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UNIDAD 2: PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS

La Mecánica de Rocas es la rama de la Ingeniería Geotécnica que tiene que ver con la mecánica y las propiedades ingenieriles de la roca.

DESARROLLO HISTORICO • Desde principios de siglo se realizaron algunos intentos por caracterizar y modelar el comportamiento de macizos rocosos por parte de ingenieros constructores de túneles en los Alpes. • En 1957 Talobre escribe el primer tratado sobre Mecánica de Rocas, dando origen a una disciplina separada.

DESARROLLO HISTÓRICO. • Al igual que en muchas áreas, dos desastres naturales fuerzan a un mejor entendimiento de esta disciplina: • Falla de la Presa Malpasset, Francia, en diciembre 2 de 1959 (inestabilidad de la margen izquierda, muerte de 421 personas). • Deslizamiento de Vajont en Italia, en octubre 9 de 1963 (gran deslizamiento de roca, muerte de 2600 personas).

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1962: creación de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM).

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La Mecánica de Rocas moderna es una ciencia interdisciplinaria.

GENERALIDADES • Desde un punto de vista ingenieril, la corteza terrestre consiste de dos partes: • Suelos: agregado de granos minerales que pueden ser separados a mano

• Rocas: agregado de granos minerales unidos por fuerzas permanentes

• Las propiedades físico-mecánicas de la roca variarán según sea el estado de la meteorización del material • Es necesario distinguir la condición del material a estudiar

LA ROCA COMO UN MATERIAL INGENIERIL. • Las propiedades de la roca no son determinadas con el mismo grado de certidumbre que en otros materiales. • Los resultados obtenidos del laboratorio o de observaciones de campo no son suficientes para obtener un cuadro completo del material. • La roca es un material muy complejo en virtud de:

•

•

Es discontinua (micro y macro discontinuidades).

•

Es anisotrópica (propiedades varían con la dirección).

•

Es heterogénea (propiedades varían de punto a punto).

•

Las propiedades de la roca son dependientes del tiempo.

•

Las propiedades de la roca dependen de un factor escala, lo cual influye en la elaboración del modelo del macizo rocoso.

•

La roca raramente es un continuo, isotrópica y homogénea.

La roca es un material de un alto grado de complejidad, por lo que el geotecnista se enfrenta a problemas cuya solución requiere de una buena dosis de experiencia.

ISOTROPIA Y HOMOGENEIDAD

CLASIFICACIÓN DE LA ROCA INTACTA Y DEL MACIZO ROCOSO • Roca intacta • Diversas clasificaciones. • Solamente se incluye la clasificación de la roca en su condición intacta. • Campo de aplicación más reducido. • Por ejemplo: • Clasificación de Deere.

• Macizo rocoso • Diversas clasificaciones (RMR, Q). • Basadas en la experiencia. • Permiten clasificar el macizo en diversas zonas de comportamiento mecánico similar y escoger soporte inicial. • Permiten obtener información de diseño para: • Cimentaciones. • Taludes. • Excavaciones subterráneas. • Excavabilidad.

ROCA INTACTA • La roca intacta posee dos tipos de propiedades: • Indice • De resistencia.

• Las propiedades índice por si solas no tienen significado. • Las propiedades de resistencia pueden ser: compresión simple, tracción, resistencia al corte de las discontinuidades.

• MACIZO = ROCA INTACTA + FISURAS.

CLASIFICACIÓN DE DEERE DE LA ROCA INTACTA

PROPIEDADES INDICE • Propiedades que son relativamente fáciles de determinar en el laboratorio y que junto con las propiedades mecánicas, complementan la caracterización del material.

• Porosidad: proporción relativa de sólidos y vacíos.

• Empleadas para describir cuantitativamente la roca intacta.

descripción petrográfica permite determinar el grado de fisuramiento de la roca intacta.

• Densidad:

información sobre mineralogía o granos constitutivos.

• Velocidad

sónica: junto con la

• Permeabilidad: interconexión relativa de los poros.

•Durabilidad:

tendencia de los componentes o la estructura a romperse.

OTRAS PROPIEDADES DE LA ROCA INTACTA • La información recolectada en el campo no es suficiente para predecir el comportamiento ingenieril de la roca, por lo tanto se requieren ensayos de laboratorio. • Estos permiten conocer el comportamiento de la roca bajo la acción de cargas estáticas o dinámicas, infiltración, gravedad, efecto de condiciones atmosféricas, entre otros.

• Existen una gran variedad de propiedades de la rocas que reflejan estos efectos: • Susceptibilidad a la alteración. • Durabilidad (Slake Durability Test). • Potencial de hinchamiento. • Dureza. • Abrasión. • Relaciones de fase (densidad, porosidad, gravedad específica, contenido de humedad y grado de saturación).

DURABILIDAD • Indice para la determinación de la durabilidad de la roca.

• Ensayo de Durabilidad Slake: •

Propuesto por Franklin & Chandra (1972).

• Índice desarrollado para rocas blandas (limolitas, lutitas).

•

Existe un procedimiento recomendado por la Sociedad Internacional De Mecánica Rocas (ISRM).

• Obtenido a partir del ensayo SLAKE (Slake Durability Test) en el laboratorio.

•

Mide la pérdida de peso de la roca cuando se somete a una serie de procesos de humedecimiento y secado.

• Útil para simular condiciones particulares del material.

•

Útil en la definición de la protección de taludes sometidos a este proceso.

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO • Se colocan 500 g de material (10 pedazos aproximadamente) en cada tambor. • Se deja el equipo rotar por un período de 10 minutos a una velocidad de 20 rpm.

Durabilidad

• Se seca el material al horno.

Muy alta

• Se repite el ciclo de 10 min de duración.

Alta

% retenido después del primer ciclo

% retenido después del segundo ciclo

>99

>98

98-99

95-98

>95-98

85-95

Media

85-95

60-85

Baja

60-85

30-60