Materiales de dragado

Las propiedades de los materiales de dragado varían notablemente en función de su origen y el método de dragado. Además se presentan generalmente en forma estratificada como consecuencia de las sedimentaciones originadas por proceso hidráulicos pasados. Si los estratos son lo suficientemente gruesos, los diferentes materiales que los constituyen pueden ser dragados y gestionados separadamente.

Propiedades Físicas

Definen el comportamiento mecánico del material y sus relaciones espaciales (porosidad, densidad, distribución granulométrica, comportamiento reológico, etc.,) dentro de ellas.

En función de la tipología del material se clasifican en  ROCAS o en  SUELOS, encontrándose diferencias de caracterización significativas.

ROCAS. Son, por definición, materiales cohesivos. La caracterización de sus propiedades físicas se basa en la Resistencia del material, la compacidad, fragilidad, además de la porosidad y permeabilidad entre los principales parámetros de clasificación.

Desde el punto de vista de los dragados, las rocas, para poder manejarlas, deben disgregarse mecánicamente (ripabilidad, voladuras, fragmentación, desmenuzamientos, etc.,) con lo que se transformarían en materiales de tamaños de grano por encima de los 65 mm (Bloques) y pueden asignarse, y considerarse, como “suelos artificiales”. Por su naturaleza estos materiales no suelen estar contaminados y su uso sería el mismo que se le da a los materiales de cantera.

SUELOS. Geotécnicamente bajo este epígrafe se define cualquier material disgregado, no compacto que mantenga una serie de propiedades y características comunes, dentro de un rango de variabilidad previamente acordado.

Granulometría: Es la propiedad física fundamental para asignar un uso productivo al material de dragado. Para la caracterización de los materiales de dragado se puede utilizar el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos o bien la Clasificación Modificada de Wentworth. Estas dos clasificaciones presentan diferencias en los límites entre categorías, destacando las diferencias a la hora de definir las arenas.

Los diferentes tipos de rocas existentes pueden variar desde las más débiles, como las margas blandas, hasta las de mayor dureza como el granito o el basalto, pasando por otras de dureza intermedia como las areniscas. Asimismo, las rocas obtenidas también pueden variar en tamaño,  en función del equipo de dragado y del tipo de material. Las rocas que hayan sido obtenidas por voladura, disgregación mecánica o corte rara vez estarán compuestas de un único tipo de material. También podrán presentar grandes variaciones en la granulometría, siendo necesaria una clasificación del material e incluso una fragmentación de las piezas mayores en otras más pequeñas. Generalmente las rocas procedentes de dragado están exentas de contaminación.

Los sedimentos, según la Clasificación Modificada de Wentworth en función de los tamaños de partículas, D se clasifican en:

Los sedimentos, según la Clasificación Modificada de Wentworth en función de los tamaños de partículas, D se clasifican en:

• a) Bolos: D > 64 mm
• b) Gravas: 64 mm > D> 2 mm
• c) Arenas 2 mm> D > 0,063 mm
• d) Limos 0,063 > D > 0,002 mm
• e) Arcillas D < 0,002 mm

Este tipo de clasificación permite la utilización de la escala basada en unidades phi (Krumbien) donde:

φ = -log₂ D, siendo D el diámetro en mm

A partir de estas unidades se puede caracterizar la distribución estadística de la granulometría del sedimento, de forma que la desviación estándar viene dada de forma aproximada por:

  ₌

Los materiales de dragado suelen ser una mezcla, en distintas proporciones de los tipos anteriores. Si se tratara de un sedimento completamente uniforme φ₀₅, φ_16, φ₈ φ_95, tienen el mismo valor y la desviación estándar es cero. Un sedimento estará bien clasificado si todas las partículas están cercanas al tamaño típico, representado por la media o por la mediana. Si las partículas se distribuyen en un amplio rango de tamaños, se dice que el sedimento está bien graduado.

Las gravas y arenas son consideradas los materiales más validos procedentes de un proyecto de dragado, y al igual que las rocas suelen estar exentos de contaminación. No suelen presentar problemas geotécnicos ya que, en general tienen una capacidad portante suficientemente elevada y una deformabilidad, salvo para arenas blandas, casi instantánea al aplicar las cargas.

Las arcillas duras normalmente tienen su origen en operaciones de dragado de primer establecimiento y suelen obtenerse en forma de terrones o bien como una mezcla homogénea de agua y arcilla. Si el contenido de agua es elevado, puede ser necesario el drenaje previo de la arcilla dragada antes de ser transportada.

Los limos y arcillas blandas son los productos mas comúnmente obtenidos en los dragados de mantenimientos en los canales de navegación y en muelles y dársenas portuarias. Por su alto contenido en agua deben ser drenadas en un proceso normalmente largo y que en ocasiones requiere un almacenamiento temporal. Son este tipo de materiales los que requieren una caracterización química más específica ya que esta fracción es la que suele acumular un mayor grado de contaminación.

Aunque la granulometría es la principal característica de cara a un uso productivo, existen otras propiedades físicas que conviene tener en consideración, y que se mencionan a continuación.

- Densidad volumétrica: es una media del peso considerando el volumen total. Suele ser baja para el material fino lo que está asociado a los procesos de sedimentación y a la naturaleza amorfa de la arcilla. Es un factor necesario para convertir el porcentaje de agua en peso al contenido de agua por volumen.

- Plasticidad: se utiliza la clasificación USCS, con el límite líquido (LL) y el límite plástico (LP) de Atterburg con objeto de evaluar la plasticidad de las muestras de sedimento de granulometría fina. El índice de plasticidad PI se define como la diferencia numérica entre LL y LP, y expresa la plasticidad del sedimento. Los análisis de plasticidad se deben realizar sobre la fracción fina separada.

- Peso específico de las partículas sólidas: El peso específico de las partículas sólidas es el cociente entre las masas del suelo seco y el volumen que ocupan sus partículas, es decir descontando los huecos existentes entre las mismas. Para la arena el valor medio del peso específico es de 2,65, mientras que para los suelos arcillosos varía entre 2,5 y 2,9. La determinación del peso específico de las partículas se realiza en laboratorio mediante un aparato denominado picnómetro.

Teniendo en cuenta, que las arcillas pueden presentarse en todos los grados de compacidad posibles desde muy compactas hasta muy blandas, se incluyen en la siguiente tabla las propiedades de los diferentes tipos de suelos arcillosos. (N_stp valor obtenido del Ensayo de Penetración estándar, q_u resistencia a la compresión simple)

Tabla 2: Propiedades de los diferentes tipos de suelos arcillosos

A continuación se presentan las propiedades geotécnicas de los suelos granulares.

Tabla 3: Propiedades geotécnicas de los suelos granulares

Propiedades químicas

La composición química del material dragado es muy variable y depende del área geográfica y del sistema ecológico. Aunque el material dragado fundamentalmente está constituido por sedimentos naturales, también puede verse afectado por contaminación procedente de vertidos municipales o industriales o por el drenaje de fuentes terrestres. Los sedimentos marinos pueden agruparse en tres categorías (terrígenos, biogénicos y evaporitas) según su composición y origen, correspondiendo los más comunes en los dragados portuarios a los siguientes:

- Terrígenos: Normalmente están formados por silicatos, compuestos por cuarzo, feldespato, micas y arcillas y otros minerales  asociados a rocas de origen ígneo. Proceden de la erosión terrestre y son trasportados al medio marino por los ríos, el viento...Las arcillas incorporan en su estructura de silicatos iones metálicos constituyendo los diferentes tipos de arcilla (clorita, illita, caolinita y montmorillonita)

- Biogénicos: proceden de la erosión física y biológica de los esqueletos de los organismos  y están fundamentalmente constituidos por carbonato cálcico y en menor proporción por silicatos.

Desde el punto de vista de su utilización en obra pública, resulta de interés determinar el contenido porcentual de carbonato cálcico, sulfato cálcico y materia orgánica ya que tienen incidencia en el comportamiento geotécnico. Es especialmente importante el contenido en materia orgánica ya que tiene influencia en el valor de la consolidación secundaria.

La siguiente tabla refleja rangos de concentración de metales pesados en sedimentos marinos del litoral español libres de influencia antropogénica. Las concentraciones vienen referidas para una muestra que no contiene finos (C₀) y otra que contiene el 100% de finos (C₁₀₀).

Tabla 4: Rangos de concentración de metales pesados en sedimentos marinos del litoral español libres de influencia antropogénica