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Univ e rsidad de Zara go za Facu lt ad de Cie ncias Departa m ento de Ciencias de la Ti erra CARACTERIZACIÓN TECN OLÓGICA DE LAS ROCAS ARAGONESAS DE USOS CONSTRUCTIVOS: PROPIEDADES HÍDRICAS Y DURABILIDAD DE LAS ROCAS CON USO ORNAM ENTAL T ES I S DOCT OR AL PRESENTA DA POR Oscar Buj F andos PA R A OPTA R AL G R A DO DE DO CTO R EUROPEO Dire ct or: Dr. D. Josep G isb er t Ag ui la r Se pt iembre 20 08 CARACTERIZACIÓN TECNOLÓGICA DE LAS ROCAS ARAGONESAS DE USOS CONSTRUCTIV OS: PROPIEDADES HÍDRICAS Y DURABILIDAD DE LAS ROCAS CON USO ORNAMENT AL Oscar Buj Fandos Memoria presentada en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Zaragoza para optar al grado de Doctor Europeo. Zaragoza. Septiembre 2008. Josep Gisbert Aguilar , profesor titular del Área de Petrología y Geoquímica de la Universidad de Zaragoza Certifica: Que D. Oscar Buj Fandos, ha realizado bajo su dirección en el Departamento de Ciencias de la T ierra de la Universidad de Zaragoza la presente memoria y autoriza su presentación para que sea calificada como T esis Doctoral. Vº Bº Fdo.: Dr . D. Josep Gisbert Aguilar . ÍNDICE Agradecimientos VII Resumen/Abstract IX Summary XI T abla resumen de las rocas caracterizadas XXXVI Lista símbolos XXXVII Lista tablas XXXVIII Lista figuras XL I.- INTRODUCCIÓN I.1.- Presentación del trabajo. 3 I.2.- Introducción histórica. 5 I.3.- Introducción terminológica. 6 I.4.- Antecedentes. 7 II.- OBJETIV OS II.1.- Caracterización tecnológica de 40 rocas de usos constructivos. 13 II.2.- Caracterización petrofísica y de la durabilidad de 18 rocas ornamentales y piedras de cantería. 13 II.3.- Desarrollo tecnológico de nuevas técnicas y/o perfeccionamiento de las existentes para la caracterización de materiales. 14 III.- MET ODOLOGÍA III.1.- Introducción. 17 III.2.- Ensayos de caracterización petrológica y mineralógica. 20 III.2.1.- Microscopía petrográfica. 20 III.2.2.- Microscopía electrónica de barrido. 20 III.2.3.- Análisis digital de imágenes aplicado a la microscopía óptica y electrónica. 21 III.2.4.- Análisis químicos de elementos mayores. 23 III.2.5.- Determinación del contenido en carbonato. 23 III.2.6.- Determinación del residuo insoluble. 23 III.3.- Ensayos de caracterización física. 24 III.3.1.- Absorción, densidad aparente y porosidad abierta. 24 III.3.2.- Absorción y desorción automatizado. 24 III.3.3.- Determinación del coeficiente de absorción de agua por capilaridad. 26 III.3.4.- Densidad real. Método del picnómetro. 26 III.3.5.- Porosimetría de inyección de mercurio. 26 III.3.6.- Dilatación lineal por absorción de soluciones salinas y secado extremo.27 III.3.7.- Expansión volumétrica. 28 III.3.8.- Anisotropía de susceptibilidad magnética. 29 III.3.9.- Medida de velocidad de propagación de ultrasonidos. 30 III.3.10.- Permeabilidad. 31 III.3.1 1.- Colorimetría. 32 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos I III.4.- Ensayos de caracterización mecánica. 33 III.4.1.- Resistencia a la compresión uniaxial. 34 III.4.2.- Resistencia a la flexión antes y después de heladicidad. 34 III.4.3.- Resistencia al desgaste por abrasión. 35 III.4.4.- Desgaste por rozamiento en plataforma giratoria. 35 III.4.5.- Resistencia al deslizamiento sin pulimento. 35 III.4.6.- Resistencia al choque. 36 III.4.7.- Microdureza Knoop. 36 III.4.8.- Planeidad. 36 III.4.9.- Dureza superficial Shore D. 36 III.5.- Ensayos de durabilidad. 37 III.5.1.- Determinación de la resistencia a la cristalización de las sales. 37 IV .- SITUACIÓN GEOGRÁFICA Y GEOLÓGICA IV .1.- Introducción. 41 IV .2.- Unidades Geológicas. 45 IV .2.1.- La Cordillera Pirenaica. 45 IV .2.1.1.- Canteras activas en la Cordillera Pirenaica. 47 IV .2.2.- Depresión Central o Depresión T erciaria del Ebro. 48 IV .2.2.1.- Canteras activas en la Depresión T erciaria del Ebro. 49 IV .2.3.- La Cordillera Ibérica. 51 IV .2.3.1.- Canteras activas en la Cordillera Ibérica. 52 IV .3.- Fichas de situación geográfica y geológica. 55 V .- CARACTERIZACIÓN TECNOLÓGICA V .1.- Introducción. 85 V .2.- Fichas tecnológicas. 87 V .2.1.- Información general. 87 V .2.2.- Descripción petrográfica. 90 V .2.3.- Descripción de visu. 90 V .2.4.- Resultados de los ensayos tecnológicos. 90 V .3.- Interpretación de los resultados de los ensayos tecnológicos. 166 V .3.1.- Correlación entre características petrográficas y propiedades mecánicas en arenitas. 167 V .3.1.1.- Correlación entre porosidad y propiedades mecánicas. 167 V .3.1.2.- Correlación entre mineralogía y textura con las propiedades mecánicas. 168 V .3.2.- Correlación entre características petrográficas y propiedades mecánicas en rocas carbonatadas. 169 V .3.2.1.- Correlación entre porosidad y propiedades mecánicas. 169 V .3.2.2.- Correlación entre mineralogía y textura con las propiedades mecánicas. 170 V .3.3. Análisis del comportamiento del material. 177 V .3.3.1.- Comportamiento hídrico. 177 V .3.3.2.- Comportamiento mecánico. 177 Índice II V .3.4.- Adecuación de uso. 180 V .3.4.1.- Estudio petrográfico. 181 V .3.4.2.- Absorción, porosidad. 182 V .3.4.3.- Resistencia a compresión uniaxial. 182 V .3.4.4.- Resistencia flexión. 183 V .3.4.5.- Heladicidad. 186 V .3.4.6.- Resistencia al choque. 187 V .3.4.7.- Resistencia al desgaste por rozamiento. 188 V .3.4.8.- Microdureza Knoop. 188 V .3.4.9.- Resistencia al deslizamiento. 189 V .3.4.10.- Resistencia al desgaste por abrasión. 190 V .4.- Conclusiones. 191 VI.- CARACTERIZACIÓN PETROFÍSICA DE LA ROCA FRESCA VI.1.- Introducción. 201 VI.2.- Análisis petrológico y geoquímico de los materiales. 206 VI.2.1.- Petrografía. 206 VI.2.2.- Caracterización geoquímica. 208 VI.3.- Descripción del sistema poroso. 21 1 VI.3.1.- Distribución porométrica mediante porosimetría de inyección de mercurio (PIM). 21 1 VI.3.2.- Análisis digital de imágenes. 216 VI.4.- Análisis del comportamiento físico. 219 VI.4.1.- Estudio del comportamiento hídrico del material. 219 VI.4.1.1.- Absorción, densidad aparente y porosidad abierta. 219 VI.4.1.2.- Densidad real método del picnómetro. 221 VI.4.1.3.- Datos del sistema automatizado (absorción y desorción). 223 VI.4.1.4.- Determinación del coeficiente de absorción de agua por capilaridad. 233 VI.4.2.- Permeabilidad. 239 VI.4.3.- Ultrasonidos. 250 VI.5.- Conclusiones. 253 VI.5.1.- Correlación entre parámetros petrográficos y estructura porosa. 253 VI.5.2.- Correlación entre estructura porosa y propiedades físicas. 254 VI.5.3.- Conclusiones según la clasificación textural de la roca. 258 VII.- EV ALUACIÓN DE LOS PROCESOS DE CRIST ALIZACIÓN DE SALES VII.1.- Introducción. 265 VII.2.- Ensayos de cristalización de sales. 270 VII.2.1.- Ensayo de cristalización de sales normalizado. 270 VII.2.1.1.- V ariaciones en peso y morfológicas. 270 VII.2.1.2.- V ariación en las propiedades hídricas tras el ensayo de cristalización de sales. 274 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos III VII.2.2.- Ensayo de cristalización de sales no normalizado. 277 VII.2.2.1.- V ariación en la porosidad tras la cristalización de sales. 277 VII.2.2.2.- V ariaciones en la permeabilidad tras la cristalización de sales. 278 VII.2.2.2.1.- V ariaciones globales en la permeabilidad. 278 VII.2.2.2.2.- V ariaciones en la permeabilidad en cada material pétreo. 280 VII.2.2.2.3.- Modelos globales de variación de la permeabilidad en los materiales pétreos tras cristalización de sales. 294 VII.2.2.3.- V ariaciones morfológicas. 296 VII.2.2.3.1.- Expansión lineal. 297 VII.2.2.3.2.- Expansión volumétrica. 302 VII.2.2.3.3.- Anisotropía de susceptibilidad magnética. 303 VII.3.- Conclusiones. VII.3.1.- Ensayo de cristalización de sales normalizado. 306 VII.3.2.- Ensayo de cristalización de sales no normalizado. 306 VII.3.2.1.- Permeabilidad. 306 VII.3.2.2.- V ariaciones morfológicas. 309 VIII.- EV ALUACIÓN DE TRA T AMIENTOS DE CONSER V ACIÓN VIII.1.- Introducción. 313 VIII.2.- T ratamientos seleccionados. 315 VIII.3.- Sistemas de aplicación. 316 VIII.4.- Evaluación de la penetración de consolidantes. 318 VIII.5.- V ariación de las propiedades físicas y mecánicas tras la aplicación de los consolidantes. 321 VIII.5.1.- V ariación de las propiedades físicas tras la aplicación de los consolidantes. 321 VIII.5.1.1.- Absorción libre a presión atmosférica. 321 VIII.5.1.2.- Densidad aparente y densidad real. 322 VIII.5.1.3.- Absorción capilar . 322 VIII.5.1.4.- V ariaciones colorimétricas. 324 VIII.5.1.5.- Absorción y desorción libre de agua mediante el ensayo automatizado. 326 VIII.5.2.- V ariación en las propiedades mecánicas tras la aplicación de los consolidantes. 329 VIII.6.- Evaluación de la resistencia a la alteración. 330 VIII.6.1.- V ariación en peso y estudio morfológico de la alteración. 330 VIII.6.2.- V ariación de las propiedades hídricas. 334 VIII.7.- Conclusiones. VIII.7.1.- Evaluación de la penetración de consolidantes. 336 VIII.7.2.- V ariación de las propiedades físicas y mecánicas tras la aplicación de los consolidantes. 336 VIII.7.3.- Evaluación de la resistencia a la alteración. 337 VIII.7.4.- Evaluación de la efectividad de los consolidantes. 338 Índice IV IX. - CONCLUSIONES 343 X. - BIBLIOGRAFÍA 353 ANEXOS Anexo 1. - Ensayos hídricos de absorción y desorción automatizados y porosimetría de inyección de mercurio. 373 Anexo 2. - Curvas de absorción capilar antes y después de someter las probetas al ensayo de cristalización de sales. 393 Anexo 3. - Permeabilidad. 431 Anexo 4. - Gráficas de pérdida en peso durante el ensayo de cristalización de sales. 465 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos V Research has been focused on the petrophysical characterization of these stones (primarily on the pore system) both before and after salt crystallization weathering tests. The petrographical characteristics and the variation in the physical test after the salt crystallization test have made possible the evaluation of the stone durability against salt crystallization tests, the movement of salt into the rock and the prediction of the behaviour of the stone during the weathering. The petrophysical study was completed with the evaluation of the ef fectiveness of three consolidant treatments on stones, which presented a weight loss higher than 3% during the salt crystallization test. An important volume of our architectural heritage is built of stone; hence, the importance of the conservation and restoration studies to preserve and look after this cultural and historical heritage. This technological characterization has been done with two objectives in mind: Firstly , to be useful as a stone characterization and a cataloguing tool of the different stones used as building material and secondly , to establish a methodology for the conser - vation and restoration of the Architectural heritage built with these stones. The laboratory tests were conducted in accordance with UNE and ASTM recommendations. For those tests for which standard tests did not exist, or we had found them to be deficient, new methodologies have been developed. As part of the research and investigative work carried out for this thesis, a new technique for determining pore size distribution in stones was developed "Porosimeter measuring the intrusion of low- density fluids" International Application patent No PCT/ES2006/000681 and Priority Data 22-12-2005. II.- OBJECTIVES The general and specific aims of this thesis are: II.1.- T echnological characterization of forty Aragon stones used as building material. These S tones are used in modern construction as a construction material and have been extensively used on works that have left a distinctive imprint on Aragon's varied cultural and monumental heritage. Specific objectives 1- T echnological characterization of Aragon stones used as building material. 2- T o establish the basis for an assessment of the potential of these stones for their use in construction depending on their intrinsic characteristics. 3- T o establish technical quality criteria. This is done by studying the physical and mechanical properties in correlation to the texture and composition of the stones. XII II.2.- Petr ophysical and durability characterization of eighteen ornamental and hewn r ocks These rocks are of paramount scientific and economic importance, and are of particular interest for Aragon. These eighteen rocks are included in the technical charac- terization of the forty rocks mentioned in the first part of this thesis. In these rocks, apart from the technological characterization a further exhaustive study of their pore system was carried out, which included both, the fresh and the weathered stone after the salt crystallization test. Finally there was an evaluation of the durability of these stones. Specific objectives: 1- T o characterize the pore system in the fresh rock and the changes in the pore system after salt crystallization. 2- T o study the water absorption and drying kinetics inside the stones. Interactions between water and air and changes in the kinetics of hydric test after the application of consolidants treatments. 3- T o understand and predict the behaviour of porous rock by crystallization of salts in pores and to create a model of the movement of dif ferent salt solutions, as well as to identify the potential points of decay . 4- T o create a model of the change in size in campanile limestone by crystallization of magnesium sulphate. 5- T o evaluate the durability of these rocks against salt crystallization weathering test. 6- T o research solutions for the stone decay . Evaluation of three treatment products. II.3.- Development of technological solutions and/or impr ovement of pr evious techniques for the characterization of building materials. 1- Automatizacion of water absorption and drying test in porous materials. Thus, this technique allows a continuous measuring of the water kinetics inside the stone. 2- Automatization of length changes during salt crystallization. 3- Statistical analyses of small-scale permeability measurements have been used to evaluate the drivers for decay and hence aid the prediction of the weathering behaviour of the stones. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos XIII III.- METHODOLOGY Our work plan developed from the need to characterize the stones used as building materials in order to obtain quality criteria, then assess the suitability of these stones for their use in construction and obtain indicators of the durability of these materials. T o promote technological development is another very important aspect of this work. The tests and analytical techniques presented in this thesis have been divided in four dif ferent groups. T able III-1 shows references for the chapters in which the results of these tests and analytical techniques have been described. 1.- Mineralogical and petr ological characterization. 1.1.- Petrographic Microscopy . UNE-EN 12407:2001. 1.2.- Scanning electron microscopy . 1.3.- Digital image processing. 1.4.- Chemical analysis of major elements. 1.5.- Carbonate content. 1.6.- Insoluble residue. 2.- Physical pr operties. 2.1.- W ater absorption, porosity , bulk density and real density . UNE-EN 13755: 2002. 2.2.- W ater absorption and water drying automatization test. 2.3.- Capillary water absorption. UNE- EN 1925:1999. 2.4.- Bulk density . Picnometer (method). UNE-EN 1936:2007. 2.5.- Pore size distribution by Mercury Intrusion Porosimetry . 2.6.- Linear expansion tests 2.7.- V olume expansion test. 2.8.- Anisotropy of magnetic susceptibility . 2.9.- Ultrasonic velocity . UNE-EN 14146:2004. 2.10.- Permeability . 2.1 1.- Chromatic analysis. 3.- Mechanical pr operties. 3.1.- Compressive strength. UNE-EN 1926: 1999. 3.2.- Flexural strength both before and after the freeze-thaw cycles. UNE-EN 12372: 1999. 3.3.- Abrasion resistance. UNE-EN 1341: 2002. 3.4.- Rubbing resistance UNE 22183:85. 3.5.- Sliding resistance (USR V). UNE-EN 1341: 2002. 3.6.- Shock strength UNE 22-189-85. 3.7.- Knoop hardness test. UNE 22-188-85. 3.8.- Flatness. UNE-EN 13373 2003. 3.9.- Shore D Hardness. ASTM D 2240. 4.- Durability test. 4.1.- Salt crystallization test. UNE-EN 12370:1999. XIV Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos XV Table III- 1: Chapters i n which the res ults o f these tes ts a nd analytical tec hniques have bee n describ ed. Tests and a nalyt ical te chniques Chapter V Chapter VI - VII - VIII Petr ographic M icrosco py -- -------- -------- -- ------ -------- ------ Scanning electr on microscop y ------ -------- ------ Digital ima ge pro cessing ------ -------- ------ Chemical a nalysis of maj or elements ------ -------- ------ Carbonate content ------ -------- ------ Insoluble re sidue ------ -------- ------ Water absor ption, por osity, bulk dens ity and r eal d e n s it y . ------ -------- ------ ---------- -------- -- Water absor ption and w ater drying a uto matization test -- ---- -------- ------ Capillar y water abso rptio n ------ -------- ------ Bulk densit y. Picno meter ( method) ------ -------- ------ Mercur y Intrusio n Po rosimetry ------ -------- ------ Linear and volu m e e xpansio n test.and anisotr op y of m ag netic s u s c e p tib ilit y ------ -------- ------ Ultrasonic velocit y ------ -------- ------ Per m eabilit y ------ -------- ------ Shore D Ha rdness ------ -------- ------ Salt cr ystallizatio n test ---------- -------- -- Chromatic analysis ------ -------- ------ ---------- -------- -- Compress ive stren gth ------ -------- ------ ---------- -------- -- Flexural stre ngth ------ -------- ------ ---------- -------- -- Abrasio n resistance ------ -------- ------ Rubbing resi sta nce ------ -------- ------ Sliding re sistance (US RV) ------ -------- ------ Shock stre ngth ------ -------- ------ Knoop hardness te st ------ -------- ------ Flatness -- -------- -------- -- XVI IV.- GEOGRAPHIC AND GEOLOGICAL SETTING A summary of the principal geological characteristics of Aragon and a description of the geological units is presen ted in chapter IV. This summary has been used as a framework for the localization of the different geologic formations and quarries in which th e 40 stone varieties ar e exploited. Table IV-1 includes the following information for all forty stones: geological unit, abbreviation, age, geologic formation and the varieti es exploited in each quarry. Table IV-2 includes the following information for all forty stones: scientif ic name, commercial name and geographic setting. The autonomous community of Aragon has a surface area of 47,669 Km 2 and is located in north-eastern Spain (Figure IV-1). Aragon is bordered by France to the north, Castellón, Lérida and Tarragona to th e east, Valencia and Cuenca to the south, and Navarra, La Rioja, Soria, Guadalajara and Cuenca to the west. From a geological point of view Aragon can be divided into three zones: the Pyrenees, the Ebro basin and the Iberian range, (Figure IV-2) although these zones in fact spread beyond the autonomous community of Aragón. Figure IV-1: Geographical location of the diffe rent quarries. Caracterización tecnológica de rocas arago nesas de usos constructivos XVII Figure IV-2: Geological m ap of Aragón with the location of the different quarries. (M odified from Peña Monné, 1995). XVIII Table IV-1 : Geolo gical settin gs of the c haracter ized sto nes. Geological unit Abbrevi ation; Age For mation Varie- ties 1- Ye Eocene ( Pr iabonian) Fm. Marga s de P amplona 1 2- Ma Eocene ( Barto nian) Fm. Bels ué-Atares 1 3- En Eocene ( Lutetian) Fm. Campo darb e 1 4- Hu Eocene ( Cuisinian - Lutetian) Grupo H echo 1 Pyrenees 5- Pa Eocene ( Cuisinian- Lutetian) Grupo H echo 1 6- Un Miocene ( Aquita nian- Burdigalian) Fm. Uncasti llo 1 7- Ay Miocene ( Aquita nian- Burdigalian) Fm. Uncasti llo 1 8- T u Miocene ( Aquita nian ) Fm. Tud ela 1 9- Fr Miocene ( Aquita nian- Turo lian) Torr ente Cinca- Alcolea del Pinar 1 Ebro basin 10- Az Miocene ( Aquita nian) Fm. Caspe 1 11- T a Lower T riassic Facies Bu ntsandstei n 1 12- Ca Middle Jurassic (Bathonian) Fm. Chelva 3 13- P u Upper Jurassic (Tithonia n) Fm. Hig ueruelas 1 14- Al Lower Creta ceous (Bar remian-Aptian) Fm. Alacó n 1 15- Ce Cretaceous ( Albia n- Cenomania n) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 1 16- VI-I Upper Cretaceo us (Ceno m a nian) Fm. Órganos de Mo ntoro 1 17- CF Upper Cretaceo us (Ceno m a nian) Fm. Órganos de Mo ntoro 2 18-VI-II Miocene 1 19- T o Cretaceous ( Albia n- Cenomania n) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 1 20- MI Lower Creta ceous (Aptian) Fm. Calizas y mar gas de Chert 1 21- Cv Lower Creta ceous (Albian) Fm. Calizas O cres de Benasal 1 22- Ig Lower Creta ceous (Albian) Fm. Calizas O cres de Benasal 1 23-Mq-1 Cretaceous ( Albie nse- Cenomania n) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 1 24 -Mq-2 Cretaceo us (Albian - Cenomania n) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 4 25- P m Cretaceous ( Albia n- Cenomania n) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 1 Aragonese branch 26- No Lower Cretac eous (Albian) Fm. Calizas O cres de Benasal 1 27- T r Miocene 1 Calatayud Daroca Te ruel depr ession 28- Crt Miocene ( Turo lian) Calizas y margas T urolienses 1 29- A Upper Cretaceo us (T uronian-Coniacia n) Fm. Embal se de la T ranquera 1 30- D Upper Creta ceous (T uronian-Coniacia n) Fm. Embal se de la T ranquera 1 Castillan branch 31- B l Upper Cretaceo us (T uronian-Coniacia n) Fm. Barr anco de los degollad os 3 Caracterización tecnológica de rocas arago nesas de usos constructivos XIX Table IV.-2: Classification of the c haracterized stones. Abbrevia tion Scientific name Commercial name Geographic setting Detritic Rocks. 1-Ye Litharenitic - Sedarenite Piedra de Yesa Yesa 2-Ma Litharenitic - Sedarenite Piedra de Martes Martes 3-En Litharenitic - Sedarenite Piedra de Ena Ena 4-Hu Litharenitic - Sedarenite Piedra Alto-Aragón Fiscal 5-Pa Litharenitic - Phylloarenite Piedra de Pueyo Pueyo Araguás 6-Un Calclithite Piedra de Uncastillo Uncastillo 7-Ay Calclithite Piedra de Ayerbe Ayerbe 10-Az Calclithite Piedra de Alcañiz Alcañiz 11-Ta Lithic Grauwacke Laja de Tabuenca Tabuenca Carbonate d Rocks. 8-Tu Biomicrite bioclastic Wack stone Piedra Cam panil Cabanillas 9-Fr Biomicrite bioclastic W ackstone Piedra Campanil Fraga 12-Ca1 Bio pelmicrite- bioclastic and pelitic Packstone Mármol Negro Calatorao Calato rao Ca2 Biopelmicrite- pelitic and bioclastic Packstone Mármol Negro Calatorao Calato rao Ca3 Biopelmicrite- pelitic and bioclastic Packstone Mármol Negro Calatorao Calato rao 13-Pu Biopelmicrite- pelitic and bioclastic Wackstone Amarillo Puebla Puebla de Albortón 14-Al Biomicrite- bioclastic Wackstone Oro Viejo, Antigua Alacón 15-Ce Sparstone Fósil Blanca Cuevas-Escuc ha 16-VI-I Sparstone Crema Maestrazgo Villarluengo 17-CF-I Sparston e Crema Fósil Inferior Villarluengo CF-S Sparstone Crema Fósil Superior Villarluengo 18-VI-II Travertine-Sparstone Travertino Nogal Montoro Villarluengo 19-To Bioesparite-bioclastic Grainstone Piedra caliza Villores Villarluengo 20-MI Bioesparite-bi oclastic Grainstone Losa Ocre Mirambel 21-Cv1 Bioesparite-bioclastic Grainstone La ja Verde Cantavieja Cv2 Bioesparite -bioclastic Grai nstone Paja Cantavieja 22-Ig Bioesparite-bioclastic Grainstone Amarilla Cortes, Laja Oro, Laja Plata Iglesuela 23-Mq-1 Biomicrite- bioclastic Packstone Fósil Blanca, Fósil Amarilla, Gris Raíces Mosqueruela 24Mq-21 Pelmicrite- bioclastic and pelitic Wackstone Ciega Blanca Mosqueruela Mq-22 Biomicrite- bioclastic and pelitic Wackstone Ciega Gris Mosqueruela Mq-23 Biopelmicrite- bioclastic and pelitic Wackstone Gris Verde Monte Mosqueruela Mq-24 Biopelmicrite- bioclastic and pelitic Wackstone Blanca Paja Mosqueruela 25- Pm Biomicrite- bioclastic W ackstone Losa Blanca, Fósil Blanca Puertomingalvo 26- No Intraesparite- intraclastic Grainstone Losa Amarilla y Roja Nogueruelas 27- Tr Travertine-sparstone Tr avertino Teruel Villalba baja 28- Crt Biomicrite- bioclastic Wackstone Crema Teruel Tortajada 29- A Biopelmicrite- bioclastic and pelitic Wackstone Abanto Primera Abanto 30 -D Sparstone Ab anto Comercial Abanto 31- Bl1 Dol osparstone Blancas Crema Blancas Bl2 Dolosparstone Blancas Jaspe Blancas Bl3 Dol osparstone Blancas Moka Blancas A categorisation system was set up with index cards for geographical and geological settings of the stones characterized. One index card was used for each geologic formation. Each of these index cards has three main headings: General informa - tion, Geographic setting and Geologic setting and characteristics of the quarries. a) General information This section includes the abbreviation of every stone, scientific name, geologic formation and geological age. b) Geographic setting This section indicates the place in which quarries are located, the number of the 1:50.000 geological map, its geographical coordinate and the company that exploits the material. c) Geologic setting and characteristics of the quarries. This section includes both, the characteristics of the geologic formation and the characteristics of the quarrying methods. This section is completed with pictures of the quarries. Uncastillo formation index card is included. XX Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos XXI Abbr eviation: 6-Un Scientific name: Calclithite Age: Miocene (Aquitanian - Burdigalian) Formation: Uncastillo The "Piedra de Uncastillo" (6-Un) is extracted from the "Martinez quarry". This quarry is located in Uncastillo (Zaragoza), in the southwest of the geological map of Uncastillo (208) 1:50.000. Geographical coordinate: Longitude W est 1º 09´10". Latitude North 42º 21´04" X 657.326 Y 4579.521 Z 760 Company: Olnasa, S.L. Geologic setting and characteristic of the quarries Uncastillo sandstone is located in the Uncastillo geological formation (Puigdefábregas, 1975) which dates from the Miocene age (Aquitanian - Burdigalian). It is located in the north of the Ebro basin in contact with the external sierras. This formation is composed of alternance layers of siltstone and sandstone with a geometry of braided deposits and an unusual disposition of layers. These deposits have been formed by fluvial and alluvial fans from the external sierras. Uncastillo geological formation has been divided into three tecto-sedimentary units U1, U2 and U3 (Arenas, 1993) that were controlled by the uplift of sediment source areas of the Gavarnie Unit. The boundaries between these units are sedimentary breaks. The quarry is located in the unit U2. The types of stones which can be distinguished in the outcrops are conditioned by both the sedimentary facies and the degree of alteration. Uncastillo sandstone presents a lithological variety controlled by the thickness of the deposit (1.2-3m) and its distinct alteration. Uncastillo sandstone is extracted in the "Martinez quarry" from lenticular , slightly slanted strata up to 3 metres thick and about 50-90 meters in length. This sandstone has a variable grain size, the medium-grain being the most commonly used. The main discontinuities in Uncastillo sandstone are joints with a separation from 1.5 to 3 metres, and clay levels of fluvial origin. Blocks are extracted from the outcrops of the quarries with a size of 2.5x1.7x1.8 meters. Figur e A - General view of the sandstone quarry . Figur e A´- Block extraction of Uncastillo sandstone with a jack-hammer . A A’ The properties measured both before and after treatment with the consolidants were: water absorption, capillary water absorption, drying, Shore- D surface hardness, bulk density , colour , real density and porosity . W ater absorption and water drying were evaluated dynamically by the automatization of the hydric test. In order to determine the durability of these stones and the ef fectiveness of consolidants treatment, the salt crystallization weathering test has been carried out in accordance with UNE-EN 12370 recommendations. The evaluation of changes in the stone after the salt crystallization weathering test, was carried out through estimations of weight loss in the samples, visual appraisal for physical damage and changes in the hydric test. IX.- CONCLUSIONS The aim of this study is to provide a technological characterization and to assess durability and susceptibility to weathering of natural stone. Objective 1. - T echnological characterization of forty Aragon stones used as building material. Objective 2. - Petrophysical and durability characterization of eighteen ornamental and hewn rocks. Objective 3. - Development of technological solutions and/or improvement of the application of previous techniques for the characterization of building materials. T echnological characterization of forty Aragon stones used as building material. -The forty sedimentary rocks characterized in this thesis are of great importance, both for their use as building material and because they have been widely used as building material for centuries in many Spanish historical monuments. -S tandardized tests of technological characterization are an essential tool to obtain objective criteria for the assessment of the suitability of stone for its use as building material and for the prediction of its behaviour during its lifespan. The selection of building materials must be done according to their intrinsic characteristics, environ- mental conditions and their position in the building or monument. -A technological classification was established which comprised 7 gr oups of stone materials. This was done by creating a correlation between the physical and mechanical properties and the petr ographical characteristics. These gr oups are: 1- Sandstones with porosity of less than 5% (Y esa (1-Y e), Martes (2-Ma), Ena (3- En), Fiscal (4- Hu), Pueyo de Araguás (5-Pa) and T abuenca (1 1-T a)). These stones satisfy the most restrictive values for the compressive and flexural strength test. These rocks are suitable for use as paving slabs, both indoor and outdoor (these rocks are freeze-thaw resistance) and can be used in areas subject to heavy pedestrian and light or heavy vehicle traffic. They are also suitable for use in stonework and facing because of its high mechanical strength and its low porosity . XXVIII 2- Sandstones with porosity of more than 5% (Uncastillo (6-Un), A yerbe (7-A y) y Alcañiz (10-Az)) have a high industrial value due to their properties as building stone, because of their medium values of mechanical strength. This strength is enough to take on vertical mechanical strength requirements and allow an easy extraction in the quarry and an easy processing. Depending on the relation between calcite/quartz and calcite/dolomite these rocks are also suitable for use as paving slabs. These rocks are freeze-thaw resistant and can be used in both indoor and outdoor . 3- Biomicrites-Pelmicrites with porosity less than 3%. These stones satisfy the most restrictive values for the compressive and flexural strength test. These rocks are suitable for use both indoor and outdoor (these rocks are freeze-thaw resistant) except Mosqueruela (24-Mq23). A) Biomicrites with predominant uses as ornamental rocks (Calatorao (12-Ca1- 2-3), Puebla de Albortón (13-Pu), T ortajada (28-Crt) y Abanto (29-A)). These rocks are suitable for use as stonework, covering and paving slabs both indoor and outdoor (these rocks are freeze-thaw resistant) and can be used in areas subject to heavy pedestrian and light or heavy vehicle traf fic. These materials can be polished, after which they have a high added value for decorative purposes. B) Biomicrites with predominant uses as hewn stone and flagstones (Alacón (14- Al), Mosqueruela (23-Mq1, 24-Mq21-22-23-24) and Puertomingalvo (25-Pm)) are suitable for use as stonework and paving slabs (The intended use of these stones as paving slabs depends on the abrasion resistance as well as on the sliding resistance). 4- Biomicrites with porosity of more than 10%. (T udela (8-T u) and Fraga (9-Fr)) like the sandstone with porosity of more than 5% have a high industrial value due to their properties as building stone because of their medium values of mechanical strength. These rocks are suitable for use as stonework and paving slabs, both indoor and outdoor (these rocks are freeze-thaw resistant) and can be used in areas subject to heavy pedestrian and light vehicle traf fic. 5- Recrystallized carbonated rocks (Cuevas (15-Ce), V illarluengo (16-VI-I, 17- CF , 18-VI-II), V illalva (27-T r), Abanto (30-D) and Blancas (31-Bl)) present important variations in their mechanical behaviour depending on their composition. Dolomite rocks satisfy the most restrictive values for the compressive and flexural strength test. However calcite rocks present medium-low values for compressive and flexural strength. These rocks are suitable for use as stonework and facing and can be polished, after which they have high added value for decorative purposes. Dolomites recrystallized rocks are suitable for use as paving slabs, both indoor and outdoor (these rocks are freeze-thaw resistant) and can be used in areas subject to heavy pedestrian and light or heavy vehicle traf fic. Calcite recrystallized rocks are suitable for use as paving slabs in areas subject to light vehicle traf fic and indoor areas with moderate pedestrian use. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos XXIX 6- Biosparites with porosity of less than 3% (Iglesuela (22-Ig), Nogueruelas (26- No) and Cantavieja (21-Cv)) are only commercialized as flagstones because of their quarrying method. W ith flagstone only the superficial upper 2 m with a moderate level of meteorization are quarryied. These rocks satisfy the most restrictive values for the compressive and flexural strength test. These rocks are suitable for use as stonework, facing and paving slabs both indoor and outdoor (these rocks are freeze-thaw resistant) and can be used in areas subject to heavy pedestrian use. 7- Biosparites with porosity of more than 3% (V illarluengo (19-T o) y Mirambel (20-Mi)) are only commercialized as flagstones. These rocks present medium-low values for compressive and flexural strength. These rocks are suitable for use as stonework, covering and paving slabs, both indoor and outdoor (these rocks are freeze-thaw resistant) and can be used in dry or damp areas subject to heavy pedestrian use with paved ramps and slopes. These materials can also be polished. -T echnical quality criteria was established by cr eating a corr elation between the physical and mechanical pr operties and the petr ographic characteristics. -In the sandstones it has been found significant statistical correlations between porosity and mechanical properties. There is an inverse linear relation between porosity and compressive strength, flexural strength and abrasion resistance. There is also a direct linear relation between porosity and sliding resistance. -Eocene sandstones with porosity of less than 3% from the Pyrenees have high mechanical strength values. V ariations in these high values depend on the petrographic characteristics. The mechanical strength in these rocks increases when the percentage of cement rises and when both, the porosity and the percentage of lithic fragments diminish. -In carbonated rocks the mechanical behaviour depends on the textural characte- ristics. A model has been developed to predict the compression and flexural strength in carbonated rocks and a statistically significant correlation (R= 0.86) has been found. The petrographic parameters which influence the compression strength in carbonated rocks include porosity and cement content. The petrographic parameters which influence the flexural strength include porosity , matrix content and cement content. -In detritic rocks and carbonated rocks (except for recrystallized rocks) the abrasion resistance depends on its mineralogical composition. For rocks classified in the same technological group, the abrasion resistance is higher in those rocks that have lower values for relations between calcite and quartz and calcite and dolomite. -A variance analysis (ANOV A) has been carried out to assess possible anisotropy in the behaviour of the material. The presence of anisotropy in the physical and mechanical properties controls the patterns of weathering in the building materials. A yerbe (7-A y) sandstone present anisotropic behaviour with regards to the compression strength test. Hence, this anisotropic structure can restrict the use of this stone as building material. XXX Petr ophysical and durability characterization of eighteen ornamental and hewn r ocks. -In this part of the thesis eighteen stones have been studied (ornamental rocks and hewn stone from the Ebro basin). These rocks present both, the most scientific and economic interest for Aragon. -A detailed description of the pore system has been carried out for each technological gr oup with the r esults obtained from the petr ographical study , the mer cury intrusion por osimetry and the hydric test. -The pore structure of the rock depends on the sizes and shapes of the dif ferent minerals found in the sedimentary rocks. In general, the bigger the grains, the lar ger the pores and throat. -Micritic calcite crystals induce the formation of microspores in the micritic limestones. However , dolomicritic crystals, microesparite calcite and dolomitic crystals, as well as calcitic and dolomitic cement induce the formation of pores bigger than those caused by micritic calcite crystals (figure VI-24) in recrystallized carbonated rocks. Changes in the percentage of cement create evident changes in the pore system. 1- Sandstones with porosity of more than 5% (Uncastillo (6-Un), A yerbe (7-A y) and Alcañiz (10-Az). Alcañiz (10-Az) present high water absorption and capillary water imbibition, which indicates that the pore connectivity is high. Hydric test in 6-Un and 7- A y indicate a reduced pore connectivity than 10-Az, with a low desorption rate. 6-Un and 7-A y sandstones have both the same percentage of macroporosity and the same average pore entrance size. However , 10 AZ sandstone has a greater percentage of macroporo- sity and a greater average pore entrance size. These stones present more than 45 % of their pore entrances in the pore class >1 µ m. 2- Biomicrites-Pelmicrites with porosity lower than 3% (Calatorao (12-Ca1-2-3), Puebla de Albortón (13-Pu), T ortajada (28-Crt) and Abanto (29-A)), present a low connectivity and a tortuous pore system. These stones present a low water absorption, desorption and capillary water inhibition. These stones have the lowest values for the saturation coefficient and the highest values for critical water content. These stones present more than 86 % of their pore entrances in the pore class <0.1 µ m and present the lowest values for the average pore entrance size. 3- Biomicrites with porosity more than 10 % (T udela (8-T u) and Fraga (9-Fr)) present a homogeneous pore system with high pore connectivity . The water absorption and water desorption is very fast and present a low critical water content. This critical water content indicates a high desorption rate. These stones present more than 65 % of their pore entrances in the pore class 0.1-1 µ m. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos XXXI 4- Recrystallized carbonated rocks (Cuevas (15-Ce), V illarluengo (16-VI-I, 17- CF , 18-VI-II), V illalva (27-T r), Abanto (30-D) and Blancas (31-Bl)), present a pore system with high pore connectivity . This high pore connectivity permits very ef ficient desorption of water from porous and hence a low critical water content. V illarluengo (17- CFI), Abanto (30-D) and Blancas (31-Bl1, 31-Bl2), present more than 65 % of their pore entranc es in th e pore class 0.1 -1 µ m and V illarluengo (16-VI-I) and Blancas (31-Bl3) present more than 45 % of their pore entrances in the pore class >1 µ m. -The movement of fluids thr ough the r ock before and after treatment with consolidants has been correlated to the petrographic characteristics (texture and mineralogy) and to the characteristics of the por e system. -The correlation between the hydric properties and the characteristics of the pore system indicate that water absorption, capillary water absorption and water desorption depend on average pore entrance size and on the percentage of pore class <0.1 µ m. -W ater saturation and capillary water absorption are controlled by average pore entrance size. The bigger the average pore entrance size the bigger the water saturation and capillary water absorption. -W ater desorption rates presents a high correlation with pore entrance size <0. 1 µ m . This correlation is better than with average pore entrance size. The bigger the percentage of pores <0.1, the bigger the critical water content and the retention of water . -The continuous absorption/time and the continuous drying/time graphs were elaborated. The graphs show the changes that take place in the porous system when the consolidant treatment was applied in (Uncastillo (6-Un), A yerbe (7-A y) and Alcañiz (10- Az)). After the treatment of these rocks with potassium silicate and lithium silicate there was an acceleration of the water uptake during the early stages. This acceleration is the result of the homogenization of the pore system by the partial precipitation of the products in the biggest pores. The result of this precipitation is a homogeneous pore system with a lower average pore size. -Susceptibility to weathering of natural building stone has been characte- rized using an unsteady-state Portable Probe Permeameter . This is the best technique to evaluate the potential decay during the early stages of weathering. Permeability is an effective method of monitoring the modification of the hydraulic pr operties of stone by weathering pr ocesses and allows the pr ediction of the weathering behaviour of the stones. -V ariations between the permeability properties on fresh rock and the same rocks after the early stages of salt weathering simulation were used to identify the variations in movements of fluids, the potential points of decay as well as for the prediction of the weathering behaviour of stone. XXXII -The textural and structural characteristics which are the potential points of decay are: bioturbation (Fraga (9-Fr), Puebla de Albortón (13-Pu) and Blancas (31-Bl1 and 31- Bl2)), grain size micritic recrystallization (Fraga (9-Fr), Puebla de Albortón (13-Pu), V illarluengo (16-VI-I), T ortajada (28-Crt) and Blancas (31-Bl3)), discontinuities as styolites (Abanto (29-A)), clear preferred orientation of bioclastic components (T udela (8-T u)) and sparitic areas (Blancas (31-Bl2) and T ortajada (28-Crt)). In test samples these elements will be more weathering depending on its position. The nature of the drying regime is also crucial, in this case, a prolonged, slow drying. -Global modelling of stone behaviour in the early stages of a salt weathering was carried out. It was possible to identify a relationship between permeability variations and por e system characteristics. -S tones with more than 85 % of their pore entrances in the pore class <0.1 µ m (Calatorao (12-Ca1-2-3), Puebla de Albortón (13-Pu) and T ortajada (28-Crt)) present a decrease in the permeability values after salt crystallization. These stones are not weathering in the early stages of salt crystallization and the dominant process is passive pore filling. However , rocks with discontinuities as styolites and with more than 85 % of their pore entrances in the pore class <0.1 µ m (Abanto (29-A)) present an increase in the permeability values after salt crystallization. The dominant processes are salt crystalliza- tion and the creation of new cracks and/or the extension of pre-existing micro-craks and pores. -S tones with more than 85 % of their pore entrances in the pore class >0.1 µ m (biomicrite with porosity more than 10% and recrystallized carbonated rocks) present an increase in the permeability values after salt crystallization. These stones are weathe- ring in the early stages of salt crystallization. The dominant processes are salt crystalli- zation and creation of new cracks and/or the extension of pre-existing micro-craks and pores. -T udela limestone (8-T u) pr esents a high swelling during the drying pr ocess in the pr esence of a magnesium sulphate solution. The changes in length produced by cyclic salt loading inside the stone generate a str ength greater than the tensile str ength of the stone, thus causing a fractur e and loosening of rock fragments in a very short space of time. -From a geological point of view the T udela Campanile limestone (8-T u) and the Fraga Campanile limestone (9-Fr) are limestones of the same age and present the same microfacies. However , Fraga limestone does not show signs of weathering by swelling of the rock during the drying process in the presence of a magnesium sulphate solution. -The nature of this process is not totally understood and further investigations are necessary . It seems probable that the main factors for the appearance of this pathology are the pore system and the organic matter present in this rock. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos XXXIII -The durability of these stones has been evaluated by the salt crystallization weathering test. The result for this test indicates that the carbonated rock Blancas 31-Bl2 and the sandstones Uncastillo (6-Un), A yerbe (7-A y) and Alcañiz (10-Az) pr esent the gr eatest weight loss after the salt crystallization test. The weight lost for the others r ocks is less than 0.5% of the initial dry weight. -Alcaliz (10-Az) sandstone presents a better behaviour than Uncastillo (6-Un) and A yerbe (7-A y) sandstone during the salt crystallization test. The hydric behaviour of Alcañiz stone is excellent, with very high water absorption and drying rates and essentially no water retention. The less satisfactory behaviour of the A yerbe and Uncastillo sandstones may be attributed to their pore systems which present slow absorp- tion as well as an increase moisture retention during the drying process. Alcaliz sandstone has a higher percentage of macroporosity and a higher average pore entrance size than Uncastillo and A yerbe sandstone. -The pores size distribution is a key factor influencing the susceptibility of natural building stone to weathering processes. This parameter is more important than the total porosity of the stone. -It is difficult to pr edict the behaviour of the differ ent consolidants. Ther efor e a detailed study of the different stones and tr eatments is necessary in order to determine the future behaviour of these stones. The depth of penetration varies according to the consolidants and the application method used. Inor ganic consoli- dants present a higher depth of penetration than Paraloid B-72. The depth of penetration has been higher in sandstones than in the limestone. -The results for the salt crystallization test in Blancas (31-Bl2) indicates that the use of the three consolidants produced a significant increase in both, the resistance against salt crystallization and in Shore D Hardness. All products produce the same changes in the hydric properties and the colour changes obtained are less than 5%. -The results for the salt crystallization test in Uncastillo (6-Un) and A yerbe (7- A y) sandstones indicate that the use of Paraloid applied by either method or Lithium silicate applied by brushing are not recommended. Samples treated with Potassium silicate applied by immersion achieve the best results against the salt crystallization test. -The results for the salt crystallization test in Alcañiz (10-Az) sandstone indicates that the use of both Paraloid and Lithium silicate applied by either method are not recommended. Samples treated with Potassium silicate applied by immersion have the best results against the salt crystallisation test (table VIII-9). XXXIV Development of technological solutions and/or application of previous techniques to the characterization of building materials. -The automatization of hydric test has allowed us to developed a technological solution for determining pore size distribution in stones "Porosimeter measuring the intrusion of low-density fluids" International Application Patent No PCT/ES2006/000681 and Priority Data 22-12-2005. -The automatization of changes in length during salt crystallization test has made it possible to understand the behaviour of campanile limestone during the drying process in the presence of a magnesium sulphate solution. -The use of pre-existing statistical analyses to evaluate the permeability measure - ments has allowed us to determine the textural and structural characteristics which are the potential points of decay in the early weathering stages and hence aid in the predic- tion of the weathering behaviour of the stones. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos XXXV XXXVI TABLA RESU MEN DE LAS ROCA S CARACTERIZADA S Unidad Geológica Número Sigla No mbre Científico Localida d Va rie- dades 1-Ye Litoarenit a - Sedarenit a Yesa 1 2-M a Lit oarenit a - Sedarenit a M artes 1 3-En Litoare nita - Sedarenit a Ena 1 4-H u Litoa renita - Sedar enita F iscal 1 Pirineos 5-Pa Litoare nita - Filoa renita Pueyo de Ara guás 1 6-Un Calclitit a Uncastillo 1 7-Ay Calclitit a Ayerbe 1 8-Tu Bio micrita-Wac kstone bioclást ico Cabanilla s 1 9-Fr Bio micrita-Wac kstone bioclást ico Frag a 1 Depresión del Ebro 10- Az Calclit ita Alcañiz 1 11- Ta Grauva ca lític a Tabuenca 1 12- Ca Biopel m icrit a-P ackstone de peloides y pelecí podo s Calat orao 3 13- Pu Biope lmicrita- Wacksto ne de biocla stos y peloides Puebla de Albortó n 1 14- Al Bio micrita-Wac kstone bioclást ico Alacón 1 15- Ce Sparsto ne Cuev as-Escuc ha 1 16- VI-I Sparsto ne Villar luengo 1 17- CF Spa rstone Villarlueng o 2 18- VI-II Caliza trav ertínica recrista lizada- Sparsto ne Villarlueng o 1 19- To Bioe sparita -Grainstone bioclást ico Villarlueng o 1 20-M I B ioespar ita-Gra instone bioclást ico M irambel 1 21- Cv Bioe sparita- Grainstone bioclást ico Canta vieja 1 22- Ig Bioesparit a-Gra instone bioclást ico Iglesuela 1 23-M q1 Bio micrita-Pac kstone bioclást ico Mosquerue la 1 24 -Mq2 P elmicrita /Bio micrita- Wacksto ne de bioc lastos y/o pe loides Mosquerue la 4 25- Pm Bio m icrita -Wac kstone bioclást ico Puerto mingalv o 1 Rama Aragonesa 26- No Intraesparit a-Grainst one intraclá stico Noguer uelas 1 27- Tr Caliza trav ertínica recrista lizada- Sparsto ne Villalba B aj a 1 Depresión Calatayud Daroca Teruel 28- Crt Bio micrita-Wac kstone bioclást ico Tortaj ada 1 29- A Biopel micrita- Wacksto ne de biocla stos y peloides Abanto 1 30- D Sparsto ne Abant o 1 Rama Castellana 31- Bl Do losparst one Blanca s 3 LIST A DE SÍMBOLOS D- Diámetro de acceso de poro ( µ m). σ - T ensión superficial del mercurio. θ - Ángulo de contacto mercurio sólido. P- Presión ejercida sobre el mercurio para que se intruya en los poros de diámetro (D) (Kg/cm 2 ). ε - Dilatación lineal. Expresado en 10 -4 . Δ L- V ariación de longitud L 1 - L 0 . L 0 - Longitud inicial (mm). L 1 - Longitud final (mm). P´- Grado de anisotropía magnética. T- Forma de los elipsoides magnéticos. K m- Susceptibilidad magnética media (x10 -6 SI units). W - Contenido en humedad, expresado en forma de porcentaje (%). ρ b - Densidad aparente de la probeta (Kg/m 3 ). ρ rph - Densidad real de la probeta (Kg/m 3 ). (Método balanza hidrostática). ρ rh - Densidad del agua (Kg/m 3 ). P 0 - Porosidad abierta, expresado en forma de porcentaje (%). ρ r - Densidad real de la probeta (Kg/m 3 ). (Método del Picnómetro). P- Porosidad total de la probeta, expresado en forma de porcentaje (%). P in - Porosidad inaccesible, expresado en forma de porcentaje (%). S t - Grado de saturación para un tiempo dado, expresado en forma de porcentaje (%). T Wt - T iempo que tarda la probeta en alcanzar un contenido en humedad determinado respecto al total de la absorción (s 1/2 ). W d - Contenido en agua en desorción, expresado en forma de porcentaje (%). W cri - Contenido en agua crítico, expresado en forma de porcentaje (%). A.C.- Absorción de agua por capilaridad (g/m 2 ). C.A.C.- Coeficiente de absorción capilar (g/m 2 s -0,5 ). A- Anisotropía del material a partir de la velocidad de propagación de ultrasonidos. m s - Masa de la probeta saturada, en gramos (gr). m d - Masa de la probeta seca, en gramos (gr). m d2 - Masa de la probeta seca tras extraer las sales depositadas durante el ensayo de cristalización de sales, en gramos (gr). m h - Masa de la probeta sumer gida en agua (pesada hidrostática), en gramos (gr). m 1 - Masa del picnómetro lleno con agua y con la probeta triturada, en gramos (gr). m 2 - Masa del picnómetro lleno con agua, en gramos (gr). m e - Masa de la probeta seca y triturada (método del picnómetro), en gramos (gr). m t - Masa de la probeta para un tiempo dado, en gramos (gr). m de - Masa de la probeta seca en condiciones ambientales, en gramos (gr). a- Área de la cara de la probeta sumer gida en agua, en m 2 . t i - T iempos trascurridos desde el inicio del ensayo hasta el momento en el que las masas sucesivas m i se miden, en segundos. V - V elocidad de propagación del sonido (m/s). e- Espacio entre los transductores del equipo de ultrasonidos (m). t- T iempo que tarda la onda V p en propagarse del emisor al receptor en segundos. V pmax - V elocidad máxima de propagación de las ondas V p . V pmin - V elocidad mínima de propagación de las ondas V p . Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos XXXVII CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN I.1.- Pr esentación del trabajo. Esta tesis doctoral tiene su origen en un proyecto conjunto de la Dirección General de Ener gía y Minas, Departamento de Industria, Comercio y T urismo del Gobierno de Aragón y de la Universidad de Zaragoza, a partir del cual se encargó la redacción del libro "La Piedra Natural en Aragón" (Gisbert et al., 2004) que incluía la realización de ensayos tecnológicos en "piedras" aragonesas y que abría una oportunidad excepcional para profundizar en el tema que no podíamos desaprovechar . Desde 1990 el equipo de investigación al que pertenezco desarrolla su labor investigadora centrándose en la aplicación de procedimientos para la caracterización tecnológica de materiales pétreos de usos constructivos, tanto para su aplicación en obra civil moderna como en la conservación y restauración del patrimonio histórico-artístico. Aragón tiene numerosas e importantes reservas y variedades de piedra natural, consecuencia de la variedad de procesos geológicos que se han desarrollado a lo lar go del tiempo en su territorio. Las explotaciones de piedra natural se ubican en formaciones geológicas de edad Mesozoica y T erciaria. Actualmente, la piedra natural en Aragón supone un importante recurso minero, en pleno desarrollo y crecimiento. No existen explotaciones en activo ni de granito ni de pizarra. En el caso del granito (utilizando este término en sentido comercial) han existido pequeñas explotaciones en afloramientos de rocas subvolcánicas stephano-pérmicas y triásicas en la Ibérica; el más espectacular es la explotación -quizás medieval- de la riolita stephano-pérmica de Pardos (T eruel). En el Pirineo no se explotan los grandes batolitos graníticos debido, por un lado, a la altitud a la que se encuentran y por la intensa fisuración que hace problemático la extracción de bloques industriales y , por otro, al carácter de espacio natural protegido de las posibles áreas canterables. Históricamente han existido en Aragón explotaciones de pizarras con carácter local. No obstante, dada la gran extensión que presentan los afloramientos de pizarras en la Cordillera Ibérica y el que sean las mismas formaciones que aparecen en el arco Astur- Leonés, donde se encuentran las mayores explotaciones de pizarra del mundo, nos hace pensar que puede haber un importante futuro en Aragón en este sector . El alabastro no lo hemos incluido por su peculiar composición que lo conforma como un material que necesita unos ensayos y metodología específicos. Se puede añadir que las normas tecnológicas de piedra natural son inaplicables para el alabastro (secado de las probetas a 70ºC, inmersión en agua destilada que disuelve el yeso, etc.) y consecuentemente su estudio requiere todo un desarrollo investigador con generación de normas tecnológicas específicas que no hemos pretendido abordar aquí. En la primera parte de esta T esis Doctoral se ha realizado una caracterización tecnológica de las principales rocas aragonesas de usos constructivos, para lo que se han seleccionado un total de 40 variedades pétreas, que se encuentran repartidas por todo el Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo I 3 territorio aragonés y parte del navarro y , que abarcan un amplio espacio temporal, desde el Mesozoico hasta la actualidad. El criterio de selección de las rocas recogidas en la presente investigación ha sido el de ser variedades pétreas que se explotaban en el año 2004 y cuyos propietarios participaron en el proyecto de elaboración del libro "La Piedra Natural en Aragón", sirviendo el citado proyecto como fuente económica para la realiza - ción de parte de los ensayos realizados. Además de estas rocas iniciales, se han sumado a este proyecto aquellas rocas que, o bien se han comenzado a explotar con posterioridad a esta fecha, o bien se han realizado los estudios previos destinados a su explotación y los industriales han colaborado con el suministro del material y con la co-financiación de los ensayos. Solo ha quedado excluida una piedra aragonesa: la piedra caracoleña, por la dificultad de obtener probetas al estar su producción muy limitada y en vías de desapa - rición. T ras la obtención de los diferentes parámetros numéricos de los ensayos, se ha realizado su correspondiente estudio e interpretación, correlacionando las propiedades físicas y mecánicas con las características petrográficas con el objeto de establecer criterios de uso y calidad de estos materiales como elementos de usos constructivos. La segunda parte de la presente T esis Doctoral se ha dedicado al estudio de las rocas que presentan un mayor interés tanto económico como científico para Aragón, las rocas ornamentales y las piedras de cantería del V alle del Ebro. El número de rocas caracterizadas en esta segunda parte ha sido de 18, todas ellas incluidas en las 40 rocas sobre las que se había realizado la caracterización tecnológica. La investigación se ha centrado en una caracterización petrofísica, fundamental - mente del sistema poroso, que se ha realizado antes y después de someter las probetas a diferentes ensayos de cristalización de sales. La evaluación de las modificaciones en las propiedades físicas tras los fenómenos de cristalización de sales junto con las caracterís - ticas petrográficas del material han permitido valorar la durabilidad de estos materiales, el movimiento de sales en su interior y predecir el comportamiento que presentaran durante la alteración. Este estudio petrofísico se ha completado con la evaluación de diferentes tratamientos de conservación, en aquellos materiales que han presentado una pérdida en peso tras el ensayo de cristalización de sales superior al 3%. La gran importancia de la preservación y conservación de la piedra natural radica en que supone el mayor volumen de la estructura arquitectónica de las construcciones de nuestro patrimonio histórico- artístico, el cual está car gado de historia y de cultura. Esta caracterización tecnológica se ha realizado con un doble objetivo: servir tanto para la caracterización y catalogación de diferentes materiales pétreos utilizados en construcción, como de base para establecer las metodologías de conservación y rehabi- litación de edificios construidos con estos materiales. Los diferentes ensayos efectuados para caracterizar estos materiales se han realizado siguiendo, en todos los casos posibles, la normativa vigente. En aquellos casos en que no existían ensayos normalizados, ó bien, se han encontrado carencias en la normativa existente se han desarrollado nuevas metodologías. De este modo, y como Intr oducción 4 fruto de las investigaciones realizadas en esta tesis doctoral se está desarrollando una nueva técnica para caracterizar los rangos porométricos en materiales pétreos mediante la utilización de fluidos de baja densidad "Porosímetro de intrusión de fluidos de baja densidad" actualmente en trámites para la obtención de la patente internacional con número de solicitud PCT/ES2006/000681 y fecha de prioridad 22-12-2005. Los requisitos que deben cumplir los materiales pétreos para ser usados como materiales de construcción vienen determinados tanto por las características tecnológicas del material, como por las características ambientales de exposición. Los criterios de evaluación señalados exigen métodos de análisis y ensayos específicos, siendo la normalización de los mismos, el instrumento técnico que permite garantizar la calidad de las piedras que se comercializan. La normativa permite no sólo unificar conceptos en cuanto a la definición de materiales, sino también en cuanto a sus propiedades. I.2.- Intr oducción histórica. La piedra natural ha sido el elemento constructivo por excelencia desde la antigüedad debido a su belleza ornamental y a sus cualidades físicas y mecánicas, estando presente en la mayoría del patrimonio cultural inmueble. Los criterios empleados para el uso de la piedra natural como material de construcción eran su belleza y perpetuidad, aunque ha quedado patente como la alteración de la piedra tiene lugar desde el mismo momento que es extraída en la cantera y expuesta a unas condiciones diferentes a las de su génesis, para alcanzar el equilibrio con el nuevo entorno y sus exigencias. El interés por la durabilidad de los materiales pétreos de usos constructivos no es nuevo, V itruvio ya enuncio en siglo I (a.C) "la durabilidad debe ser asegurada cuando se seleccionen libremente los materiales destinados a una construcción de importancia…". Con el paso del tiempo y de las diferentes civilizaciones, ha evolucionado el uso de la piedra natural. Su empleo como material de construcción arquitectónico se remonta a la prehistoria, siendo en el antiguo Egipto cuando este sector tuvo un gran auge con el desarrollo de la extracción, propiedades constructivas y las herramientas para trabajar la piedra. El primer uso de la piedra natural fue como piedra seca y probablemente en tipos físiles o lajas. La labra de sillares permitió un avance arquitectónico importantísimo al convertir a la piedra en un elemento estructural mejor que la madera. Los romanos fueron los primeros en generalizar el uso de tableros de piedra con finalidad exclusivamente decorativa y en comercializar distintos tipos de rocas en todo el "Mare Nostrum". Esta situación se recupera (tras el retroceso en la Edad Media) en el siglo XIX. En el siglo XX el hormigón desplaza a la piedra en su finalidad estructural y el valor ornamental se convierte en la principal plusvalía de la roca que empieza a considerarse como una "piel" decorativa del edificio. Hay que señalar la irrupción -en la segunda mitad del siglo- de los ensayos normalizados que -en sus comienzos- tienen un valor más burocrático que operativo. El siglo XXI, además de por un comercio mundial de rocas, se caracteriza por la aplicación de la esencia tecnológica de los ensayos a la adecuación de uso de cada piedra, la aparición de "copias" cerámicas para el uso ornamental y de toda una gama Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo I 5 muy amplia de materiales artificiales que pretenden sustituir a la piedra en sus usos constructivos. La batalla se presenta en los criterios de calidad, ya que los materiales artificiales poseen unas propiedades más constantes y controlables (color , homoge- neidad, fisuras) que las partidas de piedra natural. En los últimos años y debido a las nuevas tecnologías, gracias a las cuales se han conseguido lograr espesores menores y un perfeccionamiento en los acabados, se han desarrollado nuevos usos. El uso de la piedra natural abarca múltiples aplicaciones desde el recubrimiento ornamental con placas de espesores cada vez más finos, aumentando así el valor añadido de cada bloque extraído en cantera, hasta los pavimentos y acabados rústicos con lajas pasando por la piedra labrada. Este desarrollo tecnológico, que estamos experimentando actualmente, también es el responsable del endurecimiento de las condiciones atmosféricas, que son en gran medida las responsables del deterioro de las rocas. I.3.- Intr oducción terminológica. Los materiales pétreos utilizados como elementos de usos constructivos en arquitectura se designan con el término de "piedra natural". Este término engloba a todas aquellas rocas que son susceptibles de ser utilizadas como elemento constructivo (resistencia y durabilidad suficientes) que tras ser extraídas, pueden ser dimensionadas y sometidas a diversos tratamientos en su superficie y conservan su composición, textura y características físicas, mecánicas y químicas. En esta definición se agrupan diversos tipos de rocas con diferencias geológicas significativas. T radicionalmente el término genérico de piedra natural se divide, desde una óptica comercial, en dos grandes grupos, la Piedra de Cantería o Piedra Natural de Construcción (Regueiro y Quereda, 1994) y las Rocas Ornamentales que a su vez se subdividen en Mármoles, Granitos y Pizarras. -Piedra de Cantería o Piedra Natural de Construcción: En general, en esta categoría se incluyen todas las rocas que no admiten pulido sin adición de productos coadyuvantes: areniscas, cuarcitas, calizas no pulimentables, alabastro etc. -Rocas Ornamentales: En esta categoría se incluyen las rocas en las que el proceso de pulido tiene lugar por procedimientos puramente físicos sin necesidad de añadir productos químicos que se incluyan en el material a pulir . -Mármoles, calizas marmóreas y similares. Esta denominación incluye los mármoles propiamente dichos, calizas recristalizadas, compactas, de grano fino y a veces con inclusión de fósiles, dolomías, travertinos y serpentinas. -Granitos y similares. Este grupo incluye, además del granito propiamente dicho en sus distintas variedades, a pegmatitas, granodioritas, monzonitas, tonalitas, dioritas y gneises. -Pizarras. Esta denominación incluye, además de la pizarra propiamente dicha, a calizas tableadas. Intr oducción 6 Las subdivisiones de la piedra natural realizadas desde el punto de vista comercial en base a criterios que no se corresponden con los geológicos suele generar errores de concepto, lo cual en ocasiones lleva a confusión. Este problema se deriva de que la terminología utilizada está abierta a interpretaciones subjetivas y parciales y , por lo tanto, carentes de validez. La ausencia de una terminología y clasificación normalizada aceptada universal- mente en el sector de la piedra natural era una fuente continua de problemas a nivel técnico y comercial, ya que los términos comerciales, que presentan una definición muy exacta desde el punto de vista de la Petrología, engloban diferentes tipos de roca, que presentan una propiedades físicas y mecánicas muy diferentes entre sí. Por ello, la clasificación comercial resulta ambigua y en muchos casos incorrecta. Actualmente la norma Europea UNE-EN 12670:2003 establece la base terminológica para la definición petrológica de la piedra natural y su clasificación. Esta norma cubre los campos de la geología, minería y elaboración y comercialización de los productos de piedra natural. Nosotros seguimos esta norma con las precisiones explicadas en el capítulo V .2.1. I.4.- Antecedentes. En este punto se han recogido los antecedentes generales ya que luego en cada uno de los capítulos se procede a citar de una forma estricta todo el material consultado y/o utilizado. La correcta caracterización y adecuación de uso de los materiales pétreos porosos de usos constructivos es de gran importancia tanto desde el punto de vista de la conser - vación del patrimonio arquitectónico y cultural, como desde el punto de vista económico, por el uso generalizado de estos materiales en obra civil moderna. La utilización de los materiales pétreos de usos constructivos, precisa establecer sus propiedades desde un punto de vista físico y mecánico, mediante parámetros que cuantifican determinados aspectos o comportamientos. Dichas propiedades dependen de sus características petrográficas (Montoto, 1983; Esbert y Ordaz, 1985; W inkler , 1996) y presentan un notable interés como indicadores de la calidad técnica de las rocas, ya que condicionan el uso de los materiales pétreos en construcción y su alterabilidad y/o durabilidad (Montoto, 1983; Alonso, 1986). Así mismo, es fundamental conocer la fábrica o estructura física del material y su sistema poroso. El sistema poroso va a gobernar el comportamiento físico-mecánico de las rocas, el transporte de fluidos en su interior y su durabilidad (Honeyborne and Harris, 1958; Hammecker , 1995; Fitzner , 1990). Con el objetivo de establecer criterios sobre calidad y adecuación de uso de materiales pétreos se han correlacionado las características físicas con las características mecánicas de los materiales. Está ampliamente reconocido el papel de la porosidad como parámetro que controla el resto de las propiedades de las rocas, y diferentes investiga- dores han establecido relaciones entre porosidad y resistencia mecánica a compresión uniaxial tanto para areniscas (Hoshino, 1974; Bell, 1978; Shakoor and Bonelli, 1991; V ernik et al., 1993; Ulusay et al. , 1994), como para rocas carbonatadas (Kossev , 1970; Smorodinov et al., 1970; T ug¢rul and Zarif, 2000; Palchik and Hatzor , 2002). Las Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo I 7 conclusiones generales, indican un aumento en la resistencia mecánica con la disminu- ción de la porosidad. Alfes (1991) demostró la influencia del tamaño de poro en la resistencia de los materiales, indicando una alta dependencia en areniscas con baja porosidad entre resistencia y tamaño de poro. Sayed et al., (1999), además de confirmar los datos anteriores, indicó la existencia de una relación positiva entre resistencia a compresión y densidad aparente. La durabilidad de una roca se puede definir como su capacidad para resistir y mantener el mismo tamaño, forma, propiedades mecánicas y aspecto estético a lo lar go del tiempo (Bell, 1993), para una posición en obra y unas condiciones climáticas y medio ambientales definidas (Shadmon, 1993), dependiendo la velocidad de esta alteración de las características intrínsecas del material (T orraca, 1986). La alteración se define como un proceso o conjunto de procesos destructivos por los cuales los materiales pétreos expuestos a los agentes atmosféricos cambian su color , textura, composición, resistencia y forma (Jackson, 1977). El tallado de la roca tras su extracción origina un aumento notable de su superficie específica y por lo tanto en la velocidad de su degradación. Caracterizar las interacciones entre materiales pétreos tras su puesta en obra y las características ambientales es clave para entender su deterioro. Aunque la alteración de los materiales pétreos es un proceso natural, en las últimas décadas ha tenido lugar un importante aumento en la velocidad de su deterioro como consecuencia del aumento de los contaminantes ambientales tales como SO 2 , NO x , H 2 SO 4 , HNO 3 (Baer and Snethlage, 1997). En el siglo XIX comenzaron a realizarse los primeros estudios de detalle sobre la alterabilidad de los materiales naturales en edificios históricos, aunque ya desde el siglo I a.C. existen referencias sobre requisitos de durabilidad en materiales pétreos usados en los monumentos de Roma. En el siglo XX se sentaron las bases de los actuales estudios de alteración y durabilidad de materiales pétreos mediante una serie de trabajos detallados sobre la piedra natural de usos constructivos y su deterioro, en los que se exponían las causas y mecanismos que originaban las formas de deterioro existentes (Howe, 1910; W atson, 191 1; Hirschwald, 1912 y Schaffer , 1932). En la primera mitad de este siglo se realizaron las primeras evaluaciones de una amplia gama productos de conservación en monumentos (W alter , 1903; Rathgen, 1915) y en la segunda mitad se comenzaron a utilizar con asiduidad estos productos (consolidantes e hidrofugantes) para conservar y prolongar la vida útil del material pétreo bien mediante la prevención o bien retardando la alteración del material reestableciendo la integridad de la parte alterada (T orraca, 1976; Laurenzi-T abasso et al., 1985). Existen numerosos y variados procesos de alteración que pueden afectar a la piedra natural entre los que se pueden destacar procesos químicos como, por ejemplo, los efectos de la contaminación atmosférica (Simão et al., 2006; Zappia et al., 1992) o fenómenos de disolución de rocas (Mor se and Arvidson, 2002; Maropoulou et al., 1998; W inkler , 1987; Hoke y T urcotte, 2004), alteración física como la cristalización de sales y la heladicidad (Matsouka, 1988; Scherer , 1999; Benavente et al., 2004) o fenómenos asociados a expansión hídrica (Snethlage and W endler , 1997; Hall and Hall, 1996; Intr oducción 8 Delgado Rodrigues, 2001) y a la dilatación térmica (Gómez Heras et al., 2004). En la presente investigación nos vamos a centrar en los procesos de alteración física consecuencia de la heladicidad y especialmente en la alteración debida a la crista- lización de sales en el interior de los materiales pétreos. El efecto de la acción del hielo en el deterioro de los materiales pétreos es bien conocido (Hirschwald, 1908; Kieslinger , 1930). Este efecto depende de la distribución de tamaños de poro, de la humedad relativa y del grado de saturación. Las tensiones generadas en el interior del material por el aumento de volumen en el paso de agua a hielo pueden desencadenar la aparición de fisuras y grietas, lo que implica una disminu- ción de su resistencia mecánica. Aquellas rocas con tamaño medio de poro superior a 0,005 mm presentan un mejor comportamiento frente a este tipo de alteración (Bell, 1993). La cristalización de sales solubles en el interior del sistema poroso de los materiales pétreos se considera el principal mecanismo de deterioro en monumentos de patrimonio cultural (Correns, 1949; W ely , 1959; Evans, 1970; Franzini, 1995; Price, 1996; Benavente et al., 1999; Rodríguez Navarro & Dohene, 1999; Scherer , 1999; Flat, 2002). Esta puede producirse en la superficie generando desintegración granular y descamación o bien en capas subsuperficiales durante el secado de los materiales generando desplacaciones (Smith and McGreevy , 1988; Goudie and V iles, 1995). La consecuencia es el daño estructural y la pérdida de material. Los múltiples deterioros que pueden originar las sales son debidos a la presión de cristalización que depende de la temperatura y del grado de sobresaturación de la solución (W inkler and Singer , 1972) y a la presión de hidratación que depende de la temperatura ambiente y de la humedad relativa (W inkler and W ilhelm, 1970). Los procesos de cristalización de sales en el interior de los materiales pétreos de usos constructivos tienen implicaciones en el comportamiento del material, en sus limitaciones de uso en obra civil moderna y en las estrategias de restauración-rehabilita- ción de nuestro patrimonio. La degradación de los materiales pétreos por este proceso está estrechamente relacionada tanto con las características petrofísicas de la roca como con las sales que están cristalizando en su interior , siendo el sistema poroso y su dureza-cohesión las propiedades petrofísicas que presenta una mayor influencia en su durabilidad. El sistema poroso controla el movimiento de fluidos en el interior del material pétreo y por lo tanto la posición en la que tienen lugar los procesos de cristalización de sales (Hammecker , 1995; Rodrigues-Navarro and Doehne, 1999). Diferentes estudios experimentales han mostrado que la porosidad y la distribución de tamaños de poros ejercen una gran influencia en la susceptibilidad de los materiales pétreos a la alteración (McGreeevy , 1996; Ordoñez et al., 1997). Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo I 9 Los dos factores fundamentales que gobiernan la alteración en las rocas son la distribución de tamaños de poros y la resistencia mecánica (Niesel, 1983). Entender la relación entre estas dos propiedades puede ser útil para predecir el comportamiento futuro de la roca. Existen diferentes modelos teóricos para explicar los mecanismos de deterioro por cristalización de sales en el interior de materiales pétreos. a) Correns (1949), postuló que un cristal de sal puede crecer bajo una presión de confinamiento si existe una película de solución sobresaturada entre el cristal en crecimiento y la pared del poro. Este es el trabajo de referencia por excelencia respecto a la termodinámica del fenómeno de la cristalización de sales. b) W eyl (1959), considera el postulado propuesto por Correns como un caso especial y propone un modelo general para entender la presión de cristalización de los minerales como el opuesto al proceso de presión-disolución. W eyl postuló que el crecimiento de una cara de un cristal necesita la presencia de una solución sobresaturada entre el cristal y el sólido que los confina. c) W ellmann and W ilson (1965, 1968) desarrollan un modelo termodinámico para calcular la presión de cristalización de las sales considerando que la ener gía libre de un sólido se incrementa con su área superficial. Afirman que los cristales crecen primero en los poros mayores como confirmaron Putnis and Mauthe (2001), donde la ener gía requerida es menor que en los poros de menor tamaño. La solución residual en los poros mas pequeños representa un reservorio para el crecimiento de sales en los poros mayores, que siguen creciendo generando presiones contra las paredes del poro que finalmente pueden desencadenar en el deterioro del material si la presión generada es mayor que la cohesión del material (Rodríguez Navarro and Doehne, 1999). Por lo tanto esta teoría sugiere que aquellas rocas con grandes capilares separados por microporos serán más susceptibles al deterioro por cristalización de sales. d) Otros mecanismos de alteración por cristalización de sales son la presión de hidratación (Kwaad, 1970; Sperling and Cooke, 1985; Fahey , 1986; Charola and W eber , 1992; Doehne, 1994), la expansión térmica (Cooke and Smalley , 1968; Chapman, 1980; Johannessen et al., 1982), la alteración química (McGreevy , 1985; Y oung, 1987; Mottershead and Pye, 1994), la presión osmótica (W inkler , 1970, 1994) y la presión hidráulica (McMahon, 1992). La durabilidad de las rocas caracterizadas se ha evaluado mediante el ensayo de envejecimiento artificial de cristalización de sales, en el que se trata de reproducir los procesos naturales en laboratorio de una forma acelerada (Dearman, 1982; Martin et al., 1992; Rivas et al., 1998). Estos ensayos se han utilizado desde 1828 y permiten valorar la capacidad de resistencia de los materiales pétreos de usos constructivos frente a la acción de los agentes atmosféricos (Evans, 1970; Price, 1978). La estimación de la durabilidad de los materiales pétreos permite su buena utilización como material de construcción. Intr oducción 10 CAPÍTULO II.- OBJETIV OS Finalmente, se procedió a la recopilación e interpretación de los datos obtenidos durante la realización de los diferentes ensayos, a partir de los cuales se obtuvieron las conclusiones que se expondrán en los capítulos posteriores. Desde el año 2004 en el que se comenzaron a realizar los ensayos tecnológicos de caracterización recogidos en la presente tesis doctoral, varias de las normas utilizadas han sufrido ligeras modificaciones. En ningún caso, las modificaciones realizadas en las normas suponen una gran incidencia en los resultados obtenidos con las normas antiguas, dado que los cambios no han afectado ni al procedimiento del ensayo ni a las dimensiones de las probetas; aunque en todos los casos los ensayos se llevaron a cabo con la norma en vigor en la fecha de su realización. La norma “Mármoles y calizas ornamentales. Resistencia al choque UNE 22- 189-85” ha sido sustituida por la norma “Métodos de ensayo para la piedra natural. Determinación de la ener gía de rotura UNE-EN 14158:2004”. La diferencia entre ambas normas reside en la altura inicial de caída del peso vertical siendo de 10 cm en la norma vigente y de 5 cm en la norma anulada. La norma “Mármoles y calizas ornamentales. Microdureza Knoop UNE 22-188- 85” ha sido sustituida por la norma “Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de la dureza Knoop. UNE-EN 14205:2004”. La diferencia entre ambas normas reside en la variación en el espaciado entre las medidas, siendo menor para la norma actual. En el año 2007 se sustituyeron las normas “Métodos de ensayo para la piedra natural: Determinación de la resistencia a la compresión uniaxial UNE-EN 1926:1999” y “Métodos de ensayo para piedra natural: Determinación de la resistencia a la flexión bajo carga concentrada UNE-EN 12372:1999” por las normas UNE-EN 1926:2007 y UNE-EN 12372:2007 respectivamente. La principal diferencia entre ambas normas es el cambio en el número de probetas de cada tanda necesarias para la realización del ensayo que pasa de ser tandas de 6 a tandas de 10 probetas. Los ensayos realizados en laboratorio para la caracterización del material se han dividido en cuatro bloques: caracterización petrológica y mineralógica, caracterización física, caracterización mecánica y durabilidad. Con el objetivo de evitar una reproduc- ción del contenido de las normas UNE en este apartado no se van a describir los procedi - mientos de los ensayos realizados según esta normativa, indicando únicamente el interés tecnológico de su realización, los equipos con los que se han realizado y los laboratorios en los que se han llevado a cabo los ensayos. Los ensayos y técnicas analíticas que han sido utilizadas para la caracterización tecnológica (capítulo V), caracterización petrofísica (capítulo VI), evaluación de los procesos de cristalización de sales (capítulo VII) y evaluación de tratamientos de conser- vación (capítulo VIII) se muestran en la tabla III-1. Metodología 18 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Capítu lo III 19 Tabla I II-1: Cap ítulos d e la memoria e n que se d escrib en los resultad os de los e ns a yos y téc nicas analíticas uti lizadas. ENSAYO S-TÉCNI CAS AN ALÍTIC AS Capítulo V Capítulo s VI-VII-VIII Microsco pía p etrográ fica -------- -------- ---- ----------------- --- Microsco pía e lectrónica d e barrid o -------- ------------ Análisis di gital de imáge nes ------ -------- ------ Análisis qu ímicos de ele mento s mayores -------- ------------ Deter minación del co ntenido en carb onato ----------------- --- Deter minación del r esiduo i nsoluble --------- ----------- Absorción, d ensidad apa rente y por osidad ---- ------------- --- --------- -------- --- Absorción y desor ción conti nua -------- -------- --- - Coeficiente d e abso rción ca pilar -------- -------- -- -- Densidad r eal método del picnómetro - -------- ----------- Po rosimetría de in yección de mercurio -------- ------------ Dilatación li neal, Expa nsió n volu métrica y anisotro pía d e susceptibilid ad magnética ------ -------- ------ Ultrasonido s. -------- -------- ---- Per m eabilid ad -------- -------- ---- Dureza s uperficial S hore D -------- -------- ---- Cristalizac ión de sales -------- -------- ---- Colorim etrí a ------ -------- ------ ------ -------- --- --- Resistenc ia a la co mpresión uniax ial --------- ----------- --------- -------- --- Resistenc ia a la fle xión -------- -------- ---- ------ --- -------- --- Resistenc ia al de sgaste po r ab rasión - -------- ----- --- --- Desgaste p or r ozamiento -------- -------- ---- Resistenc ia al de slizamiento sin p ulimento ----------------- --- Resistenc ia al choq ue -------- -------- ---- Microd ureza Knoo p -------- -------- ---- Planeida d -------- -------- ---- III.2.- Ensayos de caracterización petr ológica y mineralógica. III.2.1.- Micr oscopía petr ográfica. Métodos de ensayo para piedra natural. Estudio petr ográfico. UNE-EN 12407:2001. La caracterización petrográfica se ha realizado según el procedimiento descrito en la norma “Métodos de ensayo para piedra natural, estudio petrográfico. UNE-EN 12407:2001”. El estudio petrográfico permite, a partir de una sección bidimensional, definir la composición mineralógica y las características texturales de la roca (Russell, 1927). Este estudio ha consistido en una descripción de la textura general de la roca, identificación mineralógica de los componentes presentes en el material y descripción de parámetros texturales de especial relevancia para la interpretación petrofísica. Los porcentajes indicados para cada uno de los componentes de las rocas corres- ponden a porcentajes en volumen y se han obtenido por contaje de puntos según la metodología de Gazzi-Dickinson (Ingersoll et al., 1984). Los constituyentes de las rocas areníticas se han dividido en tres grupos: clastos, matriz y cemento. Las características petrográficas de interés tecnológico descritas han sido: estimación de la abundancia relativa de cada constituyente, selección, tamaño medio, tamaño máximo, esfericidad, redondez, tipo de contacto entre los granos y porosidad. Los constituyentes de las rocas carbonatadas se han dividido en dos grupos: ortoquímicos (matriz y cemento) y aloquímicos (granos esqueletales y granos no esqueletales). Las características petrográficas de interés tecnológico descritas han sido: estimación de la abundancia relativa de cada constituyente, tamaño de los granos, relación entre matriz y cemento, tipos de contactos, porosidad y tipos y tamaño de la matriz y del cemento. El equipo utilizado ha sido un microscopio óptico polarizante de luz trasmitida modelo Carl Zeiss Jena-Pol. Las láminas delgadas y delgado pulidas se elaboraron en el Servicio de Apoyo a la Investigación (S.A.I.) de preparación de rocas y materiales duros de la Universidad de Zaragoza. Se tiñeron siguiendo la tinción de Evamy (1963) mezcla de alizarina roja S y ferrocianuro potásico para la identificación de la composición de los carbonatos. El número de láminas estudiadas para cada material ha dependido de su homoge- neidad y de las variedades que presentaba, oscilando el número de láminas entre tres para rocas homogéneas y ocho para rocas heterogéneas o rocas en las que se han caracteri- zado distintas variedades. III.2.2.- Microscopía electrónica de barrido. La microscopía electrónica de barrido es una técnica que permite obtener información directa de la forma, tamaño y distribución del sistema poroso de una roca (Honjo and Fischer , 1965). Esta técnica nos ha permitido evaluar la distribución y penetración en el interior de la red porosa de los diferentes tratamientos de protección aplicados. Metodología 20 El estudio de las muestras se ha realizado mediante un microscopio electrónico de barrido Zeiss, modelo DSM 942 equipado con un espectrómetro de dispersión de ener gía de rayos X LINK, modelo Pentafet y un detector de electrones retrodispersados Oxford, modelo T etra Link, en el CEDEX (Laboratorio central de estructuras y materiales), y el equipo Joel JSM 6400 del S.A.I. de microscopía electrónica de la Universidad de Zaragoza. Las muestras utilizadas para el estudio de estos materiales fueron fragmentos de roca y láminas delgado pulidas. Las muestras, fueron previamente metalizadas mediante un recubrimiento conductor de 100 a 200 Δ de espesor , obtenido por la evaporación a vacío de una placa de Au-Pd. La metalización de las muestras se ha realizado de forma automática, mediante una metalizadora Emitech K550. III.2.3.- Análisis digital de imágenes aplicado a la micr oscopía óptica y electrónica. La técnica del análisis digital de imágenes aplicado al microscopio óptico se ha utilizado para la caracterización del sistema poroso en las arenitas terciarias del V alle del Ebro. El equipo empleado ha sido un microscopio Leica modelo DMRX, equipado con un sistema automático de fotografía, equipo fluorescencia Ebq 100 y cámara Sony power had 3ccd color video cámara modelo dxc-950p. Las láminas delgadas fueron previa- mente impregnadas al vacío con una resina fluorescente (resina Epoxy SP-1 15 y colorante Epodye) (Caye et al., 1970) con un doble objetivo, conseguir un mayor contraste al microscopio entre las zonas porosas y las zonas minerales y por otro lado para discriminar los poros reales de los artefactos generados durante la realización de las láminas delgadas. El análisis digital de imagen (ADI) se puede definir como el proceso al que se somete una imagen para generar otra que conserva ciertas características de la original (Davis, 1983). Esta técnica permite transformar la imagen de partida en una final, de la cual podemos extraer datos reales del objeto del estudio, en este caso porcentaje de porosidad, tamaño y geometría de los poros. El análisis digital de imágenes es una herramienta importante para caracterizar el comportamiento de materiales cuando es necesaria información morfológica (Coster y Chermant 1989). De cada una de las tres arenitas se realizaron 4 láminas delgadas estudiando 20 secciones en cada una de ellas. El aumento con el que se ha realizado el estudio de cada sección se ha determinado en función del tamaño de los poros que presentaba la roca. De cada sección se ha realizado una serie de tres fotografías mediante la cámara acoplada al microscopio. La fotografía 1 se realizó con nícoles paralelos y luz transmi- tida (figura III-1.1), la fotografía 2 se realizó con nícoles cruzados y luz transmitida (figura III-1.2) y la fotografía 3 se realizó con nícoles paralelos y fluorescencia con luz reflejada (figura III-1.3). Una vez obtenidas las imágenes con el microscopio óptico se comenzó a trabajar con el programa de análisis digital de imágenes Image-pro plus versión 4.5. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo III 21 Inicialmente se procedió al calibrado y mejora de la imagen de partida previo a su binarización (una imagen binaria consta de dos tonos blanco y negro y en nuestro caso los píxels negros representan zona mineral mientras que los píxels blancos representan zonas porosas). Esta mejora de la imagen consiste en la realización de una serie de realces visuales para conseguir un mayor contraste entre la zona porosa de color verde fluorescente y las zonas grises correspondientes a los minerales constituyentes de la roca. La segmentación es el proceso más importante, mediante este proceso se realiza la transformación de la imagen digital en una nueva imagen binaria sobre la que se realizaran las cuantificaciones de las propiedades objeto de estudio (Prendes, 1992). Este proceso consiste en discriminar la fase a estudiar por procesos digitales, por los cuales ciertos colores de una imagen pueden ser identificados visualmente y agrupados en clases. Sobre esta imagen binaria se aplican una serie de filtros para mejorar la imagen (Crabtree et al., 1988). Estos filtros consisten en una serie de algoritmos, gracias a los cuales se consiguen mejorar los bordes de la fase porosa y eliminar el ruido generado durante la segmentación. Los filtros más utilizados durante la elaboración de este trabajo han sido los morfológicos. Una vez que tenemos la imagen binarizada (figura III-1.4) se realiza la cuantificación del fenómeno observado, en este caso la porosidad, volcando los datos obtenidos por el programa informático directamente a hojas de cálculo. Una vez finalizado el tratamiento de la imagen y con el objetivo de comprobar si la discriminación de las zonas porosas ha sido correcta, se han combinado imágenes individuales en una sola imagen compuesta, combinando la fotografía inicial (figura III- 1.1) con la imagen binarizada (figura III-1.4) obteniendo una imagen acoplada (figura III-1.5). La caracterización de la porosidad mediante el microscopio petrográfico está condicionada a la resolución de la imagen de partida, por ello, esta técnica presenta problemas a la hora de caracterizar rocas con importante microporosidad o bien rocas que presentan clastos con un elevado índice de microporosidad (Pittman and Duschatko, 1970). Para estudiar la microporosidad de estos elementos se trabajó con el microscopio electrónico de barrido (figura III-1.6) siguiendo la misma metodología propuesta en el apartado anterior . Metodología 22 Figura III-1: Rutina de trabajo seguida para cada sección. 1 imagen nícoles paralelos; 2 imagen nícoles cruzados; 3 imagen tomada con fluorescencia; 4 imagen binarizada; 5 imagen acoplada; 6 imagen micros - copio electrónico. Imágenes 1-5 escala 100 µ m (x20), imagen 6 escala 20 µ m (x1050). III.2.4.- Análisis químicos de elementos mayor es. La determinación de la composición química en materiales pétreos de usos constructivos permite obtener información de una serie de aspectos que determinan su alterabilidad y durabilidad (W inkler , 1997). El análisis químico de elementos mayores en las muestras se ha realizado mediante fluorescencia de rayos X en el servicio de análisis de la Universidad de Granada. El equipo utilizado ha sido un espectrómetro secuencial de longitud de onda dispersiva con generador de rayos X de 4 KW de potencia, con tubo de rayos X de ventana ultrafina de ánodo de Rh. El equipo es de la marca Philips modelo PW2440 (MagiX-Pro). La preparación de muestras y patrones es en perla con una dilución 1:10 hecha con tetraborato de litio. El equipo de preparación de las perlas es una perladora Philips modelo Perl'x3. III.2.5.- Determinación del contenido en carbonato. El contenido en carbonato se ha determinado mediante el cálculo de la pérdida en peso por ignición (Dean, 1974). Esta técnica se basa en la interpretación de la pérdida en peso tras calentamientos escalonados a 200, 500 y 900ºC que corresponden a los contenidos de agua, materia or gánica y CO 2 respectivamente. El inconveniente de esta técnica son las posibles pérdidas o ganancias en peso que se producen en minerales arcillosos, sulfatos, sulfuros, etc., por las pérdidas de agua estructural, oxidaciones, volatilizaciones, etc. La determinación del contenido en carbonato se ha realizado en el laboratorio del Área de Petrología y Geoquímica del Departamento de Ciencias de la T ierra de la Universidad de Zaragoza. III.2.6.- Determinación del residuo insoluble. El residuo insoluble se ha determinado por gravimetría tras ataque ácido. El residuo se ha recogido en filtro exento de cenizas y se ha calcinado en crisol de porcelana a 900ºC durante 90 minutos. La ganancia de peso del crisol, expresada en porcentaje en peso con relación al peso de muestra atacada, representa el residuo insoluble que corresponde al contenido de la fracción de minerales arcillosos, cuarzo y otros silicatos detríticos de la roca, no disueltos durante el ataque ácido. La determinación del residuo insoluble se ha realizado en el laboratorio del Área de Petrología y Geoquímica del Departamento de Ciencias de la T ierra de la Universidad de Zaragoza. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo III 23 III.3. Ensayos de caracterización física. III.3.1.- Absorción, densidad apar ente y porosidad abierta. UNE-EN 13755: 2002. La determinación de la absorción, densidad aparente y porosidad abierta se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de la absorción de agua a presión atmosférica. UNE-EN 13755: 2002”. El objeto de estos ensayos es cuantificar la absorción, densidad aparente y porosidad abierta (volumen de poros comunicados) de las rocas. Estos parámetros hídricos determinan el comportamiento del material frente al agua. El agua, es un elemento de gran importancia para la caracterización tecnológica del material ya que participa en la mayoría de los procesos de deterioro químicos, físico-químicos y biológicos que afectan a los materiales pétreos. Además, la presencia de agua en el interior de los materiales pétreos genera una reducción en sus propiedades mecánicas. Estos ensayos permiten determinar la posible adecuación de la piedra natural para su uso en exteriores en zonas húmedas y/o con climas fríos. III.3.2.- Absorción y desor ción automatizado. El ensayo normalizado de absorción presenta notables problemas de orden experimental para medir el avance de la penetración de agua en la roca durante la duración del ensayo que puede ser de varias semanas. Su punto débil es la manipulación de la probeta que necesita ser extraída manualmente del agua, actuación que va seguida de una eliminación mecánica del exceso de agua en las superficies. Además de la notable interrupción del proceso de absorción que suponen las anteriores manipulaciones, la información obtenida es un registro discontinuo del proceso que necesita de la constante presencia de un operador . Con el objetivo de obtener registros más fiables hemos diseñado un método de registro continuo sin necesidad de la presencia permanente de un operador (Buj et al., 2007). La representación gráfica de estos datos permite estimar las familias de poros presentes en el material, así como su tamaño relativo. Asimismo, esta técnica permite evaluar las variaciones que se originan en el sistema poroso al introducir en él fluidos de diferentes densidades y viscosidades (soluciones salinas, consolidantes, hidrofugantes). El citado método se basa en la suspensión de la probeta en una balanza preparada para realizar pesada hidrostática continua y que se encuentra conectada a un ordenador donde vuelca directamente los valores de las pesadas para los intervalos de tiempo definidos (figura III-2). Este método permite evaluar como penetra el agua en la roca de una manera mucho más precisa que el ensayo normalizado. Metodología 24 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Capítu lo III 25 Figura III-2: Dispo sitivo utili zado par a el ensayo de ab sorció n automatizado. Estos ensa y os se han re alizado en un laboratorio con temperatura y hu medad constantes (t emperatura 23 ±2ºC y humedad 50 ±10%). La s prob etas ut il izadas para l a realización del mismo han sido probet as cúbicas de 5 ±0,5 cm d e arista. Al i gual que en el ensa y o clásico de absorción, las probetas se secan inicialmente hasta m asa constante (m d ). Una vez secas, se col ocan en el portamuestras que está situado en la parte i nferior de la balanza y se comienz a la toma de datos. A continuación mediante u n elevador s e eleva un re cipiente con agua destil ada en el que q uedará sumergida l a pro beta bajo una lámina de a gua de 1 cm en condiciones de pr esión atmos férica. El ensayo termina cuando los poros del material están compl etamente saturados por agua. La últ ima pesada hidrostática (m h ) es l a masa d e la p robeta saturada en pesada hidr ostática. Para finalizar el ensa yo se reti ra el recipiente con agua destilada y se realiza l a pesada de la probeta saturada (m s ). Una vez terminado el en sayo se calcula la absorción de agua, porosid ad a bierta, densidad aparente y de ns idad real hidrostática de l a probeta de la misma for ma que en el ensa y o clásico de abso rción, pero además con este registro continuo de datos se representa un a gráfica de contenido en humedad (W) frente a la raíz cuad rada del tiempo en segundos en la que se observa la diná mica de ganancia en pes o con respecto al tiempo. A la hora de rep resentar gráficamente los valores de absor ción ha y que tener en cuenta que estamos trab ajando con pesadas hidr ostáticas y por lo tanto es necesario transformar los valores obtenidos mediante esta técnica. Pesada normalizada para un tiempo (t) = (m ht * W)/W h donde m ht es el peso para un tiempo (t) de la probeta en pes ada hi drostática, W es la absorción final de la roca y W h es la absorción de la roca en condiciones de pesad a hidrostática, t omando c omo peso saturado la pesada hi drostática final y como peso seco la pesada hidrostática i nicial. Est a aprox imación presenta un error, da do que e n la primera pesada hidrostática estable ha penetrad o una cierta cantidad de agua en el sistema poroso de la probeta. Este error en la primera pesad a hidrostática es inferior al 0,1% del valor de esta pesada. El ensay o de d esorción automatizado es similar al ensayo de absorción y se ha realizado siguiendo la misma metodología, pero partiendo en el ensa yo de desorción de la muestra satur ada y finalizando el ensa yo cuando la muestra alcanzada masa constante. El tratamiento de los datos obtenidos a partir de los numerosos ensayos de absorción y desorción realizados en el marco de la presente tesis doctoral nos ha permitido desarrollar y perfeccionar el procedimiento de tal forma que, con fecha de prioridad 22/12/2005, ha sido solicitada la patente internacional PCT WO 2007/071802 A1. "Porosimeter measuring the intrusión of low-density fluids". III.3.3.- Determinación del coeficiente de absorción de agua por capilaridad. UNE- EN 1925:1999. La determinación de la absorción capilar y del coeficiente de absorción capilar , se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación del coeficiente de absorción de agua por capilaridad. UNE-EN 1925:1999”. Este ensayo muestra la velocidad y el volumen de agua que penetra en el interior de un sólido poroso mediante el mecanismo de succión capilar . La succión capilar del material depende tanto de su porosidad total como del grado de conexión y tamaño de los accesos de poros. III.3.4.- Densidad r eal. Método del picnómetr o. UNE-EN 1936:2007. La determinación de la densidad real se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de la densidad real y aparente y de la porosidad abierta y total. UNE-EN 1936:2007”. Con este ensayo es posible establecer la relación entre la masa de la probeta seca y el volumen de su parte sólida y calcular , de este modo, la porosidad inaccesible al agua del material. La determinación de la densidad real también permite aproximar el grado de compactación, así como la naturaleza mineral del material. III.3.5.- Distribución por ométrica mediante por osimetría de inyección de mer curio. En 1921 W ashburn indicó la posibilidad de obtener la distribución de tamaños de acceso de poro de un sólido a partir de la penetración en su interior de mercurio, siendo Ritter y Drake (1945) los que desarrollaron el primer porosímetro de mercurio en el que se basan los actuales. Esta técnica se fundamenta en introducir mercurio en la roca a diferentes presiones. El mercurio es un elemento que, debido a su elevada tensión superficial, se define como un líquido que no moja ya que presenta un ángulo de contacto mayor de 90º para la mayoría de las sustancias naturales. Estas características del mercurio impiden que pueda ser absorbido espontáneamente por el material. Las presiones necesarias para introducir el mercurio en el sistema poroso del material están directamente relacionadas con el tamaño de acceso de poro. Así, a medida que esta presión aumenta, el mercurio penetra cada vez en poros de menores dimensiones. Controlando el volumen total de mercurio inyectado a cada presión se obtiene el volumen de poros correspondiente para un rango de tamaños determinado. Metodología 26 La ecuación de W ashburn permite correlacionar el diámetro de acceso de poro para cada una de las presiones ejercidas (considerando que los poros presentan una morfología cilíndrica): D = 4 σ cos θ / P donde σ es la tensión superficial del mercurio, θ es el ángulo de contacto mercurio sólido y P es la presión ejercida sobre el mercurio para que se intruya en los poros de diámetro D en (Kg/cm 2 ). Los equipos utilizados han sido los porosímetros Pascal 140 (macroporosidad) y Pascal 240 (microporosidad) (Thermoquest, 2001). El radio de acceso de poros registrado por el equipo comprende de 0,001 a 1280 µ m (de 0,001 a 10 µ m el micropo- rosímetro y de 10 a 1280 µ m el macroporosímetro). Las probetas utilizadas fueron cilindros de 3 cm de altura y 0,5 cm de diámetro. Las principales limitaciones de esta técnica son (Rodríguez-Navarro et al., 1994; Mingarro, 1996): - Los materiales pétreos no estan constituidos al 100 % por poros de geometría cilíndrica. - Los resultados que se obtienen son volumen intruido para los diferentes radios de acceso de poro. En algunos casos, el sistema poroso de la roca posee unos radios de acceso correspondientes al menor tamaño de poro. - La caracterización de tamaños de poro mediante porosimetría de mercurio requiere la aplicación de grandes presiones que pueden generar fracturas en los componentes minerales de la roca. Para estimar radios de tamaños de 0,01 - 0,005 µ m son necesarias presiones de 75 MPa y 150 MPa respectivamente. III.3.6.- Dilatación lineal por absorción de soluciones salinas y secado extr emo. Este ensayo permite establecer la expansión lineal que presentan ciertos materiales pétreos durante la absorción de diferentes soluciones salinas y su posterior secado. El ensayo de expansión se ha realizado con probetas prismáticas de 4x4x10 ± 0,5 cm de arista en las que las caras fueron rectificadas y pulidas. El equipo utilizado fue un comparador electrónico Digico 10 con precisión de 1 micra. Con el propósito de evitar errores y obtener medidas de gran precisión se realizó una automatización del ensayo de expansión lineal. Para ello se diseñó y fabricó un dispositivo (basándonos en la norma ISRM 1979) consistente en un recipiente de acero inoxidable en el que era posible alojar tanto el comparador electrónico (que estaba a su vez conectado a un ordenador para la adquisición continua de los datos) como la probeta. El recipiente de acero inoxidable (figura III-3) cuenta con un sistema de válvulas que permiten introducir y retirar las soluciones sin la necesidad de manipular la probeta evitando con ello, los posibles errores derivados de su manipulación. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo III 27 III.4.1.- Resistencia a la compr esión uniaxial. UNE-EN 1926:1999. El ensayo se ha realizado según el procedimiento descrito en la norma “Métodos de ensayo para la piedra natural. Determinación de la resistencia a la compresión uniaxial UNE-EN 1926:1999”. Los datos obtenidos mediante este ensayo nos marcan la carga máxima por unidad de superficie que puede soportar el material antes de su rotura. Este dato se determina para valorar los posibles usos del material en función de los requerimientos específicos de cada uso, siendo de especial interés para aquellos productos de piedra natural que están sometidos a esfuerzos portantes o de compresión. El ensayo se ha realizado en el Laboratorio Central para la Calidad de la Edificación (LACE) mediante la utilización de la prensa Ibertest de 150 Tn, con un equipo electrónico acoplado Sce M-4214. III.4.2.- Resistencia a la flexión antes y después de heladicidad. UNE-EN 12372: 1999. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de la resistencia a la flexión bajo carga concentrada. UNE-EN 12372:1999” antes y después de someter las probetas a ciclos de hielo-deshielo. El ensayo de resistencia a flexión antes de heladicidad aporta información sobre la capacidad de resistencia del material para deformarse antes de su rotura. Este ensayo es necesario para valorar la idoneidad de un material para su uso como pavimento, peldaños de escalera y revestimiento. Por su parte, el ensayo de resistencia a la flexión después de someter las probetas al ensayo previo de heladicidad indica la variación de esta propiedad como consecuencia de la exposición de la piedra a ciclos de hielo-deshielo. En función de la variación en la resistencia del material se puede determinar la idoneidad de uso en exteriores en zonas húmedas donde la temperatura puede ser inferior a 0 ºC. Este aspecto tiene especial importancia por el riesgo de la aparición de discontinuidades e incluso de la fractura del material como consecuencia del aumento de volumen del 9% con el paso de agua a hielo. Estos ensayos se han realizado en el Laboratorio Central para la Calidad de la Edificación (LACE) mediante la prensa controls, Multiensayo, célula de car ga PCI y la cámara frigorífica con circulación de aire DYCOMET AL, modelo CHD-525. En todas las rocas, un número suficiente de ciclos de hielo-deshielo producirá con el tiempo un deterioro en el material y la disminución de sus propiedades mecánicas por lo que es necesario evaluar la resistencia mecánica tras heladicidad, teniendo presente el numero de ciclos reales que puede tener que soportar el material tras su puesta en obra y no los 48 ciclos que contempla la norma actual. Metodología 34 III.4.3.- Resistencia al desgaste por abrasión. UNE-EN 1341:2002. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Baldosas de piedra natural para uso como pavimento exterior . Requisitos y métodos de ensayo. Resistencia al desgaste por abrasión UNE-EN 1341:2002.” Por medio de este ensayo se evalúa el desgaste por abrasión que puede sufrir una roca como consecuencia de su uso rutinario y se puede estimar la adecuación de uso de la misma como material para pavimentación, en función de las condiciones previstas de circulación de personas y/o vehículos en la zona a pavimentar . La mayor o menor resistencia al desgaste por abrasión de un material pétreo dependerá en mayor medida de las características intrínsecas del propio material como pueden ser cohesión, grado de alteración de los minerales, dureza y posibles anisotropías. El ensayo se ha realizado en el laboratorio de geotecnia Proyex sobre probetas con acabado superficial corte de sierra. III.4.4.- Desgaste por r ozamiento en plataforma giratoria. UNE 22183:85. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Mármoles y calizas ornamentales. Resistencia al desgaste por rozamiento UNE 22-183-85”. Los ensayos de abrasión miden el deterioro por rozamiento que se ejerce en la superficie del material. Al igual que en el ensayo de resistencia al desgaste por abrasión, este ensayo permite estimar la adecuación de uso del material para pavimentación, en función de las condiciones previstas de circulación de personas y/o vehículos de la zona a pavimentar . El ensayo se ha realizado en el laboratorio de geotecnia Proyex sobre probetas con acabado superficial corte de sierra. III.4.5.- Resistencia al deslizamiento sin pulimento. UNE-EN 1341:2002. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Baldosas de piedra natural para uso como pavimento exterior . Requisitos y métodos de ensayo. Resistencia al deslizamiento sin pulimento UNE-EN 1341: 2002”. Mediante este ensayo se caracteriza la resistencia al derrapaje de un suelo y permite valorar la calidad de la roca para su uso en pavimentos tanto exteriores como interiores, evaluando el rozamiento superficial con el fin de conseguir superficies no deslizantes. Existe un índice umbral que es necesario superar para tener esta aptitud en función de la adherencia requerida. La principal limitación de este ensayo es que no informa sobre la adherencia del material después de un periodo prolongado de uso. El ensayo se ha realizado en el laboratorio de geotecnia Proyex sobre probetas con acabado superficial corte de sierra. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo III 35 III.4.6.- Resistencia al Choque. UNE 22-189-85. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Mármoles y calizas ornamentales. Resistencia al choque UNE 22-189-85”. Este ensayo permite evaluar la resistencia a la rotura de un material ante el efecto de la caída de un peso vertical. Esta resistencia permite estimar la calidad del material para su uso en pavimentos (donde son frecuentes los impactos y golpes) y fachadas (donde son posibles los golpes debidos al empleo de góndolas de limpieza). El ensayo se ha realizado en el laboratorio de geotecnia Control-7. III.4.7.- Microdur eza Knoop. UNE 22-188-85. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Mármoles y calizas ornamentales. Microdureza Knoop UNE 22-188-85”. En este ensayo se realiza una medida de la dureza superficial de la roca y aporta información sobre la durabilidad del pulido y la cohesión superficial de los materiales pétreos. En el valor de este parámetro, además de la cohesión de la roca influye la dureza de los minerales, por ello los resultados obtenidos son solo estrictamente comparables entre rocas de semejante composición mineralógica. El ensayo se ha realizado en el laboratorio de geotecnia Control-7. III.4.8.- Planeidad. Norma UNE-EN 13373:2003. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de las características geométricas de las unidades. Norma UNE-EN 13373 2003”. Este ensayo proporciona una medida cuantitativa de la desviación que, respecto a una superficie plana, tiene la superficie de una baldosa cortada o de una losa de piedra con lajado natural y permite caracterizar el aspecto final que presentará tras su puesta en obra. El ensayo se ha realizado en el laboratorio de geotecnia Entecsa. III.4.9.- Dureza superficial Shore D. ASTM D 2240. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma ASTM D 2240 "Standard T est Methods for rubber proporty-durometer hardness". Esta técnica permite obtener una medida relativa de la dureza superficial de la roca para poder evaluar la variación de las propiedades mecánicas del material tras la aplicación de productos de conservación en los materiales pétreos realizando medidas antes y después de la aplicación de dichos productos. Metodología 36 El equipo empleado ha sido un microdurómetro Shore-D, que presenta una escala arbitraria comprendida entre 0 y 100 que mide la resistencia a la penetración de una punta cónica. Para realizar el ensayo, la base compresora del microdurómetro se coloca sobre las caras a medir y se ejerce presión de forma perpendicular a la cara. El ensayo se ha realizado sobre probetas cúbicas de 5 cm de arista en tandas de 3 muestras por cada consolidante y forma de aplicación, orientando las probetas con la estratificación perpendicular a la dirección de aplicación del esfuerzo. En todos los casos la medida de la dureza superficial se ha realizado sobre las mismas probetas antes y después de la consolidación a temperatura y humedad ambiental. Para evitar errores por la heterogeneidad composicional se dibujo una malla regular de 50 puntos en cada una de las caras ensayadas tomando la precaución de que los puntos de medida estuvieran distanciados un mínimo de 5 mm del borde de la probeta. III.5.- Ensayos de durabilidad. III.5.1.- Determinación de la r esistencia a la cristalización de las sales. UNE-EN 12370:1999. Este ensayo se ha realizado según las recomendaciones de la norma “Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de la resistencia a la cristalización de las sales. UNE-EN 12370:1999”. El ensayo de cristalización de sales es un ensayo de envejecimiento artificial acelerado, en el que se trata de reproducir , en un corto periodo de tiempo, el deterioro que puede sufrir la piedra natural a lo largo de su vida útil por la cristalización de sales en el interior de su sistema poroso (Dearman, 1982; Martín et al., 1992; Rivas et al., 1998). Se ha evaluado la durabilidad tanto de la roca fresca como de la roca tratada con diferentes tratamientos de conservación con el objeto de valorar tanto las aptitudes de cada material para su uso en zonas potencialmente favorables para desarrollar esta patología como la de estos tratamientos de conservación destinados a paliar la alteración en los materiales pétreos. La principal limitación de este tipo de ensayos es la representatividad de los resultados obtenidos, ya que en la naturaleza tienen lugar varios procesos de deterioro de forma simultánea (cristalización de sales, heladicidad, humectación-secado, etc.). Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo III 37 CAPÍTULO IV .- SITUACIÓN GEOGRÁFICA Y GEOLÓGICA Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo IV 41 CAPÍTULO IV.- SI TUACIÓN GEOGRÁF ICA Y GEOLÓGICA IV.1.- Introducción. En este capítulo s e realiza una breve síntesis de las principales características geológicas de Ar agón utili zada como marco para la situación de cad a u na de l as 31 zonas en las que se loc alizan las canteras en la s que se ex plotan las 40 varied ades pétreas c aracterizadas. En la tabla IV-1, s e presenta un cuadro resumen en el que se incluyen para las 40 vari edades pétreas caracterizadas, la uni dad geológica en la que se ubican, su número y sigla de identi ficación, edad, formación geológica a la pertenecen y el número de variedades ex plotadas. En la tabla IV- 2 se exponen los nombres científicos, los nombres comerciales y localidades donde se ubican las explotaciones. La Comunidad Aut ónoma de Aragón posee u na superficie de 47.669 Km 2 , situada e n el cuadrante n ordeste de España (fi gura I V-1), limi ta al Norte con Francia; al Sur con las provincias de Valencia y Cuenca; al Este con las de Castell ón, Lérida y Tarragona; y al Oeste co n las de Navarra, La Rioja, Soria, Guadalajara y Cuenca. Desde el punto de vist a geológico en A ragón se pueden distinguir tres grandes unidades: la Cordillera Pirenaica, l a Cordiller a Ibérica y la Depresi ón Central o Depresión Ter ciaria del Ebro (figura IV-2). Es tas tres unidades que aparecen en el territorio arag onés no s on exclusivas del mismo, ext endiéndose sus márgenes más allá de la comunidad autónoma de Aragón. Figura IV-1: Mapa de situaci ón geográ fica co n la ubicació n de las explota ciones cara cteri zadas. Situa ción geo gráfica y geológica 42 Figura IV- 2: Map a geo lógico de Aragón co n la ubic ación de las explotacio nes ca racteriz adas (Mod ificado d e Peña Mo nné, 1 995). Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo IV 43 Tabla IV-1 : Cuadro resumen de la s caracter ísticas geológ ica s de las roca s caracter izadas. Unidad geológica Número Sigla Edad For m ació n Varie- dades 1- Ye Eoceno (Pr iaboniense) F m . Mar gas d e Pa m plona 1 2- Ma Eoceno (Ba rtoniense) Fm. Belsué-Atar és 1 3- En Eoceno (Biar ritzense) Fm . Ca mpoda rbe 1 4- Hu Eoceno (Cuisiense- Lutecie nse) Grupo H echo 1 Pirineos 5- Pa Eoceno (Cuisiense- Lutecie nse) Grupo H echo 1 6- Un Mioceno (Aquitanie nse- Burdigalien se) Fm. Uncasti llo 1 7- Ay Mioceno (Aquitanie nse- Burdigalien se) Fm. Uncasti llo 1 8- T u Mioceno Aquitanien se Fm. T udela 1 9- Fr Mioceno (Aquitanie nse- Turo liense) Torr ente Cinca- Alcolea del Pinar 1 Depresión del Ebro 10- Az Mioceno (Aquitanie nse) Fm. Caspe 1 11- T a Tr iásico I nferior Facies Bu ntsandstei n 1 12- Ca Jurásico Medio (Bathonien se) Fm. Chelva 3 13- P u Jurásico Superior (T itónico) Fm. Hig ueruelas 1 14- Al Cretácico Inf. (Bar remiense- Aptiense) Fm. Alacó n 1 15- Ce Cretácico (Albiense - Cenomanie nse) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 1 16- VI-I Cretácico superior (Ceno m a niense) Fm. Órganos de Mo ntoro 1 17- CF Cretácico superior (Ceno m a niense) Fm. Órganos de Mo ntoro 2 18-VI-II Mioceno 1 19- T o Cretácico (Albiense - Cenomanie nse) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 1 20- MI Cretácico Inferior (Bed ouliense) Fm. Calizas y mar gas de Chert 1 21- Cv Cretácico Inferior (Albiense) Fm. Calizas O cres de Benasal 1 22- Ig Cretácico Inferior (Albiense) Fm. Calizas O cres de Benasal 1 23-Mq -1 Cretácico (Albie nse- Cenomanie nse) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 1 24-Mq-2 Cretá cico ( Albiense- Cenomanie nse) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 4 25- P m Cretácico (Albiense - Cenomanie nse) Fm. Calizas y mar gas Mosqueruela 1 Rama Aragonesa 26- No Cretácico Inferior (Albiense) Fm. Calizas O cres de Benasal 1 27- T r Mioceno 1 Depresión Calatayud Daroca Teruel 28- Crt Mioceno (T uroliense) Calizas y margas T uro l ienses 1 29- A Cretácico sup.(T uroniense- Coniaciense) Fm. Embal se de la T ranquera 1 30- D Cretácico sup.(T uro niense- Coniaciense) Fm. Embal se de la T ranquera 1 Rama Castellana 31- B l Cretácic o sup.(T uro niense- Coniaciense) Fm. Barr anco de los Degollado s 3 Situa ción geo gráfica y geológica 50 La s areniscas m iocenas de Uncastillo (6-Un), A yerb e (7-A y) y Al cañiz (10-Az ) se l ocalizan en el borde ex terior del sector c entral de la depresión Ter ciaria del Ebro. Desde el punto de vista geológico las tres arenis cas pert enecen a facies detríticas del Terciario medio-superior de la cuenca d el Ebro, siendo interpretadas com o sedimentos fluviales de sistemas aluviales con r egímenes variados pero predominantemente meandriformes qu e gradan hacia si stemas lacustr es; este sistema es de doble vergencia y a que los cursos del flanc o norte flu yen hacia el sur mientras que los del flanco suroeste lo hace n hacia el norte y noreste estando la zona central de la depresión ocupada por facies ev aporíticas. Las areniscas de Uncastillo y de A y erbe p ertenecen a l a formación Uncastillo mientras que la a renisca de Alcañiz se ubica en la formación Caspe. Los niveles expl otados no son ex clusivos de es te sector, ya que orlan todo el borde exterior de la d epresión. Geo gráficamente, las canteras se di stribu yen en dos franjas (Mateos, 2004). - La S eptentrional, que englobaría los afloramientos de la alineación Tafalla, Uncastillo, Huesca, Sigena, Barbastro, Monz ón, Fraga y Lérida. - La Suroccidental, que abarcaría l a región delim itada por las localidades de Tarazona, Azuara, Escatrón, Caspe, Fabara y Alcañiz. La s calizas campaniles se localizan en las z onas más centrales de est a gran depresión y s e depositaro n en ambientes de tipo lacustre somero. Confo rmaron ex tensas plataformas calcáreas h orizontales, y actualmente son ex tensos cerros testi gos de la sedimentación terciaria, denominados muelas o planas. Represe ntan la cul minación de los depósitos neóge nos, corre spondiendo a la p arte final del relleno de la d epresión. L as explotaciones caracterizadas se localizan en Tudel a (8-Tu) y Fraga (9-Fr). Figura IV-4 : Ma pa geo lógico d e la Depresión Ce ntral co n la ubicació n d e las e xplotacio nes ( modi ficado de Alonso -Zarza et a l. , 20 02). IV .2.3.- La Cordillera Ibérica. La Cordillera Ibérica es una cadena intracratónica situada entre los dos orógenos alpinos de la Península Ibérica: la cadena Pirenaica y las cadenas Béticas. Se ubica en el sector centro-oriental de la Península Ibérica, extendiéndose a lo lar go de unos 400 Km desde la Meseta Ibérica hasta el Mar Mediterráneo, quedando limitada al norte por la Depresión T erciaria del Ebro y por las Catalánides, al este por la costa mediterránea, al oeste por las cuencas T erciarias del Duero y del T ajo y al sur por el Prebético. La Ibérica es una cordillera con doble ver gencia, caracterizada por un magmatismo muy escaso y por la ausencia de metamorfismo contemporáneo con el plegamiento. Se encuentra cabalgando sobre la depresión central mediante unas fracturas inversas que poseen una gran continuidad y facilitan el movimiento hacia el norte. En esta cordillera se pueden diferenciar dos pisos estructurales superpuestos, por un lado el zócalo individualizado por las estructuras Hercínicas y formado por los materiales Paleozoicos y la cobertera que engloba al Jurásico, Cretácico y T erciario. En la génesis de esta cordillera han estado implicados dos ciclos orogénicos sucesivos, el ciclo Hercínico que estructuró el zócalo y el ciclo Alpino que afecto tanto al zócalo como a la cobertera mesozoico-terciaria. El ciclo Alpino se originó como consecuencia del movimiento hacia el norte de la placa Africana que supuso el choque de Iberia con Europa. Esta colisión provocó una inversión tectónica positiva, es decir , se paso de un régimen extensional a un régimen compresional, reactivándose como fallas inversas las estructuras extensionales existentes. Esta colisión desencadenó el levanta- miento y replegamiento de los materiales que se habían acumulado. La estructura de la cadena es consecuencia de la superposición de estas dos fases tectónicas. Las principales estructuras de la Cordillera Ibérica presentan una alineación NW - SE, aunque localmente pueden aparecer zonas con alineaciones de sus estructuras E-W y NE-SW . La Cordillera Ibérica puede ser dividida en dos ramas: la rama Occidental o rama Castellana y la rama Oriental o rama Aragonesa estando ambas separadas por la depresión T erciaria de Calatayud-Daroca-T eruel, que se trata de una fosa tectónica que ha sido colmatada por sedimentos miocenos postorogénicos. Esta cordillera se bifurca hacia el SE en esas dos ramas, las cuales discurren paralelas durante cientos de Km. -La Rama Castellana o Rama Occidental: Se localiza al sur de la depresión y engloba entre otras sierras a la Sierra de Albarracín, Sierra de Altomira y Serranía de Cuenca. Presenta los relieves más abruptos y en ella se sitúan las únicas huellas del glaciarismo cuaternario Ibérico. -La Rama Aragonesa o Rama Oriental: Se ubica al norte de la depresión y esta compuesta por los macizos paleozoicos de Sierra de la Demanda, Ateca-Daroca y Calatayud-Montalbán todos ellos de dirección noroeste-sureste. En T eruel, el sector del Maestrazgo se conforma como una subunidad con entidad propia. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV 51 -Depresión de Calatayud-Daroca-T eruel: Se extiende entre la rama Aragonesa y la rama Castellana de la Cordillera Ibérica, presentando una evolución geológica ligada a la de la primera. Esta depresión o fosa tectónica alar gada según un eje de dirección NW -SE, se generó durante el T erciario como consecuencia de fases orogénicas que fragmentaron el zócalo paleozoico. Litológicamente la Ibérica posee un registro bastante completo, abarcando desde los afloramientos más antiguos de Aragón, que se localizan en la cuenca del río Jalón en la región de Paracuellos de la Ribera de edad precámbrica, hasta los sedimentos actuales, aunque dominan los materiales mesozoicos y terciarios. Las series paleozoicas son muy completas y comprenden todos los periodos. Estos materiales se depositaron en cuencas marinas de profundidad variable y aparecen plegados y fracturados como consecuencia de los esfuerzos compresivos de la orogenia Hercínica. En el tránsito entre el Paleozoico y el Mesozoico tuvo lugar un cambio en el régimen de los esfuerzos pasando de compresivos a distensivos. Estos esfuerzos disten- sivos crearon una serie de fosas o cuencas sedimentarias en las que se depositaron materiales de origen tanto marino como continental. En el tránsito entre el Mesozoico y el Cenozoico hubo una nueva inversión en el régimen de esfuerzos, permaneciendo este régimen compresivo hasta el final del T erciario. En este periodo de tiempo se crearon una serie de cuencas en el interior de la cordillera Ibérica que fueron rellenadas con materiales continentales. A partir del T erciario en el límite oriental de la cordillera se paso a un régimen distensivo que dio lugar a las fosas tectónicas por donde hoy discurren los ríos Jiloca, Alfambra y T uria. IV .2.3.1.- Canteras activas en la cordillera Ibérica. En la Cordillera Ibérica se han caracterizado 23 explotaciones (figura IV -5) de piedra natural en las que se explotan 30 variedades pétreas. Estas explotaciones se encuentran repartidas a lo largo de toda su extensión quedando especialmente concen- tradas en la zona del Maestrazgo. En la Cordillera Ibérica se explota piedra natural con diferentes usos: ornamental, cantería y losas. Los materiales más antiguos explotados en la Cordillera Ibérica son de edad triásica y pertenecen a la facies Buntsandstein depositada bajo condiciones de clima árido en cuencas continentales. Se explotan en el Moncayo en los tramos superiores, localizándose los mismos niveles explotados en otros puntos de la Ibérica en los que sería posible establecer explotaciones de este material. En el Jurásico se suceden tres ciclos de ascenso y caída del nivel del mar que se corresponden con las etapas en las que se divide el Jurásico (Lías, Dogger y Malm, o Inferior , Medio y Superior). Durante el Jurásico Inferior , tras la última etapa de sedimen- tación marina del T riásico (formación Imón), se originó una plataforma marina con sus Situación geográfica y geológica 52 dominios más profundos abiertos hacia el Atlántico. Durante el Jurásico Medio, la plataforma de carbonatos que cubría el sur de Aragón dejó un depósito de calizas de litología y espesores muy variables, que se agrupan, de forma genérica, en la denomi- nada formación Chelva. Las explotaciones localizadas en esta formación tienen carácter local (en la área de Calatorao esta formación tiene una litología particular que le hace especialmente apta para usos constructivos). En el inicio del Jurásico Superior se instala una extensa plataforma, que tenía una doble polaridad (Mediterránea y Atlántica). Posteriormente, el levantamiento de la Meseta implica la progresiva retirada del mar que culmina con la total emersión de la zona central de la cuenca de sedimentación al final del Jurásico. Los materiales del último vestigio de la sedimentación marina Jurásica en la región se agrupan en la formación Higueruelas. Esta formación tiene una gran extensión a lo largo de toda la Cordillera Ibérica, pero presenta en el entorno de la Puebla de Albortón una litología particular , fruto de una rubefacción de edad miocena, en la que se ubica la explotación, que no se observa más que de manera local dentro de esta formación. En el Cretácico inferior tienen lugar varios ciclos sedimentarios en la Cordillera Ibérica. Los materiales del Barremiense (en los que se encuadra la formación Alacón) indican un máximo en la trasgresión marina, comenzando el Aptiense con un episodio regresivo. En el Beduliense tiene lugar otro episodio transgresivo (formación Chert). Entre el Aptiense superior y el Albiense tiene lugar una paulatina elevación de la cuenca con el depósito de margas y calizas detríticas arenosas entre las que se encuentra la formación Capas Ocres de Benasal, hasta pasar a los sedimentos claramente regresivos de la formación Utrillas. En el Albiense superior-Cenomaniense se vuelve a una sedimentación marina. En el Cretácico superior tiene lugar una trasgresión marina que invade gran parte del ámbito sedimentario de la Ibérica. El Cretácico superior en el Maestrazgo es esencialmente carbonatado y abarca desde el Albiense superior hasta el Daniense (formación Mosqueruela, formación Ór ganos de Montoro y formación Barranco de los degollados). Los materiales de estas formaciones pueden ser explotados en todo el Maestrazgo sí presentan una disposición favorable para ello. Finalmente a partir del Campaniense tiene lugar la emersión defini- tiva de la cuenca. En el T erciario superior se localizan pequeñas explotaciones de carácter local de calizas lacustres y carbonatos de tipo travertínico formados en ambos casos en medios continentales. En la rama Castellana destacan las explotaciones de roca ornamental de Blancas (31-Bl) situada en la formación Dolomías del Barranco de los Degollados y de calizas y dolomías en Abanto (29-A, 30-D) pertenecientes a la formación Embalse de La T ranquera, ambas de edad Cretácico superior y de carácter local. En la Depresión de Calatayud-Daroca-T eruel se explotan la caliza del Páramo de T ortajada (28-Crt) y el travertino terciario de V illalba Baja (27-T r). Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV 53 Situa ción geo gráfica y geológica 54 En el sector septentrion al de la rama Ara gonesa de la Cordillera Ibérica afloran rocas d e todas las edades y de casi todas las com posiciones. Los material es explot ados son lajas de areniscas rojas del Monca yo (11-Ta) en Facies Bunds andstein y las c alizas ornamentales d e Calatorao (12-Ca) formación Chelva y de la P uebla de Albortón (13- Pu) formac ión Hig u eruelas, amba s de edad J urásica. En el Maestraz go de la r ama Aragonesa de la Cordillera Ibér ica se localiza el mayor número de las e x plotaciones, siendo todas ellas de ed ad Cretácica menos el t raver tino del Terciario continental de Villarluengo (18- V I-II). L os materiales cretácicos tableados del M aestraz go se explot an principalmente como lajas y en menor medida com o piedras de cantería y ornamentales. En el Cretácico inf erior de este sector de la Ibér ica se l ocaliza num erosas explotaciones de lajas: -Alacón (14-Al): formación Alacón, ed ad Barremiense-A ptiense. -Nogueruelas (26-No), Iglesuela (22- Ig) y Cantavieja (21-Cv): fo rmación Calizas Ocres de Benasal , edad Albiense Inferior. -Mirambel (20-Mi): formación Calizas y Mar gas de Chert, eda d Bedouliens e. -Mosqueruela (23-Mq, 24-Mq), Puertomingalv o (25-Pm), Cuevas (15-Ce) y Villarluengo (19-To): formación Mosqueruela, ed ad Albiense-Cenomaniense. El Cretácico superior, a di ferencia del C retácico inferior, es masivo y en él se localizan las explotaciones de calizas orn amentales de Villarluengo (16-V I-I y 17-C F) pertenecientes a la formación Órganos de Montoro. Figura IV-5: Mapa geológico d e la Cor dillera Ib érica con la ubicació n de las explo tacion es ( modificado de Ver a et a l. , 2004). RA (Rama Aragonesa), RC (Ra ma Ca stellana) . IV . 3.- Fichas de situación geográfica y geológica. Se han elaborado una serie de fichas de situación geográfica y geológica para las variedades pétreas caracterizadas, creando una ficha para cada una de las formaciones geológicas en las que se localizan las explotaciones caracterizadas. Estas fichas se dividen en tres apartados: información general, situación geográfica y situación geológica y características de las explotaciones. a) Información general. En esta primera parte de la ficha se incluye el número y la sigla de cada variedad, nombre científico, formación a la que pertenece y edad geológica. b) Situación geográfica. En este apartado se indica el término municipal en el que se ubica la explotación, la hoja del mapa geológico 1:50.000 en el que se encuadra, sus coordenadas de referencia y la empresa que explota el material. c) Situación geológica y características de la explotación. En este apartado se describe de forma genérica la formación en la que se encuadran los materiales, así como las principales características de los niveles explotados y del método de explotación. Este apartado se completa con fotografías de campo en las que se muestran los frentes de explotación y las características más relevantes de las explotaciones. En la tabla IV -3 se presenta una escala de tiempo geológico con la ordenación temporal de los materiales explotados. Las siglas se corresponden con las descritas en las tablas IV -1 y IV -2. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV 55 Situa ción geo gráfica y geológica 56 Tabla IV-3 : T abla de tiempo geológico c on la or denación te mporal de los m ateriale s car acteriza dos. Sigla: 1-Y e Nombr e científico: Sedarenita Edad: Eoceno (Priaboniense) Formación: Mar gas de Pamplona Situación geográfica La cantera de la Piedra de Y esa se localiza en el término municipal de Y esa (Navarra), en el Prepireno navarro, al NE de Navarra, lindando con el Prepirineo aragonés, en la cuenca del río Aragón. Hoja del mapa geológico nacional 175 Sigües escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 1º 1 1' 00" Latitud Norte 42º 37' 1 1" X 646.585 Y 4831.298 Z 520 Empresa: Olnasa, S.L. Figura A- V ista general de la zona explotada. Figura A´- Niveles explotados de la formación Mar gas de Pamplona. Situación geológica y Características de la explotación La piedra de Y esa es de edad Priaboniense y pertenece al "Flysch" de Y esa, que corresponde a niveles turbidíticos (canales en forma de cuerpos aislados e irregulares de talud formando lentejones de arenisca) en las facies marinas profundas de las mar gas de Pamplona (Puigdefábregas 1975). Las margas de Pamplona presentan una potencia de 400-1000 metros. La explotación coincidió temporalmente, con la construcción de varias urbaniza - ciones en la margen derecha del río Aragón a la altura de la cerrada del pantano, y ceso al finalizar las obras asociadas. Se explotaron estratos de areniscas de 0,4 a 1,8 metros de potencia intercalados con niveles mar gosos de espesor semejante y buzando 35º-45º hacia el E. A A’ 57 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV Sigla: 2-Ma Nombr e Científico: Sedarenita Edad: Eoceno (Bartoniense) Formación: Belsué-Atarés Situación geográfica La cantera de la piedra de Martes se localiza en el término municipal de Martes (Huesca), en el Prepireno Aragonés, en la parte E de la hoja del mapa geológico nacional 175 Sigües escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 53' 50" Latitud Norte 42º 34' 30" X 672.581 Y 4715.848 Z 680 Empresa: Olnasa, S.L. Figura A- Niveles explotados (1-3 m de potencia) en la formación Belsué-Atarés. Figura A´- V ista general de la zona explotada. Situación geológica y Características de la explotación La piedra de Martes se explota en los tramos basales de la formación Belsué- Atarés. Esta es una formación deltaica, constituida por una alternancia de areniscas y mar gas gris azuladas de hasta 650 metros, organizadas en secuencias granocrecientes que lateralmente pasan a las Mar gas de Pamplona. La cantera de Martes se localiza en la zona de contacto de la formación Belsué- Atarés con la formación Mar gas de Pamplona. Se explotan bancos de 1 hasta 3 metros de espesor , apoyados unos sobre otros sin intercalaciones lutíticas y buzando 30º-40 º al S. La inclinación de los estratos a favor de la pendiente de la cantera permite una explotación que no requiere grandes desmontes de material, lo que reduce el impacto medioambiental y visual de la cantera. La perforación se realiza por medio de banquea - dora y la extracción de los bloques con retroexcavadora. A A’ 58 Situación geográfica y geológica Sigla: 3-En Nombr e Científico: Sedarenita Edad: Eoceno (Biarritzense) Formación: Campodarbe Situación geográfica La Piedra de Ena se explota en la cantera "La Carina" ubicada en el término municipal de Ena (Huesca), en la parte central de la hoja del mapa geológico nacional 209 Agüero escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 42' 10" Latitud Norte 42º 26' 59" X 688.918 Y 4702.351 Z 670 Empresa: Loseta, S.L. Figura A- V ista general de la explotación de la arenisca de Ena. Figura A´- Detalle de un estrato de arenisca de 0,5 metros de potencia. Situación geológica y Características de la explotación Los materiales explotados pertenecen a la formación Campodarbe del Eoceno superior (Biarritzense). Es una formación terciaria continental, de tipo fluvial, que forma parte de una unidad de orden superior , el sinclinorio del Guar ga. Esta constituida por una alternancia de areniscas y lutitas fluviales. Dentro de la formación Campodarbe, esta cantera corresponde a las facies de Ipiés y Cáseda. Esta unidad presenta una gran extensión, así como una importante variación de facies en su interior . En ella alternan lutitas con areniscas dispuestas en capas de escasa superficie, con una relación de clasticidad baja. Las areniscas poseen estructuras de todo tipo: laminaciones paralelas, cruzadas a varias escalas, etc. Los niveles explotados tienen espesores de 0,5 a 3 metros y un buzamiento de 30º, con una continuidad lateral variable y distintos tipos de estructuras en paleocanales. Se explotan preferentemente los niveles con laminación paralela que, por meteorización, son lajosos en los 2 metros superficiales. Los colores en fresco son grises y evolucionan a marrones por oxidación superficial. A A’ 59 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV Sigla: 10-Az Nombr e Científico: Calclitita Edad: Mioceno (Aquitaniense) Formación: Caspe Situación geográfica La Piedra de Alcañiz se explota en la cantera "El Cielo" ubicada en el término municipal de Alcañiz (T eruel), en la parte SW de la hoja del mapa geológico nacional 469 Alcañiz escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Este 00º 07' 10" Latitud Norte 41º 02' 04" X 257.841 Y 4546.658 Z 420 Empresa: Piedra Natural Rubio, S.L . Figura A- Aspecto general de la explotación de la arenisca de Alcañiz. Figura A´- Extracción de bloques con banqueadora. Potencia del frente 6 metros. Situación geológica y Características de la explotación La arenisca de Alcañiz pertenece a la formación Caspe (Edad Aquitaniense). Se trata de una formación detrítica con características litológicas y morfológicas variables (Quirantes, 1978) que recubre toda la depresión del Bajo Aragón. Las areniscas que encontramos en la zona forman cordones de desarrollo lateral muy variable, presentándose en niveles tanto tabulares como lenticulares. Estos niveles pertenecen a paleocanales generados por la divagación de una extensa red fluvial, sobre depósitos de zonas proximales, medias y mar ginales de un sistema de abanicos aluviales de procedencia Ibérica. La Piedra de Alcañiz se explota en bancos subhorizontales de 2 hasta 6 metros de potencia, separados por interestratos arcillosos-limosos, que corresponden a paleoca- nales fluviales con gran continuidad lateral. El diaclasado presenta un espaciado de orden métrico (4-5 m). Las areniscas que conforman estos paleocauces se presentan bien clasificadas y presentan frecuentemente estratificación cruzada. Los paleocauces geométricamente se pueden subdividir en alargados y meandriformes apareciendo en diferentes niveles a lo lar go de la serie (Gisbert et al., 2004). Los estratos se presentan subhorizontales y poco deformados, lo que condiciona la explotación mediante minería de contorno a lo lar go de los afloramientos de los bancos de areniscas. El método de explotación es por banqueo. A A’ 66 Situación geográfica y geológica Sigla: 1 1-T a Nombr e científico: Grauvaca lítica Edad: T riásico inferior Formación: Facies Buntsandstein Situación geográfica La laja de T abuenca se explota en la cantera "Coscollar" ubicada en el término municipal de T abuenca (Zaragoza), en la parte NW de la hoja del mapa geológico nacional 382 Épila escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 1º 28' 00" Latitud Norte 41º 38' 40" X 627.699 Y 461 1.518 Z 580 Empresa: Piedra natural de T abuenca S.L. Figura A- Aspecto general de la explotación de la arenisca de T abuenca. Figura A´- Palés de lajas de arenisca de T abuenca para venta como losado rústico. Situación geológica y Características de la explotación La formación en facies "Buntsandstein" está constituida por areniscas rojas de origen fluvial y se depositó en condiciones de clima árido, en cuencas continentales. Presenta una potencia superior al centenar de metros y , en función de sus materiales, puede subdividirse en dos tramos. El primer tramo, entre 5 y 10 metros, está integrado por conglomerados con cantos de cuarzo y matriz arcilloso-arenosa, con costras de limolita; sobre ellos se sitúan de 50 a 70 metros de areniscas rojas, de grano fino a medio, que poseen cemento silíceo y se disponen en potentes bancos masivos, con numerosas estructuras de corriente. El conjunto está interpretado como sedimentos de abanicos aluviales y cursos fluviales. El segundo tramo corresponde a ambientes de cursos fluviales meandriformes y consiste en una alternancia de lutitas y areniscas en estratos de espesor métrico de bases irregulares, con estratificación cruzada de unos 70 metros de potencia. Las areniscas explotadas en T abuenca son de grano medio a grueso y se presentan en bancos de potencia variable, que pueden ser masivos o pueden presentar estratificación cruzada y/o laminación paralela, separados por tramos arcillosos. La explotación se realiza en bancos de una altura variable, según la alteración de la roca. En general, no se sobrepasan los 4 metros. Se extrae la capa superficial de tierra vegetal hasta que se descubre la roca aprovechable. A A’ 67 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV Sigla: 12-Ca Nombr e científico: Biopelmicrita- Packstone de peloides y pelecípodos Edad: Jurásico medio (Bathoniense) Formación: Chelva Situación geográfica El mármol Negro de Calatorao se explota en diferentes canteras situadas todas ellas en este municipio de la provincia de Zaragoza, en el contacto entre la vertiente N de la Rama Aragonesa de la Cordillera Ibérica y el borde meridional de la Depresión del Ebro, en pleno glacis o piedemonte de la Sierra de Algirén, en la parte SE de la hoja del mapa geológico nacional 382 Épila escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 1º 21' 10" Latitud Norte 41º 31' 04" X 637.452 Y 4597.629 Z 360 Empresas: CIM- PYMCASA-ANIA. Figura A- Aspecto general de la explotación caliza Calatorao de la empresa Pymcasa. Figura A´- Aspecto general de la explotación caliza Calatorao de la empresa Cim . Situación geológica y Características de la explotación La formación carbonatada de Chelva presenta en este sector una potencia de 300 metros. Inicialmente presenta una alternancia de mar gas grises y calizas nodulosas, sobre estos niveles se dispone un conjunto de calizas masivas y tableadas con abundantes esponjas y calizas tableadas de color gris. En estas últimas, se localizan las canteras. Finalmente la serie culmina con una alternancia de mar gas y calizas. Las facies y los fósiles que presenta esta formación indican que se depositó en un ambiente de plataforma marina somera y restringida. La roca que se extrae aparece en estratos o bancos de geometría tabular de entre 0,4 y 1,7 metros de espesor que afloran en cerros aislados, que topográficamente resaltan sobre la llanura formada por materiales miocenos. Estos bancos se disponen según una dirección de 20º con respecto al N y buzamientos de hasta 15º tanto al E como al W , de manera que en conjunto dibujan una suave estructura anticlinal cuyo eje se orienta en dirección N-S. Los frentes de cantera se sitúan en la charnela de dicho anticlinal, quedando los materiales explotados recubiertos por materiales arcillosos y arenosos del T erciario. La potencia de los estratos y el espaciado de las fracturas determina el tamaño de los bloques, que suele ser de 0,7 x 4 x 3 metros y alcanzan máximos de 1,6 x 4 x 3 metros cuando se explota la capa de mayor espesor . A A’ 68 Situación geográfica y geológica Sigla: 13 Pu Nombr e científico: Biopelmicrita-W ackstone de bioclastos y peloides Edad: Jurásico superior (T itónico) Formación: Higueruelas Situación geográfica El amarillo Puebla se explota en la cantera "Rubio" ubicada en el término municipal de La Puebla de Albortón (Zaragoza), en la parte SE de la hoja del mapa geológico nacional 41 1 Longares escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 51' 55" Latitud Norte 41º 21' 45" X 678.559 Y 4581.279 Z 540 Empresa: Explotación de canteras y piedras aragonesas, SL. ECMYP A, SL. Figura A- Aspecto general de la explotación de La Puebla de Albortón. Figura A´- Frente de cantera de 6 metros de potencia. Explotación "Rubio". Situación geológica y Características de la explotación La formación Higueruelas está constituida por una sucesión de hasta 100 m de potencia de calizas masivas o estratificadas en bancos gruesos, con variedad de componentes aloquímicos, entre los que destacan los oncoides. Estos materiales se originaron en un mar de escasa profundidad, en las zonas media a interna de una rampa carbonatada. Los afloramientos forman parte de charnelas de anticlinales de gran radio, con ejes de orientación variable. Desde el punto de vista litoestratigráfico, las rocas aflorantes corresponden a una unidad de gran extensión a lo largo de toda la Cordillera Ibérica. Dentro de esta formación se diferencian, en el entorno de La Puebla de Albortón, dos grandes tramos. Los materiales explotados se encuentran dentro del tramo superior en que la formación Higueruelas presenta una litología particular que no se observa más que de manera local. Se trata de un tramo de calizas bien estratificadas con estratos de espesores métricos 1,2-1,8 metros y con una potencia total que oscila entre los 5-20 metros, ya que sobre él se encuentra la superficie de erosión previa al depósito del T erciario. El paleosuelo Mioceno es el responsable tanto del color de la roca como de su recristaliza - ción y sellado de fisuras, prueba de ello es que esta formación solo se explota en este sector . El color es heterogéneo y son habituales las geodas de hasta 4 cm de diámetro con distribución irregular a lo lar go del frente de cantera. El método de explotación es por banqueo. Se explota aprovechando la intersec- ción de los estratos con la fisuración generando unos bloques promedio de 3 x 2 x 1,5 metros mediante perforadora o mediante hilo en función del estado de fracturación. A A’ 69 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV Sigla: 14-Al Nombr e científico: Biomicrita-W ackstone bioclástico Edad: Cretácico inferior (Barremiense superior -Aptiense basal) Formación: Alacón Situación geográfica La caliza Oro V iejo o Antigua se explota en la cantera "Alacón-1" ubicada en el término municipal de Alacón (T eruel), en el límite SE de la hoja del mapa geológico nacional 467 Muniesa escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 41' 10" Latitud Norte 41º 01' 04" X 694.565 Y 4543.390 Z 660 Empresa: Piedra Natural de Alacón, S.L Figura A- Aspecto general de la explotación de la Piedra Natural de Alacón, S.L. Figura A´- Palés de lajas de caliza de Alacón para venta como losado rústico. Situación geológica y Características de la explotación La formación Alacón es una formación marina, que se reconoce en el sector central de la Cordillera Ibérica en la subcuenca de Oliete y que puede aparecer incompleta o condensada. Es una sucesión calcárea de 80 metros de potencia con intercalaciones mar gosas que disminuyen progresivamente hacia el techo de la serie. Se or ganiza en pequeñas secuencias estratocrecientes de mar gas, margocalizas y calizas bioclásticas que a veces tienen estratificación cruzada. En la base pueden aparecer carofitas que dan paso a abundante fauna marina. El ambiente sedimentario de su formación fue de bahía parcialmente aislada del mar abierto con importantes aportes detríticos del continente. Las rocas explotadas son calizas bioclásticas grises y pardas algo arenosas, dispuestas en estratos irregulares que alternan con niveles mar gosos. Las calizas presentan una laminación centimétrica que se altera en superficie y es la responsable de que la roca se separe en lajas y bloques. Las capas se orientan en una dirección E-W , con buzamientos máximos de 10º. La explotación se realiza en bancos con una altura variable, según la alteración de la roca. En general, no se sobrepasan los 2 metros. A A’ 70 Situación geográfica y geológica Sigla: 15-Ce Nombre científico: Sparstone Sigla: 19-T o Nombre científico: Bioesparita-Grainstone bioclástico Sigla: 23-Mq-1 Nombr e científico: Biomicrita-Packstone bioclástico Sigla: 24-Mq-2 Nombre científico: Bipelmicrita-W ackstone de bioclastos y peloides Sigla: 25-Pm Nombr e científico: Biomicrita-W ackstone bioclástico Edad: Cretácico (Albiense-Cenomaniense) Formación: Mosqueruela Situación geográfica La Laja Fósil Blanca (15-Ce) se explota en la cantera "Cuevas" ubicada en el término municipal de Cuevas de Almuden (T eruel), hoja del mapa geológico nacional 518 Montalbán escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 49' 21" Latitud Norte 40º 45' 17" X 683.823 Y 4513.888 Z 1420 Empresa: Naturlosa, S.L. La Piedra Caliza T orre V illores (19-T o) se explota en la cantera "T orre V illores" ubicada en el término municipal de V illarluengo (T eruel), en la zona W de la hoja del mapa geológico nacional 544 Forcall escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 40º 34' 50" Latitud Norte 0º 29' 00" X 713.01 1 Y 4495.318 Z 1700 Empresa: Casiano Explotaciones, S.A. La Laja Fósil Blanca (23-Mq1) se explota en la cantera "Loma Cabezuelo 3" ubicada en el término municipal de Mosqueruela (T eruel), en la zona SW de la hoja del mapa geológico nacional 569 V illafranca del Cid escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 27' 33" Latitud Norte 40º 22' 52" X 715.695 Y 4473.234 Z 1540 Empresa: Losa Rústica, S.C.L. La Laja Ciega Blanca (24-Mq21) y la laja Ciega Gris (24-Mq22) se explotan en la cantera "Ciega A" ubicada en el término municipal de Mosqueruela (T eruel), en la zona SE de la hoja del mapa geológico nacional 568 Alcalá de la Selva escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 31' 39" Latitud Norte 40º 23' 19" X 709.870 Y 4473.903 Z 1800 Empresa: Losa Rústica, S.C.L. 71 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV La Laja Gris V erde Monte (24-Mq23) y la laja Blanca Paja (24-Mq24) se explotan en la cantera "Las Pereras" ubicada en el término municipal de Mosqueruela (T eruel), en la zona SW de la hoja del mapa geológico nacional 569 V illafranca del Cid escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 22' 25" Latitud Norte 40º 24' 22" X 722.876 Y 4476.222 Z 1420 Empresa: Piedras Mosqueruela, C. B. La Losa Blanca-Fósil Blanca (25-Pm) se explotan en la cantera "Ampolas" ubicada en el término municipal de Puertomingalvo (T eruel), en la zona NW de la hoja del mapa geológico nacional 592 V illahermosa del río escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 26' 31" Latitud Norte 40º 17' 26" X 717.448 Y 4463.223 Z 1320 Empresa: A yuntamiento de Puertomingalvo. Situación geográfica y geológica 72 Situación geológica y características de la explotación Las calizas de la formación Mosqueruela se explotan como lajas en 6 canteras diferentes en las que se extraen 8 variedades. La formación Mosqueruela forma parte de la serie del Cretácico que aflora en la Cordillera Ibérica Oriental, conocida como el Maestrazgo en sentido amplio. Sus afloramientos se sitúan en la región que se extiende al E del río Jiloca y al S de las formaciones paleozoicas de las Sierras de Cucalón y Montalbán. Por el E alcanza el Maestrazgo de la provincia de Castellón. Su considerable espesor se establece entre los 150 y 200 metros de potencia. Está constituida por una sucesión carbonatada, con algunos niveles terrígenos o mar gosos de menor importancia, bien estratificada en estratos finos de espesor generalmente centimé - trico y con juntas mar gosas muy finas en los interestratos. A grandes rasgos, está compuesta por tres grandes sucesiones o secuencias, que comienzan con materiales terrígenos y/o mar gas y terminan con calizas. - El miembro inferior presenta importantes variaciones de espesor que oscila ente los 20 y 70 metros y lo constituyen las calizas de Cuarto Pelado (calizas bioclásticas con Neorbitolinopsis). - El miembro medio cuyo espesor oscila entre los 40-50 metros son las calizas y mar gas del Pinarueco, caracterizadas por la presencia de Orbitolina Duranddelgai. - En el miembro superior cuyo espesor oscila entre los 45-70 metros abundan las mar gas y calizas del Puerto de V illarroya, cuyas capas contienen Praealveolinas y Exogyra. Sobre esta última secuencia aparecen de una manera bastante brusca y neta las dolomías masivas o en gruesos bancos que caracterizan la formación suprayacente de dolomías del Barranco de los Degollados. La explotación se realiza en bancos con una altura variable. Se explotan los niveles superiores lajosos por meteorización, en general sin sobrepasar los 2 metros, de una serie de estratos de potencia decimétrica con un suave buzamiento. Se extrae la capa superficial de tierra vegetal hasta que se descubre la roca aprovechable, a continuación se arrancan los estratos superficiales que presentan un lajado natural por meteorización mediante retroexcavadora. Las losas son extraídas, seleccionadas y paletizadas manual- mente por espesores en el mismo frente de explotación. El estéril es trasladado a la zona de vertedero mediante retroexcavadora. Figura A- Frente de la cantera "Loma Cabezuelo 3”, potencia 2 metros. Figura A´- Frente de la cantera "Las Pereras", potencia 1,8 metros. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV 73 A A’ Sigla: 16-VI-I Nombre científico: Sparstone Sigla: 17-CF Nombr e científico: Sparstone Edad: Cre tá ci co su pe ri or (C en om an ie ns e- Se no ni en se ) Formación: Órganos de Montoro Situación geográfica El Crema Maestrazgo (16 VI-I) y el Crema Fósil (17 CF) se explotan en la cantera "Muela Carrascosa" ubicada en el término municipal de V illarluengo (T eruel), en el límite SW de la hoja del mapa geológico nacional 519 Aguaviva escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 27' 20" Latitud Norte 40º 40' 20" X 715.068 Y 4505.564 Z 1 180 Empresa: Canteras CMC, S.L. Figura A- Aspecto general de la explotación "Muela Carrascosa". Figura A´- Frente de cantera de 15 m de potencia. Explotación "Muela Carrascosa". Situación geológica y Características de la explotación La formación Órganos de Montoro se enmarca en los confines del Sistema Ibérico Oriental (Rama Aragonesa) y de la Cadena Catalana. En esta formación se pueden observar tres términos diferentes. En el primero aparecen 50 metros de calizas de tonos grises o blancuzcos dispuestas en estratos de espesor centimétrico a decimé- trico. La serie continúa con 20-25 metros de calizas grises, con pseudomorfos de yesos y huellas de desecación. Finalmente, la serie termina con unos 5-10 metros de alternancia de mar gas. Los bancos de caliza explotados son masivos y subhorizontales, alcanzan potencias de hasta 6-7 metros y permiten el desarrollo de grandes frentes. En el mismo yacimiento aparecen diferentes subtramos en los que se explotan 3 variedades comerciales diferentes: La caliza Crema Maestrazgo aparece en la parte más alta de la serie y corres- ponde a una caliza cristalina de grano muy fino con un bajo contenido en fósiles. El espesor medio de este nivel es de 4,3 metros. Inmediatamente debajo de este nivel aparecen unos bancos de una caliza fosilí- fera de grano fino y tono crema claro. El espesor medio de este nivel es de 7 metros y en el se explota la caliza Fósil Superior . En la parte inferior de la serie se explota la caliza Fósil Inferior . Se trata de una caliza fosilífera de grano fino. El espesor de este tramo en esta zona oscila entre los 13 y 25 metros. A A’ 74 Situación geográfica y geológica Sigla: 18-VI-II Nombr e científico: Caliza travertínica recristalizada - Sparstone Edad: Mioceno Situación geográfica El T ravertino Nogal Montoro se explota en la cantera "El Cantalar" ubicada en el término municipal de V illarluengo (T eruel), en el límite SE de la hoja del mapa geológico nacional 518 Montalbán escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 0º 35' 40" Latitud Norte 40º 40' 20" X 703.328 Y 4505.233 Z 1200 Empresa: Canteras CMC, S.L. Figura A- Aspecto general de la posible ubicación de la explotación “El Cantalar”. Figura A´- Zona de extracción del material para su caracterización. Escarpe 50 m. Situación geológica y Características de la explotación Los materiales en los que se pretende desarrollar la explotación son de edad miocena y se localizan en la Rama Aragonesa de la Cordillera Ibérica. En la actualidad esta cantera no se encuentra en activo, pero está prevista su apertura para la extracción de caliza travertínica a partir de una serie subhorizontal de bancos masivos sin diaclasado significativo, que permiten el desarrollo de grandes frentes y la extracción de bloques de gran tamaño. Son frecuentes paleokarstificaciones en formas de bolsadas de 1x2x10 metros rellenas de travertino de caverna así como los cambios en la macroporosidad a lo largo del frente de explotación. A A’ 75 Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo IV Sigla: 31-Bl Nombr e científico: Dolosparstone Edad: Cretácico superior (T uroniense - Coniaciense) Formación: Barranco de los Degollados Situación geográfica Las variedades Blancas Crema (31-Bl1), Blancas Jaspe (Bl2) y Blancas Moka (Bl3) se explotan en la Cantera “El Sabinar” ubicada en el término municipal de Blancas (T eruel), en la zona SW de la hoja del mapa geológico nacional 491 Calamocha escala 1:50.000. Sus coordenadas geográficas de referencia son: Longitud Oeste 1º 27' 40". Latitud Norte 40º 51' 00" X 629.724 Y 4523.324 Z 1 1 10 Empresa: Mármoles Ferrer , S.L. Figura A- Sistema de corte mediante serrucho en la cantera “El Sabinar”. Figura A´- Frente de cantera, en el que se observan los tres bancos explotados. Situación geológica y Características de la explotación La Formación Dolomías del Barranco de los Degollados esta compuesta por una sucesión de dolomías ocres y grises, de grano fino y en pequeños bancos hacia la base y de grano más grueso y masivas hacia la parte alta. Su espesor se mantiene en torno a los 40 m. En la parte alta se reconocen rudistas (Durania). Se interpretan como depósitos de plataforma carbonatada, que pasa de abierta a restringida. Los materiales explotados se localizan en las proximidades de la fosa del Jiloca en la Rama Castellana de la Cordillera Ibérica. Las capas se orientan según una dirección N-S y presentan un buzamiento suave de 12ºE. Esta disposición es favorable para la extracción por bancos separados por la superficie de estratificación. En la explotación se diferencian 3 bancos principales. De muro a techo: banco de 2,2 m de espesor de dolomías beige tableadas con abundantes fósiles y presencia de ooides. El intermedio es un nivel de 0,5 m de dolomía beige blanquecina con intensa bioturbación y el banco superior es un estrato de 5 m de dolomía blanquecina en el que disminuye el grado de bioturbación respecto al banco intermedio. Los tres niveles aparecen fracturados y con intercalaciones mar gosas milimétricas y centimétricas. El frente de cantera presenta un desarrollo longitudinal de aproximadamente 200 m y la morfología del terreno condiciona la explotabilidad, quedando el área canterable limitada al E y W por dos barrancos de incisión lineal. La extracción del material se realiza mediante serrucho. A A’ 82 Situación geográfica y geológica CAPÍTULO V .- CARACTERIZACIÓN TECNOLÓGICA CAPÍTULO V .- CARACTERIZACIÓN TECNOLÓGICA V .1.- Intr oducción. La calidad de un material pétreo para ser utilizado con fines constructivos es función de sus características intrínsecas, de las condiciones ambientales y de su posición relativa en obra. Por tanto, es de vital importancia la caracterización tecnoló- gica de la piedra natural para poder determinar su correcta adecuación de uso. La interpretación de las relaciones entre la mineralogía y la textura de los materiales pétreos con las propiedades físicas y su comportamiento mecánico, permite "predecir" el comportamiento que presentarán los materiales, así como extraer conclu- siones sobre su utilización mas idónea: revestimientos de interiores o exteriores, pavimento interior o exterior , cubiertas, etc. En este capítulo se van a exponer los resultados de los ensayos a los que han sido sometidas diferentes rocas aragonesas en función de su uso constructivo predominante. Las rocas caracterizadas en cada cantera han sido únicamente las explotadas comercial- mente. En algunas canteras se han caracterizado diferntes variedades y en otras una única variedad. Las tandas de ensayos a las que han sido sometidas las diferentes variedades ha dependido tanto del uso constructivo predominante del material, como de la disposición para colaborar mostrada por los diferentes canteros. Los valores numéricos obtenidos a partir de estos ensayos normalizados permiten tener datos objetivos para evaluar la aptitud de los materiales para su uso en aplicaciones constructivas, tanto en la rehabilitación arquitectónica de edificios históricos, como en obra civil moderna. El comportamiento de la piedra natural, respecto a algunos de los ensayos de caracterización recogidos en la presente tesis doctoral, presenta diferencias en función de su acabado superficial (García del Cura et al., 2008). Esto ocurre en ensayos tales como resistencia al deslizamiento sin pulimento o resistencia al desgaste por abrasión. La variación en la resistencia mecánica de la piedra natural en función del acabado superficial no es un objetivo de esta investigación, por ello remarcamos que todos los resultados de los ensayos tecnológicos recogidos, en los que la normativa no indica un acabado superficial específico, se corresponden con variedades pétreas que presentan un acabado superficial de corte de sierra. En mayor o menor medida, la mayor parte de los materiales pétreos presentan un comportamiento anisótropo (propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas varían según la dirección en que son examinadas) respecto a ciertas propiedades físicas. La presunción de que los materiales pétreos pueden presentar un comportamiento isótropo es solo válido para rocas que presenten una distribución al azar de sus minerales, poros, etc. (Siegesmund, 1996). La anisotropía de las propiedades tanto físicas como mecánicas es uno de los factores más importantes para la evaluación de la calidad de un material pétreo como elemento de uso constructivo, ya que, frecuente- mente,estos materiales se utilizan tras ser cortados según diferentes orientaciones para realzar efectos decorativos o simplemente para aprovechar los restos de corte. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo V 85 Estas posibles anisotropías en las propiedades físicas y mecánicas son de gran importancia dado que, en gran medida, controlan las pautas de la alteración de los materiales pétreos una vez situados como elementos constructivos u ornamentales en un edificio (Sebastián and Zezza, 1992; Rodríguez-Navarro et al., 1994). En muchas ocasiones la presunción de un comportamiento isótropo de la roca es de una gran simpli - ficación y puede conducir a errores geomecánicos sistemáticos (Duellman and Heitfeld, 1978). Los principales factores que controlan la dependencia direccional de las propie- dades petrofísicas son las anisotropías de la fábrica de la roca (estratificación, fisuras, grietas, fósiles, tamaño y geometría de los macroporos). Dado que los materiales pétreos no presentan el comportamiento de un sólido ideal, ya que presentan una extensión limitada y no son cuerpos isótropos y homogéneos, se ha realizado un estudio geoesta- dístico con los valores obtenidos a partir de los diferentes ensayos, para poder valorar la influencia de estas inhomogeneidades en el comportamiento del material. El estudio estadístico realizado para valorar el comportamiento de estos materiales ha consistido en un análisis de la varianza Anova y en el cálculo de una serie de parámetros estadísticos. El análisis de la varianza (Anova) se ha realizado para los ensayos de resistencia a la compresión, resistencia al choque, microdureza Knoop, desgaste por abrasión y de resistencia a flexión. El objeto de este análisis ha sido valorar si las posibles diferencias mecánicas existentes en función de la orientación de la probeta durante la realización de los ensayos son debidas a la anisotropía del material o a su propia variabilidad. El análisis de la varianza (Anova) ha sido aplicado para ensayar la hipótesis nula suponiendo un 95% como nivel de confianza. La confirmación de la hipótesis nula (H 0 ) la consideramos para probabilidades superiores al 0,05 (5%) y presupone que las variaciones de la propiedad física considerada son resultado de errores experimentales. Cuando se rechaza H 0 es porque el Anova indica que existen subconjuntos de muestras con comportamiento diferente (probabilidad H 0 inferior a 0,05) para la propiedad física que se esta midiendo. Los parámetros estadísticos estudiados han sido el valor medio, desviación estándar , coeficiente de variación y coeficiente de anisotropía: -V alor medio: Constante que representa el centro de gravedad de la ley de probabilidad de una variable aleatoria y que, en casos de notable simetría en la función de densidad, puede interpretarse que dicha constante nos señala la zona donde se sitúan los valores de máxima probabilidad de la variable aleatoria. X = Σ i X i /n -Desviación estándar: Se define como el promedio de lejanía de los puntajes respecto del promedio. s 2 = ± Σ (X i -X) 2 / n-1 Caracterización tecnológica 86 -Coeficiente de variación: Cociente entre la desviación estándar y la media aritmética. ν = s / X - Coeficiente de anisotropía: Se han utilizado dos coeficientes de anisotropía diferentes según el número de orientaciones en las que se han realizado los ensayos. a) Para ensayos realizados según dos direcciones perpendiculares entre sí, el coeficiente de anisotropía utilizado ha sido el cociente entre la diferencia del valor máximo y mínimo y el valor máximo (Pernia et al., 1986). b) Para ensayos realizados según tres direcciones perpendiculares entre sí, el coeficiente de anisotropía utilizado ha sido el cociente entre la diferencia de los valores máximo y mínimo y el valor promedio. V .2.- Fichas tecnológicas. Los resultados de la caracterización tecnológica de estos materiales se exponen a continuación en una serie de fichas tecnológicas para cada una de las variedades pétreas. Cada una de estas fichas tecnológicas se divide en cuatro apartados: información general, descripción petrográfica, descripción de “visu” y resultados de los ensayos tecnológicos. En la tabla V -1 se presenta un cuadro resumen con la clasificación de las rocas caracterizadas. V .2.1.- Información general. En esta primera parte de la ficha se incluyen los siguientes datos: nombre cientí- fico, nombre comercial, uso constructivo y número y sigla de cada roca. Nomenclatura científica T odas las rocas caracterizadas en la presente tesis doctoral son rocas sedimenta- rias y , atendiendo a su génesis, se clasifican como rocas detríticas y rocas carbonatadas. Clasificación de las arenitas: La clasificación de las arenitas utilizada ha sido la propuesta por Pettijohn et al., (1987). Esta clasificación se basa en una clasificación composicional de la roca en la que se tienen en cuenta cuatro componentes (figura V -1): cuarzo monocristalino (Qm), feldespatos (Feld), fragmentos líticos de todo tipo junto a cuarzo policristalino (FL) y matriz. La matriz solo se considera en los intervalos del 15% y del 75%, independiente- mente de su origen. Según el contenido en matriz, las arenitas se dividen en arenitas propiamente dichas cuando el porcentaje de matriz es inferior al 15% y grauvacas cuando oscila entre el 15 y el 75%. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo V 87 Caracteri zación tecno lógica 88 Figura V-1: Clasificación de l as ar enitas (to mada d e P ettijohn et al., 198 7). Pettijohn, clasifica a las arenitas que presentan en su composición más de un 50% de cla stos c arbonatados como Calcliti tas si e stos proc eden de la mi sma área fuente que proporciona los clastos detríti cos y no de l a cuenca de sedimentación. Clasificación de las rocas carbonatadas: La s rocas carbonatadas se han clasificado según las clasificaciones de Folk (1962) (figura V -2) y Dunham (1962) (fi gura V -3). Estas clasificaciones se basan en aquellas propiedades de l os granos y/o d e la fábric a que pueden relacionars e con a l guna característica ambiental de la cuenca de depósito, más concretamente c on l a energía del medio en la que se ha generado el sedimento. La text ura de las rocas carbonatadas no es el resultado d e este único factor. Así, los pro cesos diagenéticos pueden condicionar l a aparición d e car acterísticas texturales p ropias. Por ello, además d e la cl asificación de Dunham (1962) se ha utilizado la modi ficación de esta clasifi cación propuesta por Wright (1992) en la que se consideran al gunos procesos diagenéticos (figura V-4). Figura V-2: Clasificación de l as ro cas car bonatad as (tomada de Folk, 19 62). Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo V 89 Figura V-3: Clasificación de l as ro cas car bonatad as (tomada de Dunham, 196 2). Figura V-4: Clasificación de l as ro cas car bonatad as (tomada de Wright, 1 992). Nomenclatura comercial La clasific ación comercial presentad a co rresponde al nombre con e l q ue los industriales introducen sus materiales e n los ci rcuitos comerciales, ex istiendo e n l a mayoría de los casos importantes diferencias entre esta nomenclatura y la científica. Nomenclatura de uso constructivo Tecnológicamente, tal como justificamos en la introducción terminológica del capítulo I, las rocas se h an agrupado en tres grupos en fun ción de su us o constructivo predominante: lajas, piedra de cantería y roca ornamental (tabla V -2). -Lajas; rocas que s e emplean en pavimentos, como losa fina de cubie rtas, revesti mientos de m ampostería y sill arejo. Estas rocas son utiliz a das di rectamente tras su ex tracción en cantera, ya que se parten según planos paralelos a la estr atificación, sin n ingún ti po de elaboración. -Piedra de cantería; a l os usos de las lajas se suman los de sillares, l abra y placas aserradas con dist intos acabados. Est as ro cas h an sufrido un proceso de elaboración sencillo de corte y/o labra. -Roca ornamental; se em plea, además de todos lo s usos de cantería, en forma de pl acas pulidas. Estas rocas han tenido un proceso de acabado más elaborado, generalment e mediante pulido que realza su aspecto externo. Caracteri zación tecno lógica 90 No existe un límite estricto entre cada uno de los tres tipos principales de usos constructivos, siendo pos ible que un m aterial se comercialice par a uno u o tro uso. Así , se comercializan rocas que admit en pulido como pi edras de cantería utilizándose, por tanto, para bordillos, adoquines y losas. Tabla V- 2: Cuadro resu men de los usos co nstruct ivos de la s r ocas caracter izadas. V.2.2.- Descripción petrográf ica. En este apartado, además de la desc ripción d etallada d e las caracter ísticas petrográficas de cada un a de las ro cas caracteriz adas, se inclu y e n foto grafías en las que se re cogen las princip ales característ icas tex turales y/o mineraló gicas para cada una de ellas. En las fichas petro gráficas los porcentajes de l os componentes que no aparecen entre paréntesis hacen referencia al porcentaje sobre el total de la roca. V.2.3.- Descripción de visu . La descripción de “visu” inclu y e, tanto l a d escripción general del material, como la de aquellos elementos estructurales y text urales que pueden provocar a nisotropías en su comportamiento. L os principales elementos est ructurales y text urales que controlan la dependencia direccional de las propiedades petrofísicas de las rocas son las anisotropías de la fábrica (estratificación, fisuras, grietas, fósiles, tamaño y geometría de los macroporos). V.2.4.- Resultados de los ensayos tecnológicos. Se ha diseñado un paquete espe cífico de ensayos tecnológ icos normalizados en función del uso construct ivo predominante d el material (tabla V-3). En estas fichas se han incluido, además d e los resultados de estos ensa y os, la desviación estándar y el coeficiente de variación para todos los ensa y os realiz ados y el co eficiente de anisotropía para aquellos ensa y os reali zados en probetas con 2 o más orientaciones diferentes. Tabla V- 3: Ensa yos tecnoló gicos r ealizado s en funció n del uso constructi vo pr edo m inan te. Roca Ornam ental Piedra de Cantería Lajas Absorción -densidad - por osidad -------------- ------ ---------- -------- - ---------- ------- Resistenc ia co mpresión ---------- -------- -- -------------- ----- ---------- ------- Resistenc ia flexión ---------- -------- -- -------------- ----- ---------- ------- Flexión tr as heladicida d ---------- -------- -- -------------- ----- ---------- ------- Resistenc ia al choq ue ------ -------- ------ Desgaste p or r ozamiento ---------- -------- -- Microd ureza Knoo p -------------- ------ Colori metría ---------- -------- -- -------------- ----- Desgaste p or a brasión ---------- -------- - ---------- ------- Resistenc ia al de slizamiento ---------- -------- - ---------- ------- Planeida d -------------- --- Usos Constructi vos Número y sigla Nº de variedad es Roca Orna mental 12-Ca1, 1 2-Ca2, 1 2-Ca3, 1 3-Pu, 16-VI-I, 17 -CFI, 1 7-CFS, 1 8-VI-II, 27- Tr, 2 8-Crt, 2 9-A, 30-D, 31 -Bl1,3 1-Bl2, 31-Bl3. 15 Pied ra de Cantería 1-Ye, 2-Ma, 4-Hu, 5 -Pa, 6-Un, 7 -Ay, 8-Tu, 9 -Fr, 10-Az. 9 Cantería – Laja s 14 -Al, 23-Mq1, 24-Mq2 1, 2 4-Mq22, 24-Mq 23, 24 -Mq24. 6 Lajas 3-En, 11 -Ta, 15-Ce, 19 -To, 20-Mi, 21 -Cv1, 21 -Cv2, 22-Ig, 2 5-P m, 26- No. 10 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo V 91 Tabla V- 1: Cuadro síntesis d e clasificació n de las r ocas car acterizadas. Número- Sigla No mbre científico No mbre co mercial Uso construct ivo Rocas de trítica s 1-Ye Litoarenita calcárea -Sedaren ita Pied ra de Yesa Cantería 2-Ma Litoarenita calcárea -Sedaren ita Pied ra de Mar tes Cantería 3-En Litoarenita calcárea-Sed arenit a Pied ra de Ena Lajas 4-Hu Litoarenita c alcárea-Sed arenit a Piedr a Alto-Aragón Cantería 5-Pa Litoarenita- Filoare nita Pied ra de P ueyo Cantería 6-Un Calclitita P iedr a de Uncastillo Cantería 7-Ay Calclitita P iedr a de Ayerbe Cantería 10-Az Calclitita P iedr a de Alcañiz Cantería 11-T a Gr auvaca lítica Laj a de T abuenca Lajas Rocas c arbona tada s 8-Tu Biomicrita-W ackstone b ioclás tico Pied ra Campanil Cantería 9-Fr B iomicrita-Wa ckstone b ioclás tico Piedr a Campanil Cantería 12-Ca1 Biop elmicrita-Pac kstone de peloid es y pelecíp odo s Már mol Negro Calator ao Orna mental Ca2 Bio pelmicrita-Pa ckstone d e pelo ides y pelecíp odo s Már mol Negro Calator ao Orna mental Ca3 Bio pelmicrita-Pa ckstone d e pelo ides y pelecíp odo s Már mol Negro Calator ao Orna mental 13-P u B iope lm icrita -Wack stone de b ioclasto s y peloid es Amarillo P uebla Ornamental 14-Al Bio micrita-Wack stone bio clástico Or o Viej o, An tig ua Cantería -laj as 15-Ce Sparsto ne Fósil Blanca L ajas 16-VI-I Sparstone Cre ma Maestra zgo Or namental 17-CF-I Sparsto ne Crema Fósil I nferior Orna mental CF-S Sparsto ne Crema Fósil S uperio r Orna mental 18-VI-II Caliza tr avertínica recristaliza d a-Sparstone T ravertino N ogal Montoro Ornamental 19-T o B ioespar ita-Grainsto ne bioclástico P iedr a caliza Villore s Lajas 20-MI Bioespar ita-Grainsto ne bioclástico Losa Ocr e Laj as 21-Cv1 Bio esparita -Grainstone b ioclástico Laja Verde Lajas Cv2 Bioe sparita-Grains tone bio clástico Paja Lajas 22-Ig Bioe sparita-Grains tone bio clástico Amarilla Cortes, Laj a Oro, Laja P lata Lajas 23-Mq-1 Biomicrita -Packsto ne bioclá stico Fósil blanca, Fósil Amarilla, Gr is Raíces Cantería-laj as 24-Mq-21 Pelmicrita-W acksto ne de peloides y bioclasto s Ciega Bla nca C antería -lajas Mq -22 B iomicrita-W ackstone d e bio clastos y peloid es Ciega Gris Cantería-laj as Mq -23 B iop elmicrita- Wack stone de bioclasto s y peloid es Gris Verd e Mo nte Cantería -laj as Mq -24 B iop elmicrita- Wack stone de bioclasto s y peloid es Blanca P aj a Cantería-laj as 25- P m B iomicrita-Wack stone bio clástico Losa B lanca, Fósil Blanca Lajas 26- No Intraespar ita-Grai nstone i ntraclástico Losa Amarilla y Roj a Laja s 27- T r Caliza tra vertínica r ecristaliza da-Spa rstone T ravertino T eruel Orna mental 28- Crt Biom icrita -Wack stone bioc lástico Cre ma Ter u el Orna mental 29- A Bio pelmicrita-Wac kstone de biocla stos y peloid es Abanto P rimera Ornamental 30- D Sparsto ne Abanto Co mercial Or namental 31- B l1 Dolo sparstone B lancas Cre ma Ornamental Bl2 Dolospar stone Blancas J aspe Or namental Bl3 Dolospar stone Blancas M oka Ornamental Sigla: 4-Hu Nombr e Científico: Sedarenita Nombr e Comercial: Piedra Alto Aragón Uso Constructivo: Cantería Descripción petrográfica: Petrográficamente, la “Piedra del Alto Aragón” se describe como una arenita, clasificada como Litoarenita-Sedarenita (Pettijohn, 1987) de textura granosostenida. El esqueleto granosostenido 80% está compuesto por fragmentos de roca 57,5%, clastos de cuarzo monocristalino y policristalinos 13,9% de tamaño medio 0,25 mm y feldespatos alterados 5,2%. Los fragmentos líticos carbonatados son fragmentos fósiles e intraclastos calcíticos (63,5%) y dolomíticos (9,5%) de tamaño medio 0,20 mm y fragmentos de rocas metamórficas/volcánicas, en muchos casos, indistinguibles entre sí y por ello se describen conjuntamente (filitas/felsitas) de tamaño medio 0,18 mm (27%). El cemento 18% es calcítico esparítico en ocasiones de calcita ferrosa con un tamaño medio de 0,25 mm y contactos irregulares. En una proporción del 1% hay cementos sintaxiales de cuarzo que interpretamos en todos los casos como heredados. La matriz es inferior al 2% y el espacio poroso es inferior al 1%. Los feldespatos aparecen casi en su totalidad en un avanzado estado de alteración. La morfología de los clastos es angulosa-subangulosa con un tamaño medio de 0,2 mm y un tamaño máximo de 0,8 mm. La selección es buena 1,2-1,4. La compacta- ción es moderada con abundantes contactos de tipo puntual y lar go. La ausencia de cantos aplastados indica una cementación relativamente temprana. A-A ’ (x4) Aspecto general de la roca, zona teñida. Se diferencian clastos de cuarzo monocristalinos y policristalinos y fragmentos líticos carbonatados y metamórficos. B-B’ (x20) Clastos de cuarzo subangulosos, feldespatos parcialmente alterados y fragmentos líticos carbonatados y metamórficos cementados por calcita esparítica. A A’ B’ Nícoles paralelos Nícoles cruzados B Caracterización tecnológica 98 Análisis de la varianza Hipótesis nula Comportamiento Resistencia compresión 0,19 Isótropo Resistencia flexión 0,006 Anisótropo Resistencia flexión tras heladicidad 0,17 Isótropo Resistencia al desgaste por abrasión 0,15 Isótropo RESUL T ADOS ENSA YOS TECNOLÓGICOS Sigla: 4-Hu Desviación Estándar Coef. V ariación Aniso- tr opía Absor ción 0,34% 0,02% 0,07 Densidad aparente 2679kg/m 3 2,95kg/m 3 0,001 Densidad real 2703kg/m 3 2,51kg/m 3 0,001 Por osidad abierta 0,90% 0,07% 0,07 Resistencia al deslizamiento 57 1,09 0,02 Resistencia a la compresión 1 12,6Mpa 105,7Mpa 24,00Mpa 29,81Mpa 0,06 0,09 1.07 Resistencia a la flexión 27,62Mpa 25,91Mpa 22,26Mpa 2,72Mpa 1,57Mpa 2,86Mpa 0,10 0,06 0,13 0,21 25,49Mpa 27,03Mpa 24,34Mpa 1,51Mpa 0,95Mpa 3,67Mpa 0,06 0,04 0,15 0,10 Resistencia al desgaste por abrasión A- estratificación perpendicular B- estratificación paralela 18mm 19,5mm 1,63mm 0,52mm 0,09 0,03 1,08 Colorimetría L* 62,2 a* -0,1 b* 0,5 Sigla: 4-Hu Descripción de V isu: Macroscópicamente es una roca masiva de color gris oscuro medio (Munsell: N4) de aspecto granudo y tamaño de grano fino a medio. No presenta macroporosidad apreciable ni tampoco discontinuidades abiertas. A B A B A B C T ras heladicidad A T ras heladicidad B T ras heladicidad C A B C Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo V 99 Sigla: 5-Pa Nombr e Científico: Filoarenita Nombr e Comercial: Piedra de Pueyo Uso Constructivo: Cantería Descripción petrográfica: Petrográficamente, la “Piedra de Pueyo” se describe como una arenita, clasifi- cada como Litoarenita-Filoarenita (Pettijohn, 1987) de textura granosostenida. El esqueleto granosostenido 87,3% está compuesto por fragmentos líticos 56,1%, clastos de cuarzo monocristalino y policristalinos 30% de tamaño medio 0,18 mm, feldespatos alterados 3,2% de tamaño medio 0,09 mm y filosilicatos primarios (moscovita y clorita) 3%. Dentro de los fragmentos de roca los más abundantes son los líticos metamórficos (61,2%) tamaño medio 0,08 mm. El cemento esparítico 4,4% presenta un tamaño medio de 0,1 mm, es de calcita ferrosa (95%) y accesoriamente de dolomía ferrosa (5%). Aparece una proporción significativa 6,3% de matriz filosilicatada secundaria, generada a partir de la alteración de los feldespatos y filosilicatos. Como minerales de la fracción pesada, se identifican zircón, turmalina, glauconita y clinopiroxeno, totalizando menos del 1% de la roca. Los contactos entre los clastos constituyentes son predominantemente lar gos y ocasionalmente suturados, presentándose los clastos blandos parcialmente aplastados. Los clastos son mayoritariamente subangulosos con un tamaño medio de 0,12 mm y un tamaño máximo de 0,35 mm. Presenta una selección buena, que varía entre 1,2-1,4. A-A ’ (x10) Aspecto general, zona teñida. Clastos de cuarzo, feldespatos parcialmente alterados, moscovitas y líticos carbonatados y metamórficos. Escala 100 micras. B-B’ (x20) Clastos de cuarzo subangulosos y fragmentos de filitas/felsitas de tamaño variable. Escala 50 micras. A A’ B’ Nícoles paralelos Nícoles cruzados B Caracterización tecnológica 100 Análisis de la varianza Hipótesis nula Comportamiento Resistencia compresión 0,87 Isótropo Resistencia flexión 0,0004 Anisótropo Resistencia flexión tras heladicidad 0,04 Anisótropo Resistencia al desgaste por abrasión 0,92 Isótropo RESUL T ADOS ENSA YOS TECNOLÓGICOS Sigla: 5-Pa Desviación Estándar Coef. V ariación Aniso- tr opía Absor ción 1,52% 0,32% 0,21 Densidad aparente 2549kg/m 3 37,52kg/m 3 0,01 Densidad real 2651kg/m 3 18,93kg/m 3 0,007 Por osidad abierta 3,86% 0,76% 0,20 Resistencia al deslizamiento 65 0,40 0,006 Resistencia a la compresión 102,3Mpa 101,1Mpa 29,43Mpa 45,24Mpa 0,09 0,14 1,01 Resistencia a la flexión 26,99Mpa 27,48Mpa 29,51Mpa 1,40Mpa 0,91Mpa 1,05Mpa 0,05 0,03 0,03 0,09 26,23Mpa 25,75Mpa 22,23Mpa 1,42Mpa 0,60Mpa 4,33Mpa 0,05 0,02 0,19 0,16 Resistencia al desgaste por abrasión A- estratificación perpendicular B- estratificación paralela 21mm 21mm 1,28mm 1,63mm 0,06 0,08 1,00 Sigla: 5-Pa Descripción de V isu: Macroscópicamente es una roca débilmente laminada de color gris oscuro (Munsell: N3) en corte fresco, pero que por oxidación superficial adopta una tonalidad gris oliva (Munsell: 5Y 4/1) de aspecto granudo y tamaño de grano fino. No presenta macroporosidad apreciable. A B A B A B C T ras heladicidad A T ras heladicidad B T ras heladicidad C A B C Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo V 101 Sigla: 6-Un Nombr e Científico: Calclitita Nombr e Comercial: Piedra de Uncastillo Uso Constructivo: Cantería Descripción petrográfica: Petrográficamente, la “Piedra de Uncastillo” se describe como una arenita, clasificada como Calclitita (Pettijohn, 1987) de textura granosostenida. El esqueleto granosostenido 69% está compuesto por fragmentos de roca 56,8%, cuarzo monocrista- lino y policristalinos 9,6% tamaño medio 0,25 mm y feldespatos 2,1% tamaño medio 0,18 mm, con diferentes estados de alteración. Como accesorios se encuentran óxidos de hierro, moscovita y fragmentos de rocas lutíticas. Dentro de los fragmentos de roca se diferencian líticos carbonatados (policristalinos, monocristalinos y micríticos) tamaño medio 0,3 mm (62%) y metamórficos (38%) tamaño medio 0,25 mm. Los líticos carbonatados son, en su mayor parte, calcíticos y únicamente en un 2-5% dolomíticos. El cemento 19% es mayoritariamente de calcita esparítica inter granular y sintaxial (90%) tamaño medio 0,16 mm y en menor proporción de cuarzo sintaxial (10%) con contactos predominantemente curvos. La matriz filosilicatada se presenta con porcentajes en torno al 2%. La porosidad abierta es del 10%. La morfología de los clastos es subangulosa-subredondeada y presentan una esfericidad baja. El tamaño medio se sitúa en torno a los 0,25 mm alcanzando tamaños máximos de 1 mm. La selección es buena 1,1-1,2. La compactación es moderada con abundantes contactos de tipo lar go y cóncavo-convexos. A-A ’ (x10) Aspecto general, zona teñida. Clastos de cuarzo y fragmentos líticos carbonatados y metamórficos cementados por calcita esparítica. Escala 100 micras. B-B’ (x20) Clastos de cuarzo y fragmentos líticos metamórficos y carbonatados de tamaño variable, cementados por calcita esparítica intergranular . Escala 50 micras. A A’ B’ Nícoles paralelos Nícoles cruzados B Caracterización tecnológica 102 Análisis de la varianza Hipótesis nula Comportamiento Resistencia compresión 0,99 Isótropo Resistencia flexión 0,39 Isótropo Resistencia flexión tras heladicidad 0,09 Isótropo Resistencia al desgaste por abrasión 0,05 Isótropo RESUL T ADOS ENSA YOS TECNOLÓGICOS Sigla: 6-Un Desviación Estándar Coef. V ariación Aniso- tr opía Absor ción 4,61% 0,608% 0,13 Densidad aparente 2272kg/m 3 44,45kg/m 3 0,02 Densidad real 2531kg/m 3 16,71kg/m 3 0,007 Por osidad abierta 10,43% 1,182% 0,1 1 Resistencia al deslizamiento 71 1,58 0,02 Resistencia a la compresión 43,33Mpa 43,29Mpa 1 1,40Mpa 30,12Mpa 0,08 0,22 1,00 Resistencia a la flexión 3,24Mpa 3,10Mpa 3,01Mpa 0,46Mpa 0,26Mpa 0,19Mpa 0,14 0,08 0,06 0,07 3,88Mpa 3,41Mpa 4,97Mpa 1,96Mpa 0,36Mpa 0,27Mpa 0,50 0,1 1 0,05 0,38 Resistencia al desgaste por abrasión A- estratificación perpendicular B- estratificación paralela 31,5mm 22,5mm 4,22mm 8,51mm 0,13 0,37 1,40 Colorimetría L* 60,4 a* 3,4 b* 16,2 Sigla: 6-Un Descripción de V isu: Macroscópicamente es una roca débilmente laminada de color marrón amarillento medio (Munsell: 10YR 5/4) de aspecto granudo y tamaño de grano medio. Es una roca porosa, con poros abundantes de tamaño milimétrico (2-4 mm). No presenta discontinuidades importantes. A B A B A B C T ras heladicidad A T ras heladicidad B T ras heladicidad C A B C Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo V 103 Sigla: 7-A y Nombr e Científico: Calclitita Nombr e Comercial: Piedra de A yerbe Uso Constructivo: Cantería Descripción petrográfica: Petrográficamente, la “Piedra de A yerbe” se describe como una arenita, clasifi- cada como Calclitita (Pettijohn, 1987) de textura granosostenida. El esqueleto 69% está compuesto por fragmentos de roca 38% (carbonatados tamaño medio 0,2 mm policrista - linos, monocristalinos y micríticos calcíticos (48%), dolomíticos (4%) y metamórficos (48%)), cuarzo 28% tamaño medio 0,25 mm (monocristalino y policristalinos) y feldes- patos 3% con diferentes estados de alteración. La fracción pesada la componen granos aislados de zircón, esfena, turmalina y piroxeno, sumando menos del 1% de la roca. La matriz, compuesta por filosilicatos, es poco abundante 1-3 %, la porosidad abierta está distribuida homogéneamente en la roca y supone un 9% del volumen total de la roca y por último el cemento alcanza un 21% es carbonatado (95%) y de cuarzo sintaxial (5%) con un tamaño medio de 0,16 mm. El cemento carbonatado esparítico que rodea sintaxialmente a los fragmentos líticos carbonatados es, en ocasiones, de calcita ferrosa. La morfología de los clastos es subangulosa-subredondeada y presentan una esfericidad baja. El tamaño medio se sitúa en torno a los 0,25 mm alcanzando tamaños máximos de 0,7 mm. La selección es buena 1,2-1,4. La compactación es moderada con abundantes contactos de tipo lar go y cóncavo-convexos. A-A ’ (x4) Aspecto general de la roca, zona teñida. Clastos de cuarzo y fragmentos líticos carbonatados y filitas cementados por calcita esparítica. Escala 200 micras B-B’ (x20) Clastos de cuarzo con cemento sintaxial y fragmentos líticos metamórficos y carbonatados subangulosos, cementados por calcita esparítica. Escala 50 micras. A A’ B’ Nícoles paralelos Nícoles cruzados B Caracterización tecnológica 104 Análisis de la varianza Hipótesis nula Comportamiento Resistencia compresión 0,002 Anisótropo Resistencia flexión 0,06 Isótropo Resistencia flexión tras heladicidad 3,3E-09 Anisótropo Resistencia al desgaste por abrasión 0,001 Anisótropo RESUL T ADOS ENSA YOS TECNOLÓGICOS Sigla: 7-A y Desviación Estándar Coef. V ariación Aniso- tr opía Absor ción 5,73% 0,188% 0,03 Densidad aparente 2208kg/m 3 9,76kg/m 3 0,004 Densidad real 2524kg/m 3 10,74kg/m 3 0,004 Por osidad abierta 12,63% 0,380% 0,03 Resistencia al deslizamiento 70 2,07 0,03 Resistencia a la compresión 40,6Mpa 31,1Mpa 15,59Mpa 9,15Mpa 0,12 0,09 1,31 Resistencia a la flexión 4,90Mpa 4,21Mpa 4,95Mpa 0,58Mpa 0,88Mpa 0,40Mpa 0,12 0,21 0,08 0,16 6,08Mpa 3,60Mpa 5,24Mpa 0,34Mpa 0,40Mpa 0,16Mpa 0,06 0,1 1 0,03 0,50 Resistencia al desgaste por abrasión A- estratificación perpendicular B- estratificación paralela 42mm 34mm 2,49mm 3,73mm 0,06 0,1 1 1,24 Colorimetría L* 59,9 a* 3,6 b* 17,2 Sigla: 7-A y Descripción de V isu: Macroscópicamente es una roca masiva de color marrón amarillento medio (Munsell: 10YR 5/4) de aspecto granudo y tamaño de grano medio. Es una roca porosa, con poros abundantes de tamaño milimétrico (2-4mm). No presenta estructuras sedimen- tarias visibles ni tampoco macrofósiles. A B A B A B C T ras heladicidad A T ras heladicidad B T ras heladicidad C A B C Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo V 105 Sigla: 8-T u Nombr e Científico: Biomicrita-W ackstone bioclástico Nombr e Comercial: Piedra Campanil de T udela Uso Constructivo: Cantería Descripción petrográfica: Petrográficamente, la “Piedra Campanil” se describe como una roca carbonatada clasificada como Biomicrita según la clasificación de Folk (1962) o W ackstone Bioclástico según la clasificación de Dunham (1962). Presenta una textura granuda soportada por la matriz calcítica que alcanza una proporción del 58%. La matriz tiene un aspecto heterogéneo con variaciones en el tamaño cristalino. Los bioclastos son de composición calcítica y se presentan en una proporción del 26% (50% bivalvos, 30% carofitas y 20% ostrácodos). El tamaño máximo de los bioclastos es de 1 mm y el tamaño medio es de 0,3 mm. Los bioclastos de mayor tamaño (bivalvos y carofitas) presentan una orientación preferente paralela a la estratificación. Como minerales detríticos aparecen pequeñas proporciones de cuarzo 2% y minerales de la arcilla. El cemento 3% es de calcita esparítica tamaño medio 0,08 mm, localizándose preferentemente en la porosidad móldica de los bioclastos. La porosidad abierta 10% es el resultado de bioturbaciones vegetales y porosidad de tipo móldico, con un tamaño medio de 0,2 mm. La compactación ha influido en la distribución de la porosidad existente quedando los macroporos aislados unos de otros. La roca presenta una selección de 1,2-1,4. A-B (x4) Aspecto general de la roca. T extura no granosoportada con bioclastos calcíticos (bivalvos y carofitas). Escala 200 micras. A ’-B’ (x20) Aspecto heterogéneo de la matriz con variaciones en el tamaño cristalino. Cemento calcítico esparítico en porosidad móldica de bivalvos ( A’ ) y carofitas ( B’ ). Escala 50 micras. A A’ B’ Nícoles paralelos B Caracterización tecnológica 106 Nícoles cruzados RESUL T ADOS ENSA YOS TECNOLÓGICOS Sigla: 8-T u Desviación Estándar Coef. V ariación Absor ción 1 1,23% 0,405% 0,04 Densidad aparente 1959kg/m 3 79,1 1kg/m 3 0,04 Densidad real 2515kg/m 3 134,71kg/m 3 0,05 Por osidad abierta 22,02% 1,304% 0,06 Resistencia a la compresión 46,1Mpa 2,23Mpa 0,15 Resistencia a la flexión 6,10Mpa 0,21Mpa 0,1 1 Resistencia al desgaste por abrasión A- estratificación perpendicular 2,2mm 0,42mm 0,19 Sigla: 8-T u Descripción de V isu: Macroscópicamente es una roca masiva de color blanco amarillento (Munsell: 5Y 9/1), homogénea, aunque ocasionalmente presenta niveles laminados por intercala- ciones de capas margosas centimétricas. Puntualmente, aparece pirolusita dendriforme. Es una roca porosa, con abundantes poros de tamaño milimétrico (2-4 mm). A B A A A B C Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo V 107 Caracteri zación petro física de la roca fresca 210 Los valores más altos de SiO 2 corresponden a las calizas de Calatorao (12-Ca) 4,01% y al Crema Ter uel (28-Crt) 5,24%. El resto de las rocas prese ntan valores inferiores al 1%, salvo en el caso de la caliza C am panil de Fraga (9- Fr), la dolomía de Blancas (31-Bl2) y la caliz a de la Puebla de Albortón (13-Pu) que tienen unos valores comprendidos entre el 1 y el 2%. La s m a y ores cantidades de Na 2 O y K 2 O ( figura VI-3) aparecen en las rocas que presentan un ma y or por centaje de síl ice, en l a caliz a campanil de Tudela (8-Tu) y en la dolomía de Abanto (30-D). La relación entre la sílice con l os álcalis podría indicar la presencia de un ma y or porcentaje de partículas te rrígena s. Los porcentajes e levados de MgO en cinco de las ro cas caracterizadas, junto con el estudio petrográfico, indica la presencia d e dolomit a entre su mineralo gía. Estas rocas son: Crema Blan cas (31- Bl1), Blancas J aspe (31- Bl2), Blancas Mok a (31-Bl3), P uebla de Albortón (13-Pu) y dolom ía de Abanto (30-D). Los po rcentajes ma y ores de Fe 2 O 3 se co rresponden con las ro cas con mayores cantidades de sílice: Calatorao (12-Ca) y Crema Teruel (28-Crt). Tu FR CA PU VI -i CFS CFI TR CRT A D BL 2 BL3 VI-II BL1 y = 20,9 21 x - 0,8 973 R= 0,796 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0,0 5 0,1 0 ,15 0 ,2 0, 25 0, 3 Na 2 O+K 2 O SIO 2 +Al 2 O 3 Figura VI-3: Relación entr e la s uma d e sílice y alú mina fre nte a sod io más po tasio expre sados e n por centaje e n peso d e óxidos. Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 211 VI.3.- Descripción del sistem a poroso. VI.3.1.- Di stribución porométrica mediante p orosimetría d e i nyección de mercurio (PIM). La importancia de cua ntificar la distribución porométrica en los mat eriales pétreos de usos constructi vos radica en la lim itación que presenta el valor de porosi dad total si nuestro objet ivo es caracterizar el comportamiento de l ma terial. El comportamiento hídrico de los materiales pétreos depende tanto de su porosidad t otal como del tamaño, forma y grado de conex ión de sus poros. La porosim etría de in y ección de mercurio permite determinar la distribución del volumen de poros en función del tamaño de a cceso de poro, así como la p orosidad total de la roca. Estos parámetros son fundamentales para interpretar el comportamiento del material f rente al agua (Vos, 1978) y para evaluar su durabilidad frente a procesos t ales como la heladicid ad (Everett, 1961; Litvan, 1981 ) y la cristalización de sales (Goudie and Viles, 1997). La porosim etría d e in yección de m ercurio s e h a realiz ado sobre las 3 rocas detríticas y sobre 12 de l as 15 rocas carbonatad as. Este ens a y o no se h a podido realizar en las rocas 17-CFS, 18 -VI-II y 27-Tr debido a que sus m acroporos im posibilitan su realización. A partir de los resultados obtenidos con la porosimetría de in y ección de mercurio se h an calculado diferentes p arámetros resumidos en la t abla VI-6. Además, se han construido para cada una de las rocas caracterizadas hi stogramas d e f recuencia de distribución de radios de acceso de poro. VI.3.1.- Discusión y resultados. Tabla VI-6 : Valo res de m acr opo rosidad, m icropo rosid ad, por osidad total, media na, tamaño medio de radio d e acceso y ta maños máxi mos d e radio de acceso obte nidos por po rosimetría de inyecció n de mercurio. E l valor e ntre par éntesis i ndica el valo r del rad io medio d e la micro poro sidad. Macro - por osidad (%) Micro- por osidad (%) Po rosidad Total PI M (%) Mediana (  m ) Radio Medio (  m) Máximos (  m ) 8- Tu 0,12 12,59 12,71 0,20 (0,2 00) 1,66 0,2-0, 15 1,25 -1 9- Fr 0,36 16,10 16,47 0,53 (0,5 06) 0,660 0,4-0, 3 12- Ca 0,03 1,69 1,72 0,00 45 (0,0 038) 0,0 05-0,001 13- Pu 0,28 2,13 2,41 0,015 (0,0 123) 0,025-0, 01 28- Crt 0,30 4,15 4,45 0,015 (0,0 15) 0 ,2 3 0,025-0, 01 10-9 29- A 0,08 0,81 1,03 0,04 (0,0 057) 0,18 0,025-0, 01 7-6 16- V I-I 2,76 7,41 10,17 1,45 (1,3 00) 3,49 1,25 -1 2-1,5 17- CFI 0,69 11,77 12,46 0,55 (0,5 07) 0,97 0,5-0, 4 30- D 0,25 6,89 7,14 0,25 (0,2 7) 0,27 0,3-0, 2 31- Bl1 0,49 17,32 17,81 0,5 (0,5 99) 1,27 0,6-0, 5 1-0,9 31- Bl2 0,14 10,80 10,94 0,35 (1,2 05) 1,60 0,2-0, 15 2-1,5 31- Bl3 1,00 13,89 14,89 1,1 (2,8 30) 3,05 0,3-0, 2 3-2,5 6-UN 1,38 8,08 9,46 0,7 3,99 0,3-0, 2 3,5-3 7-AY 1,13 8,56 9,69 2 4,49 0,005-0, 025 2,5-2 30-20 10- AZ 5,95 3,88 9,83 20 12,07 0,025-0, 01 1,25 -1 Caracteri zación petro física de la roca fresca 212 Las rocas que muestran un tamaño medio d e acceso d e poro inferior s on las rocas clasificadas desde el punto de vista tecnológico como biomi critas-p elmicritas con porosidad inferior al 3 % (12-Ca, 13 -Pu, 28- Crt, 29-A). Este tama ño medio es especialmente reducido si se tiene en cuent a únicamente el tamaño medio de la microporosidad del material, que en todos los casos está comprendida entre el 88% y el 100% de la porosidad total. La roca 29-A pre senta un valo r medio d e tamaño de acceso de por o de 0,18 mm como consecue ncia de una macroporosidad de l 8% debida a estilolitos y vénulas parcialmente rellenas. Esta es una porosidad secundaria no selectiva de l a fábr ica. A pesar de esta macroporosidad, el comportamiento hídrico de esta roca está controlado por el el evado porcentaje ex istente de microporos de tamaño medio 0,0057 µm. La s biomicritas con porosi dad superior al 10% (8-Tu, 9-Fr) tienen unos v alores similares de porosidad m edia y de por centaje d e macroporosidad, aunque la distribución de tamaños de acceso de poro es sensiblemente diferente entre ambas rocas. La s rocas recristalizadas , tanto calcíticas como dolomíticas (16-VI-I , 17-CF I, 30-D, 31-Bl1, 31-Bl2, 31-Bl3), p resentan unos v alores de macroporosida d y de tam año medio de acceso de poro variables en función d el grado de recristalización y procesos diagenéticos que han sufrido. La s arenitas mi ocenas presentan unos valores de porosidad total similares comprendidos entre el 9, 46% de 6-Un y el 9,83 % de 10-Az. La s arenitas 6-Un y 7-A y exhiben unos porcentajes de macroporosidad y un tamaño medio de acceso de poro similar, mientras que la arenita d e Alcañiz 10-Az se caracteriza por un ma y or porcentaje de macroporosidad y un m ayor t amaño medio de acceso de poro. A partir de los resultad os obtenidos mediante porosimetría de in ye cci ón de mercurio se ha realizado una doble clasificación d e las rocas: A) Clasificación en función del porcentaje en v olumen de poros para las principales clases de tamaño de acceso de poro. En función del porcentaje de porosidad correspon diente a cad a uno de los r angos de tamaño de acceso de poro establecidos, se han dividido las rocas en 3 grupos. Grupo I.- L as rocas pertenecientes a este grupo se caracterizan por presentar una porosidad con más del 8 6% de sus radios de acceso de poro inferiores a 0,1 µm . La s rocas que present an esta distribución porométrica son las biomicritas con porosidad inferior al 3% (12-Ca, 13-Pu, 28-Crt y 29-A). T amaño m edio  m 0,001- 0,01  m 0,01- 0,1  m 0,1- 1  m 1- 10  m >10  m Máximos  m 12- Ca (0,0038) 0,00 38 80,38% 11,62% 5,58% 1,01% 1,38% 0,005-0, 001 13- Pu (0,0 123)0,0 123 18,75% 69,72% 0,00% 2,88% 8,64% 0,025-0, 01 29- A (0,0 057) 0,18 16,60% 69,89% 3,18% 10,31% 0,00% 0,025-0, 01 10-9 28- Crt (0,0 15) 0,230 15,86% 76,65% 0,68% 2,43% 4,36% 0,025-0, 01 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 213 Grupo II.- L as rocas per tenecientes a este grupo se caracterizan ( y se dif erencian de las rocas pe rtenecientes a los grupos I y III ) porque más del 65% de su volumen de accesos de poro pertenec e al ran go 0,1-1 µm. Las rocas que se encuadran en este grupo son l as biomicritas con porosidad superior al 10% (8-Tu, 9-Fr) y l as rocas carbonatadas recristalizadas (17-CFI, 30-D, 31-Bl1 y 31-Bl2). Tamaño m edio  m 0,001- 0,01  m 0,01- 0,1  m 0,1- 1  m 1- 10  m >10  m Máximos  m 30- D (0,1 1) 0,276 1,37% 15,39% 79,71% 0,88% 2,65% 0,3-0, 2 9- Fr (0,5 06) 0,660 0,00% 0,00% 79,11% 18,60% 2,29% 0,4-0, 3 1,25 -1 17- CFI (0,5 07) 0,970 0,14% 6,39% 64,35% 24,99% 4,12% 0,5-0, 4 2-1,5 31- Bl1 (0,5 99) 1,270 3,80% 6,95% 83,08% 4,17% 2,10% 0,6-0, 5 31- Bl2 (1,2 05) 1,600 0,00% 8,95% 75,28% 14,71% 1,05% 0,2-0, 15 1-0,9 8- Tu (0,2 00)1,66 0 0,00% 0,00% 98,91% 0,33% 0,80% 0,2-0, 15 Grupo III.- Las rocas p ertenecientes a este grupo se caracterizan por presentar más de un 45% de sus radios d e acceso d e po ro ma y ores de 1 µm. Las rocas que se en cuadran en este grupo son l as rocas c arbonatadas recristaliz adas (16V I-I y 31-Bl3) y las arenitas (6-Un, 7-Ay y 10-Az). B) Clasificación según la distribución de tamaños de accesos de poro. Esta clasificación se ha realizado en función del número de m áx imos presentes en la distribución de tamaños de acc esos de poro y según l a pos ición r elativa de los mismos. Para cada uno de los tres grupos diferenciados s e ha incluido, a modo de ejemplo, una gráfica d e distribución porométrica, mientras que las gráficas de t odas las rocas caracterizadas se ex ponen en el anexo 1. Grupo A: La s ro cas pert enecientes a este grupo se ca racterizan por una di stribución unimodal de los t amaños de acceso de poro (figura VI-4) . Esta distribución porométrica la tienen las biomicritas con porosidad inf erior al 3% (12-Ca, 13-Pu y 28-Crt), la biomicrita con porosidad superior al 10% (8-Tu) y las rocas carbonatadas r ecristalizadas (30-D y 31-Bl1). Estas rocas presentan la práctic a totalidad de sus accesos de poro en un pequeño r ango de tamaños, di ferenciándose dos grupos en función del rango que muestra un ma y or porcentaje de tamaños de acces o de poro. Grupo A.1.- Rocas con más de un 90% de sus accesos de poro con un tamaño inferior a 0,1 µm: 12-Ca, 13 Pu y 28-Crt. Grupo A.2.- Rocas con más de un 80% de sus accesos de poro compr endidos entre 0,1- 1 µm: 8-Tu, 30-D y 31-Bl1. Tamaño m edio  m 0,001- 0,01  m 0,01- 0,1  m 0,1- 1  m 1- 10  m >10  m Máximos  m 31- Bl3 (2,8 30) 3,050 0,22% 7,16% 41,46% 46,49% 4,67% 0,3-0, 2 2-1,5 16- V I-I (1,3 00) 3,490 0,00% 4,77% 27,83% 47,61% 19,7% 1,25 -1 7-6 6-UN 3,99 1,55% 17,77% 33,64% 39,39% 7,68% 0,3-0, 2 3-2,5 7-AY 4,49 6,16% 14,68% 21,13% 47,08% 10,9% 0,005-0, 02 3,5-3 10- AZ 12,07 0,84% 11,27% 9,74% 17,66% 60,4% 0,025-0, 01 2,5-2 30-20 Caracteri zación petro física de la roca fresca 214 Tamaño m edio  m 0,001- 0,01  m 0,01- 0,1  m 0,1- 1  m 1- 10  m >10  m Máximos  m 12- Ca 0,00 38 80,38% 11,62% 5,58% 1,01% 1,38% 0,005-0, 001 13- Pu 0,01 23 18,74% 69,71% 0,00% 2,88% 8,64% 0,025-0, 01 28- Crt 0,23 15,86% 76,65% 0,68% 2,43% 4,36% 0,025-0, 01 30- D 0,276 1,37% 15,38% 79,71% 0,88% 2,65% 0,3-0, 2 31- Bl1 1,27 3,80% 6,95% 83,08% 4,17% 2,10% 0,6-0, 5 8- Tu 1,66 0,00% 0,00% 98,90% 0,33% 0,80% 0,3-0, 2 12-Ca 0 10 20 30 40 50 60 70 0,001 0,01 0,1 1 10 100 10 00 Tamaño acceso (micras) Porosidad (%) 8-Tu 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0,001 0,01 0,1 1 10 100 10 00 Tamaño acceso (micras) Porosidad (%) Figura VI- 4: Ejemplo de distr ibución por ométrica d e las r ocas del grupo A.1 (12 -Ca) y del grupo A.2 (8 - Tu). Grupo B: Las ro cas perteneci entes a este grupo se cara cterizan por una dist ribución bimodal y asimétrica negativa de sus accesos de poro (fig ura VI-5). Esta dist ribución porométrica la pr esentan la biom icrita con p orosidad infe rior al 3% (29-A), la biomicrita con porosidad superior al 10% (9- Fr), las rocas carbonatadas re cristalizadas (16-VI-I y 17CFI) y la arenita (6-Un). Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 215 9-Fr 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0,001 0,01 0,1 1 10 100 10 00 Tamaño acceso (micras) Porosidad (%) Figura VI-5: Ejemplo de d istribución p oro m é trica d e las ro cas del grupo B (9 -Fr). Grupo C: Las ro cas perteneci entes a este grupo se cara cterizan por una dist ribución bimodal de sus accesos de poro (polimodal en el caso de l a arenita 10-Az) y asimétrica positiva (fig ura V I-6). Est a dis tribución porométri ca la prese ntan las rocas carbonatadas recristalizadas (31-Bl2 y 31-Bl3) y las arenitas (7-Ay y 10-Az). 31-Bl3 0 2 4 6 8 10 12 0,001 0,01 0,1 1 10 100 10 00 Tamaño acceso (micras) Porosidad (%) Figura VI-6 : E jemplo de distribución po rométric a de la s rocas del grupo C (3 1-Bl3) . Tamaño m edio  m 0,001- 0,01  m 0,01- 0,1  m 0,1- 1  m 1- 10  m >10  m Máximos  m 29- A 0,18 16,61% 69,89% 3,18% 10,31% 0,00% 0,025-0, 01 10-9 9- Fr 0,660 0,00% 0,00% 79,11% 18,60% 2,29% 0,4-0, 3 1,25 -1 17- CFI 0,970 0,14% 6,39% 64,35% 24,99% 4,12% 0,5-0, 4 2-1,5 16- V I-I 3,490 0,00% 4,77% 27,83% 47,61% 19,77% 1,25 -1 7-6 6-UN 3,990 1,55% 17,77% 33,60% 39,39% 7,68% 0,3-0, 2 3-2,5 T amaño m edio  m 0,001- 0,01  m 0,01- 0,1  m 0,1- 1  m 1- 10  m >10  m Máximos  m 31- Bl2 1,600 0,00% 8, 95% 75,27% 14,72% 1,06 % 0, 2-0,15 1-0,9 31- Bl3 3,050 0,22% 7, 16% 41,46% 46,49% 4,68 % 0, 3-0,2 2 -1,5 7-Ay 4,490 6,16% 14, 68% 21,13% 47,08% 10,97% 0,005-0, 025 3,5- 3 10- Az 12,070 0,84% 11,27% 9,74% 17,66% 60,47% 0,025-0, 01 2,5-2 30-20 Caracteri zación petro física de la roca fresca 216 VI.3.2.- Análisis di gital de im ágenes (ADI). La ventaja de utiliz ar té cnicas microscópicas para el estudi o del sist ema poroso es la obtención de datos directos, tanto del t amañ o como de la g eometría de los poros. Por el contrario, esta t écnica cuenta con la desventaja del gran número de mediciones necesarias par a t ener dat os re presentativos, así como la li mitación en la resolución de la imagen d e partida que obtenemos a partir d el m icroscopio óptico. Por ello, su combinación con la microscopía ele ctrónica de barrido es útil para el estudio de materiales pétreos con una elevada microporosidad (Buj et al. , 2006). Las rocas caracterizadas mediante análisi s digi tal de i mágenes han sido las arenitas te rciarias del Valle del Ebro. La el ección de estos materi ales ha sido consecuencia de su elevado dete rioro tras los proce sos de cristalización de sales, moti vo por el cual hemos pretendido profundizar en el conocimiento de su sist ema poroso. VI.3.2.- Discusión y resultados. La caracteriz ación de la porosidad mediante análisis digital de imágenes aplicado al microscopio óptico nos ha permitido obtener los si guientes pa rámetros p ara estas arenitas (tabla V I-7). Tabla VI-7: Par ámetros obtenido s media nte análisi s digita l de im á genes. El radio medio de los poros de las arenitas de 6-Un y 7-A y es sim ilar, co n unos valores de 8,30 µm y 8 ,94 µm respectivamente , mientras que la arenita de Alcañiz presenta un tamaño d e poro medio de 7,14 µm. L as t res rocas alcanz an unos valores similares para sus máximos, siendo de 10-15 µm en 6-Un y de 5-10 µm en 7-Ay y 10- Az. El índice de esfericidad de W adell (c uanto más próximo a 1 más esférico será el poro) indica que los poros de estas arenitas presentan una esfericidad media. La representación gráfica de estos resultados indica un alargamiento del si stema poroso en la dirección perpendicular a la estratificación, mientras que en la dir ección paralela presenta una distribución normal. En la figura VI-7a se han r epresentado los hi stogramas de distribución de tamaños de poro p ara est as arenitas. La roca 6-Un presenta un a dist ribución c ontinua en sus tamaños de poro, disminuye ndo gradualmente el volumen de poros desde tamaños de poro de 10-15 µm hasta tamaños de poro de 50 -55 µm. La roca 7 -A y tiene una d istribución más continua en sus tamaños de poro que 6- Un, dismi nuyendo gradualmente el po rcentaje de poros desde tamaños de poro de 5 -10 µm hasta tamaños de poro de 60-65 µm. Macro- porosidad (%) Micro- porosidad (%) Porosidad t otal (ADI ) (%) Radio medio (  m) Máximos (  m ) 6-Un 4,85 4,67 9,52 8,30 10-15 7-Ay 6,92 5,04 11,96 8,94 5-10 10- Az 4,08 5,12 9,2 7,14 5-10 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 217 La roc a 10-Az presenta en su dist ribución un m ayor por centaje de poros de pequeño tamaño con el 55,66% de los poros menores a 15 µm y con el 45% de sus poros menores a 10 µ m. El estudio con el microscopio electrónico de b arrido d e los líticos carbonatados de esta arenita i ndica qu e el 8,10% de su superfi cie c orresponde a microporosidad. 6-Un 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 140 180 Tamañ o poro (m icras) Porosidad % Figura VI- 7a: Distrib ución p oro métrica de las arenitas estudia das. En absci sas se rep resenta el diá metro d e poro en micras y e n ord enadas la por osidad en porcentaj e. En estas rocas se contrastó los valores obtenidos mediante análisis digital de imágenes y po rosimetría de i nyección de mercurio (figura V I-7b). ( Sólo se han contabilizado los poros ma y ores de 3 micras, da do que es el l ímite de re solución de la imagen de partida con el análisis digital de imágenes). Figura VI-7b: Distr ibución poro métrica de las arenitas estudia das. En absci sas se rep resenta el tamaño d e p oro en micras y e n ord enadas la por osidad en porcentaj e. 7-Ay 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 6 0 70 80 90 10 0 140 180 Tamañ o poro (micras) Porosidad % 10-Az 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 6 0 70 80 90 10 0 140 180 Tamañ o poro (micras) Porosidad % 6-Un 0 10 20 30 40 50 0 5 10 15 20 30 40 60 80 1 00 120 1 60 Tamañ o poro (micras) Porosidad % P.I.M. A.D. I. 7-Ay 0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 30 40 6 0 80 10 0 120 160 Tamañ o poro (micras) Porosidad % P.I.M. A.D.I. 10-Az 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 30 40 6 0 80 10 0 120 160 Tamañ o poro (micras) Porosidad % P.I.M. A.D.I. Caracteri zación petro física de la roca fresca 218 La porosimetría de in yección de mercurio aporta i nformac ión precisa so bre el tamaño de acceso de poro pero, como se obs erva en la fig ura 7b, el sistema poroso de las rocas pos ee unos radios de acceso inferiores al t amaño de po ro deter minado y , por tanto, sobrevalora los tamaños de poro inferiores. Por su parte, el análisis digital de imágenes permite, a dif erencia de la porosim etría de inyección d e mercurio, calcular con m ay o r pre cisión los poros may ores de 3 micras y obt ener informac ión direc ta sobre las m orfologías de los mism os. Sin embargo, esta técnica calcula l a porosi dad total sin discriminar entre la porosidad abierta y la porosidad ce rrad a. Ot ro pr oblema que p resenta la por osimetría de iny ección de mer curio es la aplicación de grandes presiones qu e pueden ocasionar fracturas en los componentes minerales de la roc a. Este es el efecto que probablemente ti ene lugar en l a roca 10- Az (figura 7b), en la c ual seg ún la porosimetría de iny ección de mercurio no estarían representados los tamañ os de poro comprendido s entre 5 y 15 µm , aunq ue ha quedado patente la existencia de poros en estos rangos mediante análisis digital de imágenes. Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 219 VI.4.- Análisis del com porta mient o físico. VI.4.1.- Estudio d el com porta miento hídrico del material. Los ensa y os hídricos tie nen como objetivo l a caracterización del sist ema poroso de l os materiales p étreos. L os espacios vacíos (poros y fisuras) son los lugares dond e tienen lugar los procesos físi co-químicos y biológicos (Guerrero Montes, 1 990), por ello es de gran inte rés el est udio del sistema poros o de l as rocas par a poder valorar el comportamiento del material frente a una posibl e alteración. Estos poros difieren en cuanto a tamaño, m orfol ogía y conexi ón siendo estos parámetros los que controlan el movimiento de los flui dos en su int erior. La i mportancia del a gua co mo agente de alteración es doble; directa: participa en la mayoría de l os procesos de deterioro químicos, físico-químicos y biológicos, e indirecta: es el vehículo de transporte de materia orgánica, sales solubles y contaminantes atmosféricos. La caract erización de to das aquellas propiedades relacionadas con l a g anancia, pérdida y circulación de fluidos en los mate riales pétreos es d e gran importancia para poder inferir la durabilidad del material en función de su sist ema poroso. El comportamiento hídrico de estas rocas se ha ca racterizado media nte la evaluación de diferentes propiedades hídricas, rel acionada s con las característi cas del sistema poroso del mater ial (tabla V I-8). En t odos los casos posi bles, los e nsayos se han realizado sobre las mism as probet as siguiendo un proceso conti nuo en el tiempo, con el objetivo de obtener unos resultados lo más representativos posibl es y evitando posibles variaciones por la heterogeneidad del material. Tabla VI-8 : Ensa yos hídrico s re alizado s y parámetros calc u lados. ENSAYO PARÁMETRO CALCULADO Absorción libre de agua, por inmersión total. W, ρ b , ρ rph , y P o . Densidad real. Método del picnómetro. ρ r , P y P in . Ensayo automatizado de absorción y desorción libre de agua a presión atmosférica. S 1 , S 24 , S 48 , T W25 , T W50 , T W75 , T W100 , W cri , W d y curvas de absorción y deso rción continua. Absorción de agua por capilaridad: Succión capilar A.C. y C.A.C. VI.4.1.1.- Absorción, densid ad aparente y porosidad abierta. UNE-EN 13755:2002. Todo material pétreo, al ser s umergido en agua en condiciones ambientales de presión y temperatur a, abs orbe de una fo rma m ás o m enos rápida cierta cantidad de agua dep endiendo de la confi guración de su sistema poroso. La mayoría de los materiales pétreos con tiempos suficientemente l argos alcanza rían valores de absorción de equil ibrio. En este ensa y o se ha controlado la evolución del contenido en humedad de la probeta en el tiempo. Fase inicial: La fase inicial del ensayo se caracteriza por una absorción rápida en la que se rellena la red capilar principal. En esta fase, la curva de absorción presenta un tramo recto con una acusada pendiente. Fase intermedia: La fase intermedia se caracteriza por una pendiente y una velocidad de absorción con valores intermedios entre los de la fase inicial y final. En esta fase, el agua avanza hasta rellenar los capilares más finos. Presenta una duración variable en el tiempo en función de las características del sistema poroso del material y puede, o no, estar presente. Fase final: La fase final del ensayo se caracteriza por una absorción muy lenta y progre- siva, en la que el agua avanza a través de los capilares más inaccesibles. El tramo final de la curva se caracteriza por una pendiente baja con una tendencia prácticamente lineal. Las rocas caracterizadas en la presente tesis doctoral se han dividido en tres grupos en función de los tramos con diferente pendiente que muestran las curvas de absorción. Para cada uno de los tres grupos diferenciados se ha incluido a modo de ejemplo una gráfica de absorción, mientras que las gráficas de todas las rocas caracteri - zadas se exponen en el anexo 1. Rocas grupo A: Las rocas incluidas en este grupo (figura VI-8) no poseen la fase intermedia y presentan un cambio neto de pendientes entre la fase inicial y la final. Las rocas incluidas en este grupo son: Biomicritas porosidad superior al 10%: 8-T u y 9-Fr . Rocas recristalizadas carbonatadas: 16-VI-I, 17-CFS y 31-Bl1-2-3. Los resultados obtenidos para las rocas que componen este grupo indican un sistema poroso bien comunicado, que permite un movimiento rápido del agua en su interior a través de accesos de gran tamaño. Caracterización petr ofísica de la r oca fr esca 226 Figura VI-8: Curva de absorción libre de agua en la roca 8-T u. (Grupo A). 8- T u 0 2 4 6 8 10 12 0 6 0 1 2 1 1 8 2 2 4 4 3 0 5 3 6 6 4 2 5 4 8 6 5 4 7 6 0 9 6 7 0 7 3 1 7 9 0 8 5 1 9 1 2 Ti em po (S 1/ 2 ) C o nteni do en hu m eda d (%) Rocas grupo B: Las rocas incluidas en este grupo (figura VI-9) no presentan la fase intermedia pero, a diferencia de las rocas del grupo A, poseen un cambio de pendiente gradual entre la fase inicial y la fase final. Las rocas incluidas en este grupo son: Biomicritas-pelmicritas porosidad inferior al 3%: 12-Ca, 13-Pu, 28-Crt y 29-A. Rocas recristalizadas carbonatadas: 27-T r y 30-D. Las rocas pertenecientes a este grupo muestran una absorción inicial lenta que tarda en estabilizarse e indica un movimiento lento del agua en su interior a través de un sistema poroso tortuoso y compuesto por accesos de poros de pequeño tamaño y mal comunicados. Dentro de este grupo las rocas 12-Ca y 29-A presentan la velocidad de absorción más lenta. Rocas grupo C: Las rocas incluidas en este grupo (figura VI-10) presentan la fase intermedia y el cambio de pendiente entre la fase inicial y la intermedia es neto. Las rocas incluidas en este grupo son: Rocas recristalizadas carbonatadas: 17-CFI y 18-VI-II. Arenitas porosidad superior al 5%: 6-Un, 7-A y y 10-Az. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo VI 227 12 - C a 0 0 , 1 0 , 2 0 , 3 0 , 4 0 , 5 0 1 2 1 2 4 4 3 6 6 4 8 6 6 0 9 7 3 1 8 5 1 9 7 4 1 0 9 6 1 2 1 6 Ti em po (S 1/ 2 ) C o nteni do en hu m eda d (%) 6- U n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 6 0 1 2 1 1 8 2 2 4 4 3 0 5 3 6 6 4 2 5 4 8 6 5 4 7 6 0 9 6 7 0 7 3 1 7 9 0 8 5 1 9 1 2 Ti e m po (S 1/2 ) C o nteni do en hu m eda d (%) Figura VI-9: Curva de absorción libre de agua en la roca 12-Ca (Grupo B). Figura VI-10: Curva de absorción libre de agua en la roca 6-Un (Grupo C). Caracteri zación petro física de la roca fresca 228 Los resultados obtenidos para las ro cas que componen este grupo indic an una alta porosi dad, con macr oporos bien comunicados por conductos de gran radio que le confieren al material una elevada capacid ad de absorción de agua. La p resencia de l a fase intermedia indica la ex istencia de un amplio rang o de tamaños de acce so de poro. Los parámetros calculados a partir de las gráficas de absorción continua se muestran en la tabla VI-11. Tabla VI-11 : Resultado s d el grad o de saturació n a 1 hora S 1 ( %), grado de saturación a 2 4 horas S 24 ( %), grado de satura ción a 4 8 ho ras S 48 (%), tie mpo de saturación al 25% T W25 (s 1/2 ), tiempo de saturació n al 50% T W50 (s 1/2 ) y tiempo de saturació n al 75 % T W75 (s 1/2 ). Rocas or denadas e n función de del valor de S 1 . S 1 S 24 S 48 T W25 T W50 T W75 8- Tu 90,32 92,67 94,54 7 14 25 16- V I-I 80,2 85,07 88,54 10 21 42 9- Fr 77,13 83,39 86,43 12 26 54 31- Bl2 76,08 84,05 86,6 12 27 57 17- CFS 75,74 90,28 92,6 16 32 58 31- Bl3 75,52 84,56 87,84 12 23 52 17- CFI 69,8 79,64 84,67 7 16 176 18- V I-II 59,4 71,24 72,39 9 33 614 31- Bl1 54,41 82,09 85,44 23 53 117 30- D 53,93 85,14 91,77 17 52 164 27- Tr 52,46 86,52 91,86 22 55 140 28- Crt 34,04 84,05 97,01 64 132 236 29- A 23,44 64,93 78,42 65 189 383 13- Pu 17,13 62,45 75,51 91 212 410 12- Ca 8 35,82 49,13 191 422 666 7-AY 72,24 82,13 86,02 11 26 112 10- AZ 71,8 79,82 84 3 6 142 6-UN 67,78 79,68 88,27 10 16 204 El mayor grado de s aturación a 1 hora es pa ra l a caliza campanil de Tud ela (8- Tu) que alca nza una saturación del 90% (figura VI-1 1). El resto de las rocas que presentan s aturaciones in iciales importantes son r ocas en globadas dentro de los g rupos A y C se gún la división rea lizada mediante el en sayo de absorción automatizado. Una saturación rápida indic a una buena con ectividad del si stema poroso de la roca, independientemente de que la porosidad total de l a misma sea alta o baja. Las ro cas que han sido clasificad as dentro del grupo B, a partir del ensayo de absorción automatizado , son las que presentan unos coeficientes de satura ción inferiores, indicando una baja conectividad de su s istema poroso. Gráficas de desor ción continua Las gráficas de desorción muestran la evolución en el tiempo del contenido en humedad para estos materiales. Las curvas de evaporación pueden descomponerse en dos fases: Fase inicial o fase capilar: Etapa de secado más rápido con tasa de secado constante que depende fundamentalmente de las características del sistema poroso y de las condiciones ambientales (temperatura, presión y humedad). En esta etapa, la evaporación tiene lugar en la película de agua más externa. El aporte hídrico desde el interior del material hacia la superficie tiene lugar por el mecanismo de capilaridad. Fase final o fase difusión: Etapa de secado más lento con tasa de secado descendente. Cuando el aporte de agua desde el interior disminuye, se produce una disminución rápida en la velocidad de secado. A este punto, en el que se produce un cambio en el compor- tamiento del material, se le denomina punto crítico (V os, 1976). A partir de este punto, el secado ya no tiene lugar desde la superficie de la probeta, sino desde el interior de la misma donde continúa con el agua ligada por fuerzas capilares o electroestáticas. Ahora la velocidad de secado está determinada por el coeficiente de difusión de vapor de agua en la roca, siendo el proceso cada vez más lento y tendiendo a estabilizarse el contenido en agua de forma asintótica (Alonso, 1986). La duración de cada una de estas fases ha dependido de la configuración del sistema poroso de cada material pétreo, puesto que las condiciones ambientales bajo las que se han desarrollado los ensayos han sido las mismas para todas las probetas. Las rocas caracterizadas se han dividido en dos grupos en función de sus curvas de desorción. Para cada uno de los dos grupos diferenciados se ha incluido a modo de ejemplo una gráfica de desorción, mientras que las gráficas de todas las rocas caracteri - zadas se exponen en el anexo 1. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo VI 229 8- Tu 16- V I - I 9- F r 31- B l 2 17- C F S 31- B l 3 7- A y 10- A z 17- C F I 6- U n 18- V I - I I 3 1- B l 1 30- D 27- T r 28- C R T 29- A 13- P U 12- C A 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0 0 Sa t ura ci ó n 1 h (%) Figura VI-1 1: Rocas ordenadas en función del grado de saturación en 1 hora (S 1 ). Rocas grupo A: Las rocas incluidas en este grupo (figura VI-12) muestran un proceso de desorción rápido, lo que implica un menor tiempo de permanencia de la humedad en su interior , aunque la efectividad del proceso es variable en función de las características intrínsecas de cada roca. Las rocas detríticas, y en menor medida las rocas recristalizadas dolomíticas, son las que presentan una menor eficacia en el secado con una mayor retención de agua. Las rocas incluidas en este grupo son: Biomicritas porosidad superior al 10%: 8-T u, 9-Fr . Rocas recristalizadas carbonatadas: 16-VI-I, 17-CFI, 17-CFS, 18-VI-II, 27-T r , 30-D y 31-Bl1-2-3 Arenitas porosidad superior al 5%: 6-Un, 7-A y y 10-Az. Rocas grupo B: Las rocas incluidas en este grupo (figura VI-13) presentan un elevado contenido en agua crítico lo que implica un proceso de secado lento y , en general, poco eficaz; que genera un mayor tiempo de permanencia de la humedad en el interior del sistema poroso. Este es un factor desfavorable frente a la alteración. La retención de agua tras secado es variable siendo especialmente elevada en 12-Ca, 13-Pu y 29-A. Las rocas incluidas en este grupo son: Biomicritas-pelmicritas porosidad inferior al 3%: 12-Ca, 13-Pu, 29-A y 28-Crt. Caracterización petr ofísica de la r oca fr esca 230 Figura VI-12: Curva de evaporación en la roca 8-T u (grupo A). 8- T u 0 20 40 60 80 100 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 Ti e m po (ho ra s ) C o nt eni do en hum eda d ( %) Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 231 13-Pu 0 20 40 60 80 100 0 50 100 150 200 2 50 300 350 400 Tiempo (horas) Contenido en humedad (%) Figura VI-13 : Curva de evap oració n en la ro ca 13 -Pu (grupo B). Los pa rámetros calculados a partir de las gráficas de desorción continua se muestran en la tabla VI-12. Tabla VI-12 : Resultado s del co ntenido de agua en desor ció n W d (%) y c ontenido en agua cr ítico W cri (%). Ro cas or denadas en f unció n del valor de W d . W d W cri 16- V I-I 0,24 29,38 17- CFI 0,32 16,93 27- Tr 0,74 24,64 8- Tu 1,06 17,35 9- Fr 1,24 23,81 17- CFS 1,41 19,56 18- V I-II 1,96 19,05 31- Bl3 2,65 23,52 30- D 2,71 38,52 31- Bl1 5,06 24,68 28- Crt 5,87 59,3 31- Bl2 8,58 26,86 13- Pu 11,86 73,67 29- A 17,17 83,25 12- Ca 21,93 81,29 10- AZ 7,4 16,08 6-UN 13,48 30,34 7-AY 23,61 34,67 El contenido en agua crítico es especialmente elevado, al igual que la retención de agua tras secado, en las biomicritas 29-A, 12-Ca, 13-Pu y 28-Crt con valores de 83%, 81%, 74% y 59% respectivamente. T ambién presentan un contenido en agua crítico importante la roca carbonatada recristalizada 30-D (39%) y las arenitas 7-A y (35%) y 6- Un (30%). Este contenido en agua crítico indica una lenta velocidad de secado para estas rocas. El resto de las rocas caracterizadas muestran contenidos en agua críticos bajos, lo que indica una buena conectividad de su sistema poroso con velocidades de secado altas y una elevada efectividad en el proceso de desorción. Las rocas que presentan un secado más lento y menos eficaz dentro del grupo de las rocas carbonatadas son 12-Ca, 13-Pu y 29-A. Estas rocas presentan, dentro de este grupo, el menor tamaño medio de acceso de poro y , por lo tanto, la mayor superficie específica. Dentro del grupo de las arenitas, 6-Un y 7-A y son las que tienen un secado más lento y menos eficaz y se caracterizan por tener los menores tamaños medios de acceso de poro dentro de su grupo. Los resultados de la retención de agua tras secado muestran que las rocas que presentan mayores retenciones de agua son las rocas detríticas, biomicritas con porosidad inferior al 3% y las rocas recristalizadas dolomíticas. No existe una correlación entre tamaño medio de acceso de poro con el contenido de agua crítico y con la retención de agua tras secado, pero las rocas que muestran mayores porcentajes de accesos de poros inferiores a 0,1 micras son las que exhiben mayores valores para estos parámetros. En las figuras VI.14 y VI.15 se presentan ordenados los diferentes tipos litoló- gicos en función de su contenido en agua crítico y de su retención de agua tras secado. Caracterización petr ofísica de la r oca fr esca 232 10- A Z 17 - C F I 8- T u 18- V I - I I 17- C F S 31- B l 3 9- F r 27- T r 31- B l 1 3 1- B l2 16- V I - I 6- U N 7- A Y 30- D 28- C r t 13- P u 12- C a 29- A 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 C o nten i do en a g ua c rí ti co (%) Figura VI-14: Rocas ordenadas en función del contenido en agua crítico, W cri . VI.4.1.4.- Determinación del coeficiente de absor ción de agua por capilaridad. UNE-EN 1925:1999. La succión capilar es un proceso que se produce espontáneamente al poner en contacto la superficie de un material poroso con el agua, como consecuencia del carácter hidrófilo que presentan los materiales pétreos (T orraca, 1982). El ascenso y volumen de agua que se introduce en el interior del material pétreo frente a la gravedad depende de la configuración de su sistema poroso. El mecanismo de succión capilar es una de las principales formas de penetración tanto de humedad como de sales en la roca siendo ambos agentes los principales responsables del desencadenamiento de diferentes procesos de degradación en la piedra natural. En rocas con poros capilares 0,1 µ m-1000 µ m (poros inferiores a 0,1 µ m son poros muy difícilmente accesibles al agua (W inkler , 1997)), la altura que alcanza el nivel de agua es inversamente proporcional al tamaño de dichos poros. Aunque el tamaño de poro es el factor principal, existen otros factores que ejercen una menor influencia tales como las condiciones ambientales (presión, temperatura y humedad) y la mineralogía de la roca. Los gráficos y parámetros calculados a partir del ensayo de absorción capilar han sido: Gráficas de absor ción capilar Las gráficas de absorción capilar muestran la variación en el tiempo del contenido en agua del material adquirido por el mecanismo de succión capilar . Se han elaborado curvas experimentales a partir de los resultados obtenidos para el ensayo de absorción capilar en un sistema de coordenadas X/Y para observar la evolución de la absorción capilar a lo lar go del tiempo. Es conocida -tanto teórica como experimentalmente- la dependencia de la cinética de los fenómenos capilares con la raíz cuadrada del tiempo (V os, 1976; Mamillan, 1981; Kalimeris y Hall, 1983). En el eje de abscisas se ha representado el tiempo expresado en forma de raíz cuadrada del tiempo en Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo VI 233 7- A Y 12- C a 29- A 6- U N 13- P u 31- B l 2 10- A Z 28- C r t 31- B l 1 3 0- D 31- B l 3 18- V I - I I 17- C F S 9- F r 8- T u 27- Tr 17- C F I 16- V I - I 0 5 10 15 20 25 R e tenci ó n de a g u a tra s s eca do (% ) Figura VI-15: Rocas ordenadas en función de la retención de agua tras secado, W d. segundos y en el eje de ordenadas se ha representado la masa de agua absorbida por unidad de superficie del área de la base de la probeta sumer gida en metros cuadrados. Absor ción capilar (A.C.) Se define como el incremento en masa para un tiempo (t) respecto a la superficie de succión: A.C.= (m t - m d )/a donde m t es la masa de la probeta parcialmente sumergida en agua durante un tiempo t (gr), m d es la masa de la probeta seca (gr) y a es el área de la cara de la probeta sumer gida en agua expresada en m 2 . Coeficiente de absor ción capilar (C.A.C.) El coeficiente de absorción capilar expresa la cantidad de agua absorbida y la rapidez con la que tiene lugar el proceso. El coeficiente de absorción capilar varía dependiendo del grado de interconexión del sistema poroso. C.A.C = (m i - m d ) / (a · t i 1/2 ) donde m i y t i 1/2 son un valor de ordenadas y abscisas para cualquier punto de la recta, m d es la masa de la probeta seca (gr) y a es el área de la cara de la probeta sumergida en agua expresada en m 2 . Grado de saturación Capilar (S c ) Se define como el grado de saturación alcanzado por una roca mediante el mecanismo de succión capilar respecto al contenido máximo de agua que puede presentar en el punto de inflexión de la curva de absorción capilar . S c = ([(m t - m d )/(m s - m d )] x100 donde m t es la masa de la probeta parcialmente sumergida en agua durante un tiempo t (gr), m d es la masa de la probeta seca (gr) y m s es la masa de la probeta saturada (gr). VI.4.1.4.- Discusión y resultados. Las curvas de absorción capilar permiten evaluar el comportamiento de los materiales pétreos durante el proceso de absorción capilar y relacionar este proceso con la porosidad efectiva del material y con el grado de conexión de su sistema poroso. En las curvas de succión capilar puede diferenciarse dos fases: Caracterización petr ofísica de la r oca fr esca 234 Fase inicial: caracterizada por un incremento en peso lineal que se corresponde con el progresivo relleno de los poros interconectados (porosidad abierta). La pendiente de esta curva se denomina coeficiente de absorción capilar C.A.C. La duración de esta fase del ensayo depende tanto de las características del sistema poroso del material pétreo como de las características ambientales. Fase final: caracterizada por una estabilización del contenido en agua con una absorción capilar muy lenta y una pendiente de la recta que tiende a estabilizarse asintóticamente. Las rocas estudiadas se han dividido en dos grupos en función de sus curvas de absorción capilar . Para cada uno de los dos grupos diferenciados se ha incluido a modo de ejemplo una gráfica de absorción capilar , mientras que las gráficas de todas las rocas caracterizadas se exponen en el anexo 2. Rocas grupo A: Las rocas incluidas en este grupo (figura VI-16) presentan una curva de absorción capilar en la que se diferencian claramente la fase inicial y la fase final, estando separadas las mismas por un cambio neto de pendiente. Las rocas incluidas en este grupo son: Biomicritas porosidad superior al 10%: 8-T u, 9-Fr . Rocas recristalizadas carbonatadas: 16-VI-I, 17-CFI, 17-CFS, 18-VI-II, 27-T r , 30-D, 31- Bl1, 31-Bl2 y 31-Bl3. Arenitas porosidad superior al 5%: 6-Un, 7-A y y 10-Az. Estas rocas se caracterizan por una alta velocidad de absorción de agua por capilaridad, independientemente de la porosidad total del material, indicando una alta conectividad de su sistema poroso. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo VI 235 8- T u 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 Ti em po (S 1/ 2 ) A bs o rci ó n ca pi l a r (g r/ m 2 ) Figura VI-16: Curva de absorción capilar de 8-T u (Grupo A). Caracteri zación petro física de la roca fresca 242 Sigla: 31-Bl1 Antes del ensayo de cristaliz ación de sales. Cara // Cara  Permeabilidad: 100,68 mD. Permeabilidad: 101,68 mD. 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6 .5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6 .5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 Figura VI-22: Ficha de la roca 31-Bl1 con los variogramas, mapas d e distribución de la permeabilidad e histogra mas de fre cuencia p ara cad a una de las caras caracter izadas. 31-Bl1 0 5 10 15 20 80 100 120 140 160 180 200 Permeabilidad (mD) Nº de medidas 31-Bl1 0 5 10 15 20 25 80 100 120 140 160 180 200 Permeabilidad (mD) Nº de medidas Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 243 Figura VI-21 : Orientació n de las ca ras en las que se ha n realizado las medidas d e per meabilidad . 12-Ca Nombre científico: Biopelmicrita- Packstone de peloides y pelec ípodos. Localidad: Calatorao. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 107,4 49,3 85,7 135 105 12,10 0,11 0,55  120,5 54 85,00 139,00 119,00 11,24 0,09 - 0,84 La caliza de Calatorao (12-Ca) se caracteriza por un comportamiento anisótropo respecto a la permeabilidad. El valor medio de permeabilidad es de 120,5 mD en la cara  y de 107,39 mD en la cara //. Las medidas realizadas en ambas caras definen unos rangos y coeficientes de variación bajos y simi lares entre sí, lo que indica un comport amiento ho mogéneo del material frente a esta propiedad para cada orientación. A partir de los datos de permeabilidad obtenidos no es posible ajustar el variograma. Este dato indi ca la inex istencia de un factor estru ctural q ue controle la distribución espacial de l a permeabilidad en la esca la en la qu e estamos tr abajando, por lo que sugiere una m a y or variabilidad en p equeñas dis tancias. Estos datos, junto con el estudio petrográfico, ha n permiti do determinar que el elemento text ura l que está controlando la vari ación espacial de la permeabili dad son las variacion es en el tamaño de la micrita. Caracteri zación petro física de la roca fresca 244 13-Pu Nombre científ ico: B iopelmicrita-W ackstone de bioclastos y peloides. Localidad: La Puebla de Albortón. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 129,0 7 42 110 152 128 8,49 0,07 -0,15  129,93 43 113,00 156,00 130,00 6,701 0,05 0,95 Tabla VI-1 5: Co mponentes d el variogra ma. Cara Efecto p epita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo % ⁄⁄ 46,51 23,06 69,57 1,616 66,85 La caliz a de la puebl a de Albortón (13-Pu) presenta un valo r de p ermeabil idad para ambas c aras de 129 mD, indicando una elevada isotropía de este mat erial respecto a la permeabilidad. El coeficiente d e variación es infer ior a 0,1 para ambas caras, lo que indica un comportamiento homogéneo del materia l frente a esta propiedad. Los histogramas de frecuencia para esta ro ca muestran una f uerte asi metría positiva (predominio de valores altos de p ermeabilidad) en la cara  , mien tras que para la cara // muestran una distribución normal. El variograma pa ra el material inalterado defin e un li gero control estructural, aunque el efecto pepita e s muy elevado. El rango es de 1,6 cm y representa la distancia a partir de la cu al unas medidas son independientes de las otras. Estos d atos , junto con el estudio petrográfico, han permitido determinar que las galerías de bio turbación son las zonas donde se localiz an los valores máxi mos de permeabilidad. El elevado efecto pepita relativo junto con el reducido rango sugieren la exi stencia de una importante variabilidad a escala de poro. 16-VI-I Nombre científico: Sparstone. Localidad: Vi llarluengo. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 124,4 2 37 107 144 125 7,31 0,06 - 0,25  124,04 74 99,50 174,0 0 122,00 14,55 0,12 1,80 Tabla VI-1 5: Co mponentes d el variogra ma. Cara Efecto p epita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo %  89,23 124 ,37 213 ,60 4,69 41,77 La roca 16-VI- I pr esenta una permeabilidad en ambas caras de 124 mD, indicando una elevad a isotropía de este material respecto a l a perm eabilidad. El coeficiente de variación es inferior a 0,12 para ambas caras, por lo que s e puede i nferir un comportamiento homogéneo del mate rial fr ente a esta propi edad. En la cara  se observa un a ma yor disp ersión en los valores de permeabilidad, presentando un ran go para esta cara dos veces superior que para la ca ra //. Los histogramas de frecuencia dibujan una fuerte asimetría positiva en la cara  , mientras que para la cara // muestran una distribución normal. Los va riogramas de la roca fresca indican un alt o control estructural en la permeabilidad y una alta variabilidad con un ran go de 4,69 cm. Estos datos, junto con el estudio petrográfico, han permit ido determinar que el elemento t extural que controla la Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 245 permeabilidad es la variación de tamaño de la calcita, resultado de l os procesos de recristalización que han tenido lugar en esta roca. 28-Crt Nombre científ ico: Biomicrita- Wackstone bioclástico. Localidad: Tortajada. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 126,9 8 28 114 142 127 6,20 0,05 - 0,02  120,50 54 85 139 119 11,24 0,09 - 0,84 Tabla VI-1 5: Co mponentes d el variogra ma. Cara Efecto p epita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo %  25,83 40,68 66,51 1,96 38,84 La roca 28-Crt se caract eriza por unos valores de permea bilidad de 120 mD para la cara  y d e 127 m D para l a cara //, indicando una ligera anisotropía de este mat erial respecto a la permeabili dad. El rango y los coeficientes de variación son bajos para ambas caras, lo que apunta hacia un comportamiento homogéneo del material. Los histogramas pa ra est a roca muestran una fuerte asimetría negativa en l a car a  (predominio de valore s de baj a permeabilidad), mi entras que para la cara // d efinen una distribución normal. Los variogramas estim ados para este material i ndican la existencia de un control estructural con un rango de 1,9 cm. Estos datos, junto con el estudi o petrográfico, han permitido determinar que los elem entos texturales que controlan las á reas de máx ima permeabilidad son l a v ariación en el tamaño de grano de la m atriz y l os parches esparíticos. 29-A Nombre científico: Biopelmicrita- Wackstone de bioclastos y peloides. Localidad: Abanto. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 101,7 4 57,5 73,5 131 98,5 15,71 0,15 - 0,08  97,13 41,6 79,40 121, 00 93,80 11,29 0,12 0,50 Tabla VI-1 5: Co mponentes d el variogra ma. Cara Efecto p epita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo % ⁄⁄ 70,08 180 ,69 250 ,77 1,39 27,94 La roca de Abanto 29-A presenta unos valo res de permeabilidad de 97 mD para la cara  y de 102 mD para la ca ra //. El rango y los coefic ientes de variación son bajos para ambas caras, lo que indica un comportamient o homogéneo del material. Los histo gramas para est a roca dibuja una li gera asimetría positiva en la cara  , mientras que para la cara // muestran una distribución normal. El variograma para la roca inalterada m uestra la e xist encia de un fuerte cont rol estructural con un rango de 1,29 cm y un efecto pepita relativo de 27,94%. Estos datos, junto con el estudio petrográfico, han permit ido determinar que las juntas estilolíticas son el elemento estructural que controla l a variabilidad espacial de la permeabilidad en esta roca. Caracteri zación petro física de la roca fresca 246 30-D Nombre científico: Sparstone. Localidad: Abanto Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 112,6 5 36,8 96,2 133 114 9,80 0,09 0,69  114,35 51,6 82,40 134,00 115,00 11,26 0,10 -0,47 La roc a 30- D presenta u na permeabilidad media en roca fresc a si milar en ambas caras (114,35-112,65 m D), indicando una elevada isotropía de este material para la propiedad estudiada. Los histogramas muestra n una asimetría neg ativa en la cara  , mientras que par a la cara // es positiva. A partir de los datos de permeabilidad obtenidos no es posible ajustar el variograma para esta roca. Es te dato indi ca la inexistencia de un factor es tructural que controle la vari ación d e l a pe rmeabilidad en l a escala en la qu e estamos tra bajando. Esta roca es t ex turalmente mu y h omogénea por la i ntensa recristalización que ha tenido lugar, así como por los procesos de dolom itización-desdolomitiz ación que han borrado su tex tura original. Es ta carencia estructural apunta que los procesos de re cristalización y c ementación secundaria son responsables de la variación de la permeabi lidad a escala de poro. 31-Bl1 Nombre científico: Dolosparstone. Localidad: Blancas. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 100,6 8 36,5 82,5 117 99,9 7,88 0,10 0,58  101,68 49,3 82,70 132 99,50 12,01 0,12 0,62 Tabla VI-1 5: Co mponentes d el variogra ma. Cara Efecto p epita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo %  49,92 15,79 65,71 2,43 75,97 ⁄⁄ 69,04 80,52 149 ,56 6,44 46,16 La roca 31-Bl1 pr esenta unos valores de permeab ilidad de 101 mD para ambas caras, indicando un com portamiento is ótropo. El ran go y los coeficientes de variación son bajos para ambas caras. Los histo gramas para e sta roca muestran un a lige ra asimetría positiva para ambas caras, con tendencia hacia una distribución normal. El estudio geoe stadístic o permite inferir la existencia de un fuerte control estructural en la distribución de la perm eabilidad, pres entando la cara paralela un control estructural mucho más marcado (menor valor del efecto pepita rel ativo) que en la cara perpendicul ar. E stos datos, j unto con el estudio petrográfico, han permit ido determinar qu e el elemento textural que controla la distribución de las zonas de alta y baja permeabilidad es la bioturbación. Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 247 31-Bl2 Nombre científico: Dolosparstone. Localidad: Blancas. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Medina ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 130,3 1 47 108 155 129 10,37 0,08 0,05  126,46 58 99,00 157,00 128,00 12,88 0,10 -0,29 Tabla VI-1 5: Co mponentes d el variogra ma. Cara Efecto p epita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo %  68,04 100 ,02 168 ,07 1,45 40,48 La roca 31-Bl2 presenta una permeabilidad medi a de 126,46 m D en la c ara  y de 130,31 m D en la car a //. El r ango y los coe ficientes de variación so n bajos para ambas caras, lo que indica un comportamiento homogéneo del materi al. Los histogramas para est a roca muestra n una ligera asimetría nega tiva en la ca ra  , mientras que para la cara // definen una dist ribución normal. El variograma en esta ro ca muestra la ex istencia de un fue rte control estr uctural con un rango d e 1,46 c m y un efecto pepita relativo de 40,48%. El rango, junt o con el estudio petrográfico, indi can que la bioturbación de pequeña esc ala presente en el material junto con los pa rches esp aríticos son los elementos texturales que controlan la variación espacial de la permeabilidad. 31-Bl3 Nombre científico: Dolosparstone. Localidad: Blancas. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Tabla VI-1 5: Co mponentes d el variogra ma. La roca 31-Bl3 presenta una permeabilidad medi a de 135,88 m D en la c ara  y de 136,33 m D en la car a //. El r ango y los coe ficientes de variación so n bajos para ambas caras, lo que indica un comportamiento homogéneo del materi al. Los histo gramas pa ra esta roca muestr an una li gera asimetría pos itiva y una cierta tendencia hacia una distribución normal en ambas caras. Los va riogramas indic an un fuerte control estruct ural. Este control estructural está especialmente ma rcado en la cara //. El rango refleja las variaciones de t amaño de grano de la esparita que aparecen formando ban deados en el material y que son, por tanto, el elemento textural que controla la variación espacial de la permeabi lidad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 136,3 3 36 118 154 137 6,33 0,05 0,67  135,88 36 118,00 154,0 0 135,00 8,85 0,07 0,23 Cara Efecto p epita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo %  48,51 29,33 77,85 2,48 62,3 18 ⁄⁄ 16,73 26,06 42,79 1,70 39,10 Caracteri zación petro física de la roca fresca 248 8-Tu Nombre científico: Biomicrita- Wackstone bioclástico Localidad: Tudela Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. La caliza Campanil (8-Tu) presenta una pe rmeabilidad media de 135,95 mD en la cara  y de 131,95 m D en la cara //. Las medidas realizadas en ambas caras tienen unos ran gos y coeficie ntes de variación bajos , que indican un comportamiento homogéneo del material frente a esta propiedad. Los histogramas pa ra est a roca muestran una fuerte asimetría negativa en l a car a  y una ligera asimetría pos itiva en l a cara //. En ambos casos muestran una cierta tendencia de distribución bimodal. Los mapas de permeabilidad apuntan hacia l a existencia de un control estructural en la dist ribución de las zonas de alta y b aja pe rmeabilidad. Es tos mapas, j unto con el estudio petrográfico, han permit ido determinar que el elemento t extural que controla la distribución de la permeabilidad en esta roca es la orientación p referente de los bioclastos (paralelos a la estratificación del material) junto con la bioturbaci ón vertical. 9-Fr Nombre científico: Biomicrita-Wackstone bi oclástico. Localidad: Fraga. Tabla VI-1 4: Resu men estadí stico d e los p arámetros ob tenid os del ensayo de permeabilid ad. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 134,7 3 34 119 153 133 9,04 0,07 0,24  135,95 56 109,00 165,0 0 137,50 13,65 0,10 1,31 La caliza Campanil (9-Fr ) presenta una permeabil idad media de 124,9 mD en la cara  y d e 134,73 mD en la cara / /. La s medida s realizadas en ambas caras presentan unos rangos y coe ficientes de variación bajos, i ndicando un comportamiento homogéneo del material frente a esta propiedad. Los histogramas para esta roca muestran par a ambas caras una asimetría positiva, si endo más marcada en la cara  . A mbos histogramas tienden hacia una distribución normal de la permeabilidad. La dist ribución de la p ermeabilidad en esta cali za no muestra nin gún control estructural para la es cala de t rabajo. Los mapas d e permeabilidad, j unto con el estudio petrográfico, han permi tido determinar que los elementos texturales que controlan la distribución de la permeabilidad en esta roca son la bioturbación por raíces y la laminación por cambios en la recristalización de l a matriz. Cara Media ( m D) Rango ( m D) Mínimo ( m D) Máximo ( m D) Mediana ( m D) Desviació n Std. ( mD) Coef. Variació n Coef. Asimetría ⁄⁄ 131,9 5 34 111 145 136,5 11,26 0,09 0,57  124,9 47 102,0 0 149,00 124,00 14,99 0,12 -0,80 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 249 En la tabla VI-16 se recogen los valores de anisotropía cal culados pa ra cada una de las rocas caract erizadas. La s únicas rocas que presentan un cierto co mportamiento anisótropo re specto de la permeabilidad son la caliza de Calatorao 12-Ca con una anisotropía de 10,88%, la caliza camp anil de T udela 8-Tu con una anisotropía del 4,58% y la caliz a de Abanto 29-A con una anisot ropía de 4,53%. El resto de las rocas caracterizadas presentan un valor m uy bajo pa ra el coeficiente de anisotrop ía, por lo que puede considerarse que tienen un comportamiento isótropo respecto a la permeabilidad. Tabla VI-16 : Rocas ord enadas en f unción del va lor de l coeficiente d e anisotrop ía para las medidas de permeabilidad . Anisotropía (%) 12- Ca 10,88 8- Tu 4,58 29- A 4,53 31- Bl2 2,95 28- Crt 2,87 30- D 1,49 9- Fr 1,47 31- Bl1 0,98 13- Pu 0,65 31- Bl3 0,33 16- V I-I 0,3 VI.4.3.- Ultrasonidos. Los ultrasonidos son una técnica no destructiva que permite determinar la existencia de anisotropías en el interior de los materiales pétreos y evaluar su durabilidad y estado de deterioro sin la necesidad de muestrear el material. Se ha calculado la variación de la velocidad de propagación de ondas ultrasónicas en dos direcciones perpendiculares entre sí, antes y después de la saturación de las probetas y se ha calculado el índice de anisotropía de estas rocas respecto a la velocidad de propagación de ultrasonidos mediante la ecuación: A= V pmax -V pmin /V pmax X100 donde V pmax es la velocidad de ultrasonidos máxima y V pmin es la velocidad de ultraso- nidos mínima. VI.4.3.- Discusión y resultados. En la figura VI-23 aparecen ordenados los materiales en función de su velocidad de propagación de ultrasonidos perpendicular a la estratificación para roca seca. Se observa como las velocidades mayores corresponden a las rocas con porosidad inferior (biomicritas con porosidad inferior al 3%), mientras que los valores más bajos corres- ponden a las rocas que tienen unos valores de porosidad total mayores (arenitas y biomicritas con porosidad superior al 10%). La velocidad ultrasónica está estrechamente relacionada con las características texturales de los materiales pétreos. Así, se observa como los valores más altos obtenidos para este parámetro corresponden a las biomicritas con porosidad inferior 3%, les siguen las rocas carbonatadas recristalizadas, las biomicritas con porosidad superior al 10% y las arenitas. Caracterización petr ofísica de la r oca fr esca 250 Figura VI-23: Rocas ordenadas en orden decreciente según su velocidad de propagación de ultrasonidos en roca seca y en la dirección perpendicular a la estratificación. 29- A 12- C a 30- D 1 3- P u 27- T r 31- B l 1 28- C r t 17- C F S 18- V I - I I 17- C F I 31- B l 2 31- B l 3 16- V I - I 9- F r 8- T u 6- U n 1 0- Az 7- A y 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 U l tra s o ni do s (m / s ) Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 251 Tras la saturación de las probetas ha tenido lugar un aumento en l a velocid ad de propagación de ultrasonidos, debido a la ma yor velo cidad de propa gación de los ultrasonidos en el agua ( 1.485 m/s) que en el aire (331 m/s), que no ha sido homogénea para todas las rocas caracteriz adas (tabla VI-17). Las rocas que han tenido un aumento en la velocidad de propagación de ultrasonidos tras saturación inferior al 10% son: Biomicritas porosidad superior al 10%: 8-Tu, 9-Fr . Rocas recristalizadas carbonatadas: 17-CF I, 31-Bl3. Arenitas porosidad superior al 5%: 7-A y, 10-Az. Las rocas que pr esentan un aumento en la velocidad de p ropagación de ultrasonidos tras saturación comprendida entre el 10% y el 20% son: Biomicritas-Pelmicritas porosidad inferior al 3%: 28-Crt, 29-A. Rocas recristalizadas carbonatadas: 17-CFS, 27-Tr, 30-D, 31-Bl1, 31-Bl2. Arenitas porosidad superior al 5%: 6-Un. Las rocas con un aum ento en la velocidad d e propagación de ult rasonidos tras saturación superior al 20% son: Biomicritas-Pelmicritas porosidad inferior al 3%: 12-Ca, 13-Pu. Rocas recristalizadas carbonatadas: 16-V I-I , 18-V I-II. Tabla V I-17 : Resultad os d e la variació n en tanto por ciento de la velo cidad de p ropa gación de ultrasonid os tras la saturac ión d e la muestr a en las direccio nes par alela y perp endicular . Paralela (%) Perpendicular (%) 8- Tu 1,50 2,00 9- Fr 7,98 8,39 12- Ca 29,51 27,60 13- Pu 24,95 22,05 28- Crt 14,81 11,50 29- A 16,51 18,41 16- V I-I 29,90 32,63 17- CFI 9,48 6,97 17- CFS 20,33 9,88 18- V I-II 25,14 18,41 27- Tr 22,36 18,98 30- D 18,81 20,61 31- Bl2 8,29 14,29 31- Bl3 9,17 5,13 31- Bl1 10,78 11,19 6-Un 16,39 10,55 7-Ay -0,07 -0,17 10- Az 4,29 6,19 Caracteri zación petro física de la roca fresca 258 VI.5.3.- Conclusiones según la clasificación textural de la roca. VI.5.3.1.- Arenitas porosid ad superior al 5%: 6-Un, 7-Ay y 10-Az. P etrográficamente, estas rocas se c lasifican como li toarenitas de grano medio. El tamaño de grano, forma de los clastos y sele cción de las arenitas estudiadas son mu y homogéneos. P etrográficamente la ar enita d e Uncastillo (6-Un) se caracteriza por un a elevada relación calcita/cuarzo (4,3) y un alto por centaje de líticos metamórficos, lutíticos y volcánicos (21,6%). La a renita d e A yerbe (7-A y) se cara cteriza por una baja relación calcita/cuarzo (1,24) y un po rcentaje alto de de lí ticos met amórficos, lut íticos y volcánicos (22%), mient ras que la arenita de Al cañiz (10-Az) se caract eriza por un elevado contenido en d olomita (10%), turmali na (2-3%) y por la esca sez de líticos metamórficos, lutíticos y volcánicos (2%). Es tas roca s presentan una porosidad abierta media y unos valores de porosidad total s imilares, compre ndido entre el 9,73 % de 10-Az y el 12,63% de 7-Ay. La porosidad inaccesible, r especto de la porosidad total, está comprendida ent re el 23% de 6-Un y el 27% de 10-Az. Las gráficas de absorció n continua para estas rocas muestran una diferenc iación en tres rectas de diferen te pendiente, con un cambio neto de pendiente entre la fase inicial y la fase intermedia. Las tres ro cas tienen una saturación rápida y elevados valores tanto del coeficiente de absor ción capilar, espe cialm ente en 10-Az, como del grado de satur ación capilar. Las arenitas 6-Un y 7-A y presentan valores similares entre sí y superiores a los de 10-Az de retención de agua tras secado y contenido en agua crítico. En l as arenitas 6-Un y 7-Ay se han medido unos porcentajes de macroporosidad y un tamaño medio de acceso de poros similar ent re sí e inferiores a los de la arenita 10- Az. Las t res roc as se clasifican dentro del grupo I II establecido por po rosimetría de inyección de mercurio (mas del 45% de su volumen de accesos de poro son ma y ores de 1 µm). Los r esultados de los ensayos hídricos (tabla VI-19) pa ra 10-Az indican una buena conectividad de su sistema poroso con elevadas v elocidades de absorción, succión capilar y s ecado. L os resultados de los ensay os hídricos en 6-Un y 7-A y d efinen una conectividad menor en su sistema poroso que en la roca 10-Az, con una desorción más lenta y menos eficaz . Estos resultados permiten establecer una ma yor alterabilidad potencial en 6-Un y 7-A y. Tabla VI-19: W- c ontenido en humedad (%); P 0 - po rosi dad a bierta (%); P- poro sidad total (%); S 1 - coeficiente d e satura ción a 1 hora (%); W d - r etenció n d e agua tras secado (%); W cri - co nten ido de agua crítico (%); C.A. C.- coeficien te de ab sorció n capilar (gm 2 s -0, 5 ), S c - saturació n capilar (%). W P 0 P S 1 W d W cri C.A.C. S c Tamaño m edio (  m ) 6-UN 4,61 10,43 13,69 67,78 13,5 30,34 118 ,63 75,8 3,99 7-AY 5,73 12,63 16,67 72,24 23,6 34,67 91,5 11 72,7 4,49 10- AZ 4,29 9,73 13,36 71,8 7,4 16,08 241 ,41 97,5 12,07 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 259 VI.5.3.2.- Biomicritas-p elmicritas porosidad inferior al 3% : 12-Ca, 13-Pu, 28-C rt, 29-A. P etrográficamente, estas rocas se describen como B iomicritas-Pelmicritas según la clasificación de Folk (1962) de textura granuda no granosoportada y de tamaño de grano fino. Es tas rocas presentan una po rosidad abierta baja, que condiciona s u bajo contenido en agua y su baja absor ción ca pilar. Los valores de porosid ad inaccesible son inferiores al 10% de la porosidad total. Las gráfic as de abso rción continua para estas rocas se d escomponen en dos rectas con un cambio de pendiente gradual entre la fase inicial y la fase fin al. Es tas rocas tienen una v elocidad de absor ción lent a, una desorción lenta y poco efectiva y una absorción capilar reducida, most rando los valores más bajos de todas las rocas caracte rizadas pa ra el grado de saturación a 1 hor a y los v alores más elevados de contenido en agua crítico. También alcanzan elev ados valores de retención de agua tras secado. Los result ados de los ensa y os hídricos p ara estas rocas (tabl a VI-20) indican un sistema poroso tortuoso, hetero géneo, compues to por accesos de poro de pequ eño tamaño y con una baja conectividad. Las rocas perten ecientes a este grupo pres entan el t amaño medio de acceso de poro inferior de todas las rocas carac t erizadas. Este tamaño m edio de acceso de poro es especialmente reducido, si se tiene en cuenta únicamente el tamaño medio de la microporosidad d el mate rial, qu e en todos los ca s os está comprendida entr e el 88% y el 100%. Más del 86% de sus radios de acceso de poro son i nferiores a 0,1 µm y estas rocas h an sido clasificadas dentro del grupo I m ediante porosim etría de inyección de mercurio. Tabla VI-20: W- c ontenido en humedad (%); P 0 - po rosi dad a bierta (%); P- poro sidad total (%); S 1 - coeficiente d e satura ción a 1 hora (%); W d - r etenció n d e agua tras secado (%); W cri - co nten ido de agua crítico (%); C.A. C.- coeficien te de ab sorció n capilar (gm 2 s -0, 5 ), S c - saturació n capilar (%). W P 0 P S 1 W d W cri C.A.C. S c Tamaño m edio (  m ) 12- Ca 0,31 0,82 0,83 8 21,9 81,29 0,88 16,2 (0,0 038) 0,003 8 13- Pu 1,01 2,66 2,95 17,13 11,9 73,67 1,05 26,6 (0,0 123) 0,012 3 28- Crt 1,21 3,12 3,4 34,04 5,87 59,3 2,27 33,4 (0,0 15) 0 ,2 3 29- A 0,24 0,65 0,66 23,44 17,2 83,25 1,31 7,54 (0,0 057) 0,18 VI.5.3.3.- Biomicritas porosidad su perior al 10%: 8-Tu y 9-Fr. P etrográficamente, estas rocas se describ en como Biomicritas según la clasificación de Folk (1 962) s u textura es granuda, soportada por la matriz calcítica y son impuras (aparecen en su composición porcentajes variables d e cuarzo y filosilicatos). Presentan una porosidad abierta el evada y unos valores de porosidad total de 17,08% para 9-Fr y d e 23,28% para 8-Tu. La porosidad inaccesible, respecto de l a porosidad total, es en ambas rocas inferior al 10% . Caracteri zación petro física de la roca fresca 260 Las gráficas de absorción continua elaboradas para estas roc as no poseen la fase intermedia y presentan un cambio neto de pendient es entre la f ase ini cial y la f ase fin al. Tienen una s aturación rápida, elevados valores ta nto del coeficiente de absorción capilar como del grado de satur ación capilar, y valor es bajos de retención de agua tras secado y de contenido en agua crítico. Los resultados de los ensay os hídricos pa ra estas r ocas (tabla VI-21) indi can que la cinética de los proce sos de absorción y desorción de agua se producen con celeridad, a través de un sistema poroso homogéneo, bien comunicado y con accesos de gran tamaño. Esta celeridad en la d esorción de a gua asegura una rápida tr ansferencia d el agua absorbida hacia el ex terior y una b aja r etención de agua. El bajo cont enido de a gua crítico indica una v elocidad de secado m edia-alta. Estas caracterís ticas les confieren un buen comportamiento frente a los posibl es mecani smos de deterioro favorecidos por la circulación de fluidos. Es tas rocas se han cl asif icado como pertenecient es al grupo II por porosi metría de inyección de mercurio (más del 65 % de su vo lumen de accesos de po ro pertenece al rango 0,1-1 µm). P resentan unos valores simil ares de tamaño medio de acceso de poro y de porcentaje de macroporosidad, aunque la distr ibución de tamaños de acceso d e poro es sensiblemente diferente entre ambas rocas. La roca 8-Tu se caracteriza por presentar el 98% de sus accesos d e poro dentro del ran go 0,1-1 µm, mientras que la roca 9-Fr presenta únicamente el 80% de sus accesos de por o en este rango. Tabla VI-21: W- c ontenido en humedad (%); P 0 - po rosi dad a bierta (%); P- poro sidad total (%); S 1 - coeficiente d e satura ción a 1 hora (%); W d - r etenció n d e agua tras secado (%); W cri - co nten ido de agua crítico (%); C.A. C.- coeficien te de ab sorció n capilar (gm 2 s -0, 5 ), S c - saturació n capilar (%). VI.5.3.4.- Rocas recristal izadas carbon atadas (p orosidad 3-10%): 16-VI-I, 17-C FI, 17-CFS, 18-VI-II, 27- Tr, 30-D, 31-Bl1, 31-Bl2 y 31-Bl3. P etrográficamente, estas rocas se describen como carbonatos cri stalinos clasificados como Sparstone (W right 1992) que p ueden s er de composició n calcítica o dolomítica. Estas rocas t ienen una porosidad abi erta baja (16-V I-I, 17-CFS, 18-VI- II, 27-Tr y 30-D) que condi ciona s u b ajo contenido en agua y capilaridad y m edia (17 -CFI, 31-Bl1, 31- Bl2 y 31- Bl3). Muestran valores de porosidad inaccesible elevados, s iendo estos valores especialm ente elevados en el c aso de las rocas recrist alizadas de composición calcítica. Las gráficas de absorción continua elaborad as para 27- Tr y 30-D se descomponen en dos rectas c on un cambio de pendiente gradual entre la f ase ini cial y la final. La velocidad de absorción e n estas rocas es inferior a la del resto de roc as carbonatadas recristaliz adas, pero superior al de las biomicritas con porosidad inferior al 3%. Presentan valores reducidos para el coeficiente de absorción capilar. W P 0 P S 1 W d W cri C.A.C. S c Tamaño m edio (  m ) 8- Tu 11,23 22,02 23,28 90,32 1,06 17,35 96,18 85,9 (0,2 00)1,66 9- Fr 6,99 15,2 17,08 77,13 1,24 23,81 37,08 84,4 (0,5 06)0,66 0 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Cap ítulo VI 261 Las gráficas de absorción elaboradas para el resto de l as rocas carbo natadas recristalizadas se descom ponen en dos rect as con un cambio de p endiente neto entre l a fase inicial y la final. Las roc as carbon atadas recristalizadas present an una s aturación r ápida, sal vo 18- VI-II, 27-Tr, 30-D y 31-Bl1 y unos valores bajos de retención de agua tra s secado y de contenido en a gua críti co. Los valores de absorción capilar en estas rocas son var iables, así como del grado de saturación capilar, pero est án comprendidos entre l os valores de las biomicritas con porosidad superior al 10% y los valores de las biom icritas con porosidad inferior al 3%. El grado de saturación capilar es especialmente e levado en 16- VI-I, 31-Bl2 y 31-Bl3 con valores superior es al 80% y especialmente reducido para 18- VI-II (33%) y 17-CFS (21%). Los resultados obtenidos para las rocas que com ponen este grupo (tabla VI-22) indican un sist ema poros o bien comunicado qu e permite el movimiento de a gua en su interior a través de los accesos de tamaño medio-grande. El proceso de desorción es muy eficaz, l o que ase gura un a rápida tr ansferenc ia haci a el exterior d el agua absorbid a y una baja retención de agua. El contenido de agu a crítico es inferior al 30%, excepto en 30-D, lo que i ndica un a velocidad de secado media-alta. Estas características les confieren un buen comportamiento frente a lo s posibles mecanism os de deterioro favorecidos por la circulación de fluidos. Es tas rocas se ha n clasificado como pertenecientes a los grupos II (más del 65% de su volumen de acceso s de poro pertene ce al rango 0,1-1 µm) y III (más del 45% de su volumen de accesos d e poro son mayores de 1 µm) por porosimetría de iny ección de mercurio. P resentan unos valores de ma croporosidad y de tamaño medio de ac ceso de poro variables en fun ció n del grado d e re cristaliz ación y de los proc esos di agenéticos sufridos. Tabla VI-22: W- c ontenido en humedad (%); P 0 - po rosi dad a bierta (%); P- poro sidad total (%); S 1 - coeficiente d e satura ción a 1 hora (%); W d - r etenció n d e agua tras secado (%); W cri - co nten ido de agua crítico (%); C.A. C.- coeficien te de ab sorció n capilar (gm 2 s -0, 5 ), S c - saturació n capilar (%). W P 0 P S 1 W d W cri C.A.C. S c Tamaño m edio (  m ) 16- V I-I 1,87 4,51 9,63 80,2 0,24 29,38 16,43 90,1 (1,3 00) 3,49 17- CFI 3,62 8,54 10,3 69,8 0,32 16,93 27,97 50,2 (0,5 07) 0,97 17- CFS 1,3 3,26 4,91 75,74 1,41 19,56 6,05 21,2 18- V I-II 1,95 4,6 10,59 59,4 1,96 19,05 36,66 33,5 27- Tr 1,66 4,09 7,35 52,46 0,74 24,64 8,47 23,5 30- D 1,32 3,43 3,74 53,93 2,71 38,52 10,4 68,6 (0,2 7) 0,27 31- Bl1 3,78 9,19 11,33 54,41 5,06 24,68 13,21 63,7 (0,5 99) 1,27 31- Bl2 3,83 9,3 10,64 76,08 8,58 26,86 27,85 76,1 (1,2 05) 1,60 31- Bl3 2,76 6,8 10,73 75,52 2,65 23,52 35,69 82,1 (2,8 30) 3,05 CAPÍTULO VII.- EV ALUACIÓN DE LOS PROCESOS DE CRIST ALIZACIÓN DE SALES CAPÍTULO VII.- EV ALUACIÓN DE LOS PROCESOS DE CRIST ALIZACIÓN DE SALES. VII.1.- Intr oducción. La caracterización de estos materiales se ha completado con la evaluación de su durabilidad frente a los procesos de cristalización de sales. Se ha seleccionado este ensayo, en lugar de otros ensayos clásicos de envejecimiento artificial acelerado, por ser el proceso de deterioro que afecta de una forma más agresiva a los materiales de usos constructivos en nuestro entorno, así como por la amplia experiencia de nuestro equipo de investigación en este campo. La durabilidad de los materiales pétreos es un término complejo y que sólo puede ser definida y entendida en relación con el contexto. La durabilidad de una roca se puede definir como su capacidad para resistir y mantener el mismo tamaño, forma, propiedades mecánicas y aspecto estético a lo largo del tiempo (Bell, 1993), para una posición en obra y unas condiciones climáticas y medio ambientales definidas (Shadmon, 1993). La velocidad de alteración depende de las características intrínsecas del material (T orraca, 1986). En esta definición hay que tener en cuenta, además de las características propias del material, las características ambientales a las que se verá sometido el material en su nueva ubicación y la relación de esta ubicación con el resto de la construcción. Establecer la durabilidad de los materiales pétreos presenta una gran complejidad dado que requiere relacionar un gran número de factores y , no es fácil de predecir por la cantidad de variables que pueden entrar en juego (Cultrone et al. , 2007; Price, 1996). La diferente naturaleza de los diferentes procesos de alteración hace que sean sistemas altamente complejos. Por ello, es difícil establecer la durabilidad de un material mediante un único ensayo. La durabilidad de los materiales pétreos de usos constructivos viene determinada por dos tipos de factores: - Factores intrínsecos: Este grupo de factores hace referencia a las características químico-mineralógicas, texturales (distribución, geometría y conectividad del sistema poroso, tamaño cristalino, tipos de contacto, etc.) y estructurales del material. - Factores extrínsecos: Este grupo hace referencia al conjunto de factores relacionados con las condiciones ambientales tras la colocación del material, así como a la relación de este con el resto del conjunto. Diferentes estudios experimentales han mostrado que la porosidad y la distribu- ción de tamaños de poros ejercen una gran influencia en la susceptibilidad de los materiales pétreos a la alteración por sales (Mc Greeevy , 1996; Ordoñez et al. , 1997; Sebastián Pardo and Zezza, 1995). Distintos autores han tratado de establecer clasifica- ciones de la durabilidad en función de las características del sistema poroso. Kaneuji (1978) y Kaneuji et al., (1980) desarrollaron una clasificación basada en dos parámetros: porosidad total y tamaño medio de diámetro de poro; Punuru et al. , (1990) propusieron Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo VII 265 otra clasificación en función de la distribución de tamaños de poro calculados mediante porosimetría de inyección de mercurio estableciendo tres grupos: V1 (volumen de poros > 5 µ m de rad io), V2 (0. 5 µ m > rad io > 5 µ m) y V3 (radio < 0.5 µ m). M ediante ensayos de laboratorio demostraron que aquellos materiales con menor durabilidad eran los que tenían mayores proporciones de poros inferiores a 0,5 µ m. Sebastián Pardo & Zezza, (1995) establecen este límite en 2,5 µ m. Fitner and Snethlage (1982) indicaron que muestras de rocas con una gran proporción de pequeños capilares y microporosidad (una distribución de poro bimodal) son extremadamente susceptibles al ataque por cristaliza- ción de sales. Además del sistema poroso, la resistencia a tracción del material también juega un papel importante en la durabilidad frente a la cristalización de sales, siendo menos durables los materiales con menor resistencia (Ruedrich et al. , 2005). Los ensayos de alteración acelerada son pruebas útiles para evaluar la durabi- lidad de los materiales pétreos. En estos ensayos, se trata de reproducir en laboratorio los procesos naturales de una forma acelerada (Dearman, 1982; Martin et al. , 1992; Rivas et al. , 1998). El deterioro de los materiales pétreos de usos constructivos influye en el comportamiento del material, en su adecuación de uso, así como en las estrategias para su conservación. La cristalización de sales solubles en el interior del sistema poroso de los materiales pétreos se considera el principal mecanismo de deterioro en monumentos de patrimonio cultural (Correns, 1949; W ely , 1959; Evans, 1970; Franzini, 1995; Price, 1996; Benavente et al. , 1999; Rodríguez Navarro and Dohene, 1999; Scherer , 1999; Flat, 2002). La consecuencia de este proceso es el daño estructural y la pérdida de material. Por ello, es fundamental para evaluar la durabilidad de los materiales pétreos tras su puesta en obra, conocer tanto las modificaciones que generan en el sistema poroso las sales tras su cristalización, así como su distribución en el interior del material. Las modificaciones que se generan en el sistema poroso provocan que el incremento en la velocidad de alteración de un material de construcción no sea lineal, sino que en la mayoría de los casos sea exponencial tal y como fue señalado por W inkler (1975). Parámetros de la roca como son la porosidad (McGreevy , 1996; Nicholson, 2001; Bidner et al. , 2002; Prikryl and Dudková, 2002; Jornet et al. , 2002; Pera and Burlini, 2002) y la permeabilidad (Carey and Curran, 2000; Russell et al. , 2002; W arke et al. , 2006; McKinley et al. , 2006; McKinley and W arke, 2007) son propiedades petrofí- sicas claves para controlar la alteración durante los ensayos de laboratorio. En este capítulo, se pone un especial énfasis en la variación que tiene lugar tras la cristalización de sales en propiedades físicas de los materiales tales como la absorción, succión capilar y permeabilidad. Las modificaciones en estas propiedades físicas permiten identificar el grado o nivel de degradación alcanzado y , por lo tanto, obtener información muy importante sobre la durabilidad de los materiales e inferir las pautas de alteración en rocas porosas. Las modificaciones que tienen lugar en el sistema poroso durante los procesos de alteración son cambios en la conectividad, sellado parcial de la porosidad, creación Evaluación de los pr ocesos de cristalización de sales 266 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Capítu lo VII 267 de nuevos poros y fisura s o ensanchamiento de l os pree xi stentes. Estos nuevos espacios vacíos pueden crecer i ndependientemente o bi en estar asoci ados a otras microgrietas o poros. Los resultados de estos ensa y os individuales reflejan únicamente la susceptibilidad de una r oca ante un único agent e bajo condicion es estan darizadas. Por ello, es necesario interp retar en conjunto el significado de estos ensa yos y en contrar relaciones con la realidad. Las s ales seleccionadas para estudiar l a durabili dad, de estos materiales de construcción han sido la indi cada por l a norma UNE-EN 12370:1999, sulfato sódico decahidratado al 14% N a 2 SO 4 .10H 2 O, así como aquellas que comúnmente afectan a la obra civil moderna y a las obras hist órico-artísticas en la z ona noroeste de España: el cloruro sódico (N aCl) y el sulfato de ma gnesio heptahidra tado (MgSO 4 .7H 2 O). Estas tres especies salinas pert enecen al grupo de las cinco sales más agresivas señaladas por Goudie en 1993. Goudi e estableció el siguiente ranking d e agresivid ad de sales ordenadas d e mayor a menor agre sivi dad: Na 2 SO 4 .10H 2 O-Mg SO 4 .7H 2 O- Na 2 CO 3 .10H 2 O-NaCl-CaSO 4 .2H 2 O. Las propiedades físicas de la dis olución, las características ambientales y las características del sistem a poroso d e la roca cont rolan el flujo y l as z onas preferent es donde tienen lugar la cris talización de sales. En la tabla V II-1 se ex ponen las principales características físicas y químicas de las soluciones salinas utilizadas. Tabla VII-1: Pr opiedad es físicas y quí micas de las solucio nes s alinas ut ilizadas a 2 0 º C. Datos obtenidos del CRC Ha ndboo k of Che mistr y and Physics (2 005 ). Solución saturada Concentrac ión g anhidro /100 ml solución Densidad (g/cm 3 ) Te nsión superficial (mN/m ) Viscosidad (cP ) Pre sión de vapor (kPa) Na 2 SO 4 19,4 1,15 75,45 1,834 2,175 MgSO 4 33,5 1,29 77,35 7,270 2,781 NaC l 26,4 1,19 81,34 1,986 1,763 Sulfato de sodi o El sistema Na 2 SO 4 -H 2 O inclu ye 2 fa ses estables: la f ase anhidra, thenardita (Na 2 SO 4 ) que precipita d irectamente a pa rtir de la sol ución a t emperaturas superiores a 32,4 ºC y la fase hidratada, mirabilita (N a 2 SO 4 .10H 2 O) estable por debajo de los 32,4 ºC. L a tr ansformación del sulfato sódico anhi dro (thenardita) en sulf ato de sodio decahidratado (mirabilita) Na 2 SO 4 .10H 2 O supone un incremento de volumen del 300%. En la fi gura VII-1 se observan los ran gos de estabilidad para el sul fato de s odio en función de la temperatura y de la humedad relat iva. VII.2.1.2.- V ariación en las pr opiedades hídricas tras el ensayo de cristalización de sales. El avance de la alteración en los materiales pétreos genera importantes cambios en su sistema poroso. Por ello, se ha puesto un especial énfasis en la variación que tiene lugar en las propiedades hídricas del material tras los fenómenos de cristalización de sales. Estas variaciones aportan información no sólo sobre el grado de alteración, sino también sobre su durabilidad. En la tabla VII-3 se presenta la variación en porcentaje tras el ensayo de cristali- zación de sales del contenido en humedad, porosidad abierta y del coeficiente de absorción capilar . Estos parámetros han sido calculados sobre las mismas probetas antes y después del ensayo de cristalización de sales. Los ensayos hídricos tras cristalización de sales no se han realizado sobre las arenitas, debido a su alto grado de deterioro que originaba una continua pérdida de material durante la realización de los mismos. El ensayo de cristalización de sales ha provocado aumentos superiores al 30% en la porosidad abierta en 12-Ca, aumentos comprendidos entre el 10 y el 30% en 8-T u, 9- Fr , 29-A, 30-D y 31-Bl2 y aumentos inferiores al 10% en 18-VI-II, 28-Crt, 31-Bl1 y 31- Bl3. El aumento en la porosidad abierta es consecuencia tanto de la génesis de nuevos espacios vacíos por las presiones ejercidas por la cristalización de las sales, como por las disoluciones inducidas. Las rocas 16-VI-I, 27-T r , 13-Pu, 17-CFI y 17-CFS presentan una ligera disminución en la porosidad abierta tras la cristalización de sales, como consecuencia de la obturación de parte de su sistema poroso por las sales cristalizadas. Evaluación de los pr ocesos de cristalización de sales 274 Figura VII-10: Aspecto de una de las probetas de la roca 9-Fr en los ciclo 0 (foto izquierda) y 30 (foto derecha) de cristalización de sales. 31 -Bl 2 - 1 5 - 1 3 - 1 1 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 0 4 8 1 2 ag u a 1 9 2 3 2 7 a g u a N º d e c i c l os P or c e n taje p e r d i d a e n p e s o 13 -P u -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 0 4 8 1 2 ag u a 1 9 2 3 2 7 ag u a N º d e c i c l os P or c e n taje p e r d i d a e n p e s o Figura VII-1 1: Gráfica de variación en peso para probetas de la roca 31-Bl2 (Grupo A) y 13-Pu (Grupo B). Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Capítu lo VII 275 Las vari aciones en el coeficiente de absorción capilar tras la cristaliz ación de sales han permitido eval uar los cambios en la cinética de los procesos de t ransmisión de fluidos. Este coeficiente aumenta de manera importa nte en las rocas 13-Pu, 17-C FS, 16- VI-I ( figura V II -12), 27-Tr, 28-Crt y 29-A, mientras que en 8-Tu y 31- Bl2 han tenido lugar aumentos más moderados. En el r esto de las rocas caracterizadas (9-Fr (figura V II-12), 12 -Ca, 17-C FI, 18- VI-II, 30 -D, 31-Bl1 y 31 -Bl3) la v ariación en el c oeficiente d e absor ción capilar ha si do poco significativa. En el anex o 2 s e muestran las gráficas de absorción capilar para todas las rocas caracterizadas tras el ensayo de cristalización de sales. 16-VI-I 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Tiempo (S 1/2 ) Absorción capilar (gr/m 2 ) Antes sales Tr as sales 9-Fr 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 100 20 0 300 400 50 0 Tiempo (S 1/2 ) Absorción capilar (gr/m 2 ) Antes sales Tr as sales Figura VII-1 2: Curvas de ab sorció n cap ilar de las rocas 1 6-VI-I y 9 -Fr antes y d esp ués del ensa yo d e cristalizació n de sale s. Cada curva rep resenta el valor medio de tres pr obetas. Tabla VI I-3: Valor es inicia les, finale s y variac ión e n p orce ntaje tras la cristalizac ió n de sale s del contenido e n humedad (W ), por osidad abierta (P 0 ) y del coeficie nte de absor ción capila r (C.A.C.). Contenido en humed ad- W P orosid ad ab ierta- P 0 Coeficiente de a bsorc ión capilar C.A.C. Inicial (%) Tr as sales (%) Variació n (%) Inicial (%) Tr as sales (%) Variació n (%) Inicial gm 2 s -0,5 Tras sales gm 2 s -0,5 Variació n (%) 8- Tu 9,35 10,54 12,73 16,65 21,39 28,47 96,18 114 ,26 18,80 9- Fr 5,11 5,80 13,50 11,71 12,92 10,33 37,08 36,82 -0,70 12- Ca 0,24 0,31 29,17 0,64 1,04 62,50 0,88 0,90 2,85 13- Pu 0,95 0,90 -5,26 2,57 2,43 -5,45 1,05 2,48 136 ,25 28- Crt 1,48 1,51 2,03 3,98 4,04 1,51 2,27 4,57 101 ,59 29- A 0,34 0,39 14,71 0,92 1,05 14,13 1,31 1,99 51,78 16- V I-I 3,34 2,99 -10,48 8,45 7,48 -11,48 16,43 29,91 82,10 17- CFI 3,92 3,70 -5,61 9,17 8,64 -5,78 27,97 28,10 0,44 17- CFS 1,25 1,25 0,00 3,27 3,18 -2,75 6,05 10,97 81,43 18VI-II 1,48 1,52 2,70 3,47 3,70 6,63 36,66 36,37 -0,78 27- Tr 0,87 0,80 -8,05 2,22 2,01 -9,46 8,47 12,65 49,34 30- D 1,58 1,88 18,99 4,09 4,83 18,09 10,4 8,96 -13,82 31- Bl1 3,33 3,67 10,21 8,13 8,92 9,72 13,21 12,43 -5,87 31- Bl2 4,80 5,48 14,17 11,34 12,78 12,70 27,85 32,87 18,01 31- Bl3 3,65 3,79 3,84 8,77 9,09 3,65 35,69 37,62 5,43 Evalu ación d e los p rocesos d e cristalización de sal es 276 En la tabla V II- 4 s e muestra l a desviación estánd ar y el coeficiente de var iación para los ensa y os hídricos de los diferentes materiales antes y después de la cristalización de sales. Los valores de estos coeficientes indi can que la alteración tras la cristalización de sa les no produce un cambio e n el comportamiento del m aterial, manteniéndose valores similares antes y después del ensa yo. Tabla VI I-4: Valor es del c oeficie nte de varia ció n y d e l a desviació n estánda r pa ra el c ontenido en humedad y el coefic iente de a bso rción cap ilar antes y despu és del e nsayo de cristaliz ació n d e sales. Absorción Coeficiente de absorc ión capilar Antes cristalización sales Tras cristalización sales Antes cristalización sales Tras cristalización sales Des. estándar Coef. variación Des. estándar Coef. variación Des. estándar Coef. variación Des. estándar Coef. variación 8- Tu 0,25 0,02 0,18 0,02 4,76 0,05 1,32 0,01 9- Fr 0,28 0,05 0,07 0,01 1,45 0,04 2,01 0,05 12- Ca 0,08 0,32 0,12 0,30 0,27 0,30 0,29 0,32 13- Pu 0,08 0,08 0,10 0,11 0,29 0,27 0,42 0,17 28- Crt 0,03 0,02 0,03 0,02 0,33 0,15 0,34 0,07 29- A 0,02 0,06 0,04 0,10 1,04 0,79 1,13 0,57 16- V I-I 0,48 0,14 0,38 0,13 5,71 0,35 3,08 0,10 17- CFI 0,47 0,12 0,68 0,18 5,28 0,19 5,21 0,19 17- CFS 0,17 0,13 0,14 0,11 1,42 0,24 1,74 0,16 18- V I-II 0,54 0,36 0,30 0,20 9,89 0,27 7,08 0,19 27- Tr 0,20 0,23 0,11 0,14 6,15 0,73 6,32 0,50 30- D 0,03 0,02 0,04 0,02 0,99 0,10 0,34 0,04 31- Bl1 1,14 0,34 1,13 0,31 6,87 0,52 5,62 0,45 31- Bl2 0,42 0,09 0,06 0,01 6,85 0,25 8,90 0,27 31- Bl3 0,50 0,14 0,46 0,12 6,30 0,18 7,28 0,19 VII.2.2.- Ensayo de cristalización de sales no normalizado. La evaluación de la durabilidad de estas rocas frente al ensayo de cristalización de sales, y dado el buen comportamiento general que han mostrado las rocas carbona- tadas frente al ensayo de cristalización de sales normalizado, se ha completado con la caracterización de las variaciones que tienen lugar en la absorción y en la permeabilidad tras la realización de 5 ciclos de cristalización de sales con dos soluciones salinas diferentes, una de NaCl y otra de MgSO 4 .7H 2 O, y con dos concentraciones diferentes: 5% y 15%. Cada uno de estos 5 ciclos sucesivos consta de 2 partes: 1 Inmersión en solución salina durante 8 horas. 2 Secado durante 20 días a temperatura y humedad constantes (temperatura 23 ± 2 ºC y humedad relativa 25 ± 5%). Estas soluciones salinas presentan un comportamiento diferente. El sulfato magnésico es menos móvil que el cloruro de sodio y presenta una tendencia a concen- trarse inmediatamente debajo de la superficie expuesta del material (Davison, 1986), mientras que el cloruro de sodio se distribuye de manera más heterogénea en el interior del material pétreo. Al igual que la porosidad, la permeabilidad es un parámetro que va cambiando conforme avanza la alteración del material, por ello la permeabilidad es una propiedad física de las rocas que permite evaluar las modificaciones que tienen lugar en el sistema poroso durante los procesos de alteración. Esta técnica se ha utilizado con el objetivo de caracterizar el movimiento de las soluciones en el interior de los materiales pétreos y la susceptibilidad a la alteración de la piedra natural. La reducción de la permeabilidad del material es consecuencia de la génesis de costras superficiales y de la acumulación de sales en los poros más superficiales del material por el predominio de los proceso de precipitación de sales y sellado superficial (passive pore filling). Esta acumulación de sales puede actuar como un llenado pasivo de los poros por la inmersión sucesiva de las muestras en soluciones salinas que inhiben la futura alteración (Smith & McAlister , 1986). El aumento en la permeabilidad del material es consecuencia del predominio del proceso de cristalización de sales y génesis de nuevos poros y/o fisuras en el interior del material pétreo o del ensanchamiento de las previas debido a la presión ejercida por las sales durante su cristalización (Smith et al. , 2005), lo que lleva asociado una disminu- ción en la resistencia mecánica del material. VII.2.2.1.- V ariación en la porosidad tras la cristalización de sales. Ambas sales han provocado un aumento en la porosidad abierta de las rocas excepto en 12-Ca y 31-Bl3. Este aumento en la porosidad ha sido mayor tras aplicar las soluciones salinas con concentración del 15% (tabla VII-5). Después de sumergir las probetas en solución de MgSO 4 al 15% tiene lugar un aumento en la porosidad compren - dido entre el 5 y el 10% en 8-T u, 28-Crt, 30-D, 31-Bl1 y 31-Bl2, aumentos inferiores al 5% en 9-Fr , 13-Pu y 16-VI-I y reducciones en 12-Ca, 29-A y 31-Bl3. T ras la cristaliza- ción de NaCl al 15% tiene lugar un aumento en la porosidad superior al 5% en 8-T u y 29-A, aumentos inferiores al 5% en 9-Fr , 13-Pu, 28-Crt, 30-D, 31-Bl1 y reducciones en 12-Ca, 16-VI-I, 31-Bl2 y 31-Bl3. Caracterización tecnológica de r ocas aragonesas de usos constructivos Capítulo VII 277 Evalu ación d e los p rocesos d e cristalización de sal es 278 Tras la cristalización d e cloruro de sodio ti enen lugar aumentos en la por osidad menos importantes que los ocasionados por la cristaliz ación del sul fato m agnésico en todas las rocas caracterizadas, con la ex cepción de la roca 29-A. Tabla VII-5: Var iación en la p orosidad r especto al material ina lterado tr as la cristalizació n de sales d e sulfato de magnesio y cloruro sódic o al 5 % y al 15% . MgSO 4 15% NaCl 15% MgSO 4 5% NaCl 5% 8- Tu 8,56 6,04 3,87 2,03 9- Fr 3,34 2,45 -0,01 -0,04 12- Ca -9,79 -7,12 -8,08 -7,26 13- Pu 4,18 2,41 1,68 2,16 28- Crt 8,36 4,26 2,31 0,23 29- A -6,20 12,93 0,91 -3,10 16- V I-I 1,07 -2,37 -2,69 -7,10 30- D 9,42 3,61 3,64 0,55 31- Bl1 8,60 3,52 0,39 -1,57 31- Bl2 7,21 -0,55 0,28 7,51 31- Bl3 -0,19 -0,11 -0,14 -0,33 VII.2.2.2.- Variaciones en la p ermeabilidad tras la cristalización de sales. VII.2.2.2.1.- Variaciones global es en la perme ab ilidad. P ara cada tipo de roca, y con el objeto de invest igar la variación espacial de la permeabilidad tr as los procesos de cris talización de sales, se ha elaborado un resumen estadístico con los val ores de permeabili dad, se han construido hi stogramas de frecuencia, s e han c alculado los variogramas y se han definido los mapas de permeabilidad. Las difer encias existentes entre la permeabilidad antes y después de l a alteración del material (tabla V II-6) se deben únicamente a las variaciones que han tenido lugar en el sistema poroso tras los procesos de cristalización de sales. Tabla VII-6 : Variació n en por centaje d e la p erm eabilid ad en cada una de las car as caract eriz adas tras el ensayo de cr istalizac ión de sal es. MgSO 4 15% NaCl 15% MgSO 4 5% NaCl 5% ⁄⁄  ⁄⁄  ⁄⁄  ⁄⁄  8- Tu 12,21 23,20 3,05 -3,20 9,92 18,03 6,11 13,11 9- Fr 5,22 8,82 6,72 6,62 -1,49 6,62 8,21 5,15 12- Ca -7,75 -15,73 -11,57 -19,64 -9,74 -15,40 -25,34 -13,96 13- Pu -0,64 -4,48 -7,01 -11,44 -14,98 -13,19 -9,75 -14,90 28- Crt -4,96 0,28 0,01 6,49 -18,50 -21,18 5,05 -3,46 29- A 19,93 34,30 23,53 28,47 -3,73 7,89 10,29 17,87 16- V I-I 10,94 8,27 24,26 -7,19 -14,17 -13,87 2,60 2,13 30- D 17,87 20,45 24,97 16,07 11,38 10,35 20,05 13,58 31- Bl1 38,73 29,74 28,02 7,28 35,48 34,74 25,94 17,03 31- Bl2 0,37 6,99 2,89 3,75 7,12 -8,63 4,80 2,24 31- Bl3 -10,62 -6,69 16,57 -0,02 -22,97 -19,95 -4,37 -3,85 Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Capítu lo VII 279 En general, los valores medios de variación en la pe rmeabilidad obtenidos para cada roc a (tabla VII-7) i ndican un aum ento en la permeabilidad con el incremento en l a concentración de las so luciones salinas. Por ello, los resultados obtenidos tras la cristalización de las solu ciones de cloruro sódico y d e sulfato magn ésico al 15% van a ser los utilizados en los siguientes apartados para valorar el deterioro de es tos materiales en los estadios iniciales de la alteración. Tabla VII-7 : Variac ión en po rce ntaje d e la permeabilidad med ia tras la cr istalizac ión de sale s. MgSO 4 15% NaCl 15% MgSO 4 5% NaCl 5% 8- Tu 17,71 0,07 13,98 9,61 9- Fr 7,02 6,67 2,56 6,68 12- Ca -11,74 -15,61 -12,57 -19,65 13- Pu -2,56 -9,22 -14,08 -12,33 28- Crt -2,34 3,25 -19,84 0,80 29- A 27,11 26 2,08 14,08 16- V I-I 9,6 8,54 -14,02 2,37 30- D 19,16 20,52 10,86 16,82 31- Bl1 34,23 17,65 35,11 21,49 31- Bl2 3,68 3,32 -0,75 3,52 31- Bl3 -8,66 8,27 -21,46 -4,11 Tras la cristalización del sulfato magnésico al 15% tiene lugar un aument o en la permeabilidad media superior al 10% e n las rocas 8-Tu, 29-A, 30-D y 31-Bl1, un aumento i nferior al 10% en las rocas 9-Fr, 16-V I-I y 31-Bl2 y un a dis minución en l a permeabilidad media en las rocas 12-Ca, 13-Pu, 2 8-Crt y 31-Bl3. Tras la cristaliz ación del cloruro sódico al 15% tiene lugar un aumento en la permeabilidad m edia superior al 10% en las roc as 29-A, 30-D y 31 -Bl1, un aumento inferior al 10% en las rocas 8-Tu, 9-Fr, 16-V I-I, 28-Crt, 31- Bl2 y 31-Bl3 y un a disminución en la permeabilidad media en las roc as 12-Ca y 13-Pu. La cristaliz ación de las soluciones salinas también conlleva un aumento en la anisotropía e n alg unas de las rocas caracterizadas (tabla V II -8), lo que indica un control por parte de l as característ icas texturales de la r oca en la acumulac ión y /o cristaliz ación de las sales. Tras la cristaliz ación de cloruro de sodio tiene lu gar un aumento importa nte en los valores de anisotropía respecto a la roca f resca en 8-Tu, 16 -VI-I, 31-Bl-1 y 31-Bl-3, mientras que tras la cristalización de sulfato magnésico tiene lugar un importante aumento en la anisotropía en las rocas 9-Fr y 31-Bl- 2. Tras la cristaliz ación de ambas sales ti ene lugar una importante di sminución en la anisotropía de la roca 12-Ca que era la única ro ca qu e present aba una fuerte anisotropía antes de su alteración. Evalu ación d e los p rocesos d e cristalización de sal es 280 Tabla VII-8: Valores de anisotropía tanto para la r oca inalter ada co mo par a la roca alterada con las distintas so luciones. Inaltera do MgSO 4 15% NaCl 15% MgSO 4 5% NaCl 5% 8- Tu 4,58 0 10,37 4,55 0,72 9- Fr 1,47 8,97 1,38 4,72 1,38 12- Ca 10,88 4,91 1,93 2,43 1,98 13- Pu 0,65 2,7 4,13 3,24 5,08 28- Crt 0,3 0,05 25,53 2,7 0,76 29- A 2,87 6,07 3,3 2,43 10,74 16- V I-I 4,53 6,53 0,72 6,46 1,99 30- D 1,49 0,56 5,72 3,6 3,96 31- Bl1 0,98 0,44 15,37 5,56 6,15 31- Bl2 2,95 17,22 2,14 3,33 5,33 31- Bl3 0,33 3,44 14,52 3,9 0,21 VII.2.2.2.2.- Variaciones en la p ermeabilidad en cada material pétreo. Al igual qu e en el mate rial sin alterar, la m edida de l a perm eabilidad tras la cristalización de sales se ha realizado en dos cara s contiguas de cad a material. Es tas caras se han sigl ado como  (cara p erpendicular a la estratificación y en la que se han tomado medidas de permeabilidad paralelas a l os planos de estratificación) y // (cara paralela a la estratific ación y en la que se han tomado medidas de permeabilidad perpendiculares a la estratificación). Los v alores de los parámetros calcul ados a partir de las medida s de permeabilidad en l as car as  y // en cada una de las rocas caracterizadas, así como los componentes de l os variogramas de las rocas en las que ha sido posible su elaboración, se presentan en l as tablas VII -9 y V II-10, respectivamente. Aquellas roc as en las que no ha sido posible ajustar el variograma, es consecuencia d e la ausencia de un control estructural p ara la vari ación de l a p ermeabilidad a la escala en la que estamos trabajando. Es te e studio estadístico se ha completado con histograma s de frecuencia de distribución de la permeabilidad, variogramas y mapas de distribución espacial de la permeabilidad. En las figuras VII-13 y V II-14 se m uestra un ejemplo de las fich as elaboradas para cada una de estas rocas tras l a cristalización de las soluciones de sulfato magnésico y d e cloruro sódico, respectivamente; mientras que en el anexo 3 se recogen las fichas de todas las rocas caracterizadas. Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Capítu lo VII 281 Sigla: 31-Bl1 Tras el ensa y o de cristaliz ación de sales con MgSO 4 . Cara // Cara  Permeabilidad: 139,67 mD. Permeabilidad: 131,91 mD. 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 0 5 10 15 20 25 80 100 120 1 40 160 180 200 Permeabi lidad (mD) Frecuencia 0 5 10 15 20 25 80 100 120 1 40 160 180 200 Permeabi lidad (mD) Frecuencia Figura VII- 1 3: Ficha de la r oc a 31-Bl1 con los variogramas, mapas d e distrib ución de la permeabilidad e histo gra mas d e frecuencia pa ra cada una de las caras carac terizad as tr as la cristaliza ció n d el sul fa to magnésico heptahid ratad o. Evalu ación d e los p rocesos d e cristalización de sal es 282 Sigla: 31-Bl1 Tras el ensa y o de cristaliz ación de sales con NaCl. Cara // Cara  Permeabilidad: 128,89 mD. Permeabilidad: 109,08 mD. 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 0 5 10 15 20 25 80 100 120 1 40 160 180 200 Permeabi lidad (mD) Frecuencia 0 5 10 15 20 25 80 100 120 140 160 180 200 Permeabilidad (mD) Frecuencia Figura VII- 1 4: Ficha de la r oc a 31-Bl1 con los variogramas, mapas d e distrib ución de la permeabilidad e histogra mas de frecuencia para ca da una de las c aras c ar acterizad as tras la c ristaliza ción del cloruro sódico . Caracteri zación tecno lógica de ro cas ara gon esas de usos construc tivos Capítu lo VII 283 12-Ca Nombre científico: Biopelmicrita- Packstone de peloides y pelec ípodos. Localidad: Calatorao. Tabla VII-9 : Resu men estadí stico de lo s parámetros o btenid os del ensa yo de permeabilid ad . Tabla VII-1 0: Co mponentes del var iogra ma. En la roca 12-Ca t iene lugar una reduc ción en la permeabilidad m edia y en la anisotropía de la permeabilidad tras la cristalización de ambas sales. La r educción de la permeabilidad respecto al material inalt erado ha dependido del tipo de sal ut ilizado, siendo de 15,61% tras l a cristaliz ación d e la so lución de N aCl y de 11 ,74% tras l a cristalización de la solución de MgSO 4 .7H 2 O. Esta reducción en l a permeabilidad del material es el resultado del sellado parcial del sistema poroso por la cristaliz ación de sales, lo que implica un dominio de los procesos de obt uración de la porosidad inicial del material. El resumen estadíst ico muestra como t ras la cristalización de sales se produce una homogenización en los valores de p ermeabili dad, con una dism inución tanto en el rango como en los valores máx imos y mínimos para ambas sales. También es significativo el c ambio que tien e lugar en los histogramas, p resentando asim etrías positivas mayores tras los procesos de cristaliz ación de sales. Los variogramas realizados tras la cristalización de sales, y a diferencia de los variogramas de l a muest ra inalt erada, muestran un ligero control estructural para la distribución de la permeabilidad con ambas sale s. En ambos casos, el elevado efecto pepita indi ca la existencia de una alta vari abilidad. Es tos cambios indican que la cristalización de sales en esta caliz a disminu ye la va riabilidad e spacial de la permeabilidad. Los mapas de pe rmeabilidad muestran como las zonas de may or permeab ilidad tras la cristalización de l as sales de sulfato d e magnesio se sitúan en las z onas centrales de las caras caracterizadas. Este hecho indica c omo las sales, durante el proceso de secado del material, han migrando y se han acum ulado preferentemente en los lím ites de las probetas, creando zo nas de baja p ermeabilidad por la obturación del sistema poroso como consecuencia del dom inio de los proc esos de acumulación de sa les sobre los procesos de cristalización de sales y génesis de n uevos poros y / o fisuras. Cara ⁄⁄  Inalterado 15% Na Cl 15% MgSO 4 Inaltera do 15 % NaCl 1 5% MgSO 4 Media 107,3 9 94,96 99,07 120, 5 96,84 101,54 Rango 49 ,3 52,7 44,3 54 43 52,5 Mínimo 85,7 76,3 79,7 85 77 75.5 Máximo 135 129 124 139 120 128 Media na 105 92,5 97,6 119 96,6 99,5 Des . Std. 12,11 10,85 9,35 11,24 11,12 14,48 Coef. Variac ión 0 ,11 0 ,11 0,09 0 ,09 0,1 1 0,14 Coef. Asimetría 0 ,27 0 ,91 0,5 5 -0,84 0, 12 0,25 Variogra mas Efecto pep ita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo % ⁄⁄ NaCl 97, 35 40,13 137 ,49 2,21 70,81  MgSO 4 137,8 92,19 229 ,99 4,0 59,91 Evalu ación d e los p rocesos d e cristalización de sal es 290 31-Bl2 Nombre científico: Dolosparstone. Localidad: Blancas. Tabla VII-9 : Resu men estadí stico de lo s parámetros o btenid os del ensa yo de permeabilid ad . Tabla VII-1 0: Co mponentes del var iogra ma. Variogra mas Efecto p epita Com. estr uctural Meseta Rango Efecto p epita r elativo % ⁄⁄ NaCl 53, 83 25,94 79,77 3,35 67,48 ⁄⁄ MgSO 4 77,86 98,69 176 ,56 1,51 44,1 En la roca 31-Bl2 tras la cristalización de sales tiene lugar un ligero aumento en la pe rmeabilidad del material, siendo del 3,32% y del 3,68% tras la c ristalización de las soluciones de cloruro de sodio y de sulfato m agnésico, respectivamente. Tras la cristalización d e sales, los r esultados del resumen estadístico no muestran grandes cambios ni en los rangos ni en l os valore s máximos (el amplio rang o indicado para l a c ara  tr as la cr istaliz ación de sales de ma gnesio es cons ecuencia de la pr esencia de un único valor aislado de 202 mD como se observa en los histo gra m as). Los variogramas indican una carencia de control estructural tr as la cristali zación de ambas sales en las ca ras  , mientras que en l as caras // sí lo presentan. E stos cambios indican que la alteración en esta roca dis minuye la v ariabilidad es pacial d e la permeabilidad y que la altera ción está t eniendo lug ar a favor de c iertos elementos texturales que pueden se r puntos potenci ales de d ebilidad del mat erial. Al igual que en la roca 31- Bl1, el estudio al microscopio petrográfico ha puesto de manifiesto que la bioturbación de pequeña escala pres ente en el material y los parche s esparíti cos son lo s elementos text urales que controlan la variación espacial de la permeabili dad. El rang o indica el espaciado medio entre las zonas bioturba das. Cara ⁄⁄  Inalterado 15% Na Cl 15% MgSO 4 Inaltera do 15 % NaCl 1 5% MgSO 4 Media 130,3 0 134,06 130,78 126,45 131,19 135,29 Rango 4 7 48 51 58 51 110,2 Mínimo 1 08 114 104 99 99 91,8 Máx imo 155 162 155 157 150 202 Mediana 129 134 129 128 133 136 Des. Std. 10,3 6 8,59 12,9 12,87 10,12 20,87 Coef. Variac ión 0 ,079 0 ,06 0,1 0 ,1 0,0 7 0,15 Coef. Asimetría 0 ,67 0,31 0,05 -0,29 -1,36 0,55 [Document text truncated for crawler view.]