ~ r a n i t o1::..:.... ::::1 ~ ;1úr ieoI(·:.~·:\·::~·~..:·.:·>~·d () r do" í e i e ol· '....c I C'~:~::'::.:.:..;:..~.:: Preeámbr j eo.Fig. 1. - Localización de la muestra estudiada en el ámbito nacional, regional y local.Foto l.-Aspecto microscópico N. C. (x 20)Pizarras de Randesión». Se presenta también el cuarzo en bandas de exudación, lenticulares, con dolomita y si-derita en mosaico.La clorita-moscovita criptocristalina, es la que forma el armazón o entramado de la roca.En algunos casos aparece curvada, con extinción anómala ondulante, bordeando a los demásgranos y adaptándose a las orientaciones dadas por ellos.La fracción precipitada (aproximadamente 7,5 %), está formada esencialmente por dolo-mita ferrosa, aunque en algunos casos existe dolomita pura y siderita. Acostumbra a presen-tarse en agregados microcristalinos de aspecto irregular, y como producto de recristalizaciónen las bandas de exudación.De los minerales meramente accesorios, la turmalina se presenta en granos idiomórficos.El circón aparece generalmente muy redondeado. Entre los opacos, los minerales de hierro,aparecen distribuídos uniformemente por todo el material, siguiendo la dirección de la linea-ción (Foto 2). La anhidrita, se encuentra, en ocasiones, también como accesorio.Foto 2. - Opacos siguiendo la dirección de la lineación (Reflexión x 4).La textura de estos materiales es típicamente pizarrosa, característico es el elevado gradode orientación paralela del cuarzo, plagioclasa, clorita y moscovita.Por lo general, las muestras estudiadas están muy poco microfisuradas. Solamente en al-gunos cuarzos, se observan algunas microfisuras intragranulares. Se han observado tambiénalgunas fisuras recristalizadas por carbonatos, de poca amplitud (aproximadamente 30 mi-cras).PROPIEDADES FISICASAl existir muchos criterios, respecto al método de determinación de las propiedades físicasde los materiales rocosos, se ha creído conveniente seguir las sugerencias dadas por Zalesskii(1964), aunque adoptando la nomenclatura recomendada por la Internacional Society forRock Mechanics (Committe on laboratory Test, Document n° 2, 1972).En la Tabla I se analizan las propiedades físicas calculadas para las pizarras de Rande.53TABLA IPropiedades físicas ValoresDensidad de los granosminerales ( gr./cm 3 ).Densidad aparente de laroca seca ( gr./cm 3 ).Porosidad total ( % ).Porosidad abierta %).Grado de relleno deporos (%).Indice de vacios ( % ).Permeabilidad ( mdcy).Coef. de hinchamiento.( rd)( n )( n )o( Sr)( i )s( K )( Es)2,782 ,751,071,0699,060,400,9 x 10- 30.00018Tabla l. - Cuadro de las propiedades físicas de las pizarras de Rande.Asímismo se ha calculado la permeabilidad, al aire, en condiciones de sequedad total, am-biental y de saturación para distintas muestras.Para las mediciones de permeabilidad se ha utilizado un parámetro discontínuo de cargavariable, basado en el aparato propuesto por Thenoz (1966).Los valores obtenidos se muestran en la Tabla 11.TABLA 11Sequedad total0,9 X 10-3 mdcyCond. ambientales(748 mm. 20°C, 90 % humedad)0,3 x 10-3 mdcyCond. de satu ración0,2 X 10-4 mdcyTabla 11. - Cuadro de permeabilidades de las pizarras de Rande.Como puede observarse, la mayor permeabilidad la muestran los materiales que previa-mente habían sido desecados, mientras que las muestras saturadas (en la que los poros y fisu-ras se hallan rellenas de agua), los valores son mucho más pequeños.Con respecto al hinchamiento, según Wahlstrom (1973), este fenómeno se debe principal-mente a procesos físico-químicos: absorción de agua, por parte de los minerales arcillosos;absorción de agua (que es atraída y retenida por partículas minerales) e hidratación.El hinchamiento libre (no conf!nado) fue medido con un aparato diseñado por J. Ordaz(1976), basado en las recomendaciones de la ISRM para este tipo de ensayo. Este aparato re-gistra simultáneamente las deformaciones absolutas en las tres direcciones perpendiculares,mediante relojes comparadores de 1/1.000 mm. de precisión.En la Fig. 2, se muestran las curvas de expansión, con respecto al tiempo, de la pizarra deRande. ~Según la clasificación de Duncan et al. (1968), para valores obtenidos de vs, las piza-rras de Rande se incluyen dentro de las llamadas «Cementadas».Por otra parte, la variación del contenido en agua, en las rocas blandas, conduce a lo largo54Es: 0.0008,§'~O. 'E- ~~~~ rosen :J~~X a...llJ ~ 1o.. ~:""'- -----,-----'---_:"'r"----=-r---~:---~--:---- O 10 2O 3 40 5 6O ~ 70 hor asFig. 2. - Curvas de hinchamiento libre con respecto al tiempo.de repetidos ciclos de hinchamiento-sequedad a un deterioro físico progresivo de su estructu-ra.Así, la Fig. 3, representa las gráficas que relacionan los valores de la permeabilidad con losdiferentes ciclos ensayados. Se observa que al aumentar los ciclos de hinchamiento, aumentala permeabilidad. Esto es debido a'que dichos ciclos producen microfisuras en los minerales,debido principalmente a varias causas: a) aumento en volumen de las partículas de arcilla, de-bido a la acción del agua, b) expansión térmica, irreversible y c) grietas originadas por deseca-ción (Gómez Ruiz de Argandoña, V. (1980).>.uuE(Y)IoXuruu--oru<lJE~Q;o-O 5 10Fig. 3. - Relación de la permeabilidad con el número de ciclosDebido a este aumento de la permeabilidad, se incrementa la superficie específica atacadapor el agua, y consecuentemente el coeficiente de hinchamiento.En la Fig. 4, se pueden ver los valores del coeficiente de hinchamiento libre, frente a los ci-clos realizados.Duncan et al. (1968) encontraron que la relación entre el coeficiente de hinchamiento y el55'"e.uo 2~eQ)"Ero..c.u.~ 1/5..c.Q.¡u~Q)ou6 10Fig. 4. - Relación del coeficiente de hinchamiento con elnúmero de ciclosíndice de vacíos es de carácter logarítmico; siendo esta interrelación de gran importancia, yaque de esta forma es posible predecir,. con bastante aproximación, la extensión del hincha-miento conociendo de antemano el índice de vacíos.Se ha observado que el coeficiente de hinchamiento de estos materiales depende en granmedida de: a) del tipo y abundancia de los minerales arcillosos; b) de factores mineralógicos(como la presencia o no de otros componentes más o menos expansivos, como la clorita) y c}de factores texturales (carácter de la laminación).Así, la intensidad, depende principalmente de factores mineralógicos (cantidad y natura-leza de los minerales arcillosos), sin olvidar condiciones de tipo petroestructural.La duración, está influenciada principalmente por la textura, la cual viene condicionada asu vez por la porosidad y la permeabilidad de la roca.Por otra parte se ha observado, que el tiempo de duración de cada ciclo de hinchamientodisminuye con el número de ellos, donde la fracción arcillosa es escasa, y por lo tanto los ca-racteres texturales juegan un papel determinante (Fig. 5).Además, en la pizarra de Rande el hinchamiento es anisótropo, puesto que el hincharrlien-to es mucho mayor en vertical (perpendicular a la pizarrosidad o estratificación) que en lasotras dos direcciones ortogonales del espacio.ACCION DEL AGUA EN LA ALTERABILIDADEs un hecho frecuentemente observable, que una gran parte de materiales arcillosos sedesintegran o debilitan cuando se exponen a cambios repetidos bajo la acción del agua.Luttón (1977), establece una serie de índices (I)}, que corresponden a diferentes respues-tas de las pizarras frenta a la acción, por inmersión, del agua.Dicha escala abarca del 1 al 6, correspondiendo ella las pizarras que se degradan total-mente, y el 6 a las que no sufren ningún cambio aparente.Las pizarras de Rande corresponden al índice 6.El tiempo de permanencia en agua es un factor destacable, así como las condiciones am-bientales, propiedades físicas y químicas.56cicloshorasFig. 5. - Relación del tiempo con el número de ciclosPor otro lado, el cambio repetido de la humedad, es uno de los factores más importantesen la meteorización de las pizarras. El desmoronamiento de la roca se acelera con la alternan-cia de ciclos de saturación/ sequedad ambiental.Las pizarras de Rande, han sido poco afectadas por los ciclos y no se ha visualizado nin-gún rasgo de fracturación en los 20 ciclos efectuados. Siguiendo la clasificación propuestapor Deo et al. (1974), los materiales estudiados se incluyen en el grupo 3, como rocas nada omuy poco afectadas después de los 5 ciclos. A lo largo del ensayo se observó una cierta pérdi-da de material, por conminución o desprendimiento de partículas superficiales, del orden de0,003 %.En cuanto a la variación de la capacidad de absorción de agua, después de los ciclos desaturación/sequedad ambiental, se ha visto que existe un ligero aumento en el índice de va-cíos, debido a que el contener relativamente pocos minerales arcillosos, las pizarras se venpoco afectadas por el agua (Tabla 111).TABLA 111Pérdida de peso(%)0,003lndice de vacíosOs)0,40Indice de vaciosdespués de los ciclos (is )0,41CARACTERIZACION GEOMECANICALas pizarras de Rande pueden ser definidas, desde el punto de vista de su calidad geome-cánica, como pizarras muy poco afectadas por el agua, de escaso hinchamiento, y de grandurabilidad.Según la clasificación propuesta por Duncan (1969) para materiales pizarrosos, los mate-riales estudiados se encuadrarían dentro de los considerados como «endurecidos»(indurated).A lo largo del estudio realizado se ha podido constatar una estrecha correlación entre lascaracterísticas petrográficas (mineralogía, textura y estructura) y las propiedades físicas de-terminadas. La caracterización geomecánica de las pizarras de Rande - al igual que otros gru-pos de pizarras- está condicionada fundamentalmente por los siguientes caracteres petro-gráficos y parámetros petrofísicos: la naturaleza y proporción de la fracción arcillosa; la aniso-tropía textural y estructural; la permeabilidad y el coeficiente de hinchamiento.57BIBLIOGRAFIADEO, P.; WOOD, L. E. & LOWELL, JR. C. W. (1974). «Use of shale in embankments». National Re-search Council, Transportatión Research Board, Special Report, 148; pp. 87-96.DUNCAN, N. (1969). «Engineering Geology and Rock Mechanics». Vol. 1-2. Leonard Hill. Londres.DU'NCAN, N.; DUNNE, M. H. & PETTYS (1968). «Swelling characteristics of rocks». Water Power,Mayo, pp. 185-192.GOMEZ RUIZ DE ARGANDOÑA, V. (1980). «Estudio sobre las características físicas y de alterabilidadfrente al agua de algunos materiales pizarrosos». Tesis de Licenciatura. Opto. de Petrología yGeoquímica. Universidad de Oviedo. Junio 1980.INGRAM, R. L. 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Características físicas y de alteración frente al agua de las pizarras de Rande (A Coruña)

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