Rocas en Ingeniería Civil: Plutónicas, Filonianas y Volcánicas

Rocas plutónicas en Ingeniería Civil

Materiales de construcción en las obras: Por su extraordinaria calidad resistente, gran trabajabilidad y fácil labra, se ha utilizado mucho en construcción.
Se usan como sillares y mampuestos como por ejemplo en el Monasterio de El Escorial o la Catedral de Santiago; en forma de losas y placas para ornamentación; bordillos y encintados de obras varias y pavimentos; en escolleras portuarias abunda su uso cuando el coeficiente de desgaste de Los Ángeles es suficientemente bajo; como espaldones de presas de materiales sueltos; áridos para capa de rodadura y para capas intermedias de firmes y para subbalasto; balasto de FFCC y áridos para hormigón (cuidando la reacción frente a los álcalis del cemento) en hormigones de alta resistencia y compacidad.
El jabre puede ser arena muy silícea, con más o menos caolín. En general se usa en rellenos.

Obras de ingeniería sobre granito (cimientos)

Buen cimiento en general, soporta cargas admisibles fácilmente de 10 kp/cm2.
Hay que tener en cuenta el contacto jabreroca sana.

Excavaciones y desmontes

Se realizan con perforación y voladura, y que tiene una rotura frágil.
Los taludes en general son fuertes en roca sana; medios en jabre.
La geometría puede ser irregular, lo que hace que haya bloques sueltos y que haya que realizar un precorte.
Ejemplos: AP-6, AP-61 Segovia, AP-501 Ávila.

Presas

Se dan buenas cerradas geométricas, que aceptan presas de gravedad, arco y bóveda.
Cuando hay zonas meteorizadas, fracturas abiertas o descomprimidas hay que excavar o realizar inyecciones para consolidar y cerrar fracturas.
Habrá fondos irregulares.
Son frecuentes las inspecciones de visu o con sondeos verticales e inclinados desde la propia excavación.
La impermeabilidad del granito beneficia a la presa, pero habrá que tener cuidado con las juntas, donde se realizan las inyecciones de cemento.
Las fallas pueden estar jabrizadas a largo plazo, dando lugar a filtraciones, como en collados y fallas.
Hay que tener cuidado con la erosión provocada por los vertidos del aliviadero en zonas no estudiadas.
Ejemplos: Aldeadávila, Alcántara.

Túneles

La roca es dura, lo que supone un alto coste de perforación.
En túneles cortos, de menos de 4km, la excavación se realiza con explosivos.
En túneles largos se excavan con tuneladora, y hay que tener cuidado con la presencia de inclusiones más duras y resistentes.
En cuanto al sostenimiento, en granitos sanos no se usa nada o se utilizan bulones.
Ejemplos: Guadarrama, AP-6 y FFCC.

Grandes excavaciones subterráneas

A gran profundidad, más de 60-80 m, se produce una descompresión y tracción que da lugar a lajas y a bloques.
A corto plazo, hay que instalar bulones y gunita.
A largo plazo, hay que poner hormigón.
Ejemplos: Aldeadávila.

Filonianas en obras públicas

Son un buen material de cimiento.
En presas y puentes se considera un buen apoyo.
En túneles su presencia no prevista puede cambiar las condiciones de excavación, dando problemas en tuneladora.
Hay diques más permeables que la roca encajante que pueden dar lugar a acuíferos confinados en los que se instalan pozos.
Como en el caso anterior, pueden suponer una singularidad hidrogeológica.

Comportamiento general de las rocas volcánicas

Cimientos: Las coladas lávicas admiten grandes cargas sin deformación apenas (6-10 kp/cm2).
Pero si hay piroclastos debajo, cerca de las cargas o huecos de tubos.
En lapilli, admiten cargas medias con deformaciones razonables (3-4 kp/cm2).
Las cenizas admiten solo cargas bajas.
Excavaciones: Se usan explosivos en las coladas de riolitas, andesitas, basaltos u obsidiana.
El martillo neumático se utiliza en las tobas, pumitas, alguna traquita y alguna ignimbrita.
Se excava con pala los lapilli y cenizas.
Túneles: Independientemente del comportamiento de cada tipo de roca, un problema general es el de la heterogeneidad cuando se atraviesan coladas de diferente comportamiento, coladas lávicas o piroclásticas, cenizas… lo que penaliza el uso de las tuneladoras exigiéndolas que sean de tipo “doble escudo”.
Depósitos de agua: Se han instalado depósitos de riego y abastecimiento de agua en cráteres volcánicos por su forma y a veces por su impermeabilidad.
Presas y embalses: Dan buenas cerradas.
Si se tiene un cimiento homogéneo y lávico permite cualquier tipo de presa.
Si el cimiento es heterogéneo exige presas de materiales sueltos o tratamientos de la cimentación.
Hay problemas de filtraciones por juntas en coladas y por niveles escoriáceos y de piroclastos.
Se estudia la necesidad de inyecciones de impermeabilización cerrando juntas y rellenando poros en piroclastos o tapizando la superficie con materiales impermeables.

Aplicaciones carbonatadas

Hidrogeología:

Los acuíferos kársticos son muy importantes, heterogéneos, de karstificación heredada, con rellenos paleokársticos, régimen laminar y turbulento, niveles colgados, grandes oscilaciones, niveles piezométricos, alta recarga, trasvases subterráneos de cuencas, grandes manaderos, a veces con trop-pleins (es una surgencia kárstica esporádica, generalmente asociada a otra permanente y situada a cota superior, y que funciona en periodos muy lluviosos cuando ésta no puede evacuar todo el agua del acuífero) y son vulnerables a la contaminación.
También dan lugar a grandes manantiales y a nacimientos de ríos.
Las presas en terrenos kársticos son abundantes en España, existen alrededor de unas 300.
Ofrecen buen apoyo en cerrada y gran experiencia.
Algunos ejemplos son Pontón de Oliva, Montejaque, Camarasa…
Hacen falta varios estudios previos durante el primer llenado (geología, balance hídrico, flujo, variación del caudal de manantiales, variación de temperaturas, de quimismo e isótopos ambientales, trazadores y paleokarst).
La cerrada de un embalse Q se define apartir de la siguiente ecuación:
Materiales: Se utilizan para sillería y mampostería, como en el caso de las tobas.
Se usan para cementos, áridos de hormigón y para obras lineales (balasto –no de AVE, es más exigente-, capa de rodadura…).
La toba es una roca porosa y aislante, poco densa, que unido a la facilidad con la que se labra y a la resistencia que tiene, ha sido empleada como sillar para las bóvedas de las iglesias, por ejemplo.
La caliza y las margas sin Mg se usan para la fabricación de cemento.
Canales: es necesario revestirlos.
Puertos: para escolleras de grandes bloques que compensen la baja densidad de la caliza.
Es mejor que se usen las dolomías.
Soporte de obras: Buen apoyo, excepto riesgo de colapso si hay huecos.
Hacen falta sondeos en cada pila de puente.
En desmontes se suelen excavar con explosivos.
En los taludes subverticales hay riesgo de desprendimientos de cuñas por discontinuidades.
Túneles: Se excavan bien.
Si son duras y poco karstificadas se sostienen bien.
Hy que tener cuidado durante la construcción con taponazos, variación de niveles piezométricos, y paleokarst (Túnel de Abdalajís, AVE Córdoba – Málaga).

Rocas metamórficas. Clasificación

Foliadas 21 Gneises  Minerales: esencialmente cuarzo, ortosa (moscovita transformada) y biotita, con cristales poco oblongos. A veces presentan bandeados irregulares. Los hay amigdaloides o glandulares (cristales grandes de ortosa) y micáceos.  Origen: metamorfismo regional muy avanzado. La descomposición da lugar a jabres, parecidos a los graníticos. Hay ortogneises (granitidiorítico) y paragneises (margoarcilloso).  Paisaje: parecido al granítico, más oscuro (por la biotita) e igualmente seco. Fuentes asociadas a fracturas. Vegetación silicícola.  España: Guadarrama, Galicia, Pirineo central.  Presas: impermeables, sólo por fractura. Un ejemplo es la de Peares (Río Miño, Lugo).  Taludes: más problemas los micáceos (y sus zonas de alteración). Estas zonas, más húmedas, pueden dar argallos. Sanos ofrecen problemas de caída de bloques y, en micáceos, según la dirección y buzamiento de esquistosidad.  Túneles: mejor los glandulares (se sostienen mejor que micáceos). Agua en litoclasas alteradas (tipo granitos).  Cimentaciones: buen módulo elástico (peor si es micáceo). Hay que evitar jabres si las cargas son altas. Aprovechamiento.  Sillería: buena los glandulares, peor que los micáceos.  Árido de hormigón: malos coeficientes de forma.  Escolleras: con glandulares. Esquistos y micacitas  Minerales: en los esquistos, cuarzo y clorita o moscovita. Brillos satinados. Láminas de micas orientadas. En las micacitas el metamorfismo es mayor (clorita pasa a biotita). Presentan a veces grafitos (metamorfismo de fósiles) y minerales del metamorfismo: talcos, sillimanita, granates, estaurolitas.  Origen: metamorfismo regional avanzado. La descomposición da lugar a suelos arenoarcillosos con espesores importantes.  Paisaje: seco y más impermeable que el gneis (diaclasas más empastadas de material fino). Formas blandas de paisaje, con resaltes de filones más cuarcíticos.  España: Montes de Málaga, esquistos de los mantos del Sur, Sierra de Aracena, complejo esquisto-grauváquico del centro-oeste (Cáceres-Ciudad Real).  Presas: son terrenos impermeables. No admiten presas de fábrica, sino de materiales sueltos.  Taludes: ángulos de rozamiento bajos, con tendencia a producir fenómenos de ladera, más en el caso de las micacitas.  Túneles: se recortan bien, pero hay que tener cuidado con la caída de cuñas debido a minerales asociados a bajos ángulos de rozamiento como el talco, el grafito, la sericita…  Cimentaciones: módulo elástico menor que gneises. Cargas medias. Aprovechamiento.  Sillería: los esquistos más cuarcíticos dan rajuela, pero no sillar.  Árido de hormigón: malos. No se emplean ni como áridos de firmes ni como escolleras. Pizarras y filitas  Minerales: el clivaje está muy desarrollado. Proceden de rocas más arcillosas que los esquistos. Minerales tipo: filosilicatos, menos cuarzo y más cloritas, micas. Poca materia cristalina. También pueden tener minerales de metamorfismo (pizarras mosqueadas), pero de menor grado.  Origen: metamorfismo regional bajo, ejercido en rocas arcillosas. Pueden quedar restos fósiles e hidrocarburos (pizarras bituminosas). Un estado intermedio entre pizarras y esquistos son las filitas, con grano algo más grueso.  Paisaje: muy seco, de tonos oscuros, verdosos, marrones. Vegetación pobre. Las alteraciones dan lugar a tonos oxidados y amoratados. Formas blandas de paisaje, con resaltes de formas astillosas. Redes de drenaje arborescentes.  España: Sierra Pobre de Madrid, Asturias (pizarras de Luarca y Narcea), Ibérica (rama aragonesa), Pirineo, Ciudad Real. Filitas de Las Alpujarras y Sierra Nevada.  Presas: terrenos impermeables. Normalmente presas de materiales sueltos. La presa de El Atazar, Lozoya, es una presa bóveda mal adaptada a un macizo de pizarras con grandes problemas de sostenimiento y cimiento.  Taludes: ángulos de rozamiento bajos. Roturas planas si son más sanas y la dirección de pizarrosidad es paralela a la carretera y buzando hacia el corte; vuelcos de estratos (toppling) o argallos si están más alteradas (típico en Asturias).  Túneles: problemas derivados del venteo (alteración de las litoclasas, los cambios de humedad provocan desprendimientos de lajas); gunitar de inmediato. Estudiar la posición relativa de dirección de eje de túnel – dirección de pizarrosidad: si son similares y la pizarrosidad verticalizada o buzamientos medios/altos puede dar caídas en hastiales o bóvedas. Si son perpendiculares y buzan hacia la excavación, pueden dar problemas en el frente. Se suelen excavar mecánicamente y se recortan regularmente.  Cimentaciones: admiten cargas medias. Hay que estudiar la posición de la pizarrosidad. Sanear suelos de alteración. Aprovechamiento.  Sillería: no se usan. Sí para lajas: techados de pizarra.  Áridos de hormigón: no se usan. Tampoco para firmes, porque dan mucho desgaste.  Rellenos tipo terraplén: se pueden usar como “todo-uno”, triturado al paso de las compactadoras. No foliadas Cuarcitas  Minerales: cemento y grano de sílice en un 90%. Procede de una arenisca más metamorfismo.  Origen: metasedimento de alto grado.  Paisaje: roca muy compacta, fractura concoidea. Litoclasas de traza recta, rotura frágil. Coloraciones del blanquecino al violáceo, cubiertas de líquenes amarillentos. Frecuente alternancia con pizarras. Vegetación silicícola. Paisaje abrupto con crestones y pedreras bajo los riscos. En fotogeología destacan las fallas oscuras. Drenaje rectilíneo asociado a estratificación o a fracturas.  España: cuarcitas del silúrico (Sierra de la Culebra, Zamora). Alineación de Guadalupe a Portugal. En la Ibérica, estrechos del Jalón entre Calatayud y Paracuellos (cámbricas). En Despeñaperros (relieves afilados, crestones). Paleozoicas, montes de Toledo. Asturias: cuarcitas de los cañones, series de Los Cabos, del Naranco.  Presas: terrenos impermeables. Hay que impermeabilizar litoclasas. Perfiles de permeabilidad “en bandera”, asociados a dichas litoclasas principales. Admiten presas de gravedad y bóvedas. Buenas cerradas. Ejemplo es La Barca en Narcea, Asturias.  Taludes: o Desmontes: ángulos de rozamiento altos (sustentación buena). Censar litoclasas para prever cuñas de roca. o Laderas naturales: las formaciones cuarcíticas sanas suelen dar cantiles o relieves de pendientes fuertes, a los que se adosan pedreras.  Túneles: se cortan mal, por ser abrasivas, y dan perfilado irregular (peor si alternan con pizarras). Pero son muy poco deformables y requieren poco sostenimiento. Caídas de cuñas si están más alteradas. Fallas con arenas y agua.  Cimentaciones: admiten cargas altas. Módulo elástico elevado. Aprovechamiento.  Sillería: no se usan, porque dan corte irregular y el tallado es muy caro.  Áridos de hormigón: pueden usarse, pero alto coste de explotación y trituración. Igualmente para firmes y para balasto (desgaste muy bajo, resisten muy bien cargas de impacto y rozamiento).

TEMA 1.5: ROCAS SEDIMENTARIAS I: ROCAS DETRÍTICAS

Conglomerados Son aquellas rocas detríticas de cantos gruesos con una matriz y/o cemento, y generalmente distinguiremos las brechas (cantos angulosos) y pudingas (cantos redondeados). Hay que destacar que no solamente son de origen sedimentario, sino también volcánico, tectónico o químico. Las combinaciones que podemos encontrar son cal+sílice, sílice+sílice, cal+cal (calcirruditas). Hay algunos especiales, como las gonfolitas (con clastos poligénicos), brechas fosilíferas, etc. Dan paisaje con paredones, formas de “botella” y “chimenea”, “callejones”, cuevas (cemento calcáreo)… Tonos claros por lo general. Visto desde el aire, se observan drenajes regulares y espaciados. Suele haber dos direcciones de fracturación muy planas y si existen alternancias de blandas se ven bien los callejones o plataformas resistentes. En España, veremos que los hay de base en diferentes terrenos. Encontraremos carbonífero en las cuencas periféricas de la Central Asturiana (Cangas, Norte de León, Palencia…), Buntsandstein (Castellón…), Cretácico Inferior (picos de Urbión y Albense) y finalmente terciarios, principalmente oligoceno inferior y miocenos de borde (en el Subpirineo (Montserrat), norte de la C. Ibérica (Los Fayos) y al sur de la C. Ibérica, y al sur de España). También hay cuaternario, que son tipos irregulares. En construcción: Se dan en obras hidráulicas ya que son bastante impermeables, aunque presentan fracturas que deben impermeabilizarse. Debido a esa impermeabilidad, dan terrenos aptos para cerradas de embalses, además de buenos estrechos, como en Los Fayos. Por otro lado, dan mala sillería, si bien los muy cementados se usan en ornamentación, como las pudingas de Espejón, o algunos conglomerados jurásicos andaluces de los que se obtienen “mármoles”. También veremos que como áridos de hormigón no son muy buenos, ya que el cemento y el canto suele presentar un gran contraste en dureza. Áridos de firmes: no suelen usarse ni son heterogéneos, como los conglomerados silíceos de la cantera de Estrellín. Rellenos: pueden dar “todo-uno” regular, mezclas de bloques y material menor, pero con poca sección. Tampoco se usan como escolleras. Túneles: se cortan muy bien pero con poco sostenimiento (siempre que haya cementos), aunque con demasías. Por ejemplo en los estrechos del Pirineos. Cimentaciones: son rígidos y de alta capacidad portante y se tienen sin problemas en excavaciones, aunque son molestos para realizar perforaciones. Por eso, suelen tener “demasías”, mayores cuanto más grandes sean los cantos. Areniscas Rocas detríticas que engloban cantos (de décimas a un par de mm), con una matriz y/o un cemento. No tratamos las arenas sueltas, si no que hablamos de rocas. Hay algunas con características comunes con los conglomerados, pues tienen cantos más gruesos. A veces es difícil distinguir cantos de matriz, pues son lo mismo. Se 26 denominan ortocuarcitas a las areniscas con más del 95% de sílice, que no consideraremos metamórficas. Dan un paisaje muy similar, más suave si el cemento es arcilloso. Se dan depósitos de margas o arcillas, que erosionadas (principalmente eólica: alveolar, taffonis, colmenas) dan balmas y callejones. Tonos claros teñidos por oxidaciones. Estratificaciones cruzadas habituales, frecuente acción biológica y en los fondones suele haber praderíos. Desde el aire se observa un drenaje pobre, espaciado y poco o ramificado (excepto arcosas). Se dan generalmente bordes dentados de los estratos cantiles, fracturas que su agrupan en dos familias perpendiculares y las fallas se identifican bien. En España se conocen como piedra muelle, marés, tabaire (Cartagena)… Encontraremos en el Cámbrico (silíceas), Devónico (Old Red Stone) y grauvacas carboníferas en casi todas las cuencas mineras. Hay rodenos en el Buntsandstein (Castellón, Sigüenza, en media España). En el Cretácico Inferior, es la roca más frecuente (de construcción en Soria), principalmente en el Wealdense. Encontraremos Arcosas del Albense por media España y una gran abundancia de las terciarias. Se pueden clasificar de muchas maneras (grano, minerales…), aunque veremos la de Krynine: 1. Areniscas silíceas: Poco porosas (algo más que las cuarcitas). Son de edades primarias, muy resistentes y poco permeables.  Dan muy buenos sillares o mampuestos, cimentaciones y también buenos como áridos de hormigón, si bien en este caso desgastan más las trituradoras y molinos.  Los túneles se recortan bien (con desgaste de los útiles de corte). 2. Arcosas: Son areniscas feldespáticas (cuarzo25%). Los feldespatos pueden haber degenerado a caolines y pueden tener algún cemento carbonático.  En España suele haber más bien arenas arcósicas, aunque hay algunas que son auténtica roca. Las hay cretácicas: en Asturias (Santa Marina de Piedra Muelle), en Murcia (Espuña), y Jaén (salagón). En toda la Ibérica son muy abundantes: las hay con asfaltos embebidos (Soria), con carbones (Teruel).  Se explotan para cerámicas en Onda y Torrechiva. Cuaternarias son las arenas arcósicas procedentes de la descomposición de macizos graníticos, que se comportan más como suelo que como roca. En fotogeología no se ven estratos (son blandas). Red de drenaje dendrítica: cárcavas, incisión fluvial en V, con interfluvios redondeados. Tonos claros.  Con agua se mueven como una “pasta densa”. Dan por ello muchos problemas de ladera (reptaciones, cárcavas, etc.). Con tirante hidráulico bajo no son filtrantes. No hay presas apoyadas en arcosas, pero sí vasos de embalse en las mismas. Malas como áridos e inadmisibles como hormigón. En rellenos, bien compactadas no tienen porqué dar problemas. Se han llegado a emplear en algún cuerpo de presa. Túneles si hay agua pueden dar problemas, aunque hay veces que no (Guardo). En algunos saltos hidráulicos (Montanejos, Cirat), se capeó el problema. En Metro de 27 Madrid, el desarrollo de las tuneladoras ha favorecido los rendimientos en las excavaciones, incluso con agua (EPB). Se excavan bien, mecánicamente. La resistencia es mediana (en cimentaciones, algunos Kg/cm2 , ojo al agua) 3. Areniscas arcillosas: Tiene cemento arcilloso/margoso y se denominan molasas cuando se forman al pie de montañas en fase orogénica.  En España se distribuyen: Parte dura de flysch eoceno en el País Vasco, al Norte del Ebro (Tudela a Huesca), al Sur del Ebro (Autol, Arnedo…) y en el litoral catalán. Por otro lado, areniscas del Aljibe en Albacete-Murcia, y marés mallorquín y tebaire murciano.  Para sillares se cortan bien, pero al ser blandas se degradan con mayor facilidad. Observaremos que las de mejor calidad están en Villamayor (catedral de Salamanca).  Presentan taludes prácticamente verticales, pero ojo con las fracturas. En túneles se cortan muy bien (sin demasías) y se sostienen sin problema alguno. En embalses apenas dan problemas de permeabilidad (10-4 a 105 m/s). En cimentaciones veremos que no soportan cargas excesivas. Como áridos son malos para firmes, mientras que para hormigones son blandas. 4. Calcarenitas: Se trata de areniscas con cemento calcomargoso/calcáreo. Se pueden alternar con otras rocas, como en facies de flysch, margas azules, argilitas (Gibraltar), o arcillas.  En España existen dos bandas principales: Pamplona-Jaca-TrempIgualada y Sur de Cádiz-Campo de Gibraltar-Málaga. Generalmente forman capas (maciños) de espesor decimétrico o incluso métrico.  Suponen problemas de movimiento de ladera, ya que al alternarse con otras litologías suelen estar fracturados, de tal forma que entra agua, se produce una inestabilidad y consecuentemente se mueve la masa. Normalmente estos movimientos no adquieren mucha profundidad, pero en carreteras, por ejemplo, requieren la construcción de pequeños muros como trincheras. En sillarejos se benefician bien, ya que son capas de pequeño espesor, aunque no valen para explotación en masa por sus altos costes. En túneles han dado problemas. En cimentaciones hay que proteger bien los pies y apoyos por los movimientos de ladera, descalces… 5. Rodenos y otros: se dan en terrenos antiguos y se utilizan siempre como sillares. Encontramos otros como algunas areniscas son tegulosas (micáceas) y se usan en cubriciones, aunque hay más duras empleadas para bordillos o hasta áridos para la construcción. Dan taludes verticales si no se alternan con argilitas (en el Bundsandstein) y son impermeables, utilizándose en presas. 6. Grauvacas: tienes pequeños fragmentos de roca, como pizarras, esquistos, cuarzo, feldespato y mica, con matriz arcillosa.  Se utiliza como piedra de construcción (se corta bien, resiste poco la abrasión y se usa para terraplenes) o como árido para hormigón si no hay otro.

TEMA 1.5: ROCAS SEDIMENTARIAS II: LIMOS Y ARCILLAS Se originan en la superficie terrestre en el proceso exógeno, que, de modo clásico, consta de erosión, transporte, sedimentación y diagénesis (conjunto de transformaciones físicas y químicas que dan lugar a la roca). Son sedimentos de partículas de tamaño muy fino:  Limos: tamaños comprendidos entre 80 y 2 micras.  Arcillas: tamaños inferiores a 2 micras. También hay arcillas limosas, limos arcillosos y arenas y limos mezclados con gravas.

Resistencia y deformabilidad Como suelen coexistir con arenas y gravas, recordemos que si los finos son menores del 30% de la mezcla la arena o la grava gobiernan el comportamiento. Sin embargo, si los finos tienen más del 35% son los finos los que gobiernan el comportamiento. La resistencia a la compresión simple, o la cohesión, es baja y algo mayor en las arcillas que en los limos. Hay más atracción en las arcillas entre sus partículas. El ángulo de rozamiento es igualmente bajo pero algo mayor en los limos que en las arcillas. A corto plazo, si no se permite que el agua sea expulsada de los poros (sin drenaje), la carga a que se somete el suelo es tomada por el agua; el suelo se comporta como si tuviera un φ = 0. Cuanto mayor es la humedad, menor es la cohesión sin drenaje. A largo plazo, cuando el suelo ha drenado y gran parte de la presión que ha tomado el agua se ha disipado, la cohesión C es menor que Cu pero el ángulo de rozamiento, aunque bajo, es mayor. En el caso de los limos eólicos, como el Loess, en presencia de cargas muy fuertes o con un aumento de agua, la estructura de castillo de naipes colapsa y se produce un desmoronamiento. El colapso también se puede producir en caso de sismo. Hay que tener cuidado con las arcillas expansivas, los minerales del grupo de las esmectitas y con la montmorillonita. Hay un aumento de volumen y una presión de hinchamiento e hinchamiento libre, que es mayor cuanto más seco o consolidado esté el suelo. Para 29 determinada humedad ya no hincha. Se conoce como zona activa al espesor del terreno sometido a variaciones estacionales de humedad.

Plasticidad Para un determinado contenido de agua de humedad (W), son capaces de deformarse bajo presiones, y sin recuperación alguna cuando cesan las presiones.  W>LP (Límite plástico) los sedimentos tienen esta plasticidad.  W>LL (Límite líquido) pierden la plasticidad por convertirse prácticamente en un fluido. Cuanto más alto es el LP y más lejos está el LL, más plástico se dice que es el sedimento. Sobre terrenos en estado muy plástico, las obras de ingeniería son problemáticas por verse sometidas a deformaciones y falta de resistencia del apoyo para aceptar las cargas que transmiten aquellas.

Modelado y paisaje Fácilmente erosionables por el agua, por lo que abundan planicies y suaves pendientes. En territorios geológicamente jóvenes, los ríos producen barrancos con facilidad. Las laderas tienen cárcavas y hay curvas de nivel a modo de “encajes”. Descalces de niveles más competentes. La red hídrica es densa y poco marcada.

Uso como material de construcción Se usan para ladrillos, tejas, adobes con paja o grava, tapiales, como árido ligero para terraplenes y hormigones, como elemento impermeabilizante en núcleos de presas de materiales sueltos (pantallas de bentonita)… Excavaciones: Taludes medios fuertes a corto plazo y baja humedad, y taludes suaves a largo plazo. Donde no se hace esto se producen deslizamientos rotacionales y reptaciones. En las arcillas azules del valle del Guadalquivir no existen laderas de más de 12º de pendiente y los taludes de desmonte se suavizan a valores de hasta 15-18º. En el caso de los limos, hay países en los que se excava un talud prácticamente vertical para evitar la escorrentía por la superficie del talud. Túneles: Se excavan con facilidad. Se dan deformaciones importantes que tienden a cerrar la sección y a manifestarse a cierta distancia del frente. Se deben revestir rápidamente. Las tuneladoras llevan equipos que colocan dovelas y es aconsejable que tengan frente cerrado y de “presión de tierras” en el que el frente se comprime mientras se excava, lo que minimiza las deformaciones por delante del frente. En arcillas con montmorillonita el terreno tiende a expandirse aún más provocando grandes presiones sobre los revestimientos y exigen normalmente contrabóveda. Ejemplos son túneles de Transvasur en las Islas Canarias y algunos del AVE MadridBarcelona, al entrar en la provincia de Tarragona. Cimentación de estructuras:

TEMA 1.5: ROCAS SEDIMENTARIAS III: ARENAS Y GRAVAS Las arenas y gravas son rocas sedimentarias sueltas, y cuando están envueltas en una matriz que las cementa son verdaderas rocas, como las areniscas o los conglomerados. Se caracterizan por su granulometría:  Arenas: de 0.08 mm a 2 mm  Gravas: mayores de 2mm, aunque se aceptan mayores como las gravillas (hasta 5-6 mm) y las gravas gruesas (por encima de 2 cm). Pueden ser homogéneas o poligénicas (de orígenes diversos), o también pueden ser o monométricas (mismo tamaño de grano) o heterométricas (distinto tamaño). El estudio del tamaño se hace mediante curvas granulométricas: Este tipo de rocas sueltas se dan en terrazas y depósitos fluviales, estuarios de ríos, depósitos costeros y playas, dunas, morrenas, conos de deyección y pie de monte, canchales, glacis, zonas sobre todo Terciarias, y arenas residuales de jabres.

Resistencia y deformabilidad El comportamiento está regido por el contenido de finos y la humedad. Si los finos son menores al 30% la arena y la grava gobiernan el comportamiento. Por el contrario, si el contenido de finos es mayor al 35%, son éstos los que lo hacen. Según el contenido de agua, nos encontramos arenas saturadas, arenas secas limpias, arenas secas con finos y arenas limpias “húmedas”, que es el caso de las gravas. 32 Los ángulos de rozamiento dependen de la densidad pero rondan los 30º o 40º, y los módulos de deformación son de 100-200 kp/cm2 en arenas, y de 300-600 kp/cm2 en gravas.

Aplicaciones en Ingeniería Civil Materiales de construcción: Tienen diversas utilidades, entre las que destacan:  Fabricación de hormigones  Material abrasivo para pulir  Materiales drenantes  Filtros y drenes a los lados de los núcleos de arcilla  Como capas de apoyo (camas)  Áridos para bases y para firmes asfálticos  Balasto  Gaviones Excavaciones en general: Se excavan con palas, dragas de cuchara, cangilones o de succión en el caso de arenas. Suelen dar taludes suaves y problemas de erosión. Se utilizan para interceptar acuíferos debido a su permeabilidad. Hay vaciados importantes bajo el nivel freático. En arenas se suceden problemas de sifonamiento (hundimiento), para lo que se utilizan pantallas largas, pozos de achique exteriores o tapones de jet-grouting. Es el ejemplo del metro o excavaciones urbanas en Barcelona o Valencia. Túneles: A la hora de perforar túneles, son materiales de arranque fácil pero que requieren un sostenimiento inmediato, además de una serie de tratamientos para darles cohesión. Sufren deformaciones en el entorno de la excavación. Se utilizan tuneladoras con escudos de frente cerrado. Se dan en cruces bajo terrazas o depósitos fluviales. 33 Cimentaciones de estructuras: Las cimentaciones de estructuras sobre arenas y gravas dependen de la densidad de éstas, y se suelen utilizar zapatas, losas y pilotes, así como tratamientos de densificación, vibroflotación o columnas de gravas. A la hora de cimentar puentes sobre ríos, es necesario hacer una socavación debido a la corriente de las aguas del río. Presas: En contadas ocasiones, se hacen presas de gravedad de hormigón, pues normalmente suelen ser presas de materiales sueltos con pantallas. Licuefacción: Sucede en estos materiales, y es un fenómeno de corrimiento provocado por la inestabilidad de un talud, generalmente cuando está sometido a cargas externas, donde el suelo pasa de un estado sólido a uno líquido o adquiere la consistencia de uno líquido.