1.5 – 1.6 – 1.7 Rocas Sedimentarias

Producidas en superficie en procesos exógenos, que constan de erosión, transporte, sedimentación y diagénesis (transformaciones físicas y químicas que dan lugar a la roca). Formadas por fragmentos de otras rocas, restos biogénicos, precipitados químicos y materia orgánica. Constituyen apenas el 5-10% de la corteza terrestre, pero cubren el 70-75% de la tierra. Forman capas llamadas estratos. Contienen fósiles y plantas que nos informan de los ambientes en los que sedimentaron.

Clasificación

1. ROCAS DETRÍTICAS O TERRÍGENAS

Los caracteres texturales son: el tamaño de los clastos y su distribución; forma, esfericidad y redondez de los mismos, porosidad, permeabilidad y color. Se clasifican según tamaño y tipo, por ejemplo, gravas, arenas, areniscas…

MATRIZ:

En un depósito detrítico la matriz está constituida por los clastos cuyo tamaño es más pequeño que el de los que integran el esqueleto. Se diferencian 4:

1. Matriz arenosa (2 – 0.062 mm)
2. Matriz aleurítica: (0.062 – 0.03 mm)
3. Matriz arcillosa: (<30μm)
4. Matriz micrítica (<4μm)

CEMENTO:

Es el material químico precipitado dentro de los poros de un depósito sedimentario y está constituido por cristales. En composición puede ser muy variado (cuarzo, feldespato, calcita, etc.)

• CONGLOMERADOS

Rocas detríticas que engloban cantos gruesos, con una matriz y/o un cemento. Distinguimos brechas (cantos angulosos) y pudingas (ídem redondeados).

1. Paisaje: Similar al de areniscas, abundando formas agrestes, con paredones, formas de “botellas” y “chimeneas”.
2. Distribución en España: En el Carbonífero, sobre todo el Estefaniense, hay en las cuencas periféricas de la Central Asturiana. Así los de Tineo, Cangas, Fabero, Tremor, Norte de León y Palencia. Los hay en el Cretácico Inferior (Wealdense de los picos de Urbión), y en la facies Albense. Los hay Terciarios: Oligoceno inferior y Miocenos de borde. Así por ejemplo, en todo el Subpirineo, al Norte de la Ibérica, cerrando el borde del Ebro. En el Sur de España, las Mesas de Bobastro o Tajo de Ronda. Cuaternarios, son tipos irregulares: los pinyolencs de Levante y Baleares.
3. Obras hidráulicas: Bastante impermeables. Es en las fracturas principales donde hay que impermeabilizar más. Buen terreno para cerradas de embalses, habida cuenta además que dan buenos estrechos que cierran concas interiores de sistemas montañosos.
4. Sillería: No son muy buenos, pero sí se usan en ornamentación. También algunos conglomerados Jurásicos andaluces, de los que se sacan buenos “mármoles” almendrados.
5. Áridos de hormigón: No es muy buen material.
6. Áridos de firme: No suelen usarse si son heterogéneos.
7. Rellenos: Se usan.
8. Túneles: Se cortan muy bien, con poco sostenimiento siempre que lleven cemento.
9. Cimentaciones: Rígidos y de alta capacidad portante

• ARENISCAS

Rocas detríticas que engloban cantos (de décimas de mm a un par de mm), con una matriz y/o un cemento.

1. Paisaje: Similar en todos los casos, si bien si tienen matriz arcillosa se suavizan bastante. Colores en general claros con teñidos por oxidaciones. Estratificaciones cruzadas habituales. Erosión eólica. Paredones de formas suaves. Frecuente acción biológica.
2. España: Las hay en el Cámbrico, silíceas en el Postdaniense, “Old Red Stone” del Devónico (areniscas de Furada, del Naranco, de Candás), y grauvacas carboníferas en casi todas las cuencas mineras. En el Wealdense (Cretácico inferior) es la roca más frecuente (es piedra de construcción en Soria, o en el Valle de Valderredible, en Santander). Las terciarias son abundantísimas

CUARZOARENITAS:

1. Origen: Poco porosas
2. Edad: De edades primarias o mesozoicas.
3. Resistencia: Muy resistentes.
4. Obras hidráulicas: Muy poco permeables.
5. Sillería: Buenos para sillares
6. Áridos de hormigón: Sí, aunque hay mayor desgaste en las máquinas.
7. Cimentaciones: Muy buenas.
8. Túneles: Sí.

ARCOSAS:

1. Origen: Areniscas feldespáticas. Pueden tener cemento carbonático.
2. España: Las hay cretácicas en Asturias, Murcia y Jaén. Cuaternarias son las arenas arcósicas procedentes de la descomposición de macizos graníticos, como los propios cimientos de la escuela.
3. Obras hidráulicas: Depende.
4. Presas: No hay presas, pero sí embalses.
5. Áridos: Malos. En hormigón inadmisibles. En rellenos no tienen por qué dar problemas.
6. Túneles: Se excavan bien. Resistencia mediana.

CALCARENITAS:

1. Origen: Areniscas cuyos clastos son de naturaleza carbonática.
2. Paisaje: Problemas de movimiento de ladera.
3. Sillería: Capas de poco espesor bien, aunque es muy caro.
4. Túneles: Dan problemas.
5. Cimentaciones: Hay que proteger bien los pies y apoyos.

RODENOS Y OTRAS:

1. Origen: Férricas, con cementos micáceos. En terrenos antiguos.
2. Sillería: Sí.
3. Áridos de hormigón: Las más duras.
4. Paisaje: Taludes verticales.
5. Presas: Impermeables. Los rodenos se comportan de forma general a las cuarcitas.

GRAUVACAS:

1. Origen: >15% de matriz arcillosa.
2. España: Suelen ser rocas paleozoicas, del Cámbrico, Silúrico y Carbonífero.
3. Construcción: Buena, se corta bien. Resiste poco la abrasión.
4. Árido de hormigón: Si no hay otro.

• LUTITAS

Roca sedimentaria detrítica, de granos finos, formada por la consolidación de partículas del tamaño de la arcilla y limo en capas relativamente impermeables de escaso espesor. Roca sedimentaria más abundante. Pueden contener cantidades relativamente grandes de material orgánico en comparación con otras rocas, y por ello, poseen potencial de convertirse en rocas generadoras de hidrocarburos. Podemos encontrar lutitas en:

1. Formaciones terciarias que rellenan las cuencas y depresiones interiores: Tajo, Ebro, Duero y Guadalquivir.
2. En el Cretácico inferior Wealdense. Cordillera Cantábrica.
3. Planas cuaternarias mezcladas con gravas y arenas.
4. Afloramientos triásicos del Keuper.

Podemos encontrar limos en:

1. Llanuras de inundación.
2. Depósitos fluviales.
3. Estuarios de río, deltas.
4. Bordes de marismas
5. También podemos encontrarlas en depósitos eólicos, más conocido como Loess, en los que las partículas se depositan a modo de castillo de naipes.
6. Lúnulas, que son fondos de valle rellenos.

CARACTERÍSTICAS:

1. Resistencia y deformabilidad: En loess, con cargas muy fuertes, aumento de aguas o sismo colapsa, produciendo un desmoronamiento. La resistencia a la compresión simple, o la cohesión, es baja y algo mayor en las lutitas que en las limolitas ya que hay más atracción en las arcillas entre sus partículas.
2. Plasticidad: Para un determinado contenido de agua, de humedad, son capaces de deformarse bajo presiones, y sin recuperación alguna cuando cesan las presiones. Sobre terrenos en estado muy plástico, las obras de ingeniería son problemáticas por verse sometidas a deformaciones y falta de resistencia del apoyo para aceptar las cargas que transmiten aquellas.
3. Paisaje: Planos y suaves pendientes. En territorios geológicamente jóvenes, los ríos producen barrancos con facilidad.
4. Material de construcción: Ladrillos, tejas, etc. Como árido ligero para terraplenes y hormigones. Impermeable, por lo que se usan en núcleos de presas y materiales sueltos.
5. Excavaciones: Taludes medio fuertes a corto plazo y baja humedad. Taludes suaves a largo plazo. Donde se hace esto se producen deslizamientos.
6. Cimentación: Baja capacidad portante. Admiten cimentaciones superficiales con cargas reducidas y en estructuras que puedan soportar asientos.
7. Obras lineales sobre arcilla: Mejores explanadas, subbases y bases bajo el pavimento. Generalmente implican firmes de aglomerado asfáltico. Cuidar el drenaje de la plataforma donde se apoya la superestructura de la obra lineal. Arcillas de baja resistencia y cierta deformabilidad no soportan los terraplenes de las obras lineales y su sustitución por estructuras puede ser costosa.
8. Presas de arcillas y limos: Buenos vasos. Malas cerradas. No admiten presas de fábrica. Sí de materiales sueltos.

2. ROCAS QUÍMICAS O BIOQUÍMICAS

2.1 ROCAS CARBONÁTICAS

Las rocas carbonáticas son aquellas que están constituidas esencialmente por carbonatos como por ejemplo la calcita CO₃Ca y la dolomita (CO₃)₂CaMg.

DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA Y TEMPORAL:

Representan el 4% de la corteza. Hay grandes zonas ocupadas por calizas como en China o Australia. En Europa son muy abundantes, sobre todo en los países mediterráneos y en los Alpes. En España ocupan aprox. el 30% de la superficie. Al ser la caliza una roca fundamentalmente organógena, su edad es relativamente moderna, acorde con el desarrollo de la vida, abundando en los últimos periodos geológicos, Mesozoico, Terciario y Cuaternario.

IMPORTANCIA EN ING. CIVIL Y ECONÓMICA:

• Terrenos relativamente solubles que pueden albergar cuevas.
• Gran parte de los recursos hídricos subterráneos están alojados en acuíferos kársticos.
• Terrenos muy permeables. Existe riesgo de filtraciones en presas y embalses, así como problemas de entrada en túneles.
• Constituyen materiales esenciales para la fabricación del cemento y áridos de construcción.

FÁBRICA:

• Fábrica cristalina: Constituida por cristales generados por procesos de precipitación directa, recristalización o reemplazamiento (calizas esparíticas, pseudoesparitas, dolomías cristalinas, etc.).
• Fábrica clástica: Es la constituida por clastos carbonáticos, tanto intracuencales como extracuencales. Este tipo de fábrica es la común de las calcarenitas, donde los clastos son granos carbonáticos intracuencales.
• Fábrica organógena: Es la constituida por bioconstrucciones desarrolladas por organismos coloniales (arrecifes de coral, estromatolitos, etc.).

COMPONENTES ESQUELÉTICOS:

Son restos completos o fragmentados de esqueletos calcáreos construidos por organismos a través de procesos bioquímicos. En general constituyen granos y son muy importantes, ya que a partir de ellos podremos caracterizar el ambiente de sedimentación, luminosidad, energía…, siempre que no estén resedimentados en ambientes distintos en los que vivieron. Pueden ser algas y cianobacterias, anélidos, braquiópodos, briozoos, corales, equinodermos, esponjas, foraminíferos, moluscos, ostrácodos, radiolarios, etc.

COMPONENTES NO ESQUELÉTICOS:

En este grupo se incluyen aquellos granos que no son restos esqueléticos y que se forman por diferentes procesos: físicos, químicos y bioquímicos. Podemos encontrar litoclastos, peloides y pellets, granos compuestos, etc.

* Además de los componentes carbonáticos esqueléticos y no esqueléticos, podemos encontrar otros tipos de componentes: Granos intracuencales no carbonáticos y granos extracuencales no carbonáticos.

CLASIFICACIÓN

1. Calizas autóctonas: Son aquellas originadas por precipitación química y bioquímica. Se subdividen a su vez en:
   • MARINAS:
     1. Pelágicas: acumulación de fangos calcáreos en el fondo del mar.
     2. Calizas margosas: fangos calcáreos de precipitación mezclados al mismo tiempo con arcillas de decantación
     3. Calizas arrecifales:
        1. Calizas biohermales, que se dan en mares cálidos, oxigenados y poco profundos.
        2. Calizas biostromales, arenas de naturaleza calcárea al pie del arrecife procedente de la destrucción del mismo por el oleaje.
   • CONTINENTALES:
     1. Tobas
     2. Travertinos
     3. Espeleotemas
     4. Caliche
2. CALIZAS ALÓCTONAS: están constituidas por sedimentos detríticos y cemento calcáreo procedentes de la erosión de calizas preexistentes. Se distinguen en:
   1. Calcirruditas (de tamaño conglomerado)
   2. Calcarenitas (tamaño arena)
   3. Calcilutitas (tamaño limo)
3. CARBONATOS DIAGENÉTICOS: Aquellos carbonatos que han sufrido una diagénesis que ha supuesto un cambio mineralógico parcial o total, como es el paso de aragonito a calcita, o el de la calcita a la dolomita (dolomitización), con la pérdida parcial o total de los caracteres originarios de la roca. Podemos citar los siguientes tipos de rocas:
   1. Calizas magnesianas (menos del 50% de CO₃Mg)
   2. Dolomías (más del 50% de CO₃Mg)
   3. Calizas recristalizadas

MINERALOGÍA

• Calcita: (CO₃Ca) Mineral originado por precipitación que más abunda, aunque es frecuente que inicialmente se sedimente Aragonito CO₃Ca pero que se transforma rápidamente por diagénesis a calcita.
• Dolomita: ((CO₃)₂CaMg) Se origina por la sustitución total o parcial del Ca por el Mg en la calcita (dolomitización), lo que supone una pérdida de la textura original de la roca, borrando por ejemplo, el contenido fosilífero. También supone un aumento de densidad de la roca debido al Mg.

CALIZAS, DOLOMÍAS Y MARGAS

Estos tres tipos guardan relación entre sí. Todas ellas están formadas en su mayor parte por carbonato cálcico, suelen presentarse asociadas y comparten un origen sedimentario parecido. Para las calizas, el carbonato cálcico (CO₃Ca) es mayoritario, mientras que las dolomías están constituidas por carbonato cálcico-magnésico. Las margas son también rocas calcáreas, pero con un alto contenido en arcilla. Según los porcentajes relativos de carbonatos y arcillas y según haya sido la dolomitización (parcial o total) podemos encontrar muchas rocas intermedias, como calizas arcillosas, margas calcáreas, calizas dolomíticas, dolomías calcáreas, etc.

La mayor parte de las rocas calcáreas se han formado en el fondo de mares de agua caliente de ambientes tropicales o subtropicales por precipitación de carbonato cálcico que daría lugar, por endurecimiento, a las calizas.

Si a la precipitación del carbonato cálcico se le añadía la decantación de partículas de arcillas, entonces se forman las margas.

Las dolomías se forman por la transformación de las calizas existentes mediante la sustitución parcial de la calcita a carbonato cálcico-magnésico. Son rocas de apariencia similar a las calizas, y es difícil distinguirlas a simple vista, por lo que en el campo se lleva ácido clorhídrico (diluido) para ver si hace reacción (caso de las calizas). Es frecuente que en las dolomías, debido a la transformación química operada, no sean reconocibles los fósiles o no se hayan conservado.

MODELADO Y PAISAJE:

Las calizas y dolomías, más duras y solubles, dan lugar, si la estratificación es horizontal, a parameras planas y paredes verticales en los cañones, y a relieves en cuesta u órganos si están verticales. Pueden formar relieves kársticos. Las margas, más blandas y erosionables, suelen ocupar las vaguadas y zonas bajas de las laderas, con suelos más desarrollados y mayor abundancia de vegetación.

La karstificación es un proceso químico de meteorización que da lugar a una forma de modelado característico en rocas como la caliza y dolomía, compuestas por minerales solubles en agua. El agua con CO₂ atmosférico y del suelo es agresiva y disuelve la caliza por las vías posibles de penetración, como son las juntas de estratificación y las fracturas. El agua se lleva por disolución el carbonato cálcico, pero deja el residuo insoluble de las impurezas arcillosas que tiene la roca. Forman las arcillas de decalcificación o terra rossa que se conservan in situ formando suelos rojos arcillosos, o se transportan hacia vaguadas y fondos de dolinas dando lugar a los pocos campos de labor de estas regiones pedregosas.

• El Karst: Hace referencia al paisaje de terrenos carbonáticos donde no hay apenas circulación superficial de aguas, dominando la circulación subterránea o hipogea, y con un relieve característico.

  Modelo kárstico:

  1. Formas exokársticas:
     1. Lapiaces: Formas de denudación kárstica caracterizada por surcos u oquedades de dimensiones pequeñas o medianas, separado por tabiques o paredes de roca, en algunos casos agudos, que se generalizan sobre superficies planas, inclinadas u horizontales.
     2. Dolinas: Depresiones cerradas de tamaño métrico o hectométrico sin drenaje superficial, y que se han formado por la disolución de las rocas carbonatadas. Es la forma superficial más típica del relieve kárstico y generalmente tienen forma de embudo. Cuando es profunda, en España se llama Torca.
     3. Uvala: Dolina de gran tamaño o agregación de varias de dimensiones totales en un rango de centenares de metros hasta 1 o 2 km de diámetro.
     4. Polje: Valle de varios km² cerrado o cuasi cerrado labrado en terrenos solubles, y donde el río que circula se pierde en sumideros.
     5. Cañones: Acción erosiva de ríos más la disolución.
  2. El Endokarst: formas de relieve del interior de un macizo kárstico.
     1. Cuevas: Galerías de predominio horizontal asociadas a planos de discontinuidad. Pueden estar inundadas o no. Puede haber con desprendimientos, espeleotemas, sedimentos detríticos.
     2. Simas: Conductos de disolución con predominio vertical.

APLICACIONES HIDROGEOLÓGICAS:

Características de los acuíferos kársticos:

1. Acuíferos importantes
2. Heterogéneos
3. Karstificación heredada
4. Rellenos paleokársticos
5. Régimen laminar y turbulento
6. Niveles colgados
7. Grandes oscilaciones niveles piezométricos
8. Alta recarga
9. Trasvases subterráneos de cuencas
10. Grandes manaderos, a veces con trop-pleins (es una surgencia kárstica esporádica, generalmente asociada a otra permanente y situada a cota superior, y que funciona en periodos muy lluviosos cuando ésta no puede evacuar toda el agua del acuífero)
11. Vulnerables a la contaminación.

APLICACIONES

1. Materiales: Sillería, mampostería. Caso de las tobas. Cemento. Áridos de hormigón. Áridos para obras lineales. La caliza y las margas sin Mg se usan para la fabricación de cemento.
2. Canales: Necesidad de revestir.
3. Puertos: escollera de grandes bloques que compense la baja densidad de la caliza. Mejor por eso las dolomías.
4. Soporte de obras: Buen apoyo, excepto riesgo de colapso si hay huecos.
5. Desmontes: Se suelen excavar con explosivos. Taludes subverticales, riesgo de desprendimientos.
6. Túneles: Se excavan bien. Si son duras y poco karstificadas se sostienen bien.

2.2 ROCAS EVAPORÍTICAS: YESOS Y SALES

Se originan por la evaporación de agua cargada de sales, precipitados en medios marinos, lacustres y desérticos. Se mezclan habitualmente con minerales detríticos. Cuando un agua se satura en un mineral, éste precipita.

Algunas propiedades que poseen son su plasticidad, su facilidad para hidratarse y cambiar de volumen, su solubilidad rápida y su baja dureza.

EL YESO:

El yeso o sulfato cálcico dihidratado (CaSO₄·2H₂O) es el más frecuente de los minerales salinos. Tiene una baja dureza. Yesos primarios: precipitación en cuencas de climas áridos. Yesos secundarios: hidratados, redepositados en fracturas, alteración de sulfuros, etc.

Suelen aparecer con la anhidrita (sulfato cálcico). La anhidrita en contacto con el agua se hidrata pasando a yeso; en superficie suele haber solo yeso mientras que en profundidad abunda la anhidrita. En esta hidratación hay un importante aumento de volumen lo que es un problema muy serio en algunas obras.

Se formaron Se formaron y se forman en mares cerrados y lagos con escaso movimiento de agua y poca profundidad. Las rocas que han llegado a nuestros días se formaron con climas normalmente áridos. En España corresponden:

1. Cámbricos y Paleozoicos, en la cuenca del Narcea
2. Keuper (Triásico) donde aparecen jacintos y aragonitos
3. Jurásico, solo en algunos nivelillos
4. Wealdense (Cretácico superior)
5. Terciario, Luteciense (Eoceno), Mioceno (Terciario superior).