CAPITULO 3: MECÁNICA DE ROCAS

CAPITULO 3:  MECÁNICA DE ROCAS

3.2 Propiedades físicas y mecánicas de los materiales rocosos

Características del medio rocoso.

El estudio de la mecánica de sólidos asume generalmente un comportamiento homogéneo, continuo, isótropo, elástico y lineal que los materiales rocosos no presentan.

La diferente composición química de los agregados heterogéneos de cristales y partículas amorfas que forman las rocas representa la escala más pequeña en el estudio de la variabilidad de las propiedades; los poros, microfisuras, recristianizaciones, etc. Imprimen un carácter discontinuo y no lineal, y la desigual distribución de los minerales y componentes rocosos configura un medio heterogéneo. También la alteración y meteorización por procesos físicos y químicos modifica la composición de las rocas, apareciendo nuevos minerales con propiedades diferentes.

Propiedades físicas de la matriz rocosa.

Existen una serie de parámetros que se emplean para la identificación y descripción cuantitativa de las propiedades básicas de las rocas y permiten, así mismo, establecer una primera clasificación con fines geotécnicos. Estas propiedades índice, serían las que determinen en primera instancia junto con la composición mineralógica y la fábrica, las propiedades y el comportamiento mecánico de la matriz rocosa.

Las propiedades físicas o propiedades índice de las rocas se determinan en laboratorio; las más importantes a nivel de influencia en el comportamiento mecánico son:

La porosidad es la relación entre el volumen ocupado por los huecos o poros de al roca y el volumen total. Es la propiedad que más afecta a las características resistentes y mecánicas, siendo inversamente proporcional a la resistencia y a la densidad y directamente proporcional a la deformabilidad.

El peso específico o peso unitario depende de sus componentes, y se define como el peso por unidad de volumen.

La permeabilidad es la capacidad de transmitir agua de una roca. La mayoría de las rocas presentan permeabilidades bajas o muy bajas. La filtración y el flujo de agua atravez de la matriz rocosa se produce a favor de los poros y fisuras dependiendo de la permeabilidad de la interconexión entre ellos y otros factores.

La durabilidad es la resistencia que la roca presenta ante los procesos de alteración y desintegración propiedad a la que también se alude como alterabilidad, definiéndose en este caso como la tendencia a la rotura de los componentes o de las estructuras de la roca.

La resistencia a la compresión simple es el máximo esfuerzo que soporta la roca sometida a compresión uniaxial, determinada sobre una probeta cilíndrica sin confinar. El valor de la resistencia aporta información sobre las propiedades ingenieriles de la roca.

La velocidad de propagación de ondas elásticas al atravesar la roca depende de la densidad y de las propiedades elásticas del material y su medida aporta información sobre algunas características como la porosidad.

Clasificación de las rocas con fines geotécnicos.

Las clasificaciones geológicas o litológicas son fundamentales en ingeniería geológica ya que aportan información sobre la composición mineralógica, la textura y la fábrica de las rocas, así como sobre la isotropía o anisotropía  estructural en rocas de determinado origen, como es el caso de rocas masivas frente a rocas laminadas o foliadas.

Sin embargo las clasificaciones litológicas no son suficientes en ingeniería geológica, en cuanto que litologías similares pueden presentar grandes variaciones en sus propiedades físicas y mecánicas, como por ejemplo la resistencia. Además no aportan información cuantitativa sobre sus propiedades.

Clasificación de los macizos rocosos

Las clasificaciones de los macizos rocosos están basadas en alguno a varios de los factores que determinan su comportamiento mecánico:

Propiedades de la matriz rocosa

Frecuencia y tipo de discontinuidades, que define el grado de fracturación el tamaño y la forma de los bloques, sus propiedades hidrogeológicas, etc.

 Grado de meteorización o alteración

Estado de tensiones in situ

Presencia de agua.

La gran variabilidad de estos factores y el carácter discontinuo y anisótropo de los macizos rocosos implica la dificultad para establecer clasificaciones geotécnicas o geomecánicas generales válidas para los diferentes tipos de macizos. Las clasificaciones más útiles en mecánica de rocas son las denominadas clasificaciones geomecánicas, de las cuales la RMR de Bieniawski y la Q de Barton son las más utilizadas. Establecen diferentes grados de calidad del macizo en función de las propiedades de la matriz rocosa y de las discontinuidades, y proporcionan valores estimativos de sus propiedades resistentes globales..

Meteorización de los materiales rocosos

• Procesos de meteorización

La meteorización es la desintegración y/o descomposición de los materiales geológicos en superficie. El término incluye todas aquellas alteraciones de carácter físico o químico que modifican las características y propiedades de los materiales. Los procesos de meteorización de las rocas dan lugar finalmente a los suelos.

Los procesos de meteorización están controlados por las condiciones climáticas y sus variables de temperatura, humedad, precipitaciones, régimen de vientos, etc. Que determinan el tipo y la intensidad de las transformaciones físicas y químicas que afectan a los materiales rocosos en superficie.

Las acciones de origen físico producen fracturación mecánica. Las más importantes controladas por el clima y la humedad son: formación de hielo, insolación, formación de sales, hidratación, capilaridad.

Los procesos químicos se dan en presencia de agua y están controlados por la temperatura. Estas acciones dan lugar a la formación de nuevos minerales o compuestos a partir de los existentes. Las más importantes son: disolución, hidratación, hidrólisis, oxidación y reducción.

• Meteorización de la matriz rocosa

La meteorización física de la matriz rocosa da lugar a exfoliación por planos de direcciones preferentes, apertura de microdiscontinuidades por hielo o por crecimiento de sales, cambios de volumen por cambios de humedad o temperatura, etc. La meteorizacion química produce disolución de minerales solubles y la formación de nuevos minerales por procesos de oxidación y reducción. Los resultados de la meteorizacion química van desde la decoloración de la matriz rocosa a la descomposición de los silicatos y otros minerales.

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