Comportamiento hídrico de pizarras de techar

The hidric behaviour of two slaty rocks from the NW of Spain (phyllite of Rande —La Coruña— and slate of Luarca —Asturias—) used as ornamental and roof slate is studied. An experimental methodology for proper interpretation of the hidric phenomena to which they can be subjected due to their particular use in the building industries is proposed. The results of the tests (swelling, slaking and wetting/drying cycles) are related to the mineralogy and texture, as well as to some physical properties related to the water movement throughout the rocks (porosity, air permeability and water absorption).

section_content: Se estudia el comportamiento hídrico de dos rocas pizarrosas del NW de España (filita de Rande -La Coruña-y pizarra de Luarca -Asturias-), utilizadas como pizarras ornamentales y de techar. Se propone una metodología experimental para una correcta interpretación de los fenómenos hídricos a que pueden estar sometidas por sus usos en la industria de la construcción. Los resultados de los ensayos (hinchamiento, desmoronamiento y ciclos humedad/sequedad) se relacionan con la mineralogía y textura, así como con algunas propiedades físicas relacionadas con el movimiento del agua por el interior de las rocas (porosidad, permeabilidad al aire y absorción de agua).
section_name: RESUMEN

section_content: The hidric behaviour of two slaty rocks from the NW of Spain (phyllite of Rande -La Coruña-and slate of Luarca -Asturias-) used as ornamental and roof slate is studied. An experimental methodology for proper interpretation of the hidric phenomena to which they can be subjected due to their particular use in the building industries is proposed. The results of the tests (swelling, slaking and wetting/drying cycles) are related to the mineralogy and texture, as well as to some physical properties related to the water movement throughout the rocks (porosity, air permeability and water absorption).
section_name: SUMMARY

section_content: ROCA INDUSTRIAL PIZARRAS, PROPIEDADES HIDRICAS, PETROFISICA.
section_name: PALABRAS CLAVE:

section_content: Es un hecho extendido que un gran número de rocas, principalmente pizarrosas, sufren cambios apreciables cuando se exponen a cambios en las condiciones de humedad, o bajo la acción directa del agua. La sensibilidad al agua por parte de estos materiales pizarrosos, puede hacerse patente a través de diversas manifestaciones (desmoronamiento, hinchamiento, disminución de la resistencia a la compresión, etc. ), que influyen de una manera decisiva sobre la alterabilidad, a corto o largo plazo, de la roca (1, 2, 3, 4, 6, 6 y 7, entre otros). 

En este sentido, Muñoz de la Nava (8) cita la necesaria determinación del peso específico y la absorción de agua, dentro de los diversos ensayos destinados a definir la calidad mecánica y su relación con la alterabilidad en rocas ornamentales, propiedades éstas que pueden hacerse extensivas a las pizarras de techar (9). 

No obstante pocos autores (10,11,12,13 y 14, entre otros), efectúan interpretaciones petrofísicas de la respuesta de los materiales pizarrosos frente a los fenómenos hídricos, siendo necesaria su realización si se desea predecir el comportamiento de la roca frente al agua. 

La metodología de estudio aquí propuesta puede ser aplicada a cualquier material pizarroso que, por sus características de puesta en obra, esté en contacto con el agua. 

Primeramente se ha efectuao un estudio detallado de las características microscópicas (mineralogía, textura, estructura y microfisuración), aplicando diversas técnicas. Posteriormente, se han calculado algunas propiedades físicas relacionadas con el movimiento de fluidos a través de los materiales rocosos, interpretándolas en función de las características intrínsecas del material. Finalmente, se han realizado varios ensayos de alterabilidad, interpretándolos petrofísicamente. 

Los estudios se realizaron sobre muestras de "roca matriz", (según terminología de la Sociedad Internacional de Mecánica de las Rocas). situadas en Rande (La Coruña), siendo su principal uso como pizarra de techar y ornamental. La extracción de los bloques se realizó en una cantera en explotación con explosión controlada, para posteriormente utilizar sierras de hilo helicoidal y cuñas. 

Las pizarras de Luarca (Asturias), presentan una gran uniformidad de facies en toda la región; las muestras estudiadas se han recogido en el borde Este del Cabo Peñas; su utilización principal es como pizarra de techar y ornamental; la extracción se realizó mediante cuñas. 

Los estudios petrográficos (macro y microscópicos) y análisis semicuantitativos por difracción de Rayos X han servido de base para la clasificación y descripción de las rocas estudiadas. En la Tabla I se sintetizan las principales características petrográficas; una descripción más amplia puede verse en (15).
section_name: INTRODUCCIÓN

section_name: TABLA I

section_name: Características petrográficas

section_name: Descripción petrográfica

section_name: Composición mineralógica

section_content: Filita gris oscura, esquistosidad planar muy regular, orientación preferente de los granos minerales; muy poca microfisuración. 

Cuarzo, clorita, illita, moscovita, materia orgánica, accesorios.
section_name: RANDE

section_content: Pizarra negra, densa, esquistosidad muy regular; muy poco microfisurada. 

Cuarzo, clorita, illita, moscovita, sericita, materia orgánica, accesorios. Las propiedades físicas se han determinado siguiendo los métodos sugeridos por la ISRM (16); la permeabilidad al aire se ha medido mediante un permeámetro discontinuo de carga variable (17), realizándose las medidas perpendicularmente a la pizarrosidad, en sequedad total y condiciones ambientales (20° C y 75 % de humedad).
section_name: LUARCA

section_name: TABLA II

section_content: Los resultados obtenidos aparecen en la Tabla
section_name: Propiedades físicas de las rocas estudiadas: (Pg) densidad de los granos minerales; (p^) densidad de la roca; (no) porosidad abierta; (n) porosidad total; (Sr) grado de relleno de los poros; (k1) permeabilidad al aire en sequedad; (k2) permeabilidad al aire en condiciones ambientales

section_content: Para caracterizar la sensibilidad frente al agua de los materiales pizarrosos existen diversos ensayos (18) ; de entre ellos, se han realizado: contenido en agua de saturación, absorción de agua, desorción de agua, hinchamiento, desmoronamiento y ciclos de humedad/sequedad.
section_name: COMPORTAMIENTO HIDRICO

section_content: Para su determinación se han seguido el método sugerido por la ISRM ( 16 ) y ( 19 ); los valores se expresan en la Tabla MI. 

TABLA III
section_name: Contenido en agua de saturación

section_name: Contenido de agua en saturación (Ws); contenido de agua en absorción libre para una hora (Iv), a dos días (W2) y a ocho días (Wg); contenido de agua en desorción (Wd)

section_content: En este apartado se ha considerado: absorción libre de agua en una hora (índice de vacíos), en dos días y en ocho días; para su determinación se han seguido las recomendaciones de la ISRM (16) y (20). Los resultados pueden verse en la Tabla III. 

días de absorción libre los valores determinados no alcanzan las condiciones de saturación (un 63 % de saturación total en el caso de Rande y un 90 % en el caso de las pizarras de Luarca). 

La cinética de absorción libre de agua para tiempos largos (8 días), puede verse en las Figuras 1 y 2; en ellas se observa que la mayor captación de agua se realiza en las primeras horas de ensayo, alcanzando casi el 80 % del valor total; esta rapidez de absorción viene condicionada preferentemente por el elevado grado de relleno de los poros (Sr ^ 99 %) y el relativo gran tamaño de los mismos.
section_name: Absorción libre de agua

section_content: Posteriormente a la determinación del conté- nido de agua en saturación, se realizó el proceso inverso, en el cual las muestras se secaron al aire (20° C y 75 % de humedad), durante 8 días. 

Los resultados para el contenido en agua final pueden verse en la Tabla III. 

La cinética de la desorción para tiempos largos, puede verse en las Figs. 3 y 4. 

La desorción se realiza con una cinética similar a la absorción libre, mostrando a las 20 horas de iniciado el ensayo, una pérdida de agua de aproximadamente un 80 % del total. 

Al final del ensayo, puede decirse que la filita de Rande, pierde un 92 % del agua absorbida en saturación, mientras que las pizarras de Luarca, pierden un 76 % del agua total.
section_name: Desorción de agua

section_name: L horas

section_content: En la Tabla IV, aparecen los resultados de las medidas de hinchamiento libre (21), así como la anisotropía del mismo (A), según tres direcciones ortogonales (£31, perpendicular a la pizarrosidad y e^2 = ^s3» paralelos a la misma).
section_name: Hinchamiento

section_content: Coeficientes de hinchamiento libre (^si' ^s2 == ^sa) y coeficiente de anisotropía de hinchamiento (A). Los valores de hinchamiento son muy pequeños, los que está relacionado con el bajo contenido en minerales arcillosos relativamente expansivos (8 % de illita en la filita de Pande y 12 % de illita en las pizarras de Luarca). En este sentido, la mayor expansión mostrada por las pizarras de Luarca es debido, además del mayor porcentaje de ¡Hita, a la mayor abundancia de clohta, que favorece la mayor capacidad de cambio de cationes aumentando el hinchamiento, así como a una mayor porosidad y permeabilidad. 

Por otra parte, ambas rocas muestran un comportamiento anisótropo que está favorecido por: variación de tamaño de grano, alineación de poros y microfisuras, bandeado composicional y orientación de minerales filosilicatados.
section_name: TABLA IV

section_content: Con el fin de evaluar la susceptibilidad al desmoronamiento, se realizó el ensayo de Lutton (22), que establece una serie de índices que corresponden a diferentes respuestas de los materiales pizarrosos por inmersión en agua. 

Tanto las muestras de Pande, como las de Luarca, tienen un índice 6 (materiales que no sufren cambios aparentes).
section_name: Desmoronamiento

section_content: Los cambios repetidos en las condiciones de humedad, es uno de los factores determinantes de la alterabilidad de las pizarras. 

Para la realización de los ensayos se ha seguido el método propuesto por Farjallat y de Oliveira (23) ; el tiempo de inmersión en agua y el de secado fue de 24 horas, realizándose éste a 20° C y 75 % de humedad y siendo el número de ciclos de 20. 

Con el fin de determinar el posible incremento de la microfisuración por los ciclos de humedad-sequedad, se realizó un estudio microscópico de la fracturación y desintegración, determinándose además el peso inicial y final de las muestras secas, así como el contenido en agua al finalizar la primera (WQ) y la última absorción (W20). 

Siguiendo la clasificación de Deo et al. (24), ambas variedades se incluirían en el grupo 3 (materiales no afectados por el agua después de cinco ciclos). La pérdida de peso a lo largo de los ciclos fue prácticamente nula (filita de Pande, 0,003 % y pizarra de Luarca, 0,008 %). 

Los resultados para la variación en el contenido en agua pre y post-ciclos, se muestran en la Tabla V. Puede verse que en el caso de la filita de Pande al cabo de 20 ciclos, el contenido en agua aumenta un 250 % y en las pizarras de Luarca aproximadamente un 320 %. Estos resultados se corresponden con los estudios microscópicos post-ciclos realizados al SEM, en los que se ha visto la creación de algunas microfisuras de longitud y anchura variable, en general paralelas a la pizarrosidad.
section_name: Ciclos de humedad-sequedad

section_content: En base a los estudios realizados puede decirse que ambas variedades presentan una buena respuesta frente al agua, interprentando dicho comportamiento como debido preferentemente a la casi ausencia de minerales arcillosos expansivos, así como su baja porosidad abierta y permeabilidad al aire. 

Se ha podido comprobar que los cambios en el contenido en agua de estas rocas influyen sobre su alterabilidad. Así, los sucesivos ciclos de inmersión en agua-sequedad ocasionan expansiones y contracciones que provocan el incremento de la microfisuración. Dicho incremento microfisural está relacionado con las propiedades físicas de estos materiales; en este caso, las pizarras de Luarca, aún presentando una muy baja degradación mecánica, es cualitativa y cuantitativamente más alterable que la filita de Rande, cuyo comportamiento frente al agua es mucho mejor. 

Así pues, ambos materiales pueden ser definidos desde el punto de vista geomecánico, como rocas muy poco afectadas por el agua, de escaso hinchamiento y gran durabilidad; según la clasificación propuesta por Duncan (25) para materiales pizarrosos, ambos materiales se encuadran dentro de los considerados como "endurecidos" ("indurated").
section_name: CONCLUSIONES

section_name: Se ha podido constatar una estrecha relación