Estudio de perfil de meteorización en la zona de Las Palmas

Sergio Luis Arangoa, Andrea Catalina Marína, Maritza Jaramillob,

Esteban Montoyab

aEstudiante Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Colombia.

b Estudiante Ingeniería Geológica, Universidad Nacional de Colombia.

Presentado a Edilma Gómez, Docente del curso Mecánica de Suelos y Rocas el día 5 de Junio de 2013.

Resúmen La realización de un perfil de meteorización es una herramienta importante a la hora de carac-terizar un entorno geotécnico o geológico. En este informe se presenta la elaboración de un perfil de meteorización a partir de observaciones de campo. La presencia de algunos suelos e incluso de estructuras erosivas, dan la idea del tipo de meteorización de la zona de estudio y algunos factores posibles importantes para tener en cuenta cuando se vaya a realizar un estu-dio geotécnico más detallado de la zona. Palabras clave: Perfil de meteorización, geotécnia, geología, suelos, Medellín. Abstract The making of a weathering profile is an important tool at the moment of characterizes a ge-otechnical or geological environment. In this report we present the making of a weathering profile based in field observations. The presence of some soils and even of erode structures, gives an idea of the type of the study zone’s weathering and some possible important factors to take in mind at the moment of make a more detailed geotechnical study of the area. Keywords: Weathering profile, geotechny, geology, soils, Medellín. 1. Introducción Como parte de un objetivo del curso Me-cánica de Suelos y Rocas, dictado en la Universidad Nacional de Colombia, se reali-zó el levantamiento de un perfil de meteo-rización en la zona de Las Palmas. La im-portancia de la elaboración de un perfil de suelo en la ingeniería geotécnica se resalta por Terzaghi (en Ordoñez, 2005), que dice que el tipo de perfil de suelo, característico de un sitio donde se van a construir cimen-

taciones, debe ser una de las característi-cas primordiales en la selección del méto-do de investigación del subsuelo; y tam-bién según Ordoñez (2005), ayuda a lograr una adecuada caracterización de cualquier entorno geotécnico donde se pretenda ejecutar proyectos de ingeniería. La importancia dentro de la geología y la ingeniería geológica está dada principal-mente por el estudio del comportamiento y las tasas de meteorización de cierta zona,

asociando a ésta además, en algunos casos, la asociación de minerales económicamen-te importantes debido a la lixiviación y otros procesos asociados a la meteoriza-ción. También puede ser útil para la re-construcción de modelos paleoclimáticos y paleogeomorfológicos, además de reflejar la isotropía o anisotropía de la roca madre. (Hugget, 2007). 2. Localización La zona de estudio se encuentra ubicada en el Sureste del Municipio de Medellín, sobre el km 7+940 vía Las Palmas (Fig. 1). En esta zona es evidente que se ha movilizado un volumen de suelo, aparentemente por acción combinada de tipo antrópico y natu-ral. Las condiciones de meteorización en el Valle de Aburrá son las correspondientes a las zonas tropicales. La temperatura varía poco a lo largo del año, con temperatura anual promedio de 22ºC, y humedad media relativa de 70% (PNUD-Medellín). Las pre-cipitaciones a lo largo del año son bimoda-les, con precipitación máxima en Abril/Mayo y Octubre/Noviembre. Las pre-cipitaciones anuales varían de 1400 mm a 2700mm (Aristizabal et al., 2005). El conocimiento de las condiciones climáti-cas de la zona es importante para definir los patrones de meteorización asociados a la misma (Thomas, 1994). 3. Metodología Para la elaboración del perfil de meteoriza-ción en campo, se realizó un canal de apro-ximadamente 20 cm, perpendicular a los horizontes de meteorización (Fig. 3) con el fin de remover el material expuesto direc-tamente a la intemperie, ya que sobre éste se da un proceso adicional de oxidación y alteración, que cambia en una pequeña proporción el estado real de los productos de meteorización. Posterior a la elabora-ción del canal, se procedió a reconocer individualmente cada uno de los horizontes (Figs. 4 y 5) según el modelo de meteoriza-

ción propuesto por Deere & Patton (1971) y Little (1969). Además de esto, se hace una clasificación aproximada de la roca madre, a partir de los horizontes más fres-cos, donde se encuentra evidente el tipo de litología. De cada uno de los horizontes de meteorización se toma una muestra representativa para una posterior descrip-ción cualitativa de los suelos encontrados y generar una idea aproximada del tipo de suelo. 4. Descripción de los horizontes de meteo-rización A continuación se hará una descripción visual de los horizontes de meteorización a partir de las observaciones de campo, pos-teriormente se procederá a clasificar el suelo, para entregar como resultado el perfil de meteorización con la asociación de cada horizonte a los modelos de Deere & Patton (1971) y Little (1969). El perfil de meteorización se realiza sobre un área donde hubo remoción de suelo, por lo tanto se puede observar en la parte superior la presencia de material altamen-te meteorizado y en la zona inferior, los horizontes cercanos a la roca parental o roca madre (fig. 2). El perfil puntual tiene una altura de 4.3 m y globalmente se tiene una altura aproximada entre 15 m y 20 m. La orientación del sitio en general es de N23ºW, y la del perfil puntual es de N85ºE. Inicialmente se observa una gradación de colores en el perfil, donde a medida que se va ascendiendo en el canal, se encuentran tonos de amarillos más claros que los de la base, donde se dan tonos más pardos ama-rillentos, y sobre la parte superior se en-cuentran horizontes grisáceos hasta ne-gros, pasando por tonos pardos oscuros. También se encuentran costras y nódulos de hierro (Fig. 6), producidos aparente-mente por lixiviación y capilaridad de líqui-dos saturados en hierro a partir del mate-rial parental, probablemente desde una zona reductora a una zona oxidante. En la zona superior del perfil se observa agrie-tamiento por procesos de hidratación-

deshidratación de los suelos (Fig. 7), esto da la idea de presencia de cenizas volcáni-cas, ya que es un fenómeno característico de éstas. Sobre el perfil se encuentra una zona orgánica de color negro, que además produce una poco significativa meteoriza-ción biológica a través de las raíces de las plantas. En los horizontes inferiores se encuentra la roca con un grado muy bajo de meteorización, donde se puede definir la litología a partir de la cual se forma el suelo, éstos son bloques de roca clasifica-dos como peridotita y esquisto micáceo (moscovítico) clorítico, las peridotitas se encuentran fracturadas, diaclasadas y pre-sentan serpentinización, con serpentina del tipo crisotilo (inferido por la presencia de asbesto). A partir de la presencia de estos dos tipos de rocas y algunas estructuras, se infiere un posible contacto entre estas dos

litologías en la zona. En el saprolito se en-cuentran estructuras heredadas de las ro-cas parentales como diaclasas y foliaciones, con orientación preferencial determinada de N7°E/89SE (Fig. 8). También vale la pena anotar la presencia de estoraques sobre la superficie del aflo-ramiento (Fig. 9), ya que estos son resulta-do de un proceso erosivo que demuestra una meteorización previa a los mismos, además de ser característicos de zonas donde la lluvia representa un factor impor-tante de erosión y meteorización (Hugget, 2007). En la Tabla 1 se presenta la caracterización inicial de las capas de suelo encontradas en el perfil.

Fig 1. Localización de la zona de estudio.

1. Materia orgánica, color negro, presenta grietas de desecación. Altura: 25cm

2. Presencia de raíces, agua superficial que está saturada, se agrieta, el suelo está conti-nuamente variando la humedad. Altura: 1.10m

3. Suelo muy claro, contiene estoraques. Altura: 41 cm

4. Suelo color gris muy arenoso, presenta algunas raíces. Altura: 64 cm

5. No hay evidencia del material parental. Altura: 70cm

6. Se presentan micas disgregadas. Altura: 1.20m

Tabla 1. Descripción visual de los horizontes de meteorización.

Fig 2. Zona de estudio global, con zoom en la zona de estudio puntual.

Fig. 3 Elaboración del canal para la observación de los horizontes.

Fig. 4 Determinación de los horizontes superiores. 5. Descripción cualitativa de los suelos Muestra 1 El material presenta tendencia a formar esferas con menor grado de meteorización en el interior. Suelo finogranular con pre-dominio de material arenoso. Color café claro, con vetas color naranja, y fragmen-tos de material grueso café oscuro y na-ranja. Presenta una matriz de material fino y grueso. No se observan gravas. Muestra 2 Suelo finogranular color café claro, se ase-meja a una arena fina.

Muestra 3 Material finogranular, color naranja, con vetas negras. Tiende a formar bloques y presenta muy poco contenido de material arenoso. Muestra 4 Material finogranular, presenta un color café anaranjado con parches grises, vetas negras y un contenido escaso de partícu-las gruesas. Forma una estructura en blo-que que se disgrega fácilmente.

Muestra 5 Suelo de color café claro uniforme, suave al tacto. No presenta fragmentos de roca ni material arenoso. 6. Resultados 6.1. Perfil de meteorización según Deere & Patton El perfil de meteorización que se describirá a continuación está basado en el propuesto por Deere y Patton (1971) para climas tro-picales, el cual se adaptó a las condiciones de la zona estudiada. El talud observado presenta varias pen-dientes, debido a un reciente movimiento en masa; razón por la cual se optó por divi-dir el perfil en dos partes. La materia orgánica, que no se clasifica dentro de este modelo, tiene aproximada-mente 0.25 m de espesor, es de color ne-gro y también presenta grietas de deseca-ción. En la parte superior del talud se observa-ron los siguientes perfiles: 6.1.1 Horizonte IA Se observa un área saturada por agua su-perficial. Hay gran cantidad de raíces y además se presentan grietas en la superfi-

cie. Espesor aproximado de 1,10 m. (Fig. 4, sección 6) 6.1.2. Horizonte IB El suelo está muy alterado, no se observan evidencias de las diaclasas ni estructuras de la roca. Sin embargo, se notan costras ferrosas y algunas concreciones (Fig. 6). Este horizonte se encuentra conformado por tres capas de suelos diferentes: •La primera, de color amarillo oscuro, muy parecido al del saprolito, con un espesor de 0.70 m. (Fig. 4, sección 5) •La segunda, es un suelo muy arenoso de color gris. Tiene un espesor de 0.64m y en la parte superior se evidencian algunas raíces, lo que puede dar cuenta de meteo-rización biológica. (Fig. 4, sección 4) •La tercera capa es un suelo de color ama-rillo claro, de 0.41m de espesor. Predomi-nan pequeños estoraques. (Fig. 4 , sección 3) 6.1.3. Horizonte IC o Saprolito Este horizonte posee aproximadamente 1.20 m de espesor, está compuesto por un suelo de color amarillo oscuro, en el que se diferencian fácilmente diaclasas y estructu-ras heredadas de la roca parental. Se ob-servan minerales, principalmente micas.

Fig. 5 Determinación de los horizontes inferiores.

Fig 6. Costras de hierro, concreciones (nódulos) de hierro y estructuras heredadas, encontrados en los horizontes de meteorización.

Fig. 7 Zona orgánica o humus (zona supe-rior), horizonte de meteorización IA. Se puede observar las grietas asociadas a las cenizas volcánicas. Orientación de las diaclasas en saprolito: N7ºE/89SE Al descender hacia la zona a la altura de la vía, se diferencian los siguientes horizon-tes: 6.1.4. Horizonte IIA (Saprolito a Roca) Se observa peridotita muy alterada, con fracturas, diaclasas y contiene crisotilo, y

esquisto micáceo (moscovítico) clorítico con texturas relictas como foliaciones. (Fig. 5, sección 7). 6.1.6. Horizonte IIB (Roca Parcialmente Meteorizada) Hay presencia de grandes bloques de roca, peridotita (dunita) serpentinizada. Es posi-ble la existencia de un contacto con el es-quisto micáceo (moscovítico) clorítico que genera el perfil. (Fig. 5, sección 8) 6.2. Perfil de meteorización según Little Siguiendo los criterios dados en el método propuesto por Little (1969), el perfil de meteorización puede ser caracterizado como sigue: 6.2.1. Horizonte VI (Suelo Residual) No se conserva la textura ni la estructura del material parental, dado el avanzado estado de alteración de la roca original. Se trata de un suelo que va de un amarillo claro a tonos más oscuros (en dirección descendente); además de una fina capa de color gris que se presenta en la parte supe-rior. Este horizonte tiene aproximadamen-te 1.75 metros de espesor. El suelo es pre-dominantemente arenoso y se encuentran pequeñas formaciones verticales o estora-ques.

6.2.2. Horizonte V (Completamente Des-compuesto) Este horizonte de aproximadamente 1.20 m de espesor, está compuesto por un suelo de color amarillo oscuro. Se presenta la textura de la roca parental. Los granos constitutivos se pueden separar fácilmente con la mano y se observan minerales for-madores de la roca original, entre ellos micas. Las diaclasas tienen orientación: N7°E/89SE Si se desciende hacia la zona a la altura de la vía, se diferencian los horizontes restan-tes:

6.2.3. Horizonte IV (Altamente Descom-puesto) Se evidencia la textura de la roca parental, al observar discontinuidades y diaclasas. Los granos constitutivos no se logran sepa-rar fácilmente con la mano. Se puede apre-ciar un porcentaje significativo de fragmen-tos de roca. 6.2.4. Horizonte III (Moderadamente Des-compuesto) Se observa la textura de la roca parental. Se encuentra peridotita con fracturas y diaclasas, además de esquisto micáceo (moscovítico) clorítico con texturas relictas como foliaciones.

Fig. 8 Estructuras heredadas (diaclasa) en la parte izquierda, medición de estas estructuras en la parte derecha.

Fig. 9 Estoraques sobre el perfil de meteori-zación. 7. Discusiones Como primer paso en la discusión sobre las características que presenta el terreno se hablará acerca la presencia de material in situ y transportado. Se evidencia que el talud ha sido interveni-do dado que está conformado por terrazas. Posiblemente debido a la inestabilidad que presenta durante las temporadas lluviosas, dejando como evidencia de esto una forma concóidea en la ladera de la montaña cau-sada por un movimiento de masas (desli-zamiento rotacional). (Varnes, 1978). El material in situ se encuentra en la zona superior dada la elevada pendiente que posee el talud allí. Esta zona de material in situ presenta el mayor grado de meteoriza-ción. A medida que se desciende en el talud es posible observar los residuos de material desprendido y acumulado en la base del mismo, sin embargo se distingue la roca con algún grado de meteorización y parte del material in situ correspondiente a esta

área gracias a que se expuso a la superficie con las obras ingenieriles realizadas para mejorar su estabilidad en general. La ocurrencia del previo movimiento en masa indica que el talud estudiado tiende a perder su estabilidad posiblemente por efecto del contacto litológico inferido, anteriormente mencionado, junto con la acción de prolongadas temporadas lluvio-sas. Debido a las características visuales de los horizontes superiores, se asume la presen-cia de cenizas volcánicas, siendo coherente con algunos perfiles estudiados anterior-mente en la zona (como Aristizábal, et al, 2005; Ordoñez, 2005). La presencia de estas cenizas en esta zona sugiere una acti-vidad volcánica, probablemente asociado a los complejos volcánicos de la cordillera central, según ha sido sugerido anterior-mente por algunos autores, éstas podrían dar pie para discusiones acerca de los in-convenientes que puede producir a la hora de realizar construcciones en patrones de meteorización similares a este. Un posterior estudio más detallado con respecto a la zona de contacto inferida en este trabajo, podría dar mejores ideas acerca de la utilidad de esta zona para fines civiles. La presencia de estoraques evidencia la importancia que tiene la lluvia y la meteo-rización en esta zona, además de los datos climáticos proporcionados anteriormente, que sustentan esta afirmación. Referencias Aristizábal Edier, Roser Barry, Yokota

Shuichiro, (2005) Tropical chemical weath-

ering of hillslope deposits and bedrock

source in the Aburrá Valley, northern Co-

lombian Andes, Elsevier. Pg 2.

Hugget, Richard John, (2007) Fundamentals

of Geomorphology, second edition,

Routledge.

Ordoñez Ante, Carlos Andrés, (2005), El

perfil de meteorización en la ingeniería

geotécnica.

Thomas, M. F. (1994) Geomorphology in

the Tropics: A Study of Weathering and

Denudation in Low Latitudes.Chichester:

John Wiley & Sons.

Varnes, D.J. (1978) Slope Movement Types

and processes.