LA GEOLOGIA Y LA MECANICA DE ROCAS La roca se puede definir como agregados o conjunto de una o varias sustancias minerales que forman macizos, que ocupan grandes extensiones de la corteza terrestre o lo que es lo mismo, que son el principal elemento constructivo de la litosfera. Cuando los magmas ascienden hacia zonas superiores se produce su solidificación, que puede producirse en la misma superficie o bien a una determinada profundidad, llamadas rocas ígneas. Las rocas ígneas quedan expuestas a la intemperie; sus componentes son destruidos física y químicamente y transportados en disolución o llevados en suspensión por las aguas superficiales, hasta que llegan a un lugar de deposición (in-situ, laguna, llanura aluvial o el mar) y se forman las rocas sedimentarias. Estos paquetes sedimentarios se ven sometidos a niveles importantes de presiones y temperaturas, que dan lugar a la formación química y cristalización de nuevos minerales, con estructuras orientadas, es en este proceso que se originan las rocas metamórficas, que se caracterizan típicamente por su foliación. A continuación, veamos algunas definiciones básicas de la mecánica de rocas. 1.- Roca Intacta. Solido compuesto formado de minerales por enfriamiento del magma o consolidación y litificación de otras rocas como las sedimentarias. Se compone de las masas de roca continua y de propiedades variadas y que quedan individualizadas por la presencia de discontinuidades. 2.- Macizo Rocoso. Cuerpo formado por la roca intacta y por discontinuidades. La discontinuidad en su naturaleza puede ser muy variada (fallas, diaclasas, planos de estratificación, de foliación, de esquistosidad, etc.). 3.- Parámetros considerados en las Discontinuidades Los parámetros considerados en el análisis del macizo rocoso: a) Tipo ▪ Estratificación ▪ Fallas ▪ Fracturas ▪ Zona de Corte ▪ Diaclasas ▪ Zona de Falla ▪ Contacto Litológico ▪ Clivaje ▪ Esquistosidad b) Sistema c) Orientación ▪ Definidos de acuerdo con la similitud en el tipo y orientación ▪ Rumbo ▪ Buzamiento ▪ Dirección de Buzamiento d) Espaciamiento ▪ Separación entre las discontinuidades de una misma familia o sistema, medidas perpendicularmente a sus planos. e) Abertura f) Persistencia ▪ Espacio entre las paredes de una misma discontinuidad ▪ Longitud o continuidad de una misma discontinuidad, se indica los puntos de inicio y termino en el área que se describe. g) Rugosidad ▪ Es la descripción de la forma de la superficie de las caras de las discontinuidades, es uno de los parámetros relacionados directamente con la resistencia al corte de la roca, estas superficies se clasifican en: i. Quebrada (rugosa, lisa, pulida) iii. Plana (rugosa, lisa, pulida) ii. Ondulada (rugosa, lisa, pulida) h) Alteración de las Paredes ▪ Determinación del grado de intemperismo de las caras de las discontinuidades, es otro parámetro que influye en la resistencia de la masa rocosa. i) Relleno ▪ Descripción del material que se presenta rellenando las discontinuidades indicando sus características (granulometría, índices, compacidad, saturación, alteración, etc.) j) Humedad ▪ Descripción del grado de saturación que se presentó en las discontinuidades y en el material de relleno, se clasifican en seco, húmedo, mojado, saturado y sobresaturado o en función de la medición de flujo y presión de agua en las fracturas. k) Bloque Unitario ▪ Descripción de la forma, tamaño y características de los trozos de masa rocosa limitados por discontinuidades, de acuerdo con su forma se clasifican en: i. Cúbicos iii. Columnares ii. Tabulares iv. Irregulares Las propiedades geomecánicas de un macizo, así como su comportamiento, están estrechamente relacionadas con las propiedades que presenta la roca matriz, así como por la orientación y abundancia de juntas que presenta el macizo. De esa manera, el análisis de las propiedades geomecánicas de los macizos rocosos y los propios métodos de ensayo y caracterización suelen realizarse de acuerdo con estos mismos ámbitos, es decir, las correspondientes a las discontinuidades, las asociadas a la roca matriz y las que resultan del análisis conjunto del macizo rocoso. La información obtenida a partir de cada una de estas facetas nos ayudará a entender el comportamiento del macizo de acuerdo con los distintos problemas que se puedan presentar. 3.- Características Principales de los Macizos Rocosos a) Propiedades Estáticas Se consideran así a las propiedades inertes o inactivas como la porosidad, densidad, contenido de humedad de saturación, mineralogía y textura, estas propiedades están condicionadas por los factores geológicos. b) Propiedades Dinámicas Son las propiedades influenciadas por algún estimulo o fluctuación del nivel de energía que origina desplazamiento en las mismas, estas características incluyen: la permeabilidad, la resistencia y la deformabilidad. Estos parámetros son los más usados en el diseño de ingeniería y están relacionados con las propiedades estáticas. c) Relación Entre Propiedades Estáticas y Dinámicas ▪ Existen algunas relaciones existentes entre las diferentes propiedades de las rocas blandas según los resultados de investigaciones realizadas: ▪ La porosidad tiene relación inversa a la densidad. ▪ El contenido de humedad y saturación tiene relación inversa a la compresión simple al igual que la porosidad, de aquí podemos decir que la densidad aparente y la resistencia a la compresión tiene una relación directa. ▪ La relación módulo de deformación con la porosidad efectiva y la humedad de saturación son inversas. ▪ En cuanto a la relación de la resistencia y la deformación con la mineralogía y la textura de la roca, podemos concluir que la composición mineralógica (especialmente los minerales alterados) disminuyen la resistencia; la textura especialmente la densidad de empaque(PD) y la longitud de la superficie de contacto de los granos (GC) definidas por Kahn (1956) y Taylor (1950) se relacionan en forma directa con la resistencia. ▪ Los parámetros como el ángulo de fricción interna y la cohesión están relacionados con rocas blandas que contengan minerales arcillosos. 4.- Propiedades físicas y mecánicas de algunas rocas En la tabla adjunta se muestran algunos resultados obtenidos por diversos investigadores referentes a algunas propiedades físicas y mecánicas de las litologías que aparecen con más frecuencia en los macizos rocosos. Allí se han agrupado datos de densidad, módulo de Young, coeficiente de Poisson, porosidad y resistencia a compresión, tracción y flexión de varias rocas, obtenidos por los siguientes investigadores: Bieniawski (1974) y Brown (1980), Hoek y Bray (1981) y Brady y Brown (1985). Tabla de Propiedades Físicas y Mecánicas de algunas rocas.
