Locos por la Geología

En posts anteriores les he presentado las nociones básicas sobre  gliptogénesis y meteorización en general, y sobre la meteorización física en particular. Hoy le toca a la meteorización química.

Para poder comprender estos procesos, es indispensable que vayan primero a repasar el post en el que aludo a la Ley de la estabilidad mineral. Si no lo hacen ahora, más abajo tendrán que rendirse a la evidencia de que necesitan entenderla, y seguramente irán a leerlo. Yo sé lo que les digo.

¿Cómo se relaciona la meteorización química con la Ley de estabilidad mineral?

Una vez que hayan repasado los conceptos del post (jejeje, ¿vieron que iban a tener que ir?), podemos pasar al concepto siguiente, que es la Serie de Goldich, la cual es consecuencia directa de la mencionada ley, ya que puede muy fácilmente deducirse que un mineral será químicamente más atacable por la meteorización, cuanto más difiera su medio de origen de las condiciones de presión y temperatura reinantes en la superficie terrestre.

Así pues, los minerales de origen ígneo, que reconocen las más altas temperaturas y presiones durante su génesis, serán más fácilmente alterados que los metamórficos de bajo grado o los sedimentarios. Y dentro de los propios minerales ígneos, aquéllos de punto de fusión más elevado, y por ello los primeros en cristalizar durante el enfriamiento, serán más rápidamente atacados que los de temperatura relativamente más baja, y que por eso mismo, tienden a cristalizar más tardíamente.

Con esta premisa, y revisando la serie de reacción de Bowen, (que ya conocieron en otro post, y que ordena precisamente a los minerales esenciales de las rocas ígneas, en orden decreciente de sus temperaturas de fusión) Goldich reconoció que ese orden se mantenía más o menos invariable si se intentaba definir a los minerales según su creciente resistencia a la meteorización química.

Es conveniente hacer notar que a veces el ataque físico puede acontecer en un orden diferente al que la Serie de Goldich predice, porque en algunos casos hay características físicas que atentan contra la resistencia mecánica del material. Un típico ejemplo es el de las micas (muscovita y biotita) que pese a ser químicamente resistentes, exhiben una exfoliación por la cual se desintegran con facilidad, desapareciendo en gran parte de las rocas por ruptura, arranque y erosión, mucho antes de verse alteradas químicamente.

Si analizamos la secuencia de Goldich (Figura 1), vemos que coincide con la de Bowen aunque su interpretación sea diferente: en un caso orden de solidificación, en el otro susceptibilidad comparativa a la alteración química.

Figura 1, Serie de Goldich

¿Qué subprocesos se incluyen en la meteorización química?

Los procesos químicos que ocurren durante la meteorización, son en realidad extraordinariamente complejos, y se encadenan entre sí de manera constante, por lo cual se ha de concentrar la atención sólo en algunos de los más básicos.

El gran vehículo que motoriza estos fenómenos es el agua, razón por la cual, de su disponibilidad y posibilidad de acceso al interior de las rocas superficiales, depende en gran medida la efectividad de la intemperización química.

Por otra parte, salvo su función de transporte para poner en contacto los elementos que han de reaccionar entre sí, el agua químicamente pura no tendría casi ningún efecto sobre los materiales expuestos a menos que sean solubles, cosa que las rocas y minerales casi nunca son.

No obstante, rara vez se encuentra en la naturaleza, agua con alto grado de pureza. Debido a la gran capacidad disolvente, que ya ha sido analizada, la lluvia es portadora de oxígeno y dióxido de carbono que adquiere, en primera instancia en su paso por la atmósfera. Más tarde, el líquido se carga con otros numerosos elementos, que le entregan las rocas y los suelos por los que se moviliza, y también los organismos presentes en ellos.

Todo esto posibilita los principales procesos de meteorización química, entre los que se describen la disolución (que es en realidad un fenómeno físico-químico), la hidratación, la hidrólisis, la carbonatación y la oxidación.

¿Qué es y cómo se produce la disolución?

Como dije más arriba, salvo la halita o sal común, las rocas no son solubles en agua químicamente pura. Por tal motivo, es vital la presencia en el agua, de otros elementos, que le permitan actuar como solvente. Es allí, donde el fenómeno adquiere características de proceso químico, porque implica la conversión de elementos insolubles en solubles, para su posterior arrastre por el agua.

Ejemplos muy típicos son la calcita como mineral, y la caliza pura como roca. Ambas están compuestas por carbonato de calcio (insoluble), el cual, con agua ligeramente ácida, se transforma en bicarbonato (soluble).

La acidez del agua resulta de la previa formación de ácido carbónico, por la presencia de dióxido de carbono disuelto.

CO2 + H2O = CO3 H2 (Dióxido de carbono + agua= ácido carbónico).

CO3Ca + CO3 H2 = (CO3 H)2 Ca (Carbonato de calcio + ácido carbónico = carbonato ácido o bicarbonato de calcio, soluble).

En la naturaleza, ambas reacciones ocurren casi siempre en forma simultánea con varias de las siguientes, y dan por resultado ecuaciones mucho más complejas que la que aquí se presenta.

¿Qué es y cómo se produce la hidratación?

Éta es una reacción simple y reversible por calor, que solamente implica la incorporación de agua a la estructura molecular de determinados minerales, sin cambiar la fórmula original de los mismos, salvo la mencionada incorporación. Ejemplos típicos son el cambio de hematita a limonita, o de anhidrita a yeso.

SO4Ca + 2 H2 O = SO4Ca . 2 H2 O (sulfato de calcio o anhidrita + agua = sulfato de calcio hidratado o yeso).

Fe2 O3 + n H2 O = Fe2 O3. n H2 O (sesquióxido de hierro o hematita+ agua = sesquióxido de hierro hidratado o limonita).

Estas reacciones tienen gran importancia, ya que normalmente implican un debilitamiento general de la estructura atómica, más un aumento de volumen del mineral, que genera a su vez tensiones físicas. Ambos efectos facilitan la disgregación mecánica de las rocas.

¿Qué es y cómo se produce la hidrólisis?

El término deriva de Hidrós = agua y lisis= destrucción, y designa un fenómeno que, a diferencia del anterior, supone la ruptura de la molécula de agua, con la creación de grupos oxidrilos, los cuales luego interactúan con los elementos presentes para formar nuevos minerales, en muchos casos del grupo de las arcillas, que son química y físicamente muy activos, y constituyen elementos esenciales del suelo.

Un clásico ejemplo es la conversión de la ortoclasa (feldespato de potasio, uno de los minerales más abundantes en las rocas ígneas) en caolinita (una forma de arcilla).

2 Si3 O8 Al K + 2H2O = Si2 O5 (OH)4 Al 2 + K2 O + 4Si2 O (Ortoclasa+ agua= caolinita + óxido de potasio soluble + sílice, soluble).

¿Qué es y cómo se produce la carbonatación?

Como ya se viene repitiendo, el agua que participa en estas reacciones está normalmente cargada de dióxido de carbono, lo cual le permite atacar a los feldespatos, llegando en último término a generar compuestos carbonáticos.

Si se vuelve a analizar la reacción anterior, pero con la inclusión del dióxido de carbono, naturalmente presente, se observará que en un paso siguiente, el óxido de potasio liberado, se unirá al dióxido para producir un carbonato de potasio insoluble.

2 Si3 O8 Al K + 2H2O + CO2 = Si2 O5 (OH)4 Al2 + CO3 K2 + 4Si2 O (Ortoclasa + agua + dióxido de carbono = caolinita + carbonato de potasio insoluble + sílice, soluble).

Ésta es en realidad la reacción que más probablemente tendrá lugar, ya que la anterior implicaba un cierto grado de abstracción a los fines didá¡cticos. En efecto, en la naturaleza el agua estará¡ siempre afectada por un cierto contenido de dióxido de carbono.

¿Qué es y cómo se produce la oxidación?

Si bien hoy en día este término ha excedido el concepto original de simple combinación de un elemento con el oxígeno para pasar a referirse más bien a ganacias y pérdidas electrónicas (diferencia sutil, pero existente), es con esa primitiva concepción que se lo toma en cuenta a los fines de la meteorización.

El hierro es un componente muy común de los minerales petrogénicos, tales como biotita, augita, etc. y cuando es liberado a estado elemental por alguno de los otros procesos, o -lo que es muy común- por acciones bacterianas, se combina rápidamente con el oxígeno para generar hematita y hasta limonita.

2 Fe +3 O = Fe2 O 3 (hierro+ oxígeno= hematita)

Otros elementos pueden igualmente combinarse con el oxígeno, y para ejemplo puede volverse al utilizado en el caso de la hidrólisis, donde el K genera un óxido, así sea como paso intermedio, ya que al ser inestable, inmediatamente reaccionará para dar el carbonato que ya se ha mencionado también.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de mi propio libro Geología: ciencia arte, especulación y aventura.

Esta versión de la canción Sixteen tons que ya les presenté con anterioridad, es interesante porque está cantada en «brasilero», y aunque la letra está bastante modificada, vale la pena escucharla.

2. ¿ Si mi vecino hizo un estudio, puedo usarlo de referencia?

3. Si mi plan es construir de acá a cinco años, ¿me conviene hacer el estudio ahora?

6. ¿Quiero hacer una pileta al fondo de mi lote, tengo que hacer un estudio de suelo?

7. ¿Se puede hacer un estudio de suelo antes de comprar un terreno?

A partir de ese punto, es que comienzo las preguntas de hoy.

8. ¿Cómo puedo asegurarme de que realmente se está realizando el estudio correctamente?

Eligiendo empresas y /o profesionales serios. De no tener conocimiento sobre la trayectoria de los profesionales involucrados, o de recurrir a los que más baratos resulten, haciendo caso omiso de sus antecedentes, al menos conviene estar presente en el momento del trabajo de campo. Porque – voy a decir algo por lo que algunos van a odiarme- a veces sucede que se informe (y cobre) sobre un sondeo de muchos más metros de los que de verdad se perforan. El propietario puede no saber si lo que le presentan después es o no exacto, pero al menos podrá evaluar si le han hecho un pozo o un sondeo de profundidad compatible con lo que aparecerá en el informe. Ya sabemos que el ojo del amo engorda al ganado.

9. ¿Existen grandes diferencias entre las empresas que brindan el servicio?

Sí, desde luego, como pasa en todos los rubros, por eso recomiendo siempre acudir a profesionales registrados en el correspondiente Consejo, lo cual además significa que ellos asumen la total responsabilidad de las eventualidades que surjan y que sean achacables a un estudio previo mal realizado.

10. ¿Puedo exigir algunas especificaciones determinadas para que el estudio esté realmente bien hecho?

Sí, claro, el comitente es quien encarga el trabajo, y de estar pidiendo cosas absurdas, será el profesional el que le hará notar por qué.

Pero obviamente, para evitar conflictos innecesarios, conviene que las especificaciones las plantee el arquitecto, ingeniero o constructor que estará a cargo de la obra, y que sabe qué datos le serán útiles o imprescindibles.

En el post en el que expliqué qué es un estudio de suelo, he enumerado los ítems básicos que se incluyen normalmente en él.

11. ¿Es lo mismo un Estudio de suelo que un Estudio geotécnico?

Si bien en algunos países es común utilizar las dos expresiones de manera indistinta, no son lo mismo en un sentido estricto. Efectivamente, todo estudio de suelo es un estudio geotécnico, pero no todo estudio geotécnico es un estudio de suelo.

Lo veamos mejor: las condiciones mecánicas de los materiales geológicos son el objeto de estudio de la Geotécnica, y siendo el suelo un material geológico, su estudio es abordado desde la geotécnica.

Pero hay muchos otros materiales geológicos que se pueden analizar mecánicamente, y que no son necesariamente los terrenos de un loteo. Por ejemplo las condiciones de los áridos mismos.

12- ¿En qué medida los costos de la construcción son impactados por el estudio de suelo?

El costo comparativo de una construcción contrastado con el del estudio del suelo sobre el cual se asienta, es un dato interesante para tener en cuenta. Normalmente el precio del estudio es de menos del uno por ciento de la construcción prevista.

Si se piensa en las complicaciones que pueden evitarse, pretender abaratar costos omitiendo el análisis del suelo, es por lo menos una tontería. Y lo es, especialmente porque cuando no se cuenta con datos, se suele sobredimensionar el cálculo de las fundaciones para tener un margen de seguridad.

Un ejemplo concreto es el de un estudio reciente que llegó a costar aproximadamente un 10% de lo que habría costado una platea con mayor capacidad portante «por las dudas», para el tamaño de la construcción diseñada.

13. ¿Cuánto cuesta un estudio de suelo?

Eso depende de cada Consejo profesional en cada provincia, estado o país, de modo que solamente se puede recomendar que cada comitente se asesore allí.

Pero cabe consignar que lo que habrán de informarle es el valor del llamado «módulo», que en la mayoría de las legislaciones regula el monto de la unidad de valor del trabajo del geólogo. Según el estudio de que se trate, se fija un cierto número de módulos a cobrar como honorario ético mínimo. El valor del módulo se fija anualmente, semestralmente, o cada varios años, según la estabilidad de cada economía involucrada, es decir según cada país.

Por otra parte, se trata de la línea de base, por sobre la cual, el propio geólogo establece sus honorarios según su propio prestigio y trayectoria. Y finalmente debe recordarse que más allá de los honorarios, existen otros montos asociados al estudio, tales como jornada del pocero, traslados, laboratorio, costos operativos, etc., todos los cuales se acuerdan en un presupuesto que debe presentar el profesional para su discusión con el comitente.

14- ¿Cuál es el valor intrínseco de un estudio de suelo?

• Principalmente dar el mayor grado de certeza posible respecto a la mejor selección de materiales, diseños, y recaudos a tomar en la posterior construcción.
• Permite contar con una herramienta de valor legal si llegara a ser necesario algún reclamo ante siniestros no achacables a la naturaleza del propio suelo, sino a la intervención posterior de terceros.
• Colabora para generar una base de datos útiles para evaluaciones de impacto ante nuevas propuestas de intervención en la zona próxima a la propiedad involucrada. Pasándolo al castellano básico, supongan que les advierten que en las proximidades de su vivienda van a hacer un enterramiento sanitario, o un canal, o lo que que quieran imaginar. Si los vecinos cuentan con estudios de suelos que fundamenten una decisión en contrario, la suma de todos esos informes es una herramienta de presión contra la que poco podría hacerse desde la legalidad.
• Llegado el caso de un daño imprevisto, el estudio de suelo será el punto de partida para cualquier acción de remediación.

Hoy los voy a invitar a un evento virtual, que se realiza a nivel mundial, con el auspicio del Museo de la Palabra, y al que fui convocada para participar en mi calidad de «Embajadora de la Palabra».

Se trata de un mes dedicado a la Poesía, intentando colaborar con una atmósfera de paz en el mundo. En el marco de dicho evento, todos los sábados del mes de mayo, a partir de mañana mismo, subiré un poema de mi autoría en mi otro blog, el literario, llamado ¿Y si hubiera una vez?

Están invitados a pasar por allí todos los sábados de mayo, pues. Allá los espero. Un abrazo y hasta el próximo lunes. Graciela.

2. ¿ Si mi vecino hizo un estudio, puedo usarlo de referencia?

Depende el sentido que le demos al término «referencia». Si se lo entiende como una orientación para planificar o proyectar la obra, puede ser útil intentar conocer todo el material informativo de que se pueda disponer, como antecedentes para el propio estudio a realizar. Pero suponer que se puede construir con sólo esa información es riesgoso, por lo que señalé en la respuesta anterior.

Por otra parte, eso dependerá del emplazamiento de la obra, porque ya son muchos los municipios en el mundo que no autorizan ni siquiera pequeñas casas familiares sin el estudio de suelo correspondiente.

3. Si mi plan es construir de acá a 5 años, ¿me conviene hacer el estudio ahora?

Esa pregunta podría ser difícil de responder porque tiene muchos aspectos a considerar, y según que sean todos tenidos en cuenta o no, la respuesta será afirmativa o negativa.

La mayoría de los profesionales darán la respuesta obvia: no hay problema, porque las cualidades mecánicas del suelo no cambiarán en tan poco tiempo, pero…

…las condiciones del contexto sí pueden cambiar, por ejemplo, si intervenciones urbanas en las inmediaciones han cambiado los drenajes, o si se han instalado emprendimientos contaminantes, factores que un estudio de suelo completo y bien realizado analiza en el ítem Geología y Geomorfología, tal como habrán visto en el post que he linkeado más arriba.

También puede suceder que las técnicas de sondeos varíen en el plazo de cinco años, ya sea por arrojar resultados más exactos, o por abaratarse los costos. En otras palabras, si se quiere efectuar una especie de «plan de ahorro», tal vez convenga más pensar en términos de acopio de materiales, cuando se piensa en tiempos tan prolongados. Personalmente creo que más allá de los dos años, siempre puede haber sorpresas, sobre todo en países como el nuestro donde las regulaciones nunca son claras y cambian permanentemente. A lo mejor en cinco años los estudios de suelo tengan que incluir el ADN de los geólogos actuantes, o los nombres completos de todas sus mascotas para ser válidos. Aquí nunca se sabe 😀

6. ¿Quiero hacer una pileta al fondo de mi lote, tengo que hacer un estudio de suelo?