Perfil de Meteorización de un Macizo Rocoso

Un macizo rocoso puede estar formado por uno o varios tipos de roca. Según el caso, se debe analizar para extraer eficientemente sus materiales (Deere y Patton).

Clasificación según el grado de meteorización:

• I
  • A: Presencia de vida vegetal y animal.
  • B: No se distingue la estructura del macizo.
  • C: Se aprecia ligeramente la estructura.
• II
  • A: Roca alterada.
  • B: Roca parcialmente meteorizada.
• III: Roca sana, sin meteorizar.

Otra clasificación relacionada:

• I Suelo residual: Roca totalmente transformada en suelo, que permanece en el lugar de formación.
• II Roca meteorizada.
• III Roca sana que se prolonga en profundidad.

Clasificación de Materiales Pétreos para Uso en Rellenos

Se clasifican según su comportamiento frente a la acción del agua y otros factores:

• Rocas estables: Composición mineralógica estable, incluso frente al agua. No presentan fisuras tras el ensayo de Lutton (25 ciclos de humedad-sequedad) y la pérdida de peso es inferior al 2%. Ejemplos: rocas ígneas sin alteración, sedimentarias y metamórficas resistentes, no arcillosas.
• Rocas evolutivas: Alteradas por la acción del agua. Tras el ensayo de Lutton, muestran una pérdida de peso superior al 2%. Ejemplos: rocas ígneas alteradas, rocas sedimentarias y metamórficas de baja consistencia o arcillosas.
• Rocas con piritas: Contenido apreciable de pirita (0,5-2%). Al oxidarse, forman el ion SO₄^2-, que acidifica las aguas y puede atacar la roca. Ejemplos: pizarras, esquistos y algunas calizas.
• Rocas con minerales:
  • A- Minerales solubles: (Yeso, cloruro sódico…). Diseminados en la roca o intercalados. Ejemplos: yesos, margas, arcillitas.
  • B- Minerales combustibles: Provenientes de minas de carbón. La presencia de carbón y pirita puede causar autoinflamación. Ejemplos: pizarras, calizas, areniscas.

Ensayo de Los Ángeles

Este ensayo determina la resistencia a la fragmentación de un árido grueso. Se realiza introduciendo una muestra de árido en un tambor giratorio con bolas de acero. Se somete a 500 vueltas a 31 rpm. Luego, se determina el material retenido en el tamiz de 1,6 mm. El coeficiente de Los Ángeles es el porcentaje en masa seca (24 horas a 110°C) de la muestra que pasa por el tamiz de 1,6 mm al finalizar el ensayo.

Ensayo Brasileño

Este ensayo determina la resistencia a la tracción de una roca. Se carga una probeta cilíndrica, obtenida de la roca, por una generatriz hasta su rotura (generalmente, según un plano vertical). La tensión máxima se produce en el plano de carga y es prácticamente uniforme. Se calcula con la fórmula:

σ_tb = 2P / (πDL)

Donde:

• P: Carga de rotura.
• D: Diámetro de la probeta.
• L: Longitud de la probeta (aproximadamente igual a D).

Coeficiente de Forma de los Áridos

La forma ideal de los áridos es la esférica. La dosificación ideal permite rellenar los huecos hasta obtener una masa compacta. La aproximación a esta forma se evalúa con el coeficiente de forma (α), que es la relación entre el volumen del grano y el de la esfera circunscrita. Para hormigones, α debe ser superior a 0,2.

Índice de lajas: Indica la proporción de áridos cuya dimensión menor (e) es inferior o igual a la mitad de la dimensión intermedia (a). Se determina pasando el material por un tamiz de barras con una ranura de ancho igual a la mitad del diámetro máximo de la sección. Según la norma EHE, los áridos para hormigón deben tener un índice de lajas inferior al 35%. Si no cumplen, se requieren ensayos específicos.

Características de los Materiales Pétreos que Influyen en su Alterabilidad

La alteración de los materiales rocosos es el conjunto de fenómenos causados por agentes externos y el tiempo.

• Accesibilidad: Relacionada con la permeabilidad (facilidad de acceso de los agentes) y la porosidad (volumen accedido).
• Composición: Los diferentes minerales y su alterabilidad química (reacciones como la solubilidad) influyen en el grado de alteración.
• Cohesión e incremento de volumen por absorción de agua: La resistencia del material determina si puede soportar las variaciones de volumen por absorción de agua o la pérdida de agua por presión y temperatura (en rocas sedimentarias).

Consistencia del Hormigón

Es la oposición del hormigón a la deformación. A mayor consistencia, mayor dureza y dificultad de puesta en obra.

Factores que influyen:

• Cantidad de agua: A más agua, menor consistencia y mayor fluidez.
• Geometría del árido: Los áridos rodados dan menor consistencia que los de machaqueo.
• Tamaño máximo del árido.
• Granulometría y contenido en finos.

Es preferible usar la menor cantidad de agua posible, ya que reduce las resistencias.

Medida de la Consistencia: Cono de Abrams

El método más común es el Cono de Abrams. Se llena un molde troncocónico (30 cm de base mayor, 10 cm de base menor, 30 cm de altura) con hormigón en tres capas compactadas. Se enrasa y se levanta el molde. La consistencia se evalúa según cuánto se esparce el hormigón.

Factores que Influyen en la Compresibilidad de un Relleno

1. Granulometría del terreno: Influye en el módulo de deformación.
2. Forma de los granos: Un mayor porcentaje de lajas disminuye el módulo de compresibilidad. Los rellenos con gravas rodadas son menos deformables que los de cantera.
3. Resistencia del material pétreo: A mayor resistencia, mayor módulo de deformabilidad.
4. Tiempo.

Compuestos de Azufre en los Áridos para Hormigones: Problemas

Los compuestos de azufre (sulfatos, yeso, anhidrita, piritas) reaccionan con el cemento, generando productos perjudiciales para la estabilidad del hormigón. Las piritas reaccionan con el aluminato tricálcico hidratado, causando un aumento de volumen en el hormigón ya fraguado. El contenido de SO₃ debe ser inferior al 1%.

Cloruros

Son muy solubles y reaccionan con los aluminatos del cemento Portland, formando cloroaluminatos y disminuyendo su resistencia. Además, aumentan la agresividad de las aguas, favoreciendo la oxidación de las armaduras.

Acción de los Sulfatos

Se evalúa sumergiendo la roca en una solución saturada de sulfato magnésico durante 16 ± 2 horas y secándola en estufa a 100°C. Se recomiendan 5 ciclos. El efecto se determina por el contenido de finos generado. En probetas, se puede medir la variación de la resistencia a compresión simple.

Procesos de Alteración

Sin Transformaciones Químicas

• Ciclos de calentamiento-enfriamiento.
• Humedad-sequedad.
• Hielo-deshielo.
• Cristalización de sales.

Con Transformaciones Químicas

• Hidratación.
• Hidrólisis.
• Intercambio iónico.
• Redox (oxidación-reducción).

Componentes del Hormigón de Alta Resistencia

1. Cemento normal: CEM I 52,5 R, entre 350 y 500 kg/m³.
2. Árido grueso: Grava, generalmente de granulometría discontinua (basalto o grava caliza).
3. Árido fino: Arena, preferiblemente con doble lavado para eliminar finos contaminantes.
4. Aditivos:
   • Fibras de acero o polipropileno: Mejoran la resistencia y controlan la fisuración.
   • Superfluidificantes: Permiten una baja relación agua/cemento (A/C), menor a 0,35.
   • Humo de sílice o microsílice: En polvo o líquido (máximo 11% del contenido de cemento, solo para resistencias superiores a 80 MPa). Rellena poros, aumenta la resistencia y la compacidad. Mejora la unión entre el cemento y los áridos.