Mecanica de Rocas

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MECANICA DE ROCAS

MECANICA DE ROCAS2015

GEOLOGIA APLICADAIng. Rubn LpezDefinicin, Finalidad y mbitos de Estudio: La mecnica de rocas se ocupa del estudio terico y practico de las propiedades y el comportamiento mecnico de los materiales rocosos.El desarrollo de la mecnica de rocas se inicio como consecuencia de la utilizacin del medio geolgico para obras superficiales y subterrneas.La mecnica de rocas guarda una estrecha relacin con otras disciplinas como la geologa estructural, para el estudio de procesos y estructuras tectnicas que afectan a las rocas, y a la mecnica de suelos, abordar el estudio de rocas alteradas y meteorizadas en superficie. Las masas rocosas aparecen en la mayora de los casos afectados por discontinuidades o superficies de debilidad que separan bloques de matriz rocosa o roca intacta constituyendo en conjunto los macizos rocosos

Las propiedades fsicas controlan las caractersticas resistentes y deformaciones de la matriz rocosa (composicin mineralgica, densidad, estructura y fabrica, permeabilidad, etc.) y son el resultado de la diagnesis, condiciones y procesos geolgicos y tectnicos sufridos por las rocas a lo largo de su historia.

Rocas y suelos

Las rocas son agregados naturales duros y compactados de partculas minerales con fuertes uniones cohesivas permanentes que habitualmente se consideran un sistema continuo. La proporcin de diferentes minerales, la estructura granular, la textura y el origen de la roca sirven para su clasificacin geolgica.Los suelos, segn su acepcin en ingeniera geolgica, son agregados naturales de granos y tangenciales a las superficies de las partculas adyacentes, separables por medios orgnicos de poca energa o por agitacin del agua.

A diferencia de los suelos, la composicin, caractersticas y propiedades de las rocas son altamente variables, confiriendo a los materiales naturales un carcter heterogneo y anistropo, lo que hace que el estudio y la modelizacin de su comportamiento en el laboratorio sea una labor difcil, debido, entre otros factores, a los problemas asociados a la obtencin de nuestras representativas y , a la escala de trabajo.

Macizos y rocosos

Se ha definido que las masas rocosas se presentan en la naturaleza afectadas por una serie de planos de discontinuidad o debilidad que separan bloque de matriz rocosa, formando los macizos rocosos. Para el estudio de comportamiento mecnico del macizo deben estudiarse las propiedades tanto de la matriz de las discontinuidades .Esta estructura en bloques confiere una naturaleza discontinua a los conjuntos rocosos en cuanto a sus propiedades y a su comportamiento. Adems la presencia de discontinuidades sistemticas con determinada orientacin, como los planos de estratificacin o superficies de laminacin, implica un comportamiento anistropo, es decir , las propiedades mecnicas cambian segn la direccin considerada: Por ejemplo las resistencia de un macizo rocoso estratificado puede variar drsticamente para las direcciones paralela perpendicular alas orientaciones de los planos de estratificacin. Transicin roca-suelos

Los suelos se originan por los procesos de alteracin y disgregacin de las rocas sedimentarias, gneas o metamrficas a que dan lugar de origen a los procesos geolgicos externos y fenmenos climticos. Se forman suelos residuales cuando el producto de descomposicin de la roca permanece en el lugar de origen, o suelos trasportados cuando no permanece en su lugar de origen.Estos procesos fsicos comienzan en el momento en que una roca situada en la superficie terrestre sufre fragmentacin mecnica por fenmenos fsicos o qumicos y, en el caso de los suelos trasportados, comprenden las siguientes etapas:- Disgregacin y re movilizacin de las partculas por alteracin y meteorizacin de la roca madre.- Transporte del material y meteorizacin por agentes con ciertos niveles de energa.- Acumulacin de material en zonas de bajo nivel energtico indicndose los procesos de sedimentacin controlados por las caractersticas mecnicas, fisico-quimicas y biolgicas de ambiente.

Matriz rocosa, discontinuidades y macizo rocoso Matriz rocosa es el material rocoso exento de discontinuidades, o los bloques de roca intacto que quedan entre ellas. La matriz rocosa, a pesar de considerarse continua, presenta un comportamiento, heterogneo y anistropo ligado a su fabrica y a su microestructura mineral. Mecnicamente queda caracterizada por su peso especifico, resistencia y deformacin.Una discontinuidad es cualquier plano de origen mecnico o sedimento que independiza o separa los bloques de matriz rocosa en un macizo rocoso. Generalmente la resistencia a la atraccin de los plano de discontinuidad es muy baja o nula.

Propiedades fsicas y mecnicas de los materiales rocosos

Caracterstica del medio rocoso El estudio de la mecnica de solidos asume generalmente un comportamiento homogneo, continuo, istropo, elstico y lineal que los materiales rocosos no presentan.La gran variabilidad de las caractersticas y propiedades fsicas y mecnicas se refleja tanto a escala de matriz rocosa como de macizo roco fracturado.

Propiedades fsicas de la matriz rocosaClasificacin de las rocas con fines geotcnicosLas clasificacin geolgica son muy importantes ya qu aportan informacin sobre la composicin mineralgica, la textura y la fabrica de roca, as como la isotropa o anisotropa estructural en las rocas masivas frente a rocas laminadas o foliadas. La resistencia a compresin simple es la propiedad mas frecuente medida den las rocas, y en base a su valor se establecen clasificaciones y en mecnica de rocas.Otro valor empleado para la clasificacin mecnica de la matriz rocosa es el modulo relativo o relacin en entre su modulo de elasticidad y su resistencia a compresin libre.El grado de meteorizacin o alteracin de la matriz rocosa permite clasificar las rocas cualitativamente, y aporta una idea sobre sus caractersticas mecnicas o geotcnicas. La meteorizacin aumente la porosidad , la permeabilidad y la deformidad del material rocos, y disminuye su resistenciaMeteorizacin de los materiales rocososProcesos de meteorizacinLa meteorizacin es la desintegracin y descomposicin de los materiales geolgicos en superficie. El termino incluye todas aquellas alteraciones de carcter fsico qumico que modifican las caractersticas y propiedades de los materiales.Las acciones de origen fsico producen la fracturacin de las rocas. Las mas importantes controladas por el clima, en especial por la temperatura y la humedadFormacin de hielo Insolacin Formacin de salesHidratacinCapilaridad Meteorizacin de la matriz rocosa La meteorizacin fsica de la matriz rocosa da lugar a exfoliacin por planos de direcciones preferentes apertura de micro discontinuidades por hielo o por crecimiento de sales, cambio de volumen por cambios de humedad y temperatura, etc.

Meteorizacin de macizos rocosos Los procesos de meteorizacin que actan sobre el macizo rocos afectan tanto a los bloque de matriz rocosa como a los planos de debilidad o discontinuidad existentes. Como consecuencia de la meteorizacin mecnica o fsica de los macizos rocos se pueden abrir las discontinuidades existentes o crearse otras nuevas por fractura de la roca, al romperse los contactos entre granoso producirse la rotura de los minerales de matriz rocosa.

EL AGUA SUBTERRANEAPermeabilidad y flujo de aguaLas rocas los suelos y e agua son los tres elementos minerales que constituyen el medio geolgico. El agua fluye a travs de los suelos y rocas con mayor o menos velocidad. Es la funcin de que la roca tenga o no capacidad para transmitir agua, denomina permeable o impermeable, dependiendo de su porosidad y de la interconexin entre los poros .Efectos sobre las propiedades de los macizos rocososEl agua con material geolgicos coexiste con las rocas e influye en su comportamiento mecnico y en su respuesta ante fuerzas aplicadas. Los Efector mas Importantes son:Reduce la resistencia de la matriz rocosa en rocas porosas.Rellena las discontinuidades de los macizos rocosos e influye en su resistencia.Juega un papel importante en la resistencia de las rocas blandas y de los materiales meteorizados.

EFECTO SOBRE LAS PROPIEDADES DE LOS MACIZOS ROCOSOSEl agua como material geolgico coexiste con las rocas en su comportamiento mecnico y en su respuesta ante las fuerzas aplicadas. Los efectos mas importantes son:Juega un papel importante en la resistencia de la 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 residencia.Las zonas alteradas y meteorizacin superficiales, las discontinuidades importantes y las fallas son caminos preferentes para el flujo del agua. - Produce meteorizacin qumica y fsica en la matriz rocosa y en los macizos rocososDISCONTINUIDADES

TIPOS DEDISCONTINUIDADES

SINCLINAL ANTICLINAL

En algunos casos, las superficies de falla forman quebradas a lo largo de la topografa del terreno.

Estras de falla muy notorias sobre la superficie de falla panizada (espejo de falla).

TENSIONES NATURALESTensiones de origen tectnico.Tensiones gravitacionales.Tensiones de origen renovable.

CLASIFICACIN GEOMECNICALa descripcin y medida de las caractersticas y propiedades de la matriz rocosa y de las discontinuidades y de los parmetros del macizo rocoso, proporcionan los datos necesarios para la evaluacin geo mecnica global del macizo.

GRACIAS

Tenciones y deformaciones en rocasMecanismos de rotura El proceso de rotura de la rocas es muy variado y complejo, englobando varios tipos de fenmenos de manera conjunta e anteviniendo mltiples factores. El anlisis de la rotura en las rocas es mas complejo