INTRODUCCIÓN

La demanda mundial de materiales de construcción se amplía cada vez más. Diversas rocas y materiales alternativos son empleados como áridos; clasificándose como áridos naturales, artificiales, ligeros y áridos reciclados.

Las rocas carbonatadas, principalmente las calizas y calizas dolomíticas, son ampliamente utilizadas en el mundo para esos fines. Sin embargo, en regiones donde estas rocas no son abundantes o no existen, es muy frecuente el uso de otros tipos de rocas, dentro de las que se encuentran las rocas silíceas, tanto de origen ígneo, metamórfico como sedimentario. En países como España, por ejemplo, "el árido silicio redondeado (graveras), en la comunidad de Madrid (y otras comunidades) se ha considerado el mejor árido para hormigón…" (Gigante et al., 2006).

En Cuba y fundamentalmente, en las provincias occidentales, son utilizados áridos naturales, como las arenas de los yacimientos Batey Sánchez, ESBU 19 y Km 13 Viñales, con resultados positivos en la aplicación de morteros de albañilería según León y González (2011), con parámetros de resistencia a la compresión (3.7-12.8 MPa) similares a los obtenidos para las rocas estudiadas. También son utilizadas rocas de diversos orígenes para áridos artificiales, y las calizas ocupan un lugar preponderante; son empleadas las tobas seolitizadas, y areniscas calcáreas, entre otras rocas. La demanda de materiales de construcción para garantizar el desarrollo económico y social sostenible en las localidades y el país, constituye un reto del momento y el futuro. En los próximos años se prevé la explotación de las menas de Pb-Zn y Cu del Yacimiento Castellanos, ubicado en la parte noroccidental de la Provincia de Pinar del Río, en las inmediaciones del pueblo de Santa Lucía, Municipio Minas de Matahambre. Las areniscas estudiadas en este trabajo pertenecen a la Formación San Cayetano (J₁-J₅²), Miembro Indiferenciado (J_1-2), Astajov et al. (1985), están comprendidas dentro de los límites de la zona de intemperismo, tienen una estructura estratificada, y textura de granos finos a medios, con intercalaciones de capas finas y medias de limonitas (aleurolitas). Mineralógicamente su composición es cuarzosa y cuarzo-feldespática, en ocasiones cuarcitizadas ligeramente caolinizada. La limolita, fundamentalmente, está muy caolinizada. Se presentan vetillas entrecruzadas de limonita y hematita. Estructuralmente estas rocas yacen con rumbo NE-SW (60º) y con un ángulo de inclinación promedio de 65º hacia el noroeste; aunque, a veces, alcanza los 80º-90º. El área estudiada tiene una superficie de 13703 m². El volumen de areniscas es de 195043 m³. La potencia promedio en el área es de unos 15.0 m. Como parte del paquete que conforma las rocas del yacente de la mineralización sulfurosa, vendrán a constituir escombros del proceso minero y, por ende, un contaminante sólido del medio ambiente circundante de la futura mina. El propósito del presente trabajo consiste en mostrar los resultados de las investigaciones realizadas a estas rocas para su empleo como árido, lo cual crea las bases para la evaluación de su uso a partir de un enfoque ecointegrador.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se emplearon en la investigación métodos empíricos y teóricos (Aróstegui et al., 1978). Los métodos empíricos se expresaron en las mediciones cualitativas y cuantitativas de las propiedades físicas-mecánicas y químicas de la roca, en experimentos consistentes en ensayos físicos y mecánicos de laboratorio y las técnicas de estadística descriptiva (sumatoria y la media aritmética). De los métodos teóricos fueron empleados fundamentalmente, el análisis y la síntesis, la deducción e inducción, durante la interpretación de los datos. Las técnicas empleadas consistieron en Itinerarios geológicos, apoyados por trazados de líneas topográficas espaciadas a 50.0 m entre ellas, con estacas colocadas a 20.00 m a lo largo de los perfiles. Se midieron todos los elementos de yacencia de las rocas en los afloramientos sobre la línea de los perfiles y entre perfiles, prestando especial atención a los afloramientos en los taludes y las cañadas. Se realizó la actualización topográfica del área y el amarre de labores (surcos), utilizando un teodolito WILD-T2, DISTOMAT, DI 1600, marca WILT, con precisión ± 1 segundo; para lo cual se tuvo en cuenta el método de selección de los puntos de detalle, basado en las estacione topográficas de GeoCuba y la Empresa Geominera de Pinar del Río. Estos trabajos se realizaron a escala 1: 500. Para el muestreo de rocas en el campo se utilizó el método de surco y el volumétrico, se tomaron 17 muestras de surco sobre los perfiles con una dimensión de 10 cm de ancho, 5 cm de profundidad y 3 m de longitud. El tamizaje de las muestras se realizó por tamices de agujeros cuadrados, incluyendo la determinación de la fracción fina, por debajo del tamiz 0.074 mm (200µ); se determinaron las impurezas orgánicas, el análisis químico de los óxidos principales, la pérdida por ignición (PPI) y el diseño de mezclas de morteros de albañilería mediante dosificaciones con cemento P-350.

Los ensayos granulométricos a escala de laboratorio y planta piloto se realizaron por un esquema sencillo, consistente en una clasificación inicial, trituración con un molino de quijada y clasificación final. El volumen de la muestra tomada para la realización del ensayo granulométrico a nivel de planta piloto fue de 3 m³ y se utilizó el muestreo de puntos superficiales con la ayuda de paletas. Para la clasificación inicial se utilizó una zaranda de barrotes con abertura de 80.00 mm, para separar la fracción no asimilable por el molino, el material pasado por 80.00 mm fue triturado y cribado por el tamiz 4.76 mm; el retenido en el tamiz 4.76 mm, fue remolido; finalmente, se tomó una muestra de la fracción pasada por 4.76 mm y otra de la retenida sobre ese mismo tamiz, clasificándose cada muestras por los tamices de aberturas (en milímetros) 9.52, 4.56, 2.38, 1.19. 0.59. 0.297 y 0.149 (tabla 1). Estos trabajos se realizaron siguiendo las normas cubanas NC-251, NC-175 y NC, 178. Se realizó el análisis químico completo a todas las muestras de surco tomadas y fueron determinados los óxidos siguientes: SiO₂; Al₂O₃; Fe₂O₃; MnO; CaO; MgO; Na₂O; K₂O; TiO₂; ZrO₂; FeO; P₂O₅; SO₃ y P.P.I, además se determinaron las impurezas orgánicas (NC-185); los métodos de análisis utilizados fueron el gravimétrico (SiO₂, PPI), Fotometría de Llama (Na₂O; K₂O) y la absorción atómica para el resto de los óxidos. Las pruebas de hormigón se realizaron a dosificaciones de mortero formadas por arenisca triturada y cernida por tamices de 4.76 mm, 2.38 mm y 1.19 mm, cemento P-350 y agua, también se realizaron mezclas de las areniscas con otros aditivos como: recebos y cenizas de tostación de la pirita; se hicieron mezclas de prueba y curado, utilizándose el método por rendimiento para el cálculo de las dosificaciones. Se elaboraron 9 probetas cilíndricas para cada prueba y se ensayaron, a la edad de 9 y 28 días de curado, los parámetros siguientes: resistencia a la compresión, resistencia a la flexotracción, la densidad, la porosidad y absorción capilar (tabla 2). Para estos trabajos fueron utilizadas las normas cubanas NC-175, NC- 120 y NC-224. El volumen de recursos del material (areniscas) en el yacimiento se calculó utilizando los datos del levantamiento topográfico con el empleo del Golden Software Sulfer 9.0 que permitió determinar el volumen entre las superficies topográficas y el plano generado por la cota +70 m.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados, en por ciento, de los análisis químico realizados, son los siguientes: SiO₂: 80.09, Al₂O₃: 8.87, Fe₂O₃: 5.40, MnO: 0.02, CaO: <0.017, MgO: 0.38, TiO₂: 0.48, ZrO₂: 0.016, Na₂O: 0.05, K₂O: 0.73, SO₃: 0.28 y PPI: 2.29.

Las características naturales de la materia prima reflejan su potencial industrial. En los resultados de la composición química se puede apreciar que el contenido la sílice (SiO2): 80.09 %, es relativamente alto, lo que le añade dureza al árido, el azufre (0.28%) está muy por debajo de la tolerancia de la norma vigente, que admite hasta 1% (NC-251: 2005). El azufre total determinado en las areniscas, puede compararse con el valor promedio de 0.63%, determinado en escorias de SiMn (Frias, Sánchez & Rodríguez, 2006).

En su comportamiento granulométrico durante la trituración de la misma (tabla 1) se muestra el incremento en el por ciento de la fracción fina, debido a la presencia de la caolinita, mientras que la cuarcificación y cuarcitización incide en el incremento de las fracciones gruesas. Se conoce que el material fino en algunos áridos alternativos (áridos reciclados), bastante usado en el mundo hoy en día, no se utiliza, porque se tiene en cuenta que el contenido de finos o polvo no se refiere al contenido de arena fina ni a la cantidad de piedras de tamaño menor, sino a la suciedad que presentan los áridos, tamaños inferiores a 0,065 mm (Burriel, 2006); otros áridos no logran el por ciento de fino que se requiere como material de construcción (Artiles, 2006). La Norma Cubana (CN-251:2005) admite un rango del módulo de finura en el árido fino de 2.2 - 3.58 y su promedio admite una desviación (mayor o menor) en el orden de un 0,20 (20%). Pero, independientemente de los resultados granulométricos indicados en la tabla 2, las areniscas puedan ser utilizadas como árido, mediante unas clasificaciones adecuadas, obteniéndose una materia prima con una composición granulométrica ajustada a las normas cubanas. Porque, a diferencia de otros materiales, el fino obtenido de la trituración de las areniscas puede ser utilizado como aditivo (recebo), por su contenido de caolín. Otros resultados, como el de las impurezas orgánicas, revelaron que las rocas presentan Placa No.1, conforme con las Normativas Cubana (NC-185: 2002).

Tabla 1. Resultados de los ensayos granulométricos realizados en el laboratorio a la muestra corrida en la Planta Piloto.

Los ensayos de uso (tabla 2) también revelaron, durante las dosificaciones de mortero en el laboratorio, valores de resistencia a la compresión entre 26.4 y 3.7 MPa, con un promedio de 10.26 MPa, lo cual cumple con los requisitos exigidos por la Norma Cubana (NC-175: 2002). La absorción media de las fracciones gruesas disminuye cuando se emplean áridos silíceos (Burriel, 2006). En la tabla 2 se presentan las dosificaciones para muros portantes de bloques y ladrillos, para muros no portantes de bloques y ladrillo, para piso, para resano grueso en exteriores, para resano grueso en interiores, para resano fino en exteriores y para resano fino en interiores.

Tabla 2. Dosificaciones de morteros de albañilería para las areniscas del Yacimiento Castellano.

Todos los morteros que se puede apreciar en la tabla 2 fueron analizados por la Norma Cubana (NC 175: 2002) y las dosificaciones óptimas para las aplicaciones ensayadas se observan a continuación, a saber:

• Morteros óptimos para muros portantes de bloques y ladrillos (5)

• Morteros óptimos para muros no portantes de bloques y ladrillos (6)

• Morteros óptimos para Pisos (3)

• Morteros óptimos para resano grueso en exteriores (10)

• Morteros óptimos para resano grueso en interiores (12)

• Morteros óptimos para resano fino en exteriores (16)

• Morteros óptimos para resano fino en interiores (18)

La superficie cubierta por las areniscas estudiadas en el área del Yacimiento Castellano es mucho mayor a la presentada en el presente trabajo. El volumen vinculado con ésta área se estimó en más de 5000000 m³, lo cual da la medida de la cantidad de escombro que ello representará durante el minado del yacimiento y la importancia de su uso con fines económicos.

El uso de las areniscas como materiales de construcción es una práctica mundial y, particularmente, en Cuba; aunque las areniscas más utilizadas en nuestro país tienen una composición carbonatada (areniscas calcáreas). De esta forma, se conocen varios yacimientos explorados y explotados, fundamentalmente, en la región occidental, provincia de La Habana (González, Correa, & Mesa, 2013). Sin embargo, no se habían caracterizado, para su uso, las areniscas cuarzosas cuarcitizadas y cuarzo-feldespáticas presentes en la región noroccidental de la provincia de Pinar del Río. La literatura consultada sobre la roca arenisca cuarzosas no tiene similitud con las estudiadas, por cuanto la composición silícea de la mayoría de las areniscas le aportan propiedades físico-mecánicas, como la resistencia a la compresión, de cuyos valores llegan a oscilar entre 87.87-110.82 MPa, como las propias areniscas que yacen por debajo del límite de oxidación de la roca objeto de estudio (Bologdín et al., 1977). No obstante sirve de comparación los resultados de los ensayos de prueba de hormigón que le realizaron a las arenas de los yacimientos Batey Sánchez, ESBU 19 y Km 13 Viñales, conocidos en la provincia de Pinar del Río, los cuales dieron resultados positivos en la aplicación de morteros de albañilería, León y González (2011) con parámetros de resistencia a la compresión (3.7-24.1 MPa), similares a los obtenidos para las rocas estudiadas.

Posible beneficio ambiental

Los elementos que justifican las acciones dirigidas a evaluar desde una perspectiva productiva, el beneficio ambiental de las areniscas estudiadas en este trabajo constan en la leyes cubanas No. 76 "Ley de Minas" y la No. 81 "Del Medio Ambiente, las cuales son los instrumentos jurídicos que exigen la protección del medio ambiente y la consecución del desarrollo económico sostenible.

Martín, Ventura y Prieto (2006) escribe que la Ley 16/2002, que traslada a la legislación española la Directiva 96/61/CE del Consejo Europeo, tiene por objeto evitar, reducir y controlar la contaminación de la atmósfera, el agua y del suelo, mediante el establecimiento de un sistema de prevención y control integrados de la contaminación, con el fin de alcanzar una elevada protección del medio ambiente en su conjunto. Esta legalidad foránea vino a contribuir, confrontar y enriquecer nuestra experiencia en temas de derecho ambiental.

Es obvio que la aplicación consecuente de las leyes y el manejo racional de la materia prima estudiada (las areniscas meteorizadas del Yacimiento Castellanos) permitirán una combinación armónica entre desarrollo económico-social y la reducción al impacto ambiental que se prevé provocará el Proyecto Minero Castellano. Esto se pone de manifiesto con las posibilidades siguientes:

• Disponer de una nueva materia prima alternativa para resolver los problemas constructivos de la economía y de la población local.

• Contribución a la disminución a la reducción de la inversión del proyecto minero, al posibilitar una parte de la materia prima para las construcciones de las obras mineras.

• Disminución del impacto ambiental como resultado de la reducción de las áreas previstas para los escombros de la mina, con el manejo oportuno y racional esos materiales.

CONCLUSIONES

Durante el estudio realizado a las areniscas meteorizadas del Yacimiento Castellano, se revela que estas rocas pueden ser utilizadas en la industria de la construcción, ya que presentan una composición química fundamental conforme a las normas establecidas en el país y permiten, con una clasificación granulométrica adecuada, obtener una materia prima básica para la elaboración de morteros y hormigones hidráulicos y, de esta manera, contribuir al beneficio ambiental durante la explotación de las menas polimetálicas de este importante yacimiento.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Aróstegui, J. M.; Bustamante, A. S.; Cherniak, V. G.; Guerasimov, I. G.; Mateo, J. S.; Montagne, G.; Nikíforov, A. L.;Oguitsov, A. L.; Rodríguez, S. M.; Ruzavin, G. I.; Sadovsky, V.; Shviriev, V. S (1978) Metodología del Conocimiento Científico. Academia de Ciencias de Cuba, Academia de Ciencias de la URSS. Editorial de Ciencias Sociales, Ciudad de la Habana.

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