El término " piedra de armadura" se refiere a una piedra quebrada con masas de piedra entre 100 y 10 000 kilogramos (220 y 22 050 lb) ( agregado muy grueso ) que es adecuada para su uso en ingeniería hidráulica. Las dimensiones y características de la piedra de armadura se establecen en la norma europea EN13383. [1] En los Estados Unidos , existen varias normas y publicaciones que establecen diferentes metodologías para clasificar la piedra de armadura, que van desde clasificaciones basadas en el peso hasta curvas de gradación y clasificaciones basadas en el tamaño. [2]
La piedra de armadura está disponible en clases de piedra estandarizadas, definidas por un valor inferior y superior de la masa de la piedra dentro de estas clases. Por ejemplo, la clase 60-300 significa que hasta el 10 % de las piedras pesan menos de 60 kg (130 lb) y hasta el 30 % pesan más de 300 kg (660 lb). La norma también menciona valores que no deben superarse en un 5 % o un 3 %.
Para aplicaciones particulares, como la capa superior de un rompeolas o la protección de un banco, se requiere con frecuencia el tamaño de masa de piedra medio, conocido como M 50. Esto corresponde a una piedra de categoría A. No se relaciona con la piedra de categoría B. Hay dos grupos principales: HM y LM, que representan Heavy y Light respectivamente. Una clase de piedra podría definirse según EN 13383 como, por ejemplo, HM A 300-1000.
Los gráficos adjuntos ofrecen una descripción general de todas las clases de cálculos. Una distribución entre las dos curvas en el gráfico cumple con los criterios de la categoría B. Además, para el cumplimiento de la categoría A, la M EM debe intersecar la línea horizontal corta. M EM representa la masa promedio del cálculo, es decir, la masa total de la muestra dividida por el recuento de cálculos en esa muestra. Vale la pena señalar que en rangos más amplios, en particular 15-300 y 40-400, hay una diferencia considerable; para la clase 15-300, M 50 es 1,57 veces la M EM . [3] [4]
Además, existe una clase de piedra definida llamada CP ( gruesa ). A pesar de que su nombre sugiere lo contrario, la clase CP es más pequeña que LM. Esta convención de nomenclatura existe porque esta clase corresponde a la categoría gruesa en la norma para piedra fraccionada utilizada como material complementario (agregado). Para la clase de piedra CP, el tamaño no se denota en kg, sino en mm. Con base en los datos primarios de la norma EN13383, se presenta la siguiente tabla: [3]
Se identifican varias normas y directrices para clasificar la piedra de armadura utilizada en la ingeniería costera y fluvial en los Estados Unidos, algunas de las cuales se resumen en la siguiente tabla:
Estas normas proporcionan diferentes metodologías para clasificar las piedras de protección, que van desde clasificaciones basadas en el peso hasta curvas de gradación y clasificaciones basadas en el tamaño. En varias publicaciones del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (USACE), incluido el Manual de ingeniería costera, se ofrecen orientaciones para el uso de piedras de protección de gran tamaño. [10] [11] [12]
En el caso de materiales de grano fino, como la arena, el tamaño se representa normalmente mediante el diámetro medio. Esta medida se determina tamizando la arena. Sin embargo, en el caso de las piedras de protección, no es posible producir una curva de tamizado porque las piedras son demasiado grandes para tamizarlas. Por lo tanto, se emplea la medida M 50. Se calcula obteniendo una muestra de piedras, determinando la masa de cada piedra, ordenando estas masas por tamaño y luego creando una curva de masa acumulada. Dentro de esta curva, se puede identificar el valor M 50. Es esencial señalar que el término masa media de la piedra es técnicamente inexacto, ya que la piedra con masa M 50 no necesariamente representa la piedra media en la muestra.
Para ilustrar esto, considere una muestra de 50 piedras extraídas de una cantera en Bulgaria. El rectángulo azul es de tamaño A4. El peso de cada piedra se registra individualmente y sus masas se ilustran en el gráfico adjunto. El eje horizontal representa la masa de cada piedra, mientras que el eje vertical denota la masa acumulada como porcentaje de la masa total de la muestra. En la marca del 50 %, el valor M 50 se percibe como 24 kg. La mediana real para esta muestra es la masa media de las piedras 25 y 26. En este caso específico, el M 50 coincide estrechamente con la masa mediana, que es de 26 kg. Esta muestra cumple con los criterios para LM A 5-40. Sin embargo, es importante señalar que el tamaño de la muestra es insuficiente. De acuerdo con EN13383, una muestra de este tipo debe comprender al menos 200 piedras. [1]
Muchas fórmulas de diseño no tienen en cuenta la masa de la piedra, sino el diámetro. Por lo tanto, se requiere un método de conversión. Este método se conoce como diámetro nominal. [13] Básicamente, representa el tamaño de la arista de un cubo que pesa lo mismo que la piedra. La fórmula para esto es:
A menudo, se utiliza el valor mediano para este propósito, representado como d n 50 . Normalmente, se puede utilizar la siguiente relación para la conversión:
Aquí, F s representa el factor de forma, que puede variar considerablemente y suele oscilar entre 0,7 y 0,9.
En relación con el ejemplo de Bulgaria mencionado anteriormente, también se determinó el d n 50. Dado que la densidad de la piedra local (que es caliza) es de 2284 kg/m³, el d n 50 se calcula en 22 cm. Se puede observar que las piedras de la muestra parecen mucho más grandes a simple vista. Esta percepción visual errónea puede atribuirse a algunas piedras particularmente grandes dentro de la muestra, que distorsionan la impresión general.
La norma EN13383 detalla numerosos parámetros que definen la calidad de la piedra de protección. Esto incluye atributos como el parámetro de forma (medido como longitud/espesor), la resistencia a la fractura y la capacidad de absorción de agua. [16] Es fundamental entender que, si bien la norma describe cómo caracterizar la calidad de la piedra de protección, no especifica la calidad requerida para una aplicación determinada. Dichos detalles se encuentran normalmente en los manuales y directrices de diseño, incluido el Manual de rocas. [14]
Para determinar el peso de las piedras que se necesitan bajo la influencia de las olas, se puede utilizar la fórmula de Hudson (hoy obsoleta) o la fórmula de Van der Meer . Para los cálculos relacionados con el peso de las piedras en los flujos, se recomienda la fórmula de Izbash . [14]
![{\displaystyle d_{n}={\sqrt[{3}]{M/\rho }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/09b14a4f6a82f427d7b7dfab07cb7f82e5845394)
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )