Propiedades Geomecánicas de Rocas: Comportamiento y Esfuerzos en Macizos Rocosos

Propiedades Geomecánicas de la Roca Motriz

Comportamiento de la Roca Motriz

Las rocas, a diferencia de los materiales artificiales como el acero o el hormigón, presentan "defectos" estructurales debido a la variación en la composición mineralógica, orientación de minerales, porosidad, grado de alteración, etcétera.

Los macizos rocosos, además, contienen discontinuidades de muy diversos tipos y zonas meteorizadas. Estas características se reflejan en las propiedades físicas y mecánicas de la roca.

La aplicación de nuevas fuerzas o la modificación de la magnitud o distribución de las preexistentes, da lugar a cambios en el estado mecánico de los sistemas rocosos, produciéndose una serie de efectos internos, como:

• Desplazamientos
• Deformaciones
• Modificación del estado tensional o de esfuerzos

El estado tensional de un sistema es consecuencia de las fuerzas actuando sobre él. Al variar las fuerzas, por tanto, varía el estado de tensiones asociado a los planos considerados.

Las fuerzas son las primeras responsables del estado y comportamiento mecánico de un sistema.

Sobre un cuerpo rocoso actúan dos tipos de fuerzas:

• La fuerza gravitatoria (F=m.g)
• Las fuerzas superficiales, que son ejercidas sobre el cuerpo por los materiales que lo rodean y actúan sobre las superficies de contacto entre partes adyacentes del rocoso y se transmiten a cualquier punto del interior del cuerpo; un ejemplo de estas últimas son las fuerzas tectónicas que se ejercen sobre las rocas.

Discontinuidades

Es un término colectivo que indica cualquier corte (fractura, grieta, planos preferentes de alteración, meteorización, etcétera) en el macizo rocoso con resistencia a la tracción nula o muy baja.

Las superficies o planos de discontinuidad de los macizos rocosos condicionan de una manera definitiva sus propiedades y comportamiento resistente, deformacional e hidráulico.

Dan un carácter discontinuo y anisótropo a los macizos, haciéndolos deformables y débiles, lo que hace difícil evaluar el comportamiento mecánico de los mismos frente a las obras de ingeniería.

Su reconocimiento, descripción y caracterización es fundamental para el estudio del comportamiento mecánico e hidrogeológico del macizo rocoso.

Ambas fuerzas, de peso y superficiales, están íntimamente relacionadas entre sí, estando las segundas condicionadas por la distribución y variación espacial de las primeras.

Las fuerzas superficiales se clasifican en:

• Compresivas (positivas)
• Tracción (negativas)

Representadas respectivamente por vectores apuntando hacia dentro o hacia fuera del punto de aplicación.

La fuerza es un vector, representada por su magnitud, dirección y sentido de aplicación.

Si la fuerza total es referida al área A del plano sobre el que actúa, se expresa como tensión o esfuerzo, parámetro independiente del área de aplicación: σ=F/A

La fuerza se mide en unidades del sistema SI o CGS, como:

• Newton (N)
• Dina
• Kilopondio (kp)
• Toneladas fuerza (t)

Las unidades del esfuerzo son:

• kp/cm²
• kN/m²
• kPa
• MPa, etcétera.

Esfuerzos

La constitución de la materia de los sólidos presupone un estado de equilibrio entre las fuerzas de atracción y repulsión de sus elementos constituyentes (cohesión). Al actuar fuerzas exteriores, se rompe el equilibrio y se modifican la atracción y repulsión, generándose por lo tanto una fuerza interna que tenderá a restaurar la cohesión. Cuando ello no ocurre, el material se rompe.