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1 – Introducción.

2 – El Ciclo Geológico.

3 – Diferenciación entre Suelos y Rocas.

4 – Los conceptos de

“roca”, “matriz rocosa” y “macizo rocoso”.

5 – Esquema del “macizo rocoso”.

Referencias y Bibliografía.

RESUMEN

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1 – INTRODUCCIÓN

Geotecnia

Mecánica del Suelo

Mecánica de Rocas

IngenieríaGeotécnica

GeologíaHidráulicaMecánica

Resistencia de Materiales...

Cuerpo teóricoAplicaciónpráctica

� Cimentaciones� Excavaciones� Taludes� Sostenimientos� ...

...QuímicaFísica

Matemáticas

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Introducción

En esta presentación se van a indicar las diferencias de los materiales de losque se ocupan la Mecánica del Suelo y la Mecánica de Rocas:

Suelos vs. Rocas

Dicha diferenciación puede parecer innecesaria, y así la consideran algunos autores,planteando una sola disciplina, denominada “Mecánica del Terreno” (López Marinas,2000); aunque eso hace ya tiempo que existe, bajo la denominación de “Geotecnia”(ver diagrama anterior).

Bien es cierto que bajo la denominación de “Geotecnia”, además de las bases teóricassobre el estudio de los suelos y de las rocas (caracterización y comportamientomecánico fundamentalmente), se puede incluir la aplicación práctica, cosa que nopuede (no debe) hacerse bajo la denominación de “Mecánica del Terreno”.

Es algo así como lo que ocurre con la Resistencia de Materiales y el Cálculo deEstructuras, que pueden sentar las bases teóricas generales pero que, cunado seaborda el cálculo de una estructura de concreto o de una estructura metálica, debe dehacerse con distintos métodos, por las muy diferentes características ycomportamientos que tienen el hormigón y el acero.

Pues bien, una vez diferenciados suelos y rocas (desde el punto de vistageotécnico) se va a definir el concepto de “Macizo Rocoso ”, que es unarealidad física muy compleja y es el verdadero objetivo de la Mecánica deRocas. 3

Los materiales de la corteza terrestre sobre, en y con los que, se realizan las actuaciones de Ingeniería Civil, están

inmersos en el Ciclo Geológico.

2 – EL CICLO GEOLÓGICO

Ciclo Geológico

de las Rocas

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MECÁNICADE ROCAS

MECÁNICADE SUELOS

De todos los materiales que se encuentran inmersos en el ciclo geológico, la Mecánica de Rocas se encarga del estudio de las características y, sobre todo, del comportamiento de una gran parte de ellos: las rocas

Con el término “rocas”, como se verá en este capítulo, se esta designando diversos conceptos: las “rocas” como “materia prima” de la disposición y circunstancias en que estas se encuentran, que serían los “macizos rocosos”, verdadero objeto de estudio por parte de la Mecánica de Rocas.

Del resto de los materiales, que en la figura se denominan sedimentos, se ocupa la Mecánica del Suelo.

Pero, ¿en función de qué se

diferencian los materiales de la

corteza terrestre para considerarlos

como suelo o como roca? 5

3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS

Intuitivamente, todo el mundo tiene clara la diferencia entre “suelo” y “roca”:

Pero a la hora de definir esas diferencias y establecer cuando los materiales de la corteza terrestre son “suelos” y cuando son “rocas” … 6

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¿Que marca la diferencia? ¿El “grado de unión”? ...

¿La “resistencia”? ...

SUELOS

ROCAS

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3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (2)

“ Un agregado de minerales que presentan los mismos c aracteres de conjunto en un área de cierta extensión de la corte za terrestre ”

Desde el punto de vista de la Geología , una roca es (López Marinas, 1993):

La definición anterior no implica que los materiales que conforman la roca se encuentren o no consolidados; esto queda de manifiesto en la definición del Diccionario de Geología de Foucault y Raoult (19xx):

En Ingeniería Civil y Geotecnia, la consolidación y la resistencia se han usado, tradicionalmente, como elementos diferenciadores entre los agregados minerales de la corteza terrestre que son rocas y los que no lo son.

Pero la matización que puede introducirse por la resistencia o por el nivel de consolidación es discutible y discutida, pues siempre resultarán ambiguos los materiales situados en las fronteras establecidas, siendo, muy a menudo, el establecimiento de esas fronteras el punto de discusión.

“ Material constitutivo de la corteza terrestre,formado en general por una asociación de minerales,que presenta una cierta homogeneidad estadística;

en general dura y coherente (piedra, canto), a vece s plastica (p.e. arcilla) o móvil (p.e. arena); en el límite líquida (p.e. pe tróleo) o gaseosa ”

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3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (3)

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Actualmente también en Geología se considera el grado de consolidación para definir el concepto de roca; en el Glossary of Geology del American Geological Institute (Gary et al, 1974, tomado de López Marinas, 2000):

“ El conjunto constituido por una o varias matrices r ocosasque presentan una determinada estructura, está afec tado por

un cierto grado de alteración y por una serie de di scontinuidades ”

Incluso, siguiendo con al definición geológica actual, se matiza también con la resistencia además de con la consolidación, y podría servir dicha definición para la “matriz rocosa”, mientras que (adelantandonos a lo que veremos en el punto siguiente) el macizo rocoso se considera como (López Marinas, 1993):

“ Material formado naturalmente, consolidado o no (pe ro no suelo)compuesto de dos o más minerales, ocasionalmente de un

mineral, teniendo un grado de constancia mineralógi ca y química ”

Si se tiene en cuenta los problemas para decidir a partir de que situación los materiales están o no consolidados y a partir de que resistencia es roca o es suelo, resulta más difícil establecer una definición adecuada para la roca.

También se encuentran dificultades cuando se trata de definir el suelo en contraposición a la roca … 9

3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (4)

Estado original

Estado después de repetida desecación, inmersión y vibración o prolongada exposición a la atmosfera.

Fragmentos con agua.

Cambio de volumen producido por

saturación / sequedadGrupo

Sólido con sonido claro cuando se

golpea con el martillo de geólogo

No cambia

Imperceptible

a) Roca sólida

Se desintegra en pequeños trozos duroscon superficies limpias

b) Roca inalterada finamente fisurada o machacada

Se desintegra en pequeños fragmentos con superficies untuosas a causa de productos de alteración de grano fino

c) Roca fisurada ligeramente descompuesta

Se desintegra en partículas individuales de arena o limod) Arenisca o lutita con cemento inestable

Se desintegra en pequeños fragmentos angularessin señal de alteración química

Medible

e) Intermedio entre roca y arcilla con características predominantes de la primera

Sólido con sonido opaco cuando se le golpea con el

martillo de geólogo

Se transforma gradualmente en una suspensiónde partículas de suelo

f) Intermedio entre roca y arcilla con características predominantes de la segunda

Se transforma gradualmente en una suspensión de partículas arcillosas y en un sedimento de fragmentos angulares de rocas

g) Roca completamente descompuesta

Se transforma completamente en una suspensióny/o sedimento indeterminado

Imperceptible a importante

h) Arcilla, limo y arena muy fina en estado seco o muy compacto

Terzaghi y Peck (1971) definen el suelo como:

“ Todo agregado natural de partículas minerales separ ables

por medios mecánicos de poca intensidad ”Que la definición anterior de suelo no es totalmente clarificadora lo prueba la siguiente tabla que Terzaghi proporcionaba a sus alumnos para distinguir la roca de la roca alterada y del suelo:

3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (5)

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Pese a la evidente diferencia entre los suelos y las rocas, habrá situaciones de “transición” en las que será muy difícil establecer esa diferenciación.

Siguiendo con el punto de vista de la ingeniería, existe (casi siempre) una característica en las rocas que va a diferenciarlas fuertemente de los suelos, en lo referente a estudiar o modelizar su comportamiento :

¿Qué característica diferenciadora(además de la compacidad y la resistencia)

se observa entre los suelos y las rocas? 11

3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (6)

Es muy clarificador el siguiente párrafo del profesor Jiménez Salas (tomado de Serón y Garrido, 2000):

“ Los suelos, como vemos, son seudosólidos, que, si

microscopicamente pueden tratarse como sólidos verdaderos,

exhiben propiedades muy peculiares, lo cual se debe a que en

realidad son conjuntos particulados. Contrariamente, las rocas

son aglomerados de cristales fuertemente unidos. Sin embargo,

a la escala que interesa al ingeniero, tienen un comportamiento

que también se aparta del que podemos esperar de un sólido.

Esto se debe a que la masa rocosa está surcada en general de

varias familias de litoclasas , que son superficies de debilidad,

que la dividen en bloques. Cada uno de estos está constituido

por un material rocoso o roca matriz, que puede ser mucho más

resistente e indeformable que la antedicha masa rocosa,

llamada muchas veces, abreviadamente, roca. ”

3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (7)

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En resumen, la diferencia fundamental, para la ingeniería, entre suelos y rocas radica en el diferente comportamiento mecánico:

� mientras que los suelos, estando constituidos por partículas discretas y no consolidadas, se les puede atribuir (no siempre) el comportamiento correspondiente a un sólido continuo ,

� las rocas, siendo su materia prima un sólido continuo, se encuentran afectadas de una serie de discontinuidades y no se les puede atribuir (casi nunca) el comportamiento de los sólidos continuos.

A continuación vamos a dar unas definiciones, tanto de los suelos como de las rocas, lo más completas y exhaustivas posibles.

El interés de estas definiciones radica, más que en establecer taxativamente lo que es una cosa y lo que es otra, en poder llegar con ellas a entender que el comportamiento y la modelización de ese comportamiento son diferentes en los suelos que en las rocas y son el factor fundamental a tener en cuenta.

Es decir, desde el punto de vista de la ingeniería, puede darse el caso de que el mismo material se considere unas veces suelo y otras roca.

Así, por ejemplo, ocurre cuando se está diseñando una cimentación en lo que, desde la óptica de la ortodoxia de la definición, sería una roca; pero los distintos códigos o normativas exigen que se cumplan unas condiciones específicas y concretas para que puedan aplicarse los métodos de cálculo de cimentaciones en roca; de no cumplirse esos requisitos, pese a que los materiales sean “en la realidad” roca, se les aplicarán los métodos de calculo de cimentaciones en suelos, es decir, en ese caso, a todos los efectos serán “en la práctica” suelos.

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3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (8)

ROCAS: Materiales de la corteza terrestre formados por partículas a modo sólidos continuos o policristalinos (con un grado de consolidación y una resistencia a compresión simple generalmente superior a la de los suelos) afectados de una serie de discontinuidades de modo que no se pueden modelizar, para el estudio de su comportamiento, mediante las teorías de los sólidos continuos sino de los sólidos discontinuos.

Las rocas se consideran como materiales trifásicos, compuestos por una o varias matrices rocosas (afectadas por un grado de alteración) y un conjunto de discontinuades , afectado todo ello por un estado tensional determinado y la presencia de agua.

SUELOS: Materiales de la corteza terrestre formados por partículas individuales y discretas (con un grado de consolidación y una resistencia a compresión simple generalmente inferior a la de las rocas) que se pueden modelizar, para el estudio de su comportamiento, mediante las teorías de los sólidos continuos (con particularidades específicas).

Se consideran como materiales trifásicos, en los que las tres fases, sólida, liquida y gaseosa, juegan un papel primordial en las citadas particularidades).

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3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (9)

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� HETEROGENEIDAD puede ser igual de importante en suelos que en rocas

� ANISOTROPIA generalmente mucho más acusada en rocas

� EFECTO ESCALA generalmente mucho más acusado en rocas

� PRINCIPIO P. EFECTIVAS generalmente no se cumple en las rocas

La respuesta de las rocas a una actuación de Ingeniería Civil estará influida por la combinación de respuestas de sus componentes y condicionantes.

Además, existirán una serie de características que también serán diferentes en suelos y rocas (algunas de estas diferencias son “opinables”):

Se han estado manejando distintos términos:

roca, matriz rocosa, macizo rocoso

Y cuando se utilizaba el término “ROCA” …

… podía referirse a la “MATRIZ ROCOSA”

… o podía referirse al “MACIZO ROCOSO”

Vamos a ver el concepto y diferenciación de esos términos.

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3 – DIFERENCIACIÓN ENTRE SUELOS Y ROCAS (10)

4 – LOS CONCEPTOS DE

“ROCA”, “MATRIZ ROCOSA” Y “MACIZO ROCOSO”

Material, estado y disposición microestructural del mismo, del que está compuesto un macizo rocoso.

Se le denomina también “roca intacta”, aunque este término (1)

es poco afortunado.

Matriz rocosa

Conjunto de una o varias rocas matriz, con una disposición macroestructural determinada (discontinuidades) y con unos condicionantes geológicos locales o regionales (fundamentalmente estados tensionales y agua).

Macizo rocoso

( 1 ) Tomado de la denominación en inglés.

Términos con los que se denomina, indistintamente, a cualquiera de los dos anteriores; en singular es más adecuado para denominar a la matriz rocosa, en plural al macizo.

Roca ó Rocas

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• MACIZO ROCOSO:

• MATRIZ ROCOSA

• DISCONTINUIDADES

Roca matriz

Superficies de discontinuidad

Macizo rocoso

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4 – LOS CONCEPTOS DE “ROCA”, “MATRIZ ROCOSA” Y “MACI ZO ROCOSO” (2)

5 – ESQUEMA DEL “MACIZO ROCOSO”

Agentes atmosféricos Fluidos hidrotérmicos

Composición y forma de

UNIÓN

Agregación natural de

MINERALESSólido continuo o

policristalino

Proceso de

FORMACIÓN

ROCA(s) MATRIZEstructura y

distribución de los tipos de roca

presentes

DISCONTINUIDADES

MACIZOROCOSO

Agua subterránea Alteraciones Estados tensionales

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Así pues, el estudio de un macizo rocoso:

� además de implicar al “material” de que está compuestoy su disposición a nivel microestructural (roca matriz )

� requiere el conocimiento de la disposición a nivel macroestructural(discontinuidades ) de la roca matriz

� amén de todos los condicionantes geológicos locales o regionales(fundamentalmente: estados tensionales y agua subterránea ).

Los macizos rocosos, como se ha visto, tienen una naturaleza discontinua, hasta el punto de que se bromea diciendo:

“lo importante en Mecánica de Rocas es lo que no es r oca ”

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5 – ESQUEMA DEL “MACIZO ROCOSO” (2)

Bibliografía y ReferenciasFoucault, A. y Raoult, J.F. (19xx). Diccionario de Geología.

Gary, M.; Mc Afee, C. y Wolf, L. (eds.) (1974). Glosary of Geology. Washington D.C. American Geological Institute.

López Marinas, J.M. (1993). Geología aplicada a la Ingeniería Civil. Ed. E.U.I.T.O.P. Universidad Politécnica de Madrid. Madrid, 1993. ISBN 84-604-7767-3.

López Marinas, J.M. (2000). Geología aplicada a la Ingeniería Civil. 556 p. Ed. Cie Inversiones Editoriales Dossat. Madrid, 2000. ISBN 84-95312-33-6.

Serón, J.B. y Garrido, M.E. (2000) . Introducción a la Mecánica de Rocas. Transparencias de clase de la asignatura Geotecnia y Cimientos I. ETSICCP, Universidad Politécnica de Valencia. No publicado.

Terzaghi, K. y Peck, R.B. (1971). Mecánica del suelo en la ingeniería práctica. Ed. Ateneo.

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