31 Ago

Rocas y Suelos

Definición de Roca y Suelo

Roca: Agregado natural de partículas minerales unidas mediante grandes fuerzas cohesivas. Todo material que suponga una alta resistencia.

Suelo: Es un material formado por partículas de rocas y minerales derivados de las rocas, pero con ciertas proporciones de aire, agua y materia orgánica. Todo elemento natural compuesto por minerales separables por medios mecánicos de poca intensidad, como son la agitación en agua y la presión con los dedos de la mano.

Con el paso del tiempo y debido a fenómenos de meteorización, la roca va perdiendo progresivamente su resistencia mecánica y se transforma en suelo.

Tipos de Rocas

Rocas Ígneas

Se forman por el enfriamiento de rocas fundidas (magmas). Aportan buena dureza y resistencia (áridos para firmes). Poco adhesivos (mala compactación). Ideales para balasto. Ejemplos: Granito, gabro, pórfido, basalto.

Rocas Metamórficas

Formadas a partir de otras rocas que, sin llegar a fundirse, han estado sometidas a grandes presiones y/o temperaturas y se han transformado cambiando su composición y/o estructura. Buenos como cimientos. Heterogéneos, difíciles de compactar. Problemas de estabilidad de taludes. Ejemplos: Pizarras, gneis, esquistos metamórficos.

Rocas Sedimentarias

Se originan en zonas superficiales de la corteza terrestre a partir de materiales que se depositan formando capas o estratos.

Rocas Silíceas

Se encuentran en ríos y terrazas fluviales. Poco adhesivas. Buena dureza y resistencia. Alto CPA, capa de rodadura en firmes. Áridos redondeados. Ejemplos: Jaspes, sílex, arenisca, cuarcita.

Rocas Calcáreas

Se encuentran en campos. Adhesivas. Poca dureza y resistencia. Bajo CPA, solo capa base-intermedia en firmes. Áridos angulosos. Evitar los yesos. Ejemplos: Caliza, dolomía.

Rocas Arcillosas

Adhesivas. Poca dureza y resistencia, problemas de capacidad portante y estabilidad. Mucha plasticidad, muy alterables con los cambios de humedad. Ejemplos: Arcillas, margas y esquistos arcillosos.

Propiedades de los Suelos

Plasticidad. Límites de Atterberg

  • Límite Líquido (LL): Humedad con la que una cierta huella en el suelo se cierra con una energía determinada.
  • Límite Plástico (LP): Humedad con la que unos rollos delgados de suelo se empiezan a agrietar al intentar amasarlos.
  • Índice de Plasticidad (IP) = LL – LP

Densidad

  • Densidad = Masa / Volumen
  • Volumen partículas sólidas = Vs
  • Volumen de huecos Vv = Va (aire) + Vw (agua)
  • n (porosidad) = Vv / (Vv + Vs)
  • e (índice de poros) = Vv / Vs
  • Grado de saturación S (%) = (Vw / Vv) * 100
  • Humedad W (%) = (Pw / Ps) * 100
  • Densidad de las partículas γs

Densidad seca: Resultante de dividir el peso del material seco entre el volumen total.

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Efecto del Agua en la Densidad

El aporte de agua facilita la tarea de compactación, ya que funciona como lubricante entre partículas de suelo.

Esto es cierto hasta un determinado porcentaje de humedad, momento en el que el agua, en vez de ejercer de elemento favorecedor de la compactación, actúa como retardador de la misma por exceso de ella en la capa granular, con lo que hace efecto separador de la misma.

Al compactar varias muestras del mismo suelo con la misma energía de compactación, pero con diferente porcentaje de humedad, nos encontramos como la densidad seca de la capa compactada se va incrementando al aumentar la humedad, hasta que se alcanza un valor máximo, a partir del cual el aumento de la humedad lleva a valores decrecientes de la densidad seca, por el efecto del agua en la compactación que se ha expresado anteriormente.

Humedad Óptima: El porcentaje de humedad para el que se alcanza la densidad máxima.

Medidas de la Densidad

A) Laboratorio (En campo, Grado de Compactación)

  • Proctor Normal: Molde de 1.000 cm3, 3 tongadas y 26 golpes/tongada.
  • Proctor Modificado: Molde de 2.320 cm3, 5 tongadas y 60 golpes/tongada.

B) In situ

  • Troxler: Densidad del suelo a través de la absorción de rayos gamma emitidos por una fuente radioactiva. Humedad: Velocidad de los neutrones se reduce ante la presencia del hidrógeno. Ventaja: Rapidez. Inconveniente: Problemas con diferentes capas de medida.
  • Método de la Arena: Se utiliza arena natural de densidad conocida. Se hace un agujero en el suelo y se rellena con la arena para conocer el volumen. Con el material extraído se obtiene la masa.

Ensayos de Suelos

Ensayo de CBR

La razón (%) entre la presión necesaria para que el pistón penetre en el suelo hasta una cierta profundidad (0,1″ y 0,2″) y la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra patrón de grava machacada. (Se toma el mayor valor).

Para el cálculo analítico de firmes E (Mpa) = 10 CBR.

Placa de Carga

  • Primer ciclo: Se aumenta la carga de forma escalonada hasta alcanzar δmax = 0,5 MN/m.
  • Descarga: Se realiza una descarga del 50%, 25% y 0%.
  • Segundo ciclo de carga similar al 1º.

Cálculo del Módulo de Compresibilidad (placa de 300 mm)

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Equivalente de Arena (EA)

Muestra de suelo seco pasado por el tamiz 2 mm. Se introduce en probeta con agua y solución floculante y se decanta 20 minutos. Posteriormente se mide la altura total turbia (h) y la de la arena (ha) (parte inferior de la muestra). EA = ha / h * 100.

A mayor equivalente, mayor limpieza de material: mejor. / Valores EA superiores a 50: muy limpios. / Valores EA inferiores a 20: muy contaminado.

Desgaste Los Ángeles

Se introduce material lavado con esferas de acero y se le da unas vueltas a velocidad constante.

Se separa lo retenido en tamiz 1,6 UNE y se pesa una vez limpio y seco.

El Desgaste Los Ángeles es la diferencia de pesos antes y después del ensayo dividido por el peso inicial en tanto por cien.

LA = (Pi – Pf) / Pi * 100

Mayor LA indica peor calidad del árido. / Valores superiores a 50: pésimo. / Valores inferiores a 20: óptimo.

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