Perforación y TronaduraGeomecánicaProf. Gonzalo Bravo Irarrázabal

¿QUÉ ES LA MECÁNICA DE ROCAS?

•“Mecánica de rocas es la ciencia teórica y aplicada del comportamiento mecánico de la roca; es la rama de la mecánica relacionada con la respuesta de la roca al campo de esfuerzos de su entorno”

•En la práctica se relaciona más con el macizo rocoso debido a la escala de los trabajos y proyectos de Ingeniería Civil y Minería. Luego, debe ser entendida como la disciplina que estudia el comportamiento y las propiedades físicas de Macizos Rocosos bajo esfuerzos y condiciones de borde específicas.

OBJETIVOS DE LA MECÁNICA DE ROCAS

• Caracterización del Comportamiento Mecánico de la Roca Intacta, Discontinuidades Geológicas y Macizo rocoso.

• Análisis de Esfuerzo, Deformaciones, Energía Almacenada para Macizos Rocosos en condiciones Estáticas y/o dinámicas.

• Diseño y Evaluación de Estabilidad de Excavaciones Superficiales y/o Subterráneas en el Macizo Rocoso.

La finalidad de la Mecánica de Rocas es conocer y predecir el comportamiento de los materiales rocosos ante la acción de las fuerzas internas y externas que se ejerzan sobre ellas

Aplicación de la mecánica de rocas:

•Cuando el material rocoso constituye la estructura (excavaciones de túneles, galerías, taludes, etc.).

•Cuando la roca es el soporte de otras estructuras (cimentaciones de edificios, presas, etc.).

•Cuando las rocas son empleadas como material de construcción (rellenos)

Roca Intacta

Volumen de roca de tamaño “pequeño” pero representativo de la petrofábrica de la roca considerada, sin mostrar irregularidades ni defectos tales que influyan en su comportamiento mecánico “propio”, especialmente en lo que dice relación con la cinemática de su ruptura.

Se entiende como volumen “pequeño” el de una probeta típica de laboratorio (de 42 a 150 mm de diámetro y de 84 a 300 mm de alto).

Se entiende por irregularidades la presencia de cuerpos que puedan afectar el comportamiento mecánico de la probeta (por ejemplo clastos, vetillas, fracturas, etc.)

Respecto a la definición de “roca intacta’’ es conveniente notarlo siguiente:

•Está implícitamente asociada al comportamiento mecánico del volumen de roca considerado.

•La roca intacta es homogénea, pero dependiendo de su petrofábrica.

DISCONTINUIDADES

Cualquier plano de origen mecánico (rotura) o sedimentario en un macizo rocoso, que normalmente muestra una resistencia a tracción reducida.

Confieren un comportamiento discontinuo y no uniforme al macizo rocoso y en cualquier caso representan un plano de debilidad.

Discontinuidades planas que atraviesan la roca y cuya génesis está asociada a uno o más procesos geológicos. Pueden ser de distintos tipos:

Diaclasas:Discontinuidades que no presentan desplazamiento y se encuentran agrupadas paralelas unas con otras en familias o en juegos de diaclasas, cabe resaltar que varios juegos de diaclasas pueden intersecarse para así formar bloques rocosos de geometría ideal y de tamaños considerables

Pliegue:

Son estructuras formadas por la acción de esfuerzos que tienen naturaleza compresiva (ajuste) y/o tractiva (separación) deformando a la roca hasta su ruptura.

La deformación se da en rocas que han sido sometidas a esfuerzos dentro de un contexto plástico en el cual luego de aplicada la fuerza deformante la roca no recuperara su estado original (forma y volumen).

“Una falla es una discontinuidad física de la roca, un plano que limita dos bloques de rocas y que se mueven de manera de que un bloque se desplaza con relación a otro. Hay fallas de escala microscópica y hasta escala de los continentes con un tamaño diferente.”

La principal característica de una falla geológica es la observación de una superficie de desplazamiento o de fricción, ya sea en una dirección determinada, la identificación de fallas geológicas esta íntimamente relacionada a los elementos estructurales y de campo presente en la roca afectada.

“Estas, al desplazarse, dependiendo de la profundidad y cantidad de movimiento, generar sismos.”

Luis Lara Experto Sernageomin

Fallas Geológicas:

Su principal característica es que constituyen planos de debilidad o de menor resistencia que la roca. Usualmente, en el macizo rocoso aparecen agrupadas en familias o sistemas. Su extensión o persistencia puede variar mucho y dependiendo del volumen que interese algunas podrán tratarse en forma estadística mientras que otras deberán considerarse individualmente.

MACIZO ROCOSO

• Volumen importante de roca que se encuentra interceptado, total y/o parcialmente, por estructuras geológicas; las cuales definen numerosos “sub-volúmenes” o “bloques de roca” que, en conjunto, conforman el macizo rocoso.

Luego, parece evidente que el comportamiento mecánico del macizo rocoso dependerá de los siguientes factores:

•Prop. mecánicas de los bloques que lo constituyen (roca intacta)

•Prop. de las estructuras del macizo rocoso

•Interacción del conjunto de bloques

Cuando se excava un macizo rocoso o se construyen estructuras sobre las rocas se modifican las condiciones iniciales del medio rocoso, el cual responde a estos cambios deformándose y/o rompiéndose.