Introducción a la mecánica de rocas

TEMA 1 - Introducción a la mecánica
de rocas
ÍNDICE:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Origen del término geotecnia
Mecánica de suelos y rocas definición
Breve historia de la geotecnia
El método experimental
El estudio de los suelos
Pasos para resolver un problema geotécnico
Introducción al comportamiento del suelo
1. Origen del término geotecnia
La geotecnia como tal aparece en 1913 con la Comisión geotécnica sueca de los ferrocarriles.
Hasta entonces, las cimentaciones se hacían por el método de prueba y error, sin explicación
del método científico.
La etimología del término geotecnia nos permite aproximarnos a su significado original:
geo: tierra, tecnia: arte
geotecnia: arte de la tierra
2. Mecánica de suelos y rocas definición
Hablar de mecánica de suelos y rocas es equivalente a hablar de mecánica del terreno.
Podemos definir geotecnia como la ciencia que estudia las propiedades y el comportamiento
del terreno. Las propiedades es algo inherente al terreno (color,…) y el comportamiento
depende del medio (oxidación, influencia del clima,…)
La geotecnia se basa en estudios tanto empíricos como teóricos.
La importancia de la mecánica de rocas se debe a que, inevitablemente, todo constructor
necesita transmitir cargas al terreno, por lo que éste debe ser bien estudiado
Debido a esto, proyectistas y constructores deben ser capaces de prever el comportamiento a
corto, medio y largo plazo del terreno así como la interacción entre el terreno y lo construido.
3. Breve historia de la geotecnia
Coulomb (S. XVIII) empezó a estudiar la estabilidad de muros y la transmisión de esfuerzos
verticales a horizontales en el terreno. Era ingeniero del rey.
Rankine primeros estudios del empuje de tierras.
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Karl Terzaghi crea la mecánica de suelos. Estudió muchas presas rotas en EE.UU. e intentó
relacionarlas con la geología, pero no encontró relación alguna. Luego intentó relacionar las
roturas con el terreno.
En 1925 publica un libro llamado Erdbaumechanik (“Mecánica de suelos”). Este hombre y esta
publicación suponen un gran espaldarazo al desarrollo de la geotecnia.
En esta publicación se desarrolla un método experimental gracias al que se pudo desarrollar su
teoría. Con ello se podía parametrizar el terreno y, entonces, describir y predecir su
comportamiento. En él se estudia el empuje lateral de tierras, la capacidad portante del
terreno, la teoría de la consolidación, etc.
A partir de este momento hay un gran avance de la geotecnia, gracias a los aportes de
Casagrande, Peck, etc.
4. El método experimental
El laboratorio nos permite trabajar con una realidad a escala: podemos estudiar diversas
propiedades y comportamientos por separado, en un entorno controlado.
Pero los ensayos por sí solos no son suficientes, deben ser comprobados por la OBSERVACIÓN
DIRECTA. Ésta no puede ser sustituida. Hemos de observar las edificaciones de los pueblos
cercanos, veremos si hay edificios antiguos que han aguantado bien el paso del tiempo o si hay
algo en el suelo que nos huele mal, etc.
5. El estudio de los suelos
Suelo es la capa superior de la corteza terrestre no petrificada.
Como hay veces que el límite entre suelo y roca no está claro, podemos decir que suelo es lo
que no es roca.
Diferencias entre suelos y rocas
Muchas veces, dependiendo del uso que vayamos a dar al terreno, diremos que es suelo o
roca, por lo que es algo bastante sujeto a subjetividad.
Otra definición de suelo es aquel terreno que puede ser excavado sin necesidad de acudir a
explosivos (algo también subjetivo, pues depende de la maquinaria disponible en cada
momento y lugar).
Además, las definiciones entre suelo y roca varían de la geología a la geotecnia.
¿Por qué resulta tan complicado el estudio de los suelos?
- No existe una teoría universal que explique su comportamiento, sino un conjunto de
teorías y experiencias. No tenemos una relación lineal o única esfuerzo-deformación.
- El comportamiento es multidependiente: presión, tiempo, temperatura, humedad,
entorno,… Estos factores influyen de muy diversas formas al terreno.
- No hay suelos iguales, por lo que es difícil y PELIGROSO extrapolar resultados de un lugar
a otro (también es peligroso interpolar).
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- Para acotar y parametrizar las propiedades de un terreno sólo podemos reconocer y
ensayar una ínfima porción del mismo, con lo que tenemos el problema de
representatividad de nuestras muestras.
- Un último problema al que nos enfrentamos es l hecho de que al obtener muestras de un
suelo para su estudio, alteramos su estado original y hemos de sacrificar algunas
propiedades para poder conocer otras.
6. Pasos para resolver un problema geotécnico
1. Definir completamente los requerimientos mecánicos y funcionales de nuestra
actuación (construcción de una estructura, contención de tierras, excavación,
construcción de un talud, etc.).
2. Estudiar las características del terreno en el emplazamiento de trabajo.
3. Analizar el comportamiento tenso-deformacional esperable del terreno y su influencia
a nuestras construcciones.
4. Diseñar un conjunto terreno-estructura armónico (NO SON ELEMENTOS
INDEPENDIENTES ej.: la sismicidad potencial no solo condiciona las características de
una cimentación, sino de toda la estructura).
Normalmente se necesita una previsión aproximada del problema antes de abordarlo a fondo.
7. Introducción al comportamiento del suelo
El comportamiento de los suelos difiere según estos sean sólidos o líquidos.
En general, un suelo tiene naturaleza discontinua y supone un sistema trifase (fracciones
sólida, líquida y gaseosa).
Existe una interacción entre el esqueleto mineral y el agua intersticial. Además, también
habremos de tener en cuenta la circulación del agua a través del terreno.
En el estudio de las deformaciones de un suelo hemos de tener en cuenta, por un lado, las
deformaciones individuales y, por otro, los deslizamientos relativos entre partículas.
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