Resistencia al Corte en Discontinuidades Rugosas: Criterios y Efecto de Escala

Discontinuidades Rugosas sin Relleno

Si se tuviera una discontinuidad rugosa con asperezas totalmente regulares y con un ángulo de inclinación *i*, resulta fácil comprender que el ensayo es inicialmente equivalente al de la discontinuidad inclinada, por lo que el efecto que produce una rugosidad regular sobre la resistencia al corte de una discontinuidad es un aumento del ángulo de fricción en una cantidad igual a *i*. Esto hará además que el desplazamiento tenga una componente normal y no sólo cortante, efecto asociado con la **dilatancia** de la discontinuidad que se analizará más adelante. Se cortó una serie de muestras con dientes de sierra regulares, y se realizaron ensayos de corte, comprobando que efectivamente a bajas tensiones normales las resistencias al corte de estas muestras se pueden representar. Para tensiones normales más elevadas, la resistencia del material intacto será alcanzada y los dientes de sierra tenderán a romperse, dando lugar a un comportamiento resistente más relacionado con la resistencia del material rocoso intacto que con la de las superficies.

Criterios de Rotura de Juntas

Criterio de Rotura de Juntas de Barton

En la naturaleza las discontinuidades son comúnmente rugosas, siendo además su rugosidad muy irregular. El ángulo básico de fricción está tabulado para distintos tipos de rocas y suele variar de entre 25º a 30º para rocas sedimentarias a entre 30 y 35º para rocas metamórficas e ígneas. También se puede obtener mediante ensayos de inclinación con testigos y con ensayos de corte directo en laboratorio sobre superficies de roca sanas, lisas y secas. El **índice de rugosidad de la junta (JRC)** se puede obtener de una serie de perfiles normalizados. Más tarde se publicó un método alternativo para estimar el JRC, a partir de medidas de amplitud de las asperezas y de la longitud de la junta. Existe una tabla que relaciona el índice Jr con el valor de JRC.

La **resistencia a compresión simple de los labios de la discontinuidad (JCS)** se puede obtener mediante la aplicación del martillo de Schmidt tipo L sobre la discontinuidad y utilizando el ábaco de Miller. Este aparato consiste básicamente en un vástago que lleva conectado un muelle. Se coloca el vástago sobre la roca y se introduce en el martillo empujando este contra la roca lo que da lugar a que se almacene energía en un muelle que se libera automáticamente cuando esa energía elástica alcanza un cierto nivel y lanza una masa contra el vástago. La altura que alcanza esta marca al rebotar, que se mide en una escala graduada de 0 a 60 es directamente proporcional a la dureza y por tanto a la resistencia a compresión simple de la superficie de roca.

Efecto de Escala en Discontinuidades

Efecto de Escala

Las discontinuidades pueden presentar diferentes rugosidades dependiendo de su tamaño. En los ensayos en los que se permite dilatancia, la rugosidad disminuye a medida que aumentan las dimensiones de la muestra, por lo que el ángulo de fricción de pico decrece al aumentar el tamaño de la discontinuidad. En los ensayos en los que no se permite dilatancia este efecto es mucho menos importante. Los componentes geométricos y de rotura de asperezas se combinan para dar la componente neta de la rugosidad (*i*), a la que habría que añadirle el ángulo de fricción residual para obtener la resistencia friccional total de la junta. Se deduce que las dos componentes señaladas son dependientes de la escala de la discontinuidad. La resistencia se irá reduciendo a medida que aumente el nivel de meteorización o alteración de las superficies de discontinuidad y también el tamaño de la discontinuidad.