GEOLOGIA, GEOMORFOLOGIA Y SUELOS
Contenidos del Trabajo Práctico Nº 2
SEDIMENTOS Y ROCAS SEDIMENTARIAS
1. El término sedimento hace referencia a una amplia variedad de
materiales inconsolidados que se producen en grandes cantidades en la
superficie terrestre, cuya característica común es la de haber sido (o
estar siendo) transportados desde sus sitios de origen por los agentes
que modelan la superficie del planeta: ríos, corrientes litorales,
glaciares, vientos, etc. La mayor parte de los sedimentos procede de
la destrucción natural de afloramientos de rocas de cualquier tipo
(ígneas, metamórficas e, incluso, sedimentarias), aunque también los
hay de naturaleza orgánica. Al cabo de una serie de procesos de larga
duración, bastante disímiles entre sí y denominados colectivamente
procesos sedimentarios, un sedimento puede transformarse en una roca
sedimentaria (o sedimentita): un agregado coherente o consolidado (tan
o menos tenaz que una metamorfita o una roca ígnea) de diversos
elementos, formados en principio en el exterior de la corteza
terrestre.
2. Algunos comentarios acerca del origen de los sedimentos y las
sedimentitas son imprescindibles para comprender sus atributos a los
fines de este Trabajo Práctico y los restantes. En primer lugar, hay
que recordar que una roca expuesta en la superficie terrestre está
sujeta a los efectos de la meteorización, es decir, de su
desintegración química y/o mecánica por causa del “intemperismo”. Es
sencillo imaginar, en el caso de las rocas ígneas y metamórficas por
ejemplo, que sus minerales se tornen inestables en las condiciones de
afloramiento, ya que ellos fueron originados en equilibrio con las
grandes presiones y temperaturas del magmatismo o del metamorfismo: es
como mandar a un cocodrilo a vivir a la Antártida. El trabajo de la
meteorización es hecho de muchas maneras: el agua de lluvia no suele
ser tan pura como creemos, sino que suele estar ligeramente
acidificada con ácidos como el carbónico (por el CO2 contenido en el
aire), el sulfúrico (a consecuencia del SO2 producido en quemas de
vegetales u otros carburantes sulfurosos), el nítrico (por el N2O3
generado en tormentas eléctricas), etc., que alteran químicamente a
los minerales de las rocas. Por otro lado, cuando el agua meteórica
que ha penetrado en las fisuras de los macizos rocosos se congela
(como ocurre diaria o cíclicamente en regiones de altas latitudes o
altitudes), genera presiones debido al cambio volumétrico incluido en
el pasaje líquido/sólido, que son suficientes para fragmentar
mecánicamente a las rocas aflorantes.
3. Los variados procesos de meteorización actuando sobre las rocas
generarán tres productos básicos: sales o sólidos disueltos, minerales
estables a las nuevas condiciones de la intemperie (como los minerales
de arcilla, citados en la Guía de T.P. Nº 1), y fragmentos de rocas.
Estos últimos se conocen técnicamente como detritos o clastos, dos
vocablos que incluyen indistintamente a materiales muy conocidos por
nosotros, como los granos de arena, de grava, “cantos rodados”,
“pedregullo”, etc. Aquí, los procesos sedimentarios se inician cuando
estos elementos son erosionados, es decir, capturados y transportados
por los agentes exógenos, en la forma de sedimentos químicos y
detríticos, respectivamente. Existe, además, un tercer grupo de
sedimentos, cuyo origen está vinculado a la terminación de procesos
biológicos, como la concentración de hojas de vegetales en los suelos
de bosques, de valvas de moluscos en zonas costeras, o de caparazones
de invertebrados microscópicos en el fondo de lagos o mares; ellos se
llaman, genéricamente, sedimentos organógenos.
4. Los fragmentos de rocas liberados por la meteorización normalmente
tienen mineralogías, tamaños o geometrías diversas, considerando la
especie rocosa que está siendo afectada (y sus particularidades:
fracturas, proporción y tamaños de minerales félsicos y máficos,
etc.), y/o el proceso dominante de meteorización. Así, un parámetro de
descripción de los detritos es la composición mineral o petrográfica
de los mismos, ya que ellos pueden ser monominerales o poliminerales,
en este caso, llamados fragmentos líticos o litoclastos (en oposición
a los granos formados por una única especie mineral, y a los
bioclastos).
5. Con relación a la textura de los sedimentos detríticos, los
principales parámetros de descripción son:
El tamaño o granulometría de los clastos, que se expresa en forma
absoluta (en cm, mm o m), o mediante las clases de tamaño que
aparecen en la Tabla 1. La Figura 1, por ejemplo, muestra detritos de
las clases arena media, gruesa y muy gruesa (ver estos nombres en la
Tabla 1). Sin embargo, lo común en la naturaleza es que existan
mezclas granulométricas del tipo de las graficadas en la Figura 3, que
hacen necesario usar algunos estadísticos representativos del conjunto
detrítico, como el tamaño medio o el dominante de los clastos. En tal
sentido, los diagramas de la Figura 2 ilustran sobre algunas
nomenclaturas que se emplean para describir esas mezclas.
La selección o clasificación granulométrica, que evalúa el grado de
uniformidad en el tamaño de grano, como lo muestra la Figura 3. Los
números que separan a las cinco categorías de clasificación en ese
esquema corresponden a las dimensiones del desvío estándar (i.e., el
grado de apartamiento en torno al tamaño medio).
La forma (o esfericidad) de los clastos, es decir, sus grados de
semejanza/diferencia con una esfera. La Figura 4 contiene los nombres
descriptivos de esta propiedad de los detritos; los números entre
paréntesis dentro del cuadro separan campos de distinta esfericidad,
considerando que una esfera perfecta tiene un valor igual a 1.
La redondez de los clastos, o sea, el grado de curvatura de sus
superficies, como se ilustra en la Figura 5. Por su parte, la Figura 6
presenta diferentes clases posibles de esfericidad y redondez de los
detritos, de manera cuantitativa.
Los gráficos contenidos en las Figuras 1, 3, 5 y 6 serán usados como
comparadores visuales ante las muestras de sedimentos (o sedimentitas)
clásticos que se verán en Clase.
Tabla 1. Límites estándar, nomenclatura y métodos de determinación de
clases granulométricas de sedimentos clásticos.

Nota: Las unidades phi () fueron creadas para simplificar el
tratamiento estadístico de las mediciones granulométricas,
considerando que los límites de las clases en la Tabla pueden ser
expresadas como una potencia de 2. En tal sentido,  log2 (tamaño
en mm).

Figura 1.

Figura 2.

Figura 3.

Figura 4.

Figura 5.

Figura 6.
6. Las propiedades mencionadas en los párrafos 4 y 5 suelen
modificarse notoriamente durante el transporte de los clastos,
dependiendo de las características físicas del agente que lo produzca
(agua, hielo, viento), de la distancia del transporte (desde decenas a
miles de metros, hasta varios miles de kilómetros), del modo en que
este es realizado (en suspensión dentro del fluído o en la base del
mismo, en contacto permanente o transitorio con el “piso” rocoso o
sedimentario), de su intensidad (grado de turbulencia), etc.
7. Durante el transporte, los sedimentos detríticos pueden avanzar en
forma individual y “en equipo”. Todos nosotros hemos visto alguna vez
una película donde la acción transcurre en un desierto arenoso,
poblado de una gran cantidad de dunas eólicas; precisamente, la Figura
7 contiene un par de cortes de una de estas geoformas, ilustrando su
migración hacia sotavento durante un intervalo de tiempo dado, que
puede ser de días, meses o años (nótese que el gráfico carece de
escala). En cualquiera de las ubicaciones de la duna (“A”… “d”… “H”),
los granos de arena trepan la superficie de barlovento en trayectorias
de saltos (y rodando o reptando) hasta alcanzar su cresta, y luego se
desploman por la pendiente de sotavento en la forma de pequeñas
avalanchas; en otras palabras, cada clasto subió solo, y descendió
como parte de un conjunto. Esta dinámica, que termina desplazando a la
duna en su totalidad, también da lugar a la aparición de la estructura
en capas inclinadas que se ve en el perfil “H”, donde cada capa
representa un pulso de avance del cuerpo dunario. Los ríos que
transportan arenas también suelen tener dunas en sus fondos, por lo
que el sedimento del lecho estará organizado de una manera similar a
la presentada en la Figura 7.

Figura 7.
En los bloques tridimensionales de la Figura 8 se muestran dos tipos
de estructuras resultantes de la migración de óndulas, que son
morfologías de transporte como las dunas citadas, pero de dimensiones
más pequeñas, centimétricas. En los dos gráficos de esta figura son
evidentes dos niveles jerárquicos de estructuras: uno producido por la
caída de los granos a través de las caras empinadas de cada óndula
(marcados con líneas finas), y otro resultante del avance y
superposición de varias de estas formas (marcado con líneas más
gruesas). Estas jerarquías de estructuras también existen en las dunas
fluviales y eólicas. De hecho, la Figura 7 es un esquema didáctico muy
elemental: la Figura 9 ilustra las estructuras de mayor orden de una
duna de desierto verdadera, según un corte coincidente con su
dirección de avance. En el párrafo 12 se volverá a tocar el tema de
las estructuras propias de los sedimentos y rocas sedimentarias.


Figura 8.

Figura 9.
8. Por más que los sedimentos químicos, clásticos y organógenos sean
evacuados hacia zonas más o menos distantes por uno o (sucesivamente)
varios agentes exógenos, es poco frecuente que el transporte se haga
de una sola vez: lo común es que parte o la totalidad del sedimento
“detenga su marcha” en forma transitoria, durante intervalos de tiempo
que suelen medirse en meses, años y hasta miles de años. Sean
transitorias o permanentes, estas “detenciones” del sedimento
conducirán a su acumulación en cuerpos de dimensiones variables,
llamados depósitos sedimentarios.
9. No deben confundirse los significados de los nuevos términos
introducidos: el cuerpo de una duna está compuesto por sedimentos,
pero no es un depósito sedimentario ya que la duna misma es una
morfología o geoforma de transporte, desplazándose en la dirección del
flujo. Por ejemplo, los bancos e islas del cauce del Río Paraná son
dos tipos de geoformas fluviales, pero de transporte y acumulación
sedimentaria, respectivamente. Cuando por diversas razones un banco
deje de migrar definitivamente, sus materiales pasarán a formar parte
de un depósito sedimentario.
10. El cese del transporte se denomina sedimentación, un proceso que
puede ser netamente químico (i.e., precipitación química de las sales
disueltas al traspasar el límite de solubilidad de las aguas que las
contienen), mecánico (depositación o decantación gravitatoria de
sedimentos detríticos u organógenos), o químicomecánico (i.e.,
floculación de minerales de arcilla en medios electrolíticos, como el
agua de mar u otras salmueras continentales). Por estas vías se
originarán tres tipos distintos de depósitos sedimentarios: químicos,
detríticos y organógenos. Las costras salinas de donde procede la sal
de consumo doméstico (léanla en las etiquetas de la “sal de mesa” que
hay en sus casas), los cuerpos de arenas y arcillas en las islas del
Río Paraná, y las concentraciones mecánicas de valvas de mejillones y
caparazones de caracoles en sitios anegados por ese río o el Río
Salado, son ejemplos más o menos familiares de los tres grupos de
depósitos mencionados.
11. Una característica común a los tres tipos de depósitos
sedimentarios es su organización en estratos: capas en las que el
sedimento mantiene prácticamente constantes sus atributos físicos o
químicos. Esto es el resultado de que la sedimentación se produjo
durante un intervalo de tiempo en el cual las condiciones físicas y
químicas del medio o el agente sedimentario permanecieron sin
modificaciones relevantes. Cuando esa situación cambia, se forma otro
estrato, con propiedades diferentes al anterior. El espesor de los
estratos puede ser de varios metros, o tan pequeño como 1 mm; en estos
casos se llaman laminaciones. Las superficies de contacto entre capas
sucesivas se denominan superficies de estratificación.
12. En principio, la organización en estratos o láminas permite
definir la estructura de un sedimento o un depósito sedimentario.
Estas estructuras pueden originarse durante el transporte (como es el
caso de las ilustradas en las Figuras 7, 8 y 9), o durante la
acumulación química o mecánica de los sedimentos, aunque también
existen estructuras de origen orgánico, entre varias otras.
Precisamente, los textos específicos de Sedimentología describen una
cantidad bastante considerable de estructuras sedimentarias, y sus
denominaciones técnicas se cuentan por decenas. Este “refinamiento” se
debe a que tales estructuras son muy útiles a los geólogos que
analizan las características genéticas de los materiales sedimentarios
(sea con fines básicos o aplicados), pero a los fines prácticos de la
ingeniería la mayoría de ellas pierde valor. Para el Curso, las que
más interesa destacar son algunas estructuras propias (y muy comunes)
de los sedimentos detríticos, como las siguientes:
Estratificación / Laminación plana paralela (horizontal): su nombre
define por sí mismo la característica básica de esta estructura. Las
capas están organizadas como las hojas de un libro apoyado sobre su
lomo en una superficie horizontal.
Estratificación / Laminación entrecruzada: los límites de las
sucesivas capas no son paralelos entre sí, y tampoco yacen en posición
horizontal, como es el caso de la estructura mostrada en la Figura 9.
Las superficies de estratificación pueden ser planas o curvas. Existen
numerosas estructuras semejantes a la entrecruzada que, estrictamente,
no lo son (por ejemplo, las que aparecen en la Figura 8).
Estratificación gradada: el tamaño de grano no es homogéneo dentro de
la capa, y varía en forma gradual desde su base hasta el techo, como
se ilustra en la Figura 10. Los gráficos de esta figura representan
dos estructuras granodecrecientes (la estratificación gradada también
puede ser inversa o granocreciente, en vez de normal).
En el párrafo 7 se hizo referencia a la existencia de estructuras de
diferente jerarquía. Así, una estratificación gradada o una laminación
plana paralela pueden aparecer en estratos horizontales o cruzados,
por ejemplo. Cuando en el interior de un estrato no se observa a
simple vista ningún ordenamiento textural o estructural, se dice que
el material que lo compone posee estructura masiva.

Figura 10.
13. En la gran mayoría de los casos, los depósitos sedimentarios se
encuentran en zonas topográficamente deprimidas de la superficie
terrestre, como en los fondos de valles de montaña, o, principalmente,
en las extensas áreas periféricas a ellas (por la sencilla razón de
que los agentes de transporte y sedimentación yacen o escurren hacia
las partes bajas de la superficie terrestre). La excepción más
importante la hace el viento, que puede acumular polvos o arenas finas
en zonas altas de un relieve local, aunque en cantidades modestas, si
se las compara con los sedimentos eólicos de los terrenos bajos
adyacentes. Con todo, existen áreas de la superficie terrestre
caracterizadas por recibir y atrapar sedimentos en intervalos de
tiempo de millones a centenas de millones de años, que se conocen con
el nombre de cuencas sedimentarias. Estas poseen dimensiones
variables: algunas depresiones intermontanas de Sierras Pampeanas
tienen unos 8000 km2 de superficie, mientras que la Cuenca
ChacoParanaense actual ocupa una quinta parte de Sudamérica; desde
luego, hay cuencas más grandes que esta en los océanos.
14. En las cuencas sedimentarias, los depósitos clásticos, químicos y
organógenos se acumulan en espesores mensurables en miles de metros, y
el sedimento es transformado en roca sedimentaria, a veces por simple
compactación (debido a la presión litoestática ejercida por el
sedimento suprayacente), o por diagénesis. Este último es el nombre
genérico de un conjunto de procesos que un sedimento suele
experimentar en las condiciones de soterramiento, tales como la
transformación de su composición mineral (una especie de “antesala” al
metamorfismo), o la precipitación de sales disueltas portadas por
aguas subterráneas, mejor conocida como cementación. Por estos
procesos se originan los tres grupos mayores de rocas sedimentarias:
las clásticas o detríticas, las químicas y las organógenas.
15. Por su frecuencia de aparición en la superficie de los
continentes, las rocas y sedimentos detríticos constituyen el grupo
más importante de los materiales sedimentarios, por lo que la mayor
parte del Trabajo Práctico será destinado al análisis de los mismos.
En primer lugar, debe destacarse que la subdivisión de las rocas
clásticas se basa en el tamaño de los detritos que las componen: las
rocas formadas mayoritariamente por bloques (ver Tabla 1) se denominan
aglomerados; las compuestas principalmente por gravas, conglomerados;
y las restantes, sucesivamente, areniscas, limolitas y arcilitas.
Como en el caso de los sedimentos inconsolidados, la existencia de
mezclas granulométricas en una roca clástica dará lugar a
denominaciones más diversas, del tipo de conglomerado arenoso,
arenisca conglomerádica, limolita guijosa, etc., etc. Con todo, es
frecuente que los intersticios entre los clastos de un estrato de
gravas (o de un conglomerado) estén ocupados por detritos de menores
dimensiones (arenas, limos y/o arcillas), y no es necesario usar
nombres compuestos para describirlos; a ese conjunto detrítico de
menor tamaño que suele aparecer entre los clastos de los depósitos de
gravas y de arenas (o en sus equivalentes consolidados) se le dá el
nombre de matriz. La Figura 11 es un comparador visual que permite
estimar el porcentaje de matriz en un sedimento o sedimentita (entre
otras aplicaciones).


Figura 11.
Además de la matriz, las rocas clásticas pueden (o no) poseer cemento:
un precipitado químico que actúa como ligante de la fracción
detrítica, aumentando su resistencia a la disgregación mecánica, y
disminuyendo los espacios vacíos por los que podrían circular fluidos
como el agua, el gas o el petróleo. Existen tres tipos de cemento
comunes: el calcáreo, el silíceo y el ferruginoso. La diferenciación
entre los tres es relativamente sencilla: el primero produce reacción
al atacarlo con ácido clorhídrico diluido; el segundo confiere gran
tenacidad a la roca y, si su superficie es rayada con un cuchillo,
quedará la marca del polvo del acero; el cemento ferruginoso hace que
la matriz aparezca de color ocre amarillo u ocre rojopardusco (debe
tenerse en cuenta, sin embargo, que los compuestos oxidados de hierro
tienen un poder de pigmentación muy fuerte, por lo que una arenisca
roja, por ejemplo, podría serlo debido a la alteración de minerales
con hierro, y no a la presencia de cemento ferruginoso).
Durante la litificación de un depósito de sedimentos clásticos, la
diagénesis puede dar lugar a la aparición de concreciones: masas de
precipitados químicos aislados en el interior de los estratos, de
tamaños milimétricos a decimétricos, y formas diversas (tubulares,
irregulares, tabulares, etc.).
Por otra parte, el grado de consolidación o coherencia en una roca
clástica es muy variable, pudiendo ser tan “duras” como una roca
metamórfica o ígnea. Generalmente se usa el término friable cuando una
muestra de aquella puede romperse con la máxima presión ejercida por
los dedos de la mano, aunque este grado de coherencia es usado tanto
para la descripción de las rocas como de los sedimentos detríticos. La
consolidación de una arenisca bien seleccionada y cementada por
carbonato de calcio, por ejemplo, puede ser similar a la de una
limolita cuya transformación en roca ocurrió por simple compactación.
Con relación a lo anterior, cabe destacar que las arcillas suelen ser
muy cohesivas, aún poco tiempo después de haber sedimentado. Esto se
debe a la presencia de los minerales de arcilla silicatados
(caolinita, illita y montmorillonita), que poseen cargas eléctricas
libres en sus superficies. Tal característica influye, además, en
otras propiedades del sedimento donde estos minerales existen en
cantidad, como la plasticidad a la capacidad de intercambio catiónico.
Algunos comportamientos mecánicos de una arcilla montmorillonítica
serán evaluados durante el desarrollo del Trabajo Práctico.
16. Sintetizando, la descripción de las sedimentitas y sedimentos
clásticos incluye la mención de la composición mineral/petrográfica
explicada en el párrafo 4, de sus rasgos texturales (párrafo 5) y
estructurales (párrafo 12), así como la de las cualidades leídas en el
párrafo 15, y las de porosidad y permeabilidad (incluidas en el
párrafo 18). En cuanto a la nomenclatura de estos materiales
geológicos, además de la elemental basada en el tamaño predominante de
los clastos, son válidas diferentes adjetivaciones; a modo de ejemplo,
uno podría referirse a la misma arenisca, resaltando un único atributo
a la vez: arenisca lítica, arenisca de grano medio, arenisca laminada,
arenisca friable, arenisca bien seleccionada, etc. Hay denominaciones
técnicas que sintetizan dos o tres propiedades de este grupo de rocas,
simultáneamente (p.e., arcosa, lutita, paraconglomerado), cuyo
significado puede ser encontrado en diccionarios geológicos o
sedimentológicos, llegado el caso, además de los libros de texto.
17. A continuación, se describen algunas variedades frecuentes de
rocas organógenas y químicas, que se verán en Clase:
Diatomita: es una sedimentita muy liviana de color gris blanquecino,
blanco o pardo amarillento, formada por restos silíceos de algas
unicelulares (diatomeas), sólo identificables al microscopio.
Turba: es una roca blanda (se corta bien con cuchillo o pala),
esponjosa, compuesta por restos parcialmente carbonizados de
vegetales.
Coquina: su característica definitoria es la de estar formada, en gran
parte o totalmente, por fragmentos de valvas. Estrictamente, es una
roca detrítica, ya que las valvas fueron transportadas y sedimentadas
como bioclastos. Los depósitos no consolidados de estos materiales se
llaman depósitos de conchilla.
Caliza: es el nombre genérico de un grupo de sedimentitas cuya
característica esencial es la de estar compuesta por carbonato de
calcio (en especial, calcita), principalmente. Así, hay calizas
químicas, organógenas y hasta clásticas, con texturas, estructuras y
colores muy variados, aunque casi siempre son muy tenaces. Una caliza
química muy conocida es el travertino, por su uso como roca
ornamental: tiene color pardo blanquecino o amarillento, estructura
bandeada paralela (a modo de “laminaciones”) y, frecuentemente,
oquedades visibles a simple vista (macroporos).
Dolomía: está formada mayoritariamente por cristales de dolomita (un
carbonato de calcio y magnesio).
Yeso: como se vio en el T. P. Nº 1, el yeso es un mineral, pero como
suele aparecer formando cuerpos de gran extensión en las partes más
superficiales de la corteza terrestre, también se lo cuenta entre las
rocas (químicas, en este caso). Las propiedades de esta roca son las
mismas que las definidas para el mineral.
18. Para finalizar, dos parámetros de descripción de gran importancia
de las rocas sedimentarias son la porosidad y la permeabilidad, ya que
de ellas dependerá su comportamiento como acuíferos. La porosidad de
una roca es el porcentaje de su volumen no ocupado por materia sólida
(i.e., el porcentaje de vacíos o “huecos”), mientras que la
permeabilidad es una medida de la facilidad con la que un fluido
atraviesa un cuerpo poroso. En la clase de Trabajos Prácticos nos
limitaremos a evaluaciones cualitativas de la porosidad (basadas en la
explicación de la Figura 12), ya que esta temática será vista en
detalle en otras asignaturas de ambas Carreras de Ingeniería.

Figura 12. a) depósitos detríticos bien clasificados con alta
porosidad; b) depósitos detríticos bien clasificados con clastos
porosos (aparece el máximo de porosidad); c) porosidad por disolución
(en calizas, dolomías o yeso); d) depósitos detríticos mal
clasificados, con baja porosidad; e) depósitos detríticos muy
cementados, con baja porosidad; f) porosidad de fractura.
EJERCICIOS DEL TRABAJO PRÁCTICO Nº 2
I. Al inicio de la Clase, se sumergirá un volumen conocido de arcilla
montmorillonítica en un recipiente con agua. Al término de la misma,
se tomará nota de las variaciones que ocurrieron en la muestra. A la
semana siguiente, se irá a observar esa muestra al Laboratorio de
Sedimentología (que habrá sido deshidratada en estufa), tomando nota
de los nuevos cambios.
II. Al inicio de la Clase, se volcará agua dentro de huecos
artificiales de diversas especies de rocas. Al término de la misma, se
tomará nota de las diferentes velocidades de infiltración.
III. En Clase se le suministrarán muestras de mano de rocas
sedimentarias, con el fin de que las reconozca, evaluando las
propiedades citadas en el párrafo 16.
IV. En el Laboratorio de Sedimentología, se hará una demostración de
un análisis granulométrico en sedimentos arenogravosos. El alumno
tomará nota de los pasos seguidos en el ensayo y, con los resultados
del mismo, construirá una curva de frecuencias de tamaños.
V. También en el Laboratorio de Sedimentología, se observarán las
rocas sedimentarias atravesadas en un sondeo de  20 m de profundidad,
con recuperación continua de muestras, y se tomará nota de los
principales cambios litológicos.
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