Uno
de los análisis de laboratorio importantes en geotecnia que hay que tener en
cuenta cuando se va a construir es la existencia de sulfatos o no en el terreno
donde se va a cimentar. Esto, como es bien sabido, busca evitar el deterioro
que produce este elemento químico en contacto con el hormigón añadiendo, en
caso de que existan, aditivos en función del grado de agresividad.
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 laboratorio para determinar el contenido en sulfatos son los
siguientes:
·
SUELO. Determinación del contenido de Ión
Sulfato en un suelo (UNE 83963:08)
·
AGUA.
Contenido en sulfato. (UNE 83956:2008)
En
este contenido del blog nos centraremos en la cimentación en roca y en la
necesidad o no de realizar un análisis en laboratorio para determinar la
existencia de este elemento.
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 es descartar el componente sulfato en función de la composición química
teórica de una roca. Para ello, establecemos la composición química de la roca
y vemos si está compuesta por sulfatos. En función de los distintos tipos de
rocas existentes y que se muestran a continuación podemos hacer una estimación.
·
Rocas
Ígneas
o
Intrusivas
(plutónicas o filonianas). Granito, Granodiorita, Peridotita, Gabro, etc…
o
Extrusivas
(volcánicas). Basalto, Riolita, Andesita, Toba volcánica, etc…
Clasificación de las Rocas Ígneas
en función del contenido en sílice.
·
Rocas
metamórficas
o
Foliadas.
Pizarra, Esquisto, Filita, Gneiss, etc..
o
No
foliadas. Mármol, Anfibolita, Cuarcita, Serpentinita, etc…
Al
provenir de otras rocas, la composición química será la del protolito (roca
origen) principalmente.
Texturas de Rocas Metamórficas
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 masivas tipo granito, mármol o
peridotitas u otras foliadas como esquistos, pizarras o filitas generalmente no
van a existir sulfatos. 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.
·
Sedimentarias
o
Por
formación mecánica o detrítica. Conglomerado, Arenisca, Lutita, etc…
o
Por
formación química. Caliza, Dolomía, Evaporitas, etc…
o
Por
formación orgánica. Travertino, Carbón, etc…
Ciclo de las Rocas Sedimentarias
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.
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 en caso positivo.
REFERENCIAS:
·
www.educaweb.es
·
R.
F. Legget. “Geología para ingenieros”
