Enfoque multimétodo para la evaluación física y mecánica de rocas volcánicas con microestructuras diferenciadas

Las rocas volcánicas son unidades geológico-geotécnicas comunes que presentan diversas heterogeneidades. La influencia de su microestructura en la deformación aún no se ha explorado suficientemente en contextos de ingeniería. Este estudio presenta una evaluación exhaustiva de rocas volcánicas, desde basaltos hasta traquitas, con texturas masivas y vesiculares, varios grados de fracturación y distintas distribuciones de tamaño de poro.

Modelos del sistema poroso. (a) Variación de la porosidad por lámina – conectada (línea discontinua) y total (línea continua) – y representaciones del modelo para las muestras (b) BAf16 – un basalto fracturado que contiene poros más pequeños conectados por un mayor número de poros tipo “throat”; y (c) BF13 y (d) BF15 que corresponden a variedades vesiculares con poros de mayor tamaño pero menor número de poros tipo “throat” que BAf16. Los poros se representan en función de su radio equivalente (coloreado), y los poros tipo “throat” son canales, cuyo ancho depende de su longitud (blanco).

Un enfoque multimétodo, que combina la microtomografía de rayos X, el análisis de láminas delgadas y la técnica de porosimetría de inyección de mercurio, ha permitido caracterizar el espacio poroso y los cristales a distintas escalas, y definir los mecanismos de transporte de fluidos. La física de rocas digital permitió determinar la permeabilidad absoluta y la porosidad, así como desarrollar nuevos modelos del sistema poroso. Se realizaron ensayos mecánicos durante la obtención de imágenes 3D de rayos X con resolución temporal, lo que permitió visualizar el desarrollo de fracturas en distintas variedades petrológicas. Adicionalmente, se determinaron propiedades físicas y mecánicas siguiendo Normas internacionales.

Curvas de tensión-deformación, resistencia máxima y rotura para (a) BAf14: basalto masivo con 7,72 mm de diámetro; (b) BF3: traquiandesita basáltica masiva con 7,64 mm de diámetro; (c) BF13: traquiandesita vesicular con 7,67 mm de diámetro; y (d) T31: traquita con 7,69 mm de diámetro. La porosidad conectada se representa en azul. (Para la interpretación de las referencias de color en la leyenda de esta figura, se remite al lector a la versión web de este artículo).

Los resultados muestran que la porosidad (4 % – 29 %) está influenciada principalmente por el tamaño y la conectividad de los poros, más que por la forma u orientación de las vesículas. Las macrovesículas (> 15 μm) son sub-esféricas, mientras que una baja esfericidad indica la coalescencia de vesículas y fracturas, lo que reduce la resistencia y rigidez de la roca en mayor medida que el contenido de feldespatos. Las muestras vesiculares (porosidades efectivas superiores al 10%) tienen una permeabilidad controlada por el tamaño de las vesículas, mientras que el número de microfisuras y la porosidad definen la permeabilidad tanto en las variedades masivas como en las fracturadas.

Este estudio destaca la importancia de la evaluación de la microestructura de rocas volcánicas como base para investigaciones geológicas y geotécnicas, lo que permite una selección informada de materiales de construcción y estrategias de conservación. El enfoque de análisis adoptado, que combina técnicas a menudo empleadas por separado, ha demostrado ser eficaz y se sugiere su extensión al estudio de otros materiales con espacios porosos complejos.

Maria Luísa Pereira, Lucia Pappalardo, Gianmarco Buono, Nora Cueto, Carmen Vázquez-Calvo, Rafael Fort, Matilde Costa e Silva, Isabel Fernandes, Vittorio Zanon, Paulo Amaral,
A multi-method approach in the physical and mechanical assessment of lava rocks with distinct microstructure, Engineering Geology, Volume 346, 2025 https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2025.107907.