Características generales de las rocas

Se presenta un amplio abanico de características y propiedades de las rocas y minerales más comunes que se encuentran en la mayoría de los suelos. Estas características desempeñan un papel crucial en la formación y composición de la geología de nuestro planeta.

Entre las rocas más comunes, podemos mencionar el granito, que se caracteriza por su textura granular y su composición rica en minerales como cuarzo, feldespato y mica. Por otro lado, tenemos el basalto, una roca ígnea que se forma a partir del enfriamiento rápido de lava volcánica. El basalto es reconocido por su color oscuro y su capacidad para formar estructuras columnares únicas.

En cuanto a los minerales, hay una amplia variedad que se encuentra en los suelos. Uno de los minerales más comunes es la calcita, que se encuentra en rocas sedimentarias como el mármol y el calcáreo. La calcita se distingue por su brillo vítreo y su dureza relativamente baja. Otro mineral común es la cuarzo, presente en la arena y en gran cantidad de rocas ígneas y metamórficas. El cuarzo se caracteriza por su dureza y transparencia.

Además de estos ejemplos, existen numerosas rocas y minerales con características y propiedades distintivas. Cada uno de ellos contribuye de manera única a la geología y a la formación de los suelos. Es fascinante observar cómo estas diferentes formaciones geológicas interactúan y moldean el paisaje en el que vivimos.

Aspecto

Depende de la escala de observación.

• Rocas masivas: areniscas, calizas, lutitas, arcillitas.
• Rocas laminadas (espesor < 20 mm): lutitas, calizas, areniscas (origen deposicional).
• Rocas bandeadas (espesor > 20 mm): areniscas, lutitas (origen diagenético).
• Rocas nodulosas (en calizas ricas en arcillas): calizas (origen diagenético).

Color

Depende de la composición, depósito y diagénesis, usar cartas de colores para su identificación.

• Rocas rojas (con hierro): ferruginosas, areniscas, calizas.
• Rocas verdes (con glauconita, clorita): areniscas, calizas, lutitas.
• Rocas claras: areniscas, calizas.
• Rocas oscuras: areniscas, calizas, lutitas.

Densidad

Depende de la composición y de la porosidad.

• Rocas densas (por su composición mineral): ferruginosas.
• Rocas de densidad normal: calizas, areniscas.
• Rocas de baja densidad (por su elevada porosidad): calizas, areniscas.

Grado de compacidad

Depende de la porosidad, añadir una gota de agua.

• Rocas compactas (sin poros): areniscas, calizas, lutitas.
• Rocas microporosas (no se ven poros pero absorben agua): areniscas, calizas, dolomías.
• Rocas porosas (se ven los poros): tobas, areniscas, calizas, dolomías.

Grado de coherencia

Depende de la diagénesis y de la alteración.

• Rocas coherentes (resistentes, duras, tenaces): areniscas, calizas.
• Rocas poco coherentes (poco resistentes, blandas):
  • Deleznables (sueltas: se disgregan en granos o polvo): areniscas, calizas, lutitas.
  • Fisuradas (frágiles: rompen con facilidad): areniscas, calizas.
  • Fósiles (se separan en hojas con facilidad): lutitas, pizarras sedimentarias.

Superficie de fractura

Depende del tamaño de grano.

• Concoidea (curva y lisa: rocas de grano muy fino): calizas, lutitas, margas, silex.
• Rugosa (con escalones: rocas de grano mas o menos grueso): areniscas, calizas.
• Planar (en rocas laminadas o con arcillas): lutitas.

Relativos a la composición

Se clasifica por orden de abundancia, dar porcentaje o frecuencia.

Componentes minerales (atacar con HCI diluido; oler muestras húmedas).

• Rocas con cuarzo, feldespatos, micas, minerales arcillosos: areniscas, margas.
• Rocas con calcita, dolomita, yeso: calizas, dolomías, yesos.
• Rocas con minerales opacos, glauconita, óxidos de Fe: areniscas, calizas.

Componentes petrográficos

Observar el aspecto en superficies meteorizadas.

• Rocas con granos, matriz, cemento: areniscas, calizas.
• Rocas con granos compuestos (polimineralicos o policristalinos).
  • Fragmentos de roca, intraclastos: areniscas, calizas.
  • Ooides, los ooides son granos sedimentarios pequeños (comúnmente ≤2 mm de diámetro), pisoides, fósiles: calizas.

Relativos a la textura

Observar a la lupa.

Tipo de textura

• Rocas con textura detrítica o clástica.
  • Textura grano‐soportada: areniscas, calizas, ferruginosas.
  • Textura lodo‐soportada: areniscas, calizas, ferruginosas.
• Rocas con textura cristalina: calizas, evaporitas.
• Rocas con textura bioconstruída (orgánica): calizas.

Fase de unión (en texturas detríticas)

• Rocas con matriz: conglomerados, areniscas, calizas.
• Rocas con cemento: conglomerados, areniscas, calizas.

Tamaño de los granos / cristales (en texturas detríticas / cristalinas)

Valor medio: (valores absolutos: usar la escala adecuada).

• Rocas de grano muy grueso (mega: > 60 mm): cantos, gravas, conglomerados.
• Rocas de grano grueso (macro: 60 a 2 mm): guijarros, microconglomerados, calizas.
• Rocas de grano medio (meso: 2 mm a 60 μm): areniscas, calizas.
• Rocas de grano fino (micro: 60 a 2 μm): lutitas, calizas, margas.
• Rocas de grano muy fino (cripto: < 2μm): arcillitas, calizas, margas.

calibrado (= selección o clasificación) / heterometría (comparar con cartas gráficas).

• Rocas bien calibradas / equigranulares: conglomerados, areniscas, calizas.
• Rocas mal calibradas / heterogranulares: conglomerados, areniscas, calizas.

Forma de los granos / cristales (comparar con cartas gráficas).

• Rocas con granos esféricos y bien redondeados: conglomerados, areniscas.
• Rocas con granos elongados y bien redondeados: conglomerados, calizas.
• Rocas con granos angulosos: brechas, areniscas.
• Rocas con cristales poliédricos (en texturas cristalinas): calizas, yesos.

Empaquetamiento de los granos, en texturas detríticas, comparar con cartas gráficas.

• Elevado (rocas con granos en contacto acusado: concavo‐convexo, suturado): conglomerados.
• Bajo (rocas con granos en contacto puntual): conglomerados.
• Nulo (rocas sin contacto entre los granos): paraconglomerados, grauvacas.

Relativos a la porosidad o fisuración (observar a la lupa).

Abundancia de espacios vacíos

• Rocas no porosas o compactas: calizas, areniscas.
• Rocas porosas: calizas, areniscas (indicar porcentaje o frecuencia).
• Rocas fisuradas: calizas, areniscas.

Tamaño de los espacios vacíos

• Rocas con grandes poros (>2 mm): calizas, areniscas (medida absoluta).
• Rocas con microporos: areniscas, calizas (añadir una gota de agua).

Tipo de espacios vacíos

• Rocas con poros intergranulares: areniscas, calizas.
• Rocas con poros móldicos: areniscas, calizas.
• Rocas con poros vaculares: calizas.
• Rocas con fisuras: areniscas, calizas.

En relación con la orientación: Anisotropía

Existencia o no de orientación (influye en el plano de fractura).

• Rocas isótropas (no orientadas): areniscas, calizas, lutitas.
• Rocas anisótropas (orientadas): areniscas, calizas, lutitas.

Grado o intensidad de la orientación.

• Rocas ligeramente orientadas: areniscas, calizas.
• Rocas fuertemente orientadas: areniscas, calizas.

Tipo de orientación o anisotropía.

• Rocas con laminaciones: lutitas.
• Rocas con granos o poros orientados: areniscas, calizas.
• Rocas con vetas, fisuras o estilolitos orientados: calizas.

En relación con la homogeneidad

Existencia o no de homogeneidad (depende de la escala de observación).

• Rocas homogéneas: calizas, areniscas.
• Rocas heterogéneas.

Tipo de heterogeneidad

• Rocas con cambios en la composición: calizas, areniscas.
• Rocas con cambios en la textura: calizas, areniscas.
• Rocas con discontinuidades (planares: vetas, fisuras): calizas.

Estructuras sedimentarias (visibles en muestra de mano)

• Rocas con laminación: calizas.
• Rocas con estratificación cruzada: areniscas, calizas.
• Rocas con granoclasificación: areniscas, calizas.
• Rocas con bioturbación: calizas, lutitas, areniscas.
• Rocas con nódulos: areniscas, calizas, lutitas.
• Rocas con anillos de óxidos de Fe (Liesegang): areniscas.
• Rocas con núcleos cristalinos (birdeseyes): calizas.
• Rocas con microgeodas: calizas.
• Rocas con vetas: calizas, areniscas.
• Rocas con estilolitos: calizas.

En relación con la alteración (meteorización en el terreno)

Existencia o no de alteración

• Rocas sanas: areniscas, calizas (sin signos visibles de alteración).
• Rocas alteradas: areniscas calizas (indicar extensión e intensidad).

Cambios de color en superficies meteorizadas

• Afectando sólo a la superficie externa de la roca.
  • Más rojizos: areniscas, dolomías (por oxidación del Fe).
  • Más blancos: calizas, lutitas (por alteración de la materia orgánica).
• Afectando a zonas más internas de la roca (indicar el espesor).
  • Generalizado en la roca: areniscas, calizas, lutitas (Fe, materia orgánica).
  • Selectivo en algunos granos: areniscas (alteración de minerales).

Cambios de aspecto en superficies meteorizadas

• Superficie en microlapiaz: calizas puras de grano fino (por disolución).
• Superficie con diaclasas marcadas: dolomías (por disolución).
• Superficie alveolizada: areniscas, calizas (por acción de las sales y el viento).

Alteración mineral

• Rocas con feldespatos alterados: areniscas.
• Rocas con óxidos de hierro alterados: areniscas.

Pérdida de compacidad o aumento de porosidad (por disolución)

• Zonas con poros secundarios (móldicos): areniscas, calizas.
• Zonas con microcarstificación: calizas.

Pérdida de coherencia (por desintegración mecánica)

• Disgregación granular: areniscas, calizas, dolomías.
• Cuarteado por fisuración: areniscas, dolomías.
• Desconchado: pizarras, lutitas.

Tipos de minerales en suelos

Antes de describir los tipos de minerales en suelos se hace una breve descripción de los métodos usados de exploración de los mismos.

Método de Exploración

• Muestra lavada: Por medio de perforaciones.
• Método del penetrómetro: Durante la perforación se tiene que conocer la capacidad permisible del suelo.
• Pozo a cielo abierto: Ensayo con calicata.
• Método Geofísico: El eléctrico y sísmico, más usados en ingeniería.
• Método Gravimétrico: Para fines de minería.
• Método Helicoidal: Funciona en terrenos suaves como la arcilla.

Meteorización de la roca

Es la fragmentación de la masa de roca en pedazos más pequeños, por procesos naturales mecánicos y químicos.

Meteorización mecánica

Es una combinación de romper y moler la roca, que la reduce a pedazos más pequeños, pero que conservan su composición mineral original.

Causas de este fenómeno:

• La congelación de las aguas acumuladas en las grietas y poros al choque del agua.
• El desgaste producido por las gravas y canto rodado que acarrean los torrentes y ríos.

Meteorización química

También llamada descomposición, es una alteración química de los minerales de la roca para formar nuevos minerales que generalmente tienen propiedades físicas y químicas, completamente diferentes de los que surgen sus orígenes. Esta alteración es causada por la reacción de los minerales con el agua, el anhídrido carbónico y el oxigeno del aire.

Los ácidos orgánicos de plantas en descomposición y las sales disueltas que se encuentran en el agua, provocan el proceso que hace que los minerales solubles de la roca se disuelvan, dejando como residuo los minerales insolubles.

Estos procesos ocurren simultáneamente, pero con diferentes intensidades que dependen del clima, la topografía y los campos de la roca original.

En general la descomposición predomina en regiones calientes y en áreas de topografía plana, y la desintegración en regiones secas en áreas de topografía accidentada.

Minerales y meteorización

Sílice (Dióxido de Silicio)

Es uno de los mas importantes constituyentes de muchas rocas y de la mayor parte de los suelos. Se presenta en la naturaleza y en dos formas:

• Cristalino (Cuarzo).
• Amorfa (Pedernal, sílex y calcedonea).

Es inerte a la meteorización química e insoluble al agua, aunque ligeramente soluble en un medio básico.

En la forma cristalina y en la mayoría de los casos de la amorfa es dura y tenaz, no presenta exfoliación y resiste la meteorización mecánica mejor que otros minerales de la roca.

Se rompe algunas veces en fragmentos irregulares, angulosos y tenaces, que resisten la braceación.

Feldespato

Constituye en orden de importancia, el segundo grupo de minerales que forman la roca. Esta consiste dos por silicato de aluminio, potasio, sodio y calcio. Son frágiles, con plano de exfoliaciones pronunciadas y se rompe fácilmente para formar partículas prismáticas.

Son muy susceptibles a la descomposición química y la desintegración mecánica, acelera este proceso a tal extremo que es raro encontrar fragmentos de feldespato en los suelos de las regiones húmedas.

Los productos de la descomposición de los feldespatos son muy variables, y dependen del tipo de feldespato y las condiciones de meteorización, pero se puede incluir en tres grupos:

• Silicato complejo de aluminio hidratado: Constituye una familia que se llaman “Minerales Arcillosos“, que físicamente son muy diferentes de los feldespatos de donde provienen.
• Carbonato soluble o semisoluble de sodio.
• Metales similares y sílices: Generalmente suspensión coloidal.

Micas

Constituyen una segunda familia de silicatos minerales, que carentemente contienen hierro y magnesio además de potasio. Las laminas de micas son blandas y flexibles con una pronunciada exploración, se separa fácilmente y se rompe para formar laminas más pequeñas y finas.

La descomposición química es similar a los feldespatos, produciendo minerales arcillosos, carbonato y sílice, también se forma óxido de hierro cuando la mica tiene este metal.

La descomposición química no es tan rápida, por eso se encuentran con frecuencia en los suelos de región húmeda. La región de minerales ferromagnesianos (incluyendo la orblenda, el olivino y piroxeno), son silicatos complejos de aluminio que contienen además hierro y magnesio, son moderadamente duros y resistentes, no tienen exfoliación pronunciada y se rompen mecánicamente en fragmentos irregulares de color oscuro.

Al descomponerse químicamente forman óxido de hierro, minerales arcillosos y los otros productos de la descomposición de los silicatos.

Los óxidos e hidróxidos de hierro se presentan en la naturaleza en diversas formas cristalinas y amorfas, y en ambas existe el estado ferroso y férrico que pueden estar en la roca original, pero puede ser también el producto de la meteorización de los minerales que contienen hierro, como la biotita o el grupo ferro magnesiano.

Al hierro se debe en gran medida, la coloración de los materiales, desde los matices verdosos de las formaciones de hierro ferroso profundamente sumergidas, a los rojos brillantes y purpura de los materiales férricos intensamente olvidado de los trópicos.

Minerales arcillosos

La descomposición de los feldespatos, mica o minerales ferromagnesianos, todos los cuales son silicatos de aluminio complejo se produce de muchas maneras.

Los factores principales son la humedad, la temperatura, ambiente oxidante o reductor y los iones presentes en solución (incluyendo los liberados por meteorización).

La presión, el tiempo y las reacciones son variadas, existen muchas formas de minerales arcillosos con algunas semejanzas y gran diferencia en la descomposición, estructura y comportamiento.

Todos son de grano extremadamente fino, con grandes áreas superficiales, todos tienen probablemente una estructura cristalina definida que incluye gran número de átomos agrupados en complejos modelos tridimensionales y todos eléctricamente activos.

Estructura laminar

La mayoría de los cristales de arcilla consisten en láminas atómicas de dos tipos, principalmente sílice y alúmina.

La lamina de sílice es un repetido eslabonamiento de átomos de silicio de valencia 4 y átomos de oxigeno de valencia 2. Cada átomo de silicio esta rodeado por 4 de oxigeno, cada uno de los cuales contribuye con una valencia que se eslabona al silicio central, algunas de las restantes valencias del oxigeno se unen al silicio continuo.

La complejidad de la lámina está acrecentada por la sustitución isomorfa de uno o más átomos de aluminio por magnesio. La sustitución de aluminio con valencia 3 por el magnesio de valencia 2 crea un desequilibrio. Esto agrava cualquier desequilibrio local causado por ausencia de aluminio en el octaedro, de manera similar el hierro y otros átomos pueden sustituir el aluminio, siempre que se ajuste físicamente al espacio disponible, aún el aluminio puede ser sustituido por silicio.

Caolinita

• Está formada por laminas de aluminio y sílice, forman un mineral arcilloso cuya placa unitaria tiene un espesor nominal de 7.4 Astrón.
• La familia de la caolinita está formada por varios miembros, de acuerdo con las variaciones de la lamina de albumina.
• Está en general, relativamente bien equilibrada electrónicamente y sólo presenta sustituciones isomorfas limitadas.
• Las laminas están fuertemente unidas formando placas, además se afila como la hoja de un libro y forman paquetes de 0.01 mm.

Montmorillonitas

Forma una gran familia de minerales arcillosos, compuestas por una lámina de aluminio y dos de sílice, el grueso de la placa unida es de 10 A pero el ancho puede alcanzar 10,000 A. Las unidades no se empaquetan fácilmente, y cuando lo hacen se desprenden con facilidad.

Las montmorillonitas se caracterizan por una sustitución isomorfa abundante, y en teoría cada sustitución produce un mineral distinto. La variedad de los cationes que se compensan en cada sustitución por aun más variedades de montmorillonitas.

Muchos minerales diferentes como la montronita, la sauconita y la saponita están incluidos en este grupo, pero desde el punto de vista de ingeniería las diferencias no tienen importancia. Las montmorillonitas se forman generalmente en regiones ricas en roca ferromagnesiana (la fuente del magnesio, tales como la volcánica y particularmente en áreas de altas temperaturas o intensa lluvia).

Ilitas

Éstas como las montmorillonitas están formadas por una lámina de aluminio entre dos de sílice, de espesor de 10 A. Sin embargo las unidades adyacentes de ilita están unidas por átomos de potasio compartido, de modo que forma paquetes bastante compactos.

Hay limitada sustitución isomorfa en la lámina de aluminio, pero puede haber algunas sustituciones de silicio por aluminio en la lámina de sílice. Las ilitas se presentan frecuentemente en las lutitas y otros depósitos que fueron sometidos a cambios ambientales, y parece ser el producto de la alteración de otros minerales arcillosos.

Otro grupo de minerales arcillosos incluye la clorita y la vermiculita que tienen estructura micasia. La vermiculita es parecida a la montmorillonitas, algunas veces se le considera como parte de esa familia, sin embargo, igual que la haloisita contiene lámina de agua entre las unidades laminares de vermiculita, estos dos minerales presentan sustituciones isomórficas en mayor grado que la montmorillonita.

Los minerales de atapulgita son diferentes, pues los tetraedros de sílice forman una cadena de doble capa o átomos de magnesio y aluminio que proporcionan enlaces entre dos capas. El cristal tiene la forma de una larga cinta arrizada que contiene moléculas de agua.

Suelos cocona (Co)

Según Simmons, estos son suelos poco profundos excesivamente drenados, severamente erosionados con pendientes mayores al 50%, relieve fuertemente escarpado, pocos pedregosos superficialmente, ocupados con bosque de pinar y pastos, desarrollados de rocas volcánicas ácidas principalmente riolitas, son comunes los afloramientos rocosos en más del 50%. La roca volcánica en manto continuo se presenta a los 29 cm.

Sepiolita y poligorcita

Son similares, parece que estas arcillas se forman de otras que fueron sometidas a la acción de un medio salino muy intenso.

Tamaño de granos

Por definición, los granos mayores son los que se pueden mover con la mano, pero los más finos son tan pequeños que no se pueden observar con un microscopio corriente.

Las partículas producidas por meteorización mecánica, rara vez son de diámetros menores a 0.001 mm, y generalmente son mucho mayores, los procesos naturales de trituración no son muy eficientes y los granos pequeños escapan a la trituración deslizándose hacia los huecos entre los granos mayores.

Los productos de la meteorización química incluyendo los óxidos de hierro y los minerales arcillosos son a menudo cristales, que en ocasiones ya tienen diámetros mayores a 0.005 mm, aunque generalmente son mucho mas finos.

Prueba granulométrica

Se emplean generalmente 2 métodos para determinar el tamaño de los granos de los suelos. Para separar los granos mas gruesos se emplean tamices calibrados cuya abertura varia desde 10.16 mm (4 pulgadas) hasta 0.074 mm (tamiz USA standard #200); los tamices de abertura mas pequeña no son recomendados para los ensayos de suelos.

Las partículas mas finas de 0.001 mm se pueden medir por sedimentación. Este método esta basado en que cuanta más pequeña es la partícula, se asentará más lentamente cuando se deposite en agua, según la Ley de Stokes.

Agentes de dispersión para la prueba del hidrómetro

• Silicato de Sodio.
• Hexametafosfato de Sodio.
• Pirofosfato de Sodio.
• Tripolifosfato de Sodio.

Este desfloculante se lo agregamos a la muestra seca, haciendo una pasta líquida, se deja en reposo durante 24 horas, esto ayuda a mantener en suspensión el suelo arcilloso.

Completando el ciclo de saturado, procedemos a verter esa cantidad de suelo mas agua y desfloculante en una vasija de una licuadora, lavando también el recipiente para que no se desperdicie nada de suelo, una vez líquido, se vierte en una probeta de un litro sin vertedero, se llena totalmente a su capacidad, luego se agita a 180 grados la muestra a espacio de 1 minuto, se sumerge el hidrómetro y se toman lecturas a cada 30 segundos.

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