Propiedades Mecánicas y Clasificación de Macizos Rocosos para Ingeniería

Clasificación y Descripción de Rocas Geológicas

La clasificación de rocas geológicas se realiza según su resistencia y se complementa con la descripción de diversas características intrínsecas:

• Descripción incluye: textura, composición, tipo de cemento, diaclasamiento, contenido de humedad, poros, etc.

Clasificación por Origen (Genética)

• Rocas ígneas.
• Rocas sedimentarias.
• Rocas metamórficas.

Clasificación por Comportamiento Mecánico

• Textura cristalina o clástica.
• Roca de granos muy finos u orgánicos.
• Comportamiento: elástico y frágil, plástico, viscoso, isótropo o anisótropo.

Propiedades Físicas y Mecánicas Relevantes

Las propiedades clave para la caracterización de una masa rocosa son:

• Porosidad: Proporción entre la parte vacía (poros) y la sólida. Fluctúan entre 0 a 40%.
• Densidad: Peso por unidad de volumen. Se relaciona con la mineralogía y constitución de los granos que forman la roca.
• Gravedad específica: Densidad del material de interés dividida por la densidad del agua (1 g/cm³). *Ejemplo: Halita 2.0 y Galena 7.0*.
• Permeabilidad: Mide la conexión entre poros, permitiendo el movimiento de un fluido a través de la roca.
• Resistencia (Propiedad mecánica): Mide la competencia de la roca, generalmente mediante un ensayo de carga puntual.
• Durabilidad: Mide la tendencia de los componentes de la roca a degradarse al exponerse al aire, agua, tiempo, etc.
• Velocidad Sónica: Indica el grado de fracturamiento de la roca (relacionado con propiedades elásticas y densidad de sus componentes).

Modos de Falla en Rocas

Se identifican varios modos principales de falla:

Flexión

• Ocurre a través de la propagación de grietas de tensión.
• Puede darse en el techo de labores en roca estratificada o por peso propio.

Cizalle (Corte)

• Generación de una superficie de ruptura donde los esfuerzos de corte se concentran.
• La roca se relaja, se fractura y alinea el esfuerzo.
• Es generado de manera indirecta con herramientas de perforación.

Tracción Directa

• Producida al superarse la fricción por gravedad.
• Fractura en planos no conectados, de poca potencia.
• Ocurre al haber demasiada presión en el interior de un túnel.
• Cuando es por tracción, la superficie es áspera y no hay material triturado.
• Cuando es por corte, la superficie es más suave y genera zona de material pulverizado.

Ensayos de Laboratorio Comunes

Los ensayos fundamentales incluyen:

• Ensayos no confinados y confinados.
• Ensayos de corte.
• Ensayos de tracción directa e indirecta.
• Ensayo por prensa de presión constante.
• Ensayo de durabilidad (resistencia a alterarse al someterse al ambiente).
• Ensayo de compresión triaxial (aplicación de compresión y presión de confinamiento axisimétrica).

Definiciones Fundamentales

Fluencia

Punto en el cual la deformación deja de ser elástica y pasa a ser irrecuperable (plástica).

Fallamiento

Ocurre a la resistencia de peak o se inicia ahí. Depende de cómo se cargue el espécimen.

Falla

Pérdida de integridad de una muestra de roca; pierde su habilidad de cumplir con su función. No es una propiedad de la roca.

Esfuerzo Isótropo

Corresponde al mismo esfuerzo aplicado en todas las direcciones; es decir, hidrostático.

Esfuerzo Desviatórico

Corresponde al esfuerzo normal y de corte que queda al restarle el esfuerzo isótropo al estado de esfuerzos.

Efecto de Confinamiento

Aumenta la resistencia de las rocas. El desplazamiento normal a planos de debilidad es más difícil si hay presión de confinamiento.

Impacto del Comportamiento del Macizo Rocoso

El comportamiento del macizo dependerá de las propiedades de la roca intacta y las estructuras presentes. Esto influirá directamente en:

• El método de explotación.
• El diseño y disposición de galerías.
• La estabilidad de la excavación.
• Las luces máximas a considerar.
• Los requerimientos de fortificación.
• La subsidencia, hundibilidad y fragmentación.