Geología

Mecánica de suelos

Se denomina ángulo de reposo de un montículo de granel sólido al ángulo formado entre el copete y la horizontal de la base, cuando el material se estabiliza por sí mismo. Al acumular granel sólido sobre un plano, éste queda apilado en forma de cono. El ángulo formado entre la generatriz delcono y su base se denomina ángulo de reposo. El mismo concepto se aplica en movimiento de suelos y otros trabajos o infraestructuras que estén relacionadas a la mecánica de suelos, dado que el ángulo de reposo determina el talud natural del terreno.- .......................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=829cacccb10a6d9bdcc84ffeaed1c80851694888&writer=rdf2latex&return_to=%C3%81ngulo+de+reposo

Así como todos los materiales de la tierra, el material desagregado de las rocas se llama regolito (o manto de alteración) formado por la acción del intemperismo sufren la acción continua de la gravedad. En tanto la roca saludable es normalmente resistente a la acción de esta fuerza constante, el regolito es pasible de ser movilizado de forma relativamente fácil por la gravedad.

A los movimientos de roca desagregada el regolito por acción de gravedad se le da el nombre de movimientos de masa. Ese es el principal proceso de retiro del material liberado por el intemperismo para su posterior incorporación por los agentes transportadores

La acción continua de la gravedad sobre el regolito, hace con que las pendientes estén en constante evolución. El material liberado en la cima de las colinas y a lo largo de toda la pendiente es constantemente retirado de su posición original y llevado hacia posiciones topográficas más bajas.

El proceso puede ser muy lento e imperceptible, a menos que contemos con marcadores del movimiento, o puede ser tan rápido que se vuelve catastrófico.

Diversos factores definen el tipo de dinámica de la pendiente que determinará en un lugar mediante el estudio y el reconocimiento de esa dinámica, lo cual es una de las principales actividades del profesional de geología.

Factores que influencian la dinámica de las pendientes

La estabilidad o inestabilidad de una pendiente depende del conjunto de la interacción de un grupo de factores. El ángulo de reposo, o sea el mayor ángulo de inclinación en que el material de la pendiente permanecerá estático sin deslizarse pendiente abajo; está definido principalmente por los siguientes factores:

• naturaleza del material de la pendiente
• cantidad de agua infiltrada en los materiales
• inclinación de la pendiente
• presencia de vegetación

En materiales no consolidados, el ángulo de reposo promedio es de aproximadamente 30°, pero el valor de este ángulo varía en función del tamaño, forma y grado de selección del material en términos generales se puede decir que el ángulo es mayor cuanto mayor es el tamaño del grano del material, cuanto más irregular la forma de los granos y cuanto menor es el grado de selección.

La estabilidad de las pendientes con materiales consolidados depende de otros factores, como estructura de la roca (fracturas, capas, etc) y posición de las estructuras en relación al relieve. Además del tipo de material, otro factor que afecta el ángulo de reposo de la pendiente es la cantidad de agua infiltrada en el regolito

El agua reduce la cohesión entre las partículas del regolito disminuyendo así el ángulo de reposo del material. Éste efecto depende entre tanto de la cantidad de agua infiltrada que por su parte depende de la porosidad y permeabilidad de los materiales. La disminución de cohesión ocurre cuando el material se satura de agua (donde todos los poros están rellenos), pero cuando el material no está saturado el efecto del agua puede ser el de aumentar el ángulo de reposo (arena seca X arena húmeda X arena saturada). Pendiente con material arcilloso, por ejemplo pueden tener ángulo de reposo bastante grande cuando hay seca, llegando hasta 90°, pero muy bajo cuando es infiltrada por agua. El agua infiltrada puede facilitar también el movimiento de bloques del material consolidado.

La inclinación de la pendiente es un factor de estabilidad muy importante. Esto porque con el aumento de la inclinación de la pendiente aumenta el efecto de la fuerza de gravedad en relación a la fuerza de rozamiento. De esta forma cuanto mayor la pendiente mayor que la tendencia de movimiento de los materiales sobre ella. La estabilidad de los materiales en pendiente con diferentes inclinaciones está definida por los factores anteriormente mencionados. Cualquier factor que altere la inclinación de la pendiente puede por tanto alterar la estabilidad de las mismas.

La presencia de vegetación es un factor adicional que define la condición de estabilidad de las pendientes. Las raíces de los árboles aumentan la cohesión del suelo aumentando su ángulo de reposo. La pérdida de esta cobertura vegetal por su parte, modifica las condiciones de estabilidad de la pendiente.

El resultado final es normalmente un aumento de la erosión de las pendientes y el aumento del potencial para movimientos rápidos en la misma.

En ingeniería, el ángulo de rozamiento interno es una propiedad de los materiales granulares.

El ángulo de rozamiento o ángulo de fricción tiene una interpretación física sencilla, al estar relacionado con el ángulo de reposo o máximo ángulo posible para la pendiente de un conjunto de dicho material granular. En un material granuloso cualquiera el ángulo de reposo está determinado por la fricción, la cohesión y la forma de las partículas pero en un material sin cohesión y donde las partículas son muy pequeñas en relación al tamaño del conjunto el ángulo de reposo coincide con el ángulo de rozamiento interno.- ....................................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=b198cf1d0c95dee499436432200aad15fb03dc83&writer=rdf2latex&return_to=%C3%81ngulo+de+rozamiento+interno

Lo del rozamiento interno de los suelos granulares es realmente una bicoca… quiero decir que se trata de un concepto fácilmente inteligible, sencillo de observar e incluso de experimentar, contrastar, modelizar… todo un chollo… total: es un fenómeno que solo depende del tamaño de las partículas, de su geometría y su disposición, y de la ley de la gravedad, conceptos todos al alcance de un niño de once años… (a ver, vayan trayendo un niño de 11 años…)

En cambio hay que reconocer que cuando nos ponemos a hablar de la cohesión (no de los suelos granulares, claro), la verdad es que en el fondo no tenemos ni idea de qué hablamos… el fundamento íntimo de la cohesión se encuentra en procesos de interacción molecular que no hay Dios que tenga claros a poco que se ponga a profundizar seriamente en tal galimatías que roza la mecánica cuántica.

Así pues, habiendo dedicado ya no sé cuantos posts a la cohesión, o la resistencia al corte no drenado (viene a ser lo mismo en condiciones diferentes) tal vez va siendo hora de cambiar la música y dedicar un momento al “maravilloso mundo” de los suelos granulares, esos que dicen que no tienen cohesión alguna…

Me han venido ganas después de consultar qué es lo que entiende wikipedia por “ángulo de rozamiento interno” y quedarme un tanto sorprendido… dice así…

“el ángulo de rozamiento interno es una propiedad de los materiales granulares”

empezamos mal… lo que entendemos por “suelos cohesivos” (concepto aparentemente contrapuesto a “material granular”) también tienen rozamiento interno, solo que no lo manifiestan cuando las presiones efectivas son nulas (bueno, los granulares tampoco, pero anular las presiones efectivas a un suelo granular tampoco es cosa de cada día, sifonamientos aparte)

… de otro lado, el ángulo de rozamiento interno no es una “propiedad”, en todo caso la propiedad es el rozamiento interno… el ángulo es una forma (más o menos afortunada) de expresar esta propiedad, pero bueno… por lo que se ve en wikipedia no están muy por la labor de ser puntillosos… después sigue así:

El ángulo de rozamiento tiene una interpretación física sencilla, al estar relacionado con el ángulo de reposo o máximo ángulo posible para la pendiente de un montoncito de dicho material granular. En un material granuloso cualquiera el ángulo de reposo está determinado por la fricción, la cohesión y la forma de las partículas pero en un material sin cohesión y donde las partículas son muy pequeñas en relación al tamaño del montoncito el ángulo de reposo coincide con el ángulo de rozamiento interno.

(fuente: wikipedia http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_rozamiento_interno)

No vamos bien… queda claro qué es el ángulo de reposo, pero el material en cuestión puede tener un ángulo de rozamiento interno mínimo en el estado de mínima compacidad (coincidente con el ángulo de reposo, cuando el suelo granular, sin cohesión, es vertido), pero sin embargo, a poco que vayamos aumentando la compacidad, aumentará el ángulo de rozamiento interno hasta llegar al valor de densidad máxima (aquél en el cual el índice de huecos es el mínimo posible en función de empaquetamiento del material.)

Así pues, el ángulo de rozamiento interno depende también de la compacidad, o en otras palabras (y si se trata de un material “puesto en obra”) del grado de compactación.

Todo esto viene porque hace un par de días me consultó un cliente cierta cuestión que, en este sentido, “tiene su qué”… de vez en cuando hay que justificar con números (o ensayos) algo que el sentido común nos está diciendo que va sobrado… el tema venía a ser…

ring, ring

– sidigamé

– oye frankie, que resulta que estoy haciendo un muro, y que el proyectista ha contado un relleno de trasdós con un ángulo de rozamiento interno de 38º… la cuestión es que estoy colocando unas gravas del copón, ¡¡¡y que no me veo forma de justificar ese ángulo!!!

alguno pensará que el aprieto en que se encontraba mi amigo es cosa baladí… pues tal vez no… resulta que la dirección de la obra (o la asistencia técnica, o la uaspo, eso es lo de menos) le decía que muy bien, que seguro que esas gravas cumplían, pero que había que demostrarlo.

((nota al margen: quien manda en el mundo no es Goldman Sachs… qué va… ¡¡¡son los de la ISO y los auditores de calidad!!!…))

Y bien, aquí entran en la película nuestros amigos del control de calidad (los del laboratorio, no los auditores)

plan A:

Cogemos una muestra de las gravas y las llevamos al laboratorio para hacer el manido ensayo de corte directo sobre una muestra recompactada… a los dos días nos llega el resultado (y la factura)…

cohesión = 0
ángulo de rozamiento interno = 32º

mie….   ¿qué carallo ha pasado? ¿no habíamos quedado que seguro que teníamos un ángulo de casi 40º?

pues resulta que, con una célula de corte convencional, el tamaño máximo de grano para una muestra “ensayable” es de unos 5 mm, así que en el laboratorio segregaron todas las gravas (más del 50 % de total de la muestra) y les dieron un resultado característico de las fracciones de arena y finos… y claro… no cumple

pasamos al plan B:

Cogemos dos metros cúbicos de las gravas, los cargamos donde sea y los mandamos al CEDEX para que nos hagan un ensayo de corte directo con el megacacharro que tienen allí para ensayar lo que haga falta… nos esperamos lo que tarden en el CEDEX (no sé ahora… pero en mis tiempos de currar en un laboratorio, “se tomaban su tiempo”) y pagas un pastizal por el ensayo…

para más detalles sobre el método y procedimiento, podéis echar un ojo a este artículo… solo echo en falta que no hayan incluido los resultados de alguna granulometría de las muestras ensayadas, para poder comparar con lo que uno se encuentra por ahí… nos vendría muy bien a todos…

OK, entre tanto tenemos la obra parada tres meses… y nos sale la broma por un ojo de la cara… mal rollo…

plan C:

Nos acordamos de lo del ángulo de reposo, o bien nos cruzamos con wikipedia… medimos el ángulo del talud en los acopios…

… y nos da 33º

mi gozo en un pozo… habemos vueltao a pisar m…