Caracterización físico-química de los suelos cementados en el Valle de Aguascalientes

Abstract

RESUMEN El valle de Aguascalientes se ubica en la parte baja del graben del mismo nombre, en esta área se observan suelos conformados principalmente por sedimentos detríticos provenientes de las partes más altas de las montañas que franquean dicho valle. Se considera que la sedimentación del área de estudio es reciente, ya que tiene una edad asignada de ~11 Ma (Nieto-Samaniego et al., 2005), por lo que se encuentran en un proceso de diagénesis temprana, en donde se ha observado que precipitan minerales que actúan como cementante. El estudio de los cementantes de estos suelos es importante para el campo de la geotecnia, ya que generalmente un suelo cementado tiene una mayor resistencia mecánica que uno que no lo está. Así, el estudio de primera generación o de descubrimiento con detalles en áreas críticamente seleccionadas, estuvieron encaminadas a documentar y reconocer el tipo y origen de estos cementantes. A partir del trabajo en campo se obtuvieron 33 muestras, de las cuáles nueve fueron tomadas en los horts del graben y el resto provienen de la zona norte y centro del valle de Aguascalientes, mientras que de las observaciones de las muestras se pudo establecer que en su mayoría están parcialmente litificadas y son de granulometría fina (arcillas y limos) con manchas o incrustaciones de color negro (manganeso), y en menor porcentaje se observaron conglomerados con un 50% de clastos subredondeados de rocas oxidadas y color gris que varían de 3 cm a 2 mm embebidos en un 50% de matriz fina de arena y arcilla, así mismo, se observó arenas medias de color pardo. Los resultados petrográficos sugieren la existencia tres tipos diferentes de cementante en las muestras: carbonato de calcio, arcillas y sílice, aunque éste último en menor proporción. En los suelos de grano fino (limo y arcilla) se tienen cementantes de calcio<arcillas<sílice, en los suelos de conglomerados se observan cementantes de calcio<sílice y en los suelos de arenas cementante de arcilla<sílice. El carbonato de calcio se presenta según la clasificación de Folk (1959, 1962) como lodo micrítico y calcita esparítica con estructura de mosaico drúsico. Considerando el cemento esparítico sin los incluidos en la matriz de lodo micrítico (cementante secundario), la proporción máxima de cementante de carbonatos según el software imageJ oscila es de 27 % del total de una la muestra, que corresponde a una del centro del área de estudio (Punto K), mientras que la menor proporción es de 6 % para una muestra ubicada en la zona central del área de estudio (muestra PII). Por su parte, los cementantes de sílice y de arcillas identificados en las muestras que se observaron representan un porcentaje menor al 5%. El cemento de sílice se observa rellenando parcial y radialmente los huecos en forma de espadas ya que aún no tiene un crecimiento excesivo, mientras que los cementantes de arcillas se observan de forma envolvente, es decir, rodean todos los granos de suelo y son filosilicatos de tonalidad amarillo-naranja, el modelo de extinción es de buena orientación en algunas partes y se observa su disposición paralela al borde del grano. Por otro lado, de los resultados de los análisis de difracción de rayos X (DRX), se reconocieron minerales principales como el cuarzo, en menor proporción andesinas (feldespato de la familia de las plagioclasas), y también minerales del grupo de los filosilicatos como la ilita, caolinita, montmorilonita, halloysita, así como probablemente vidrios opacos que se identificaron en la mayoría de los suelos sedimentarios. Mientras que las propiedades físicas de las muestras de suelo tienen una porosidad con un rango de 6.9 % a 53.7 % y una densidad aparente con un rango de variación 1.10 g/cm3 a 2.51 g/cm3, lo cual resulta en valores muy fluctuantes y representa suelos con características físicas muy diferentes. Las características petrográficas y químicas indican que los cementantes arcillosos encontrados en el valle de Aguascalientes se presentan como acumulaciones iluviales (primarias y en menor medida secundarias), debido a la existencia de ferriarcilanes (revestimientos) de colores rojizos o amarillentos (en este caso son amarillentos, lo que indica bajo contenido de hierro); colores que también aparecen con los nicoles cruzados. También se observaron microlaminaciones que sugieren la existencia de fases de acumulación, mientras que los cementantes de sílice son en general cuarzos, la neoformación de estos cementantes requiere de un ambiente natural que aporte sílice y feldespatos, el cuál probablemente ocurrió por disolución intraestratal de silicatos detríticos en ambientes continentales, lo cual provocaría la formación de soluciones alcalinas intersticiales (Arribas, 1987). Mientras que el cemento carbonático probablemente es el producto de calizas ubicadas en la parte alta al noreste del área de estudio. Palabras clave: Valle de Aguascalientes, cementantes, porosidad, mineralogía.

ABSTRACT The Aguascalientes valley is located in the lower part of the graben of the same name, in this area soils are observed mainly made up of detrital sediments from the highest parts of the mountains that cross said valley. It is considered that the sedimentation of the study area is recent, since it has an assigned age of ~ 11 Ma (Nieto-Samaniego et al., 2005), so they are in a process of early diagenesis, where it has been observed that precipitate minerals that act as cement. The study of the cementitious of these soils is important for the field of geotechnics, since generally a cemented soil has a greater mechanical resistance than one that is not. The mechanical resistance probably depends on the type of cement that the soil has. Thus, the first generation or discovery study with details in critically selected areas was aimed at documenting and recognizing the type and origin of these cementants. Based on observations in the field and the analysis of 33 samples, of which nine were taken in the horts of the graben and the rest from the north and center of the Aguascalientes valley, soils could be defined in the Aguascalientes valley, most of them partially lithified with fine granulometry (clays and silts) with spots or incrustations of black color (manganese) and to a lesser percentage of conglomerates, which are observed with 50% of sub-rounded clasts of oxidized rocks and gray color that vary from 3 cm to 2 mm embedded in a 50% fine matrix of sand and clay, likewise, medium brown sands were observed. The petrographic results indicate three different types of cement: calcium carbonate, silica and clays. In fine-grained soils (silt and clay) there are calcium cementitious <clays <silica, in conglomerate soils calcium <silica cementitious soils are observed and in sand soils clay cementing <silica. Calcium carbonate is presented according to Folk's classification (1959, 1962) as micritic mud and sparitic calcite with a drusic mosaic structure. Considering the sparitic cement without those included in the micritic mud matrix (secondary cementitious), the quantification of the carbonate cementitious according to the imageJ software oscillates between a maximum value of approximately 27% of the total of one of the samples (Point K center of the area study) and less than 6% for the sample PII located in the central zone of the study area. On the other hand, the silica and clay cements identified in the samples that were observed represent a percentage lower than 5%. Silica cement is seen to partially fill the spade-shaped voids radially as it is not yet overgrown. The clay cements are observed in an enveloping way, that is, they surround all the grains and are phyllosilicates with a yellow-orange hue, the extinction pattern is of good orientation in some parts its arrangement parallel to the edge of the grain is observed. On the other hand, from the results of the X-ray diffraction analysis (XRD), main minerals such as quartz were recognized, to a lesser extent andesines (feldspar of the plagioclase family), and also minerals from the group of phyllosilicates such as illite, kaolinite, montmorillonite, halloysite, as well as probably opaque glasses were identified in most of the sedimentary soils. While the physical properties of the soil samples have a porosity with a range of 6.9% to 53.7% and an apparent density with a variation range of 1.10 to 2.51 g / cm3, which results in highly fluctuating values and represents soils with very different physical characteristics. The petrographic and chemical characteristics indicate that the clay cementitious materials found in the Aguascalientes valley appear as illuvial accumulations (primary and to a lesser extent secondary), due to the existence of ferriarcilanes (coatings) of reddish or yellowish colors (in this case they are yellowish, indicating low iron content); colors that also appear with crossed nicoles. They also show microlaminations that indicate accumulation phases, while silica cementants are generally quartz, the new formation of these cementants requires an environment that provides silica and feldspars which occurs by intrastratal dissolution of detrital silicates in continental environments, which would cause the formation of interstitial alkaline solutions (Arribas, 1987). While carbonatic cement is probably the product of limestone located in the upper part of the northeast of the study area. Keywords: Aguascalientes Valley, cementitious, porosity, mineralogy.