Investigaciones sobre degradación de rocas

Sadisun et al. (2000), en su investigación sobre caracterización de rocas arcillosas degradadas y su importancia en la ingeniería, afirma que una roca alterada por procesos de meteorización tendrá características ingenieriles inusuales al compararlas con rocas sanas o suelo residual. En esta investigación se usó el sistema de clasificación del grado de degradación de rocas, adoptado por organizaciones internaciones como la ISRM, en el cual hay 6 grados de

Proceso de Degradación Clima Actividad de Organismos Agua Subterránea Nivel de Degradación •Tiempo Topografía Propiedades de la Roca

interna. En la Tabla 2 se observan los resultados obtenidos y las correlaciones para cada variable. Se concluye que entre más cercano esté al material a la superficie, más alto va a ser el grado de degradación; esta degradación puede ser:

 Grado I (roca sana).

 Grado II (ligeramente degradada).  Grado III (moderadamente degradada).  Grado IV (fuertemente degradada).  Grado V (completamente degradada).  Grado VI (suelo residual).

Por otro lado, las propiedades evaluadas muestran diferencias significativas para cada nivel de degradación, por eso la clasificación usada puede ser muy útil para entender el comportamiento de estos materiales.

Tabla 2. Rangos de las propiedades ingenieriles de rocas arcillosas con diferentes grados de degradación. (Sadisun et al., 2000)

Grade Effective Porosity _(%) Density _(g/cm³) Point Load Strength _{Index (kg/cm²)} Cohesion _{(kg/cm ²)} Friction Angle Internal (°) VI 30.78 - 49.45 1.614 - 1.802 0.12 - 0.20 0.0474 - 0.1708 8.5 - 14 V 31.28 - 46.46 1.785 - 1.922 0.16 - 0.42 0.1224 - 0.2921 10 - 20 IV 17.94 - 32.66 1.868 - 2.172 0.38 - 0.94 0.2484 - 0.3485 18.5 - 26 III 12.88 - 20.08 1.904 - 2.307 0.85 - 1.36 0.3329 - 0.5141 20 - 32 II 8.51 - 17.94 2.195 - 2.379 1.02 - 1.83 0.3086 - 0.6330 27 - 32.5 I 3.69 - 9.66 2.322 - 2.714 1.72 - 2.66 0.5351 - 0.7612 30.5 - 42

Czerewko y Cripps (2006), reunieron los parámetros de resistencia al corte de las rocas lodosas (mudrocks) que hay en la literatura del Reino Unido (ver Tabla 3),

llegando a la conclusión que no hay tendencia aparente en los datos. Luego, en su investigación de la degradación de rocas lodosas, realizaron ensayos de corte

dependen de la mineralogía y el tamaño del grano y concluyeron que se requiere un enfoque más pragmático para la selección de los parámetros de resistencia al corte.

Tabla 3. Clasificación y parámetros de resistencia al corte para rocas lodosas del Reino Unido. (Czerewko y Cripps, 2006)

Material _{Limit %} Liquid _{Limit %} Plastic _{Index %} Plastic Class c' kPa _{φ' ° φ'}r °

Mudstone F - S weathered 42 29 13 MI 20 - 131 30 - 45.5 - M - H weathered 39 - 49 30 9 - 19 MI 15 - 30 21 - 30 12 - 14 Carboneceous Mudstone F - S weathered 44 - 51 26 15 - 23 MI - 30 - 45.5 - M - H weathered 42 - 45 27 - 32 16 MI/CL 15 29 - 39 16 Seatearth F - S weathered 34 18 - 21 16 CL 20 - 131 32 - 37 - M - H weathered 30 - 34 20 - 23 12 - 15 CL 16 -38 31 - 39 13 - 26

F= fresh; S= slightly; M= moderately; H= highly.

Tabla 4. Parámetros de resistencia al corte para muestras de material sano a completamente degradado. (Czerewko y Cripps, 2006)

Material State _{Limit %} Liquid _{Limit %} Plastic _{Index %} Plastic Class c' kPa _{φ' °} c'r kPa φ'r °

1a I-F 20 16 4 ML 260 40 0 24.5 1b R-F 27 23 4 ML 2 16 0 9.5 1c R-W 24 18 6 ML 25 23 20 20 2a I-CW 51 29 22 MH/CL 48 18 0 10.9 2b I-CW 50 34 16 MI 70 19 0 10.2 2c R-CW 52 31 21 MH - - 0 10.9 3a R-CW 47 25 22 CI 25 23 0 16 3b R-CW 51 24 27 CH 0 49 0 26 3c I-CW 50 29 21 MH 30.5 29 0 26 4a R-W 32 19 13 CL - - 8.2 11.5 4b R 19 28 9 CL _{- -} 21.3 12 4c R 25 19 6 ML _{- -} 14.5 19 5a R-W 40 27 13 MI/CI 26 24 20 16 5b R-CW 42 20 22 CI 21 20 17 11

2.5.2 Casos reales de falla de rocas blandas debido a procesos de degradación

La influencia del desgaste de la roca en el comportamiento mecánico tiene gran importancia en muchos aspectos de la ingeniería geotécnica, ya que propiedades como la resistencia al corte, la compresibilidad y la permeabilidad son susceptibles de ser modificadas dependiendo del tipo de cambio producido sobre la estructura del suelo por efectos del desgaste. Algunas rocas arcillosas en las que ha sido afectado su comportamiento mecánico por este proceso, son por ejemplo, las margas en la Presa de Monreal de Pamplona, en las cuales según Pineda et al. (2010) la fuerte degradación de las rocas en términos de pérdida de resistencia al corte y reblandecimiento llegó a generar gran incertidumbre en la correcta elección de parámetros de resistencia al momento de diseñar la cimentación para la presa. Otro caso, es el ocurrido en una carretera cerca de Falset en el norte de España, cuando en 1991 los taludes de la carretera fallaron debido a que el efecto de la intemperie no fue tenido en cuenta en el diseño del corte. Es así que la masa de roca que quedó expuesta sufrió una gran disminución en sus parámetros de resistencia afectando considerablemente la estabilidad del talud y llevándolo a la falla (Huisman et al., 2004).

Algunas investigaciones como la llevada a cabo por investigadores del Instituto Chino de Ciencias (Shengwen et al., 2009) se enfocan en caracterizar rocas arcillosas, cuya investigación parte de la problemática generada al encontrar este tipo de rocas durante el desarrollo de una nueva ciudad en las montañas por encima del embalse de las Tres Gargantas en el río Yangtze en China central, donde se encontraron cambios en la composición química y las propiedades mecánicas de la piedra debido a la degradación que sufrida por la roca .

En Brasil es muy común encontrar gneises en el área metropolitana de Rio de Janeiro y en parte del sur de Brasil. Este tipo de rocas ha sido causante de

estudio llevado a cabo por investigadores de la Universidad Federal de Rio de Janeiro se encargó de identificar muestras de rocas con diferentes niveles de resistencia a la intemperie y se ensayaron para determinar sus propiedades mineralógicas, físicas y geomecánicas, todo esto con el fin de evaluar la influencia de la intemperie en las propiedades de la roca y dar recomendaciones para la construcción sobre estos materiales.

3 MATERIALES Y MÉTODOS

Esta investigación se va a centrar en aquellos materiales que se clasifican como rocas blandas, y que fueron encontrados en el talud seleccionado en la vía de la Concesión BTS a la altura de la ciudad de Tunja.

Como primera medida se realizó una visita inicial de reconocimiento del sector y la elección del talud objeto de estudio; posteriormente se tomaron las muestras de material necesarias que fueron llevadas al Laboratorio de Pruebas y Ensayos de la Pontificia Universidad Javeriana.

3.1 Reconocimiento del Talud

La visita de reconocimiento comprendió la observación de los taludes de la Vía Tunja-Sogamoso, los cuales hacen parte de la concesión BTS. Se buscó un talud que mostrara desprendimiento de material, y estuviera constituido por rocas blandas. En la Fotografía 3 se puede apreciar la magnitud del talud en comparación con los vehículos que circulan por la vía. En este talud (ver Fotografía 4) se puede apreciar que hay presencia de deslizamientos que inician en su parte alta, donde todavía se observan afloramientos de roca sana.

Fotografía 4. Reconocimiento de las fallas presentes en el Talud

Al realizar una inspección visual al material, se encontró una diferencia entre las características de este y el material en la parte alta del talud; donde en la parte alta se observaron bloques de material de apariencia dura y continua (como se ve en la Fotografía 5), material que difiere al encontrado en la parte baja del talud, el cual es posible disgregar con la mano; este material presenta grietas importantes, y es notoria su degradación por la gradación fina observada (ver Fotografía 6). En la Fotografía 7, se puede observar la variación del material, que va de roca sana en la parte superior a material degradado en la parte baja.

Fotografía 5. Material encontrado en la parte alta del talud