CARACTERIZACIÓN MINERALÓGICA DE LOS SUELOS DE LA DUNITA DE MEDELLÍN Y SUS IMPLICACIONES

GEOMECÁNICAS

MINERALOGY CHARACTERIZATION OF DUNITE MEDELLIN SOILS AND GEOMECHANICAL

IMPLICATIONS

FABIAN VILLAFAÑEUniversidad Nacional de Colombia, sede Medellín, Colombia, fjvillaf@unal.edu.co

ALEJANDRA YEPES Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, Colombia, amyepesm@unal.edu.co

VICTORIA MEZA Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, Colombia, vemeza@elpol i . edu .co

MICHEL HERMELIN Universidad EAFIT, Colombia, hermelin@eafit.edu.co

ALVARO MORALESUniversidad de Antioquia, Colombia, amoral@fisica.udea.edu.co

MARCO MARQUEZ Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, Colombia, mmarquez@unal.edu.co

RESUMEN: Para un sector de los suelos de la dunita de Medellín se tomaron dos perfiles de meteorización a los cuales se les realizo caracterización mineralógica y geomecánica utilizando técnicas analíticas tales como Difracción de Rayos-X (DRX), Fluorescencia de Rayos-X (FRX) y técnicas mecánicas como Hidrómetro, Resistencia a la Comprensión Simple, Limites de Consistencia Gravedad especifica. El objetivo del estudio se centra en la identificación de minerales presente en los suelos dándole mucha importancia a los minerales del grupo de las arcillas presentes en los perfiles, para con esto tratar de determinar que tanto puede influir la mineralogía Vs el comportamiento geomecánico de estos suelos lateriticos en esta área estudiada

PALABRAS CLAVE: caracterización, goethita, vermiculita, gibsita, DRX

1. INTRODUCCIÓN

La Dunita de Medellín es un cuerpo ígneo ultramafico elongado con dirección Norte-Sur aflorante en la margen oriental en el municipio de Medellín departamento de Antioquia. Estas rocas están relacionadas con el sistema de fallas Cauca-Romeral “Cinturón Ofiolítico Romeral”, (Álvarez, 1985) y hacen parte del complejo Ofiolítico del Cauca según Toussaint y Restrepo (1974).

Los suelos producto de la meteorización son de color rojizo a causa del alto contenido de minerales ferromagnesianos presente en la roca, con tamaños de grano predominantes tipo limo.

Estos procesos de meteorización involucran cambios en los minerales primarios presentes en la rocas generando minerales hidratados como Nacrita (Al2Si2O5(OH4)) y Goethita (FeO(OH)) estos dos especialmente pertenecientes a diferentes grupos cristalinos donde el primero es una arcilla mientras que el segundo es un hidróxido siendo estos los grupos cristalinos que más se encuentran presentes.

La utilización de técnicas analíticas permite una caracterización muy confiable como es el DRX el cual permitió la identificación de todos los minerales descritos en este artículo pero por otro lado el complemento con la técnica FRX permitió conclusiones importantes gracias a que arrojo detalladamente las cantidades precisas en porcentaje de los compuestos presentes en el suelo que permitieron saber si un determinado mineral tenía la suficiente cantidad como para ser formado en condiciones de intemperismo.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

Se tomaron un total de 8 muestras DUFAHZ01, DUFAHZ02, DUFAHZ03, S1M4SAP3 0-30, S1M5SAP3INT, S1M6SAP3INF, S1M1SAP1 S1M3R1. En las siguientes coordenadas Latitud: 6.318457 Longitud: -75.546240 Altura: 1576.

A continuación se hace una breve descripción de las muestras tomadas las DUFAHZ(01,02,03) pertenecientes al Perfil 1 de meteorización de 3 metros de extensión siendo la DUFAHZ03 el piso del perfil y la DUFAHZ01 el techo del mismo.

Para S1M4SAP3INF perteneciente a la base del Perfil 2 de meteorización y S1M4SAP3 0-30 al techo del mismo. Las muestras S1M1SAP1,

S1M3R1 no son perfiles siendo esta primera un saprolito del mismo sector donde se tomaron todas las 8 muestras y la segunda una muestra de roca fresca.Se hizo la toma de muestras en el Perfil 2 con tubos Shelby para realizarles pruebas de Resistencia a la Comprensión, Límites de Consistencia e Hidrómetro tal como se muestra en la Tabla 2 Para el análisis por DRX en las 8 muestras tomadas se seleccionaron con un tamiz ASTM Nº 200 para un tamaño de partícula inferior a 0.074 mm. Se obtuvieron los datos del análisis por FRX los cuales se muestran en la Tabla 1

3. RESULTADOS Y DISCUSION

Después de haberse realizado la interpretación de los datos del DRX se pudo identificar los minerales presentes en los 2 perfiles de meteorización.

Perfil1: partiendo de con la muestra DUFAHZ03 figura1 se tienen picos muy bien de finidos de Goethita, en los ángulos 21º, 33º, 37º y 53º lo que permitió una plena identificación en el espectro, de igual manera se presenta muy bien marcado el Clinocloro con picos muy elongados es los ángulos 12º,19º y 25º en el ángulo 32º se presenta un pico de este mineral con un pequeño desfase, de igual manera se presenta un pico de Vermiculita en el ángulo 7º que se encuentra en superposición con la Nontronita en estos mismos grados.

Para la muestra DUFAHZ02 se pueden identificar picos muy bien definidos de Goethita en los ángulos 21º, 26º, 33º, 37º, 41º y 59º con picos siendo el primer y cuarto pico los mas elongados en la figura2

En la muestra DUFAHZ01 figura3, el cual es el techo del perfil se identifico picos muy bien marcados de Goethita en los ángulos 21º, 26º, 33º, 37º 40º, 53º y 59º de igual manera se pudo identificar un pico de Gibsita en el ángulo 18º también con una firma espectral muy débil se identifico Vermiculita en el ángulo 9.5º.

En el Perfil 2 donde se tomaron 3 muestras de piso a techo en el siguiente orden S1M6SAP3 INF; se pudo identificar en el análisis de DRX los siguientes minerales Goethita con una buena firma espectral en los ángulos 21º, 37º, 40º, 53º; Clinocloro: 6º, 12.5º, 19º, 25º, 31.5º, 44º, 45º; Hematita sin buena firma espectral se determino en los picos 33º y 37º. La serpentina con una buena firma espectral también en los ángulos 12.5º, 20º, 26º; Cromita que correspondería a un mineral primario presento varios picos en 30º, 36º, 43º, 57º. Como se muestra en la figura4

En la muestra S1M5SAP3 INT, se identificaron los siguientes minerales Goethita con las mejor firma espectral en 18º, 21º, 27º, 33º, 37º, 40º, 41º, 51º, 53º, 60º; en este punto aparece Kaolinita, en 25º y 35º, Hematita; en 19º y 37º, Clinocloro; en 12.5º y 19.5º. Esto se muestra en la figura5

En la muestra S1M4SAP3 0-30, se pudo determinar los siguientes minerales Goethita con la mejor firma espectral en 18º, 22º, 27º, 33º, 37º, 40º, 41º, 51º, 53º, 59º, también se determino Hematita en 33º y 64º, de igual forma con un espectro muy débil se identifico Vermiculita en 10º y por ultimo aparece la Gibsita en 18º, 51º, 64º. Esto se ve en la figura6

También se realizo un análisis de DRX a la roca fresca muestra S1M3R1, buscando ver las alteraciones que sufrió la roca al meteorizarse los resultados son los siguientes Antigorita identificados en 12º, 19º, 25º, 36º, 37º, 50º; también Fosterita con buena firma espectral en 17º, 23º, 32º, 36º, 37º, 40º, 52º, 57º, de igual manera se identifico Vermiculita y Clinocloro con un solo pico muy débil en 6º y 19º respectivamente y por último se diferencio Actinolita en 10º.

En el analisis por FRX se pretende ver como varian los porcentajes en peso de los elementos principales que componen estos minerales, partiendo de que existe un enriquecimiento hacia el techo de los 2 perfiles en Al2O3 y un empobreciemiento en SiO2

tambien hacia el techo del perfil lo que esta demostrando un comportamiento de migracios de algunos compuestos.

Tabla 1 :Analisis por FRXPARÁMETRO (%)

DUFAH2O3

DUFAH201

SIM 4 SAP 3

SIM 6 SAP 3 INF

SIMI SAP1 PARTE VEDE

SiO2 11.15 7.01 7.05 10.13 46.67

Al2O3 7.03 11.01 10.25 8.57 3.59

Fe2O3 55.53 62.18 63.31 57.44 5.44

CaO 0.196 0.018 0.089 0.091 5.877

MgO 5.57 0.37 0.28 3.95 28.92

Na2O - - - - 0.48

K2O 0.009 0.013 - - 0.024

SO3 0.018 - - - -

Cr2O3 3.609 2.369 2.296 2.832 0.865

Mn3O4 1.014 0.712 0.337 1.618 0.118

P2O5 0.025 0.029 0.035 0.022 -

TiO2 0.061 0.159 0.161 0.076 0.424

NiO 1.612 1.387 1.358 1.466 0.389

CuO 0.056 - - 0.027 -

ZnO 0.050 0.037 0.040 0.035 0.054

V2O5 - 0.040 - 0.054 -

ZrO2 - - - - -

Pérdidas por calcinación 14.07 14.80 13.68 14.67 12.01

Tabla 2: Ensayos Geomecánicos

POFUNDIDAD (m) S1M4SAP3 0-0.3

S1M5SAP3 INT

S1M6SAP3 INF

Resistencia a la compresión simple

2.02 Kg/ m2 1.31 Kg/m2 0.56Kg/m2

S1M4SAP3 0-0.3

S1M5SAP3 INT

S1M6SAP3 INF

Limite Liquido (LL) 57 72 96Limite Plástico (LP) 49 55 83Índice de Plasticidad (IP)

8 17 13

Humedad % 50% 69% 81.30%

Resistencia a la Compresión Simple

Limites de Consistencia

Para los ensayos gemecnicos solo se tomo el perfil más representativo del sector al cual se le aplicaron las pruebas que se describen en la tabla 2 con esto tratar de interpretar el comportamiento de estos suelos conociendo su mineralogía.De esta tabla 2 se puede resaltar que el incide de plasticidad para la muestra intermedia S1M5SAP3 INT está dando en un valor inferior con respecto a la base y al techo del perfil lo cual representa muchos

interrogantes ya que no seguiría una conducta regular según los otros datos De igual manera se puede resaltar que en el ensayo de Compresión Simple el valor más alto el cual es 2.02KN/m2 pertenece a la muestra superior

3.CONCLUSIONES

Una de las principales conclusiones es que se requieren más estudios en este campo para tener una visión concreta de las rela-ciones existentes entre mineralogía y geomecanica.Del trabajo realizado se puede ver que a medida que aumenta el grado de meteorización del suelo desaparecen minerales hacia el techo de los perfiles tal es el hecho que para el Perfil 1 el Clinocloro que se presenta en DUFAHZ03 desaparece en DUFAHZ01 lo que estaría mostrando que no es estable en las condiciones más superficiales del perfil.

La aparición de Gibsita en estos dos perfiles es coherente con un aumento en la concentración de Al2O3 hacia el techo de estos y lo más sorprendente aun es que la formación de este mineral está sujeto a condiciones de altas concentraciones de alúmina como se encuentra reportado en la literatura y sabiendo que la roca original escasea en este compuesto es muy significativo es te hallazgo que demuestra que bajo estas condiciones también es posible la formación de este mineral

El mineral más común encontrado en todas las muestras es la Goehtita ya que la roca original por ser rica en minerales ferromagnesianos libera el Fe y el Mg como óxidos y luego estos reaccionan hidratándose y dando origen a este mineral, que se concentran también hacia el techo de los perfiles de meteorización.Al tratar de relacionar esto con las propiedades geomecánicas del suelo resulta que existe una mayor valor en la resistencia a la compresión simple en la parte superficial, controlada por los óxidos que se alojan en esta zona. Este valor de la resistencia empieza a descender con la profundidad, lo que de alguna manera no es fácil de explicar.

4. REFERENCIAS

Bastidas Orlando, Caracterizacion espactral y mineralógica de los suelos del Valle del Rio Cauca, Agronomia Colombiana,vol XXVIII nun 2, 2010

Colin F., Nahon D., Trescases J.J & Melfi A.J. (1990) Lateritic weathering of pyroxenites at Niquelandria Goias, Brazil. The supergene behaviour of nickel. Economic Geology, 85, 1010_1023

Elias M. (2002) Nickel laterite deposits _ geologicaloverview, resources and exploitation. Pp. 205_220 in: Giant Ore Deposits: Characteristics, Genesis and Exploration (R.C. David and P. June, editors). Centre for Ore Deposit Research, SpecialPublication, 4. University of Tasmania, Hobart

Formation of gibbsite in the presence of 2/1minerals: an example from ultisols of northeast India. Clay Minerals, 35, 827_840..

Madejova. J, FTIR techniques in clay mineral studies, Bratislava, Vibrational Spectroscopy, 2003Trescases J.J. Nickekiferons laterites: a review on the contributions of the last ten years. Memoirs, Geological Survey of India, 120, 51 62., (1986)

Figura1:DUFAHZ03

Figura2:DUFAHZ02

Figura3:DUFAHZ01

Figura4: S1M6SAP3INF

Figura5: S1M5SAP3 INT

Figura6: S1M4SAP3 0-30

Figura6:S1M3R1