3.1- INTRODUCCION:

La mecnica de rocas se ocupa del estudio terico y practico de las propiedades y comportamiento mecnico de los materiales rocosos, y de su respuesta ante la accin de fuerzas aplicadas en su entorno fsico. La finalidad es conocer y predecir el comportamiento de los materiales rocosos ante la actuacin de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellos.

Matriz rocosa: Es el material rocoso exento de discontinuidades, o los bloques de roca intacta que quedan entre ellas.

Discontinuidad: Es cualquier plano de origen mecnico o sedimentario que independiza o separa los bloques de matriz rocosa en un macizo rocoso.

Macizo rocoso: es el conjunto de los bloque de matriz rocosa y de las discontinuidades.

Factores geolgicos que dominan el comportamiento y las propiedades mecnicas de los macizos rocosos:

Litologa y propiedades de la matriz rocosa, Estructura geolgica y discontinuidades, Estado de esfuerzos, Grado de alteracin o meteorizacin, condiciones hidrogeolgicas.

3.2- PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LOS MATERIALES ROCOSOS:

Propiedades fsicas de la matriz rocosa:

Propiedades de identificacin y clasificacin: Composicin mineralgica, porosidad, peso especfico, contenido de humedad, permeabilidad, durabilidad.

Propiedades mecnicas: resistencia a compresin simple, resistencia a traccin, velocidad de ondas snicas, resistencia, deformabilidad.

Porosidad: es la relacin ocupada por los huecos o poros en la roca.

Permeabilidad: es la capacidad de transmitir agua de una roca.

Durabilidad: es la resistencia que la roca presenta ante los procesos de alteracin y desintegracin.

Resistencia a compresin simple: Es el mximo esfuerzo que una roca soporta sometida a compresin uniaxial.

Resistencia a traccin: Es el mximo esfuerzo que soporta el material ante la rotura por traccin.

Meteorizacin de los materiales rocosos:

La meteorizacin es la desintegracin y/o descomposicin de los materiales geolgicos en superficie.

Procesos fsicos: Formacin de hielo, insolacin (diferencias trmicas en periodos cortos de tiempo), Formacin de sales, hidratacin, capilaridad.

Procesos qumicos: Disolucin, hidratacin, hidrolisis, oxidacin y reduccin.

Agua subterrnea:

Efectos sobre las propiedades de los macizos rocosos:

-Papel importante en la resistencia de rocas blandas y de los materiales meteorizados.

-Reduce la resistencia de la matriz rocosa en rocas porosas.

-Rellena las discontinuidades de los macizos rocosos e influye en su resistencia.

-Las fallas, discontinuidades son caminos preferentes para el paso del agua.

-Meteorizacin qumica y fsica en el macizo rocoso.

-Produce erosin.

3.3- TENSIONES Y DEFORMACIONES EN LAS ROCAS:

Desplazamiento: Es el cambio de posicin de una partcula.

Deformacin: Variacin de longitud entre 2 partculas en dos estados mecnicos distintos.

Esfuerzo: Es la reaccin interna de un cuerpo a la aplicacin de fuerza o fuerzas.

Resistencia de pico: esfuerzo mximo que se puede alcanzar.

Resistencia residual: es el valor al que cae la resistencia de algunas rocas para deformaciones elevadas.

Rotura: es el fenmeno que se produce cuando la roca no puede soportar las fuerzas aplicadas. Rotura Frgil (instantnea y violenta) Rotura Dctil (progresiva).

Mecanismos de rotura: Corte, traccin, flexin, compresin, colapso (material recibe compresiones en todas las direcciones del espacio)

3.4- RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DE LA MATRIZ ROCOSA:

Criterios de rotura:

Morh-Coulomb. Expresa la resistencia al corte a lo largo de un plano en un estado triaxial de tensiones.

Criterio de Hoek y Brown: Criterio emprico de rotura no lineal.

Deformabilidad: Es la propiedad que tiene la roca para alterar su forma como respuesta a la actuacin de fuerzas. (E, v)

ENSAYOS DE LABORATORIO:

-Ensayo uniaxial o de compresin simple: Permite determinar la resistencia a la compresin simple y sus componentes elsticas (E, v).

-Ensayo de compresin triaxial: Roca in situ sometida a esfuerzos confinantes, mediante la aplicacin de presin hidrulica uniforme alrededor de la probeta. Permite obtener los valores de cohesin (c) y friccion () mediante la envolvente.

-Ensayo de traccin directa: Mide la resistencia a traccin uniaxial en un cilindro de roca.

-Ensayo de traccin indirecta.

Velocidad de ondas snicas: Permite medir la velocidad de ondas elsticas longitudinales y transversales Vp y Vs al atravesar una roca seca o saturada. A partir de ello, se calcula los mdulos de deformacin elsticos dinmicos Ed y Vd.

Limitaciones de los Ensayos:

-Representatividad: las muestras ensayadas son puntos aislados del macizo rocoso, se necesita hacer una cantidad de ensayos representativos. Las condiciones ambientales son difciles de reproducir.

-Escala: Se ensaya pequeas porciones de material.

-Velocidad: la velocidad de rotura entre laboratorio y naturaleza son extremadamente diferentes.

3.5- DISCONTINUIDADES:

Influencia en el comportamiento del macizo rocoso:

La orientacin relativa de las discontinuidades con respecto a una instalacin u obra de ingeniera puede suponer que el terreno sea o no estable.

La resistencia al corte de las discontinuidades en la determinacin de la resistencia de los macizos rocosos duros y fracturados.

TIPOS DE DISCONTINUIDADES:

Sistemticas: Cuando aparecen en familias.

Singulares: cuando aparece un nico plano que atraviesa el macizo rocoso.

-Diaclasas o juntas: superficies de fracturacin o rotura de la roca a favor de las cuales no ha habido desplazamiento o ha sido muy pequeo.

-Planos de estratificacin: Superficies que limitan los estratos en las rocas sedimentarias.

-Superficies de laminacin: discontinuidades sistemticas que aparecen en las rocas sedimentarias.

-Planos de esquistosidad: aparecen en rocas que han sufrido una deformacin importante.

-Fallas: planos de rotura o fracturacin con desplazamiento relativo entre bloques.

Caractersticas de las discontinuidades:

Orientacin: queda definida por buzamiento y direccin de buzamiento.

Espaciado: Es la distancia media perpendicular entre los planos de discontinuidad de una familia.

Continuidad: es la extensin del plano de discontinuidad.

Rugosidad: determina su resistencia al corte.

Abertura: es la distancia perpendicular que separa las paredes de la discontinuidad cuando no existe relleno.

Permeabilidad y presin de agua: depende de su abertura y tipo de relleno.

3.6- RESISTENCIA Y DEFORMABILIADAD DE MACIZOS ROCOSOS:

Resistencia Propiedades:

-Resistencia de la matriz rocosa, resistencia al corte de una familia de discontinuidades, resistencia al corte de 2 o 3 familias de discontinuidades, resistencia global de un sistema de bloques rocosos.

-Efecto Escala: Consecuencia ms importante del carcter heterogneo y discontinuo de los macizos rocosos. La extrapolacin de los resultados de los ensayos a la escala del macizo solo puede considerarse valida si el volumen de la muestra ensayada es representativo del conjunto.

3.7- TENSIONES NATURALES: Se producen por las fuerzas exteriores y por el peso del propio material. Los esfuerzos tectnicos son la causa principal de las tensiones almacenadas en las rocas y se pueden liberar como terremotos, fallas, explosiones de rocas, fracturas.

Causas del estado tensional de la corteza:

-Tensiones de origen tectnico: Responsables del movimiento de las placas litosfericas.

-Tensiones de origen gravitacional: Se producen como consecuencia del peso de los materiales geolgicos

-Tensiones de origen no renovable: Pueden ser generadas por efectos trmicos sobre los materiales rocosos, por flexiones o abombamientos en la corteza o cambios en el radio de curvatura de una placa tectnica.

Factores geolgicos y morfolgicos en el estado tensional:

-Fallas, pliegues, diques y otras anisotropas estructurales.

-Procesos de carga y descarga de materiales: erosin, sedimentacin, glaciares.

-Valles profundos y zonas de relieve accidentado.

-Procesos volcnicos.

Mtodos instrumentales para medir la direccin y magnitud de las tensiones:

-Mtodos de sobreperforacin: Medida de las tensiones que se liberan al reperforar un sondeo. Mtodos:

Doorstoper, USBM, Celula triaxial CSIR.

-Metodos de presurizacion: Se basan en la inyeccin de un fluido para producir la fracturacin de la roca o en provocar una dilatacin mecnica. Metodos:

Gato plano, Fracturacin hidrulica.

3.8- CLASIFICACIONES GEOMECANICAS:

Caractersticas de los macizos rocosos que se consideran en las clasificaciones:

-Resistencia del material rocoso, RQD, Espaciado de las discontinuidades, Condiciones de las discontinuidades, Estructura geolgica y fallas, Filtraciones y presencia de agua, Estado tensional.

Clasificacin RMR: Permite estimar los parmetros de resistencia y deformabilidad.

Parmetros: Resistencia uniaxial de la matriz rocosa, RQD, Espaciamiento de las discontinuidades, Condiciones de las discontinuidades, condiciones hidrogeolgicas, Orientacin de las discontinuidades con respecto a la excavacin.

TIPO DE ROCA

RMR

MUY BUENA

81-100

BUENA

61-80

REGULAR

41-60

MALA

21-40

MUY MALA

0-20