Mecanismo de evolución de las estructuras porosas en arenisca bajo el efecto combinado de ciclos higrotérmicos y solución de Na2SO4

Por qué importa que la roca se desmenuce

En la superficie, las colinas y los acantilados de arenisca parecen sólidos y eternos. Sin embargo, en muchos valles, embalses y cortes de carretera, estas rocas se debilitan en apenas unos años, desencadenando deslizamientos de tierra y desprendimientos que ponen en riesgo a personas e infraestructuras. Este estudio explora a un culpable silencioso pero poderoso: ciclos repetidos de humedecimiento y calentamiento en presencia de agua salina. Al observar cómo cambian los poros diminutos dentro de la arenisca bajo estas condiciones, los investigadores revelan por qué algunos taludes pierden lentamente resistencia y cómo los ingenieros podrían protegerlos mejor.

Lluvia, sol y sal actuando juntos

En muchas regiones montañosas, los taludes de arenisca están expuestos a un ritmo regular de lluvia, sol y más lluvia. El agua en estos entornos rara vez es pura: con frecuencia transporta sales disueltas, entre ellas sulfato de sodio. El equipo se centró en arenisca recogida en un talud del distrito de Wanzhou, Chongqing, China, y preparó pequeñas muestras cilíndricas. Luego empaparon estas muestras en soluciones de sulfato de sodio de tres concentraciones diferentes, así como en agua destilada para compararlas. Cada muestra se sometió a ciclos repetidos: una hora de inmersión a temperatura ambiente, una hora de secado a 60 °C —similar a la superficie de una roca caliente al sol— y luego enfriamiento de nuevo a temperatura ambiente.

Observando el cambio de la roca de dentro hacia fuera

Tras cada diez ciclos, los investigadores midieron cómo cambiaba la arenisca. Rastrearon la pérdida de masa a medida que se desprendían granos diminutos, comprobaron la dureza superficial, usaron ondas sonoras para sondear la rigidez interna y aplicaron resonancia magnética nuclear de bajo campo para mapear la estructura porosa. A lo largo de 50 ciclos, las muestras en soluciones salinas perdieron más masa que las de agua pura, con la solución más concentrada provocando aproximadamente un 4,5 % de pérdida de masa. La dureza cayó hasta un 10 %, sobre todo después de unas 20 repeticiones, lo que indica que la superficie de la roca se estaba volviendo más suelta y menos resistente al desgaste.

De poros diminutos a grandes cavidades

Las mediciones a escala de poro revelan cómo se produce este debilitamiento. Al principio, cuando el agua rica en sal se infiltra y luego se evapora, el sulfato de sodio cristaliza dentro de los poros más pequeños. Al principio, los cristales pueden incluso rellenar huecos y hacer que la roca parezca ligeramente más compacta y que las ondas sonoras viajen más rápido. Pero a medida que los ciclos de humedecimiento y secado se repiten, los cristales crecen y se reducen una y otra vez, ejerciendo presión sobre las paredes de los poros. Esto finalmente rompe las paredes entre poros vecinos, convirtiendo muchos microporos en menos poros pero de mayor tamaño e incluso en microgrietas. La porosidad global aumenta, particularmente a concentraciones de sal más altas, y la velocidad de las ondas sonoras alcanza un máximo alrededor de 20 ciclos antes de disminuir conforme se acumula el daño.

La sal como motor oculto del daño en taludes

En conjunto, los experimentos muestran que los ciclos de humedad con sulfato de sodio son un motor eficaz de daño a la roca. El agua salina primero se infiltra en poros existentes, luego la cristalización y la recristalización los van abriendo y conectando gradualmente. A medida que la población de poros diminutos se desplaza hacia vacíos medianos y grandes, la arenisca se vuelve más ligera, más blanda y menos capaz de transmitir ondas: señales de un armazón interno debilitado. Para los ingenieros que diseñan o mantienen taludes cerca de embalses, carreteras o sitios patrimoniales, el mensaje es claro: no toda el agua es igual. El contenido de sal y los ciclos climáticos de humedecimiento–secado pueden transformar silenciosamente una arenisca aparentemente resistente en un material mucho más frágil, aumentando con el tiempo el riesgo de erosión y fallo.

Cita: Geng, J., Li, X., Wu, Y. et al. Evolution mechanism of pore structures in sandstone under coupled effect of hygrothermal cycles and Na₂SO₄ solution. Sci Rep 16, 10554 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46746-w

Palabras clave: meteorización de la arenisca, cristalización salina, estructura porosa, estabilidad de taludes, ciclos de humedecimiento-secado