Propiedades y Clasificación de Rocas para Ingeniería Civil: Meteorización, Ensayos y Aplicaciones

Zonas de Meteorización de un Macizo Rocoso

Zona I (Capa de suelo residual)

Roca totalmente transformada en suelo.

IA (Capa superior)

Donde se desarrolla la vida animal y vegetal.

IB

No se distingue la estructura original del macizo rocoso.

IC

Se aprecian juntas y diaclasas, pero la masa se disgrega como suelo.

Zona II (Roca meteorizada)

IIA

Junto a la roca alterada aparece suelo.

IIB

Todo el material es roca con alteración visible.

Zona III (Roca Sana)

La roca aparece sin alteración y con juntas diaclasas limpias.

Ensayos de Rocas

Ensayo de Carga Puntual

Consiste en someter testigos cilíndricos de roca a una carga puntual suministrada por dos conos hasta que se rompe. La resistencia a la carga puntual (Is) se calcula como: Is = P / D², donde P es la carga suministrada y D es el diámetro de la muestra.

Tiene la ventaja de poder realizarse in situ.

Según Deere y Miller, se clasifica en:

• A (Muy alta): Is > 94
• B (Alta): 94 > Is > 47
• C (Media): 47 > Is > 23
• D (Baja): 23 > Is > 12
• E (Muy baja): 12 > Is

Módulo de Deformación de Young

Es la relación entre la carga y la deformación en la altura de la muestra. Se puede representar gráficamente. La fórmula es: E = (P/S) / (ΔL/L), donde P es la carga, S es la sección, ΔL es la deformación y L es la longitud inicial.

Los módulos más utilizados son:

• Módulo en el origen.
• Módulo secante al 50% de la carga de rotura.
• Módulo tangente al 50% de la carga de rotura (el más común cuando no se especifica).

Resistencia a la Tracción

Es la carga unitaria máxima que una probeta cilíndrica soporta sin romperse al ser sometida a tracción. Se determina mediante ensayo de tracción directa o ensayos brasileños.

Ensayos Brasileños

Consiste en cargar la probeta cilíndrica por una generatriz hasta que se produce la rotura. La resistencia a la tracción se calcula como: s = 2P / (πDL), donde P es la carga de rotura, D es el diámetro de la probeta y L es la altura de la probeta.

Alteración de los Materiales Rocosos

La acción de los agentes externos depende de:

• Accesibilidad al interior: Es función de la permeabilidad, que facilita el acceso, y la porosidad, que permite la acción en un volumen mayor.
• Composición: La composición mineralógica está directamente relacionada con las transformaciones químicas.
• Cohesión: Está ligada a la capacidad de resistir los esfuerzos generados por el aumento de volumen producido por la absorción de agua.

Utilización de Rocas Ígneas

En obra civil, se clasifican en dos tipos:

• Intrusivas: Suelen cumplir especificaciones exigentes, pero estas disminuyen al aumentar su alterabilidad.
• Volcánicas: Tienen propiedades muy amplias, por lo que se debe estudiar cada caso.

El granito es un material muy bueno para la obra civil por sus propiedades. Se extrae de canteras y se utiliza para la fabricación de áridos y escolleras.

Rocas Sedimentarias Detríticas Sueltas

Están formadas por gravas (>2mm), arenas (<2mm), limos (0,002-0,08mm) y arcillas (<0,002mm).

Gravas

Las gravas silíceas son duras, formadas por cuarzo, y muy apreciadas como áridos para hormigones y mezclas asfálticas. Las gravas cálcicas son más blandas y se utilizan también como áridos.

Arenas

Similar a las gravas en comportamiento y resistencia. Su principal utilidad es como árido.

Limos

Son partículas finas de tamaño muy pequeño, constituidas principalmente por sílice o caliza. Se usan para construir pantallas impermeables.

Arcillas

Son silicatos de aluminio con diferentes elementos, impermeables y con gran plasticidad. Se utilizan como materia prima en la fabricación de cementos y productos cerámicos.

Clasificación de Materiales Pétreos para Rellenos

Según el tipo de roca de procedencia:

• Rocas estables: Con composición mineralógica estable químicamente y frente al agua (rocas ígneas sin alteración y rocas sedimentarias y metamórficas resistentes, sin alteración y no arcillosas).
• Rocas evolutivas: Se alteran por la acción del agua (rocas ígneas alteradas y rocas sedimentarias y metamórficas de baja consistencia o arcillosas).
• Rocas con pirita: Contienen entre 0,5 y 2% de pirita, que al oxidarse genera un ion SO que acidifica el agua y ataca la roca (pizarras).
• Rocas con minerales solubles: Contienen yeso y otras sales (margas y arcillitas).
• Rocas con minerales combustibles: Provienen de explotaciones de carbón y tienen auto inflamación.

Características de Conjunto de los Materiales para Relleno

Deben ser estables frente al deslizamiento y tener baja compresibilidad para que la evolución de los materiales no modifique las previsiones de comportamiento del relleno.

La estabilidad frente al deslizamiento está definida por el ángulo de rozamiento del material. La compresibilidad por el módulo de compresibilidad del material. Ambos dependen del tipo de relleno, la forma de los gránulos y la composición del relleno.