mecánica de rocas

1. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
das Rochas
Mecânica das Rochas: Uma introdução 1
UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS
APURIMAC
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE
MINAS
U
N
A M
B
A
Dr. Leoncio T. Carnero C.
2012--IMecánica de Rocas

2. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
das Rochas
Mecânica das Rochas: Uma introdução 2
MECÁNICA DE
ROCAS:
Una introducción
Historia
Relación con otras disciplinas
Motivaciones del rápido desarrollo
El ámbito de la Mecánica de rocas
El proyecto en rocas
Casos históricos
Bibliografía en el área de Mecánica de
Rocas.

3. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
das Rochas
Mecânica das Rochas: Uma introdução 3
Historia
La Mecánica de Rocas es una especialidad nueva, su
desarrollo ocurrió principalmente a partir de la década
de 1960. La designación de la nueva rama apareció
en el año de 1955.
Las primeras obras que sistematizaron el conocimiento
existente de la época fueron: la de J. A. Talobre
intitulada “La mécanique des roches” editada en 1957,
y la del Prof. Leonard Müller “Der Felsbau” en 1963
(ROCHA, 1981).
EL progreso alcanzado en la comprensión del comporta-
miento de los macizos rocosos marcaron el inicio del fin
de la era de la “experiencia” (los individuos daban solución
a los problemas con criterios subjetivos y personales),
pasando para un abordaje más objetivo y racional.

4. EESC/USP
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Mecânica
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 4
Es interesante observar que la Sociedad Internacional de
Mecánica de Rocas (ISRM – International Society of
Rock Mechanics) fue constituida en 1962 y tubo su
primer congreso en Lisboa, en 1966. Este congreso
marcó un paso decisivo en la consagración de la nueva
disciplina, teniendo un papel destacado el Dr. Manoel
Rocha.
La ISRM organiza congresos a cada 4 años, siendo
realizado su octavo congreso en 1995, en Tokyo.
Actualmente la Mecánica de Rocas todavía es presentada
como disciplina aislada en los cursos de pre-grado,
siendo la presencia de la disciplina más común en progra-
mas de póst-grado. En el Brasil, la disciplina fue dada
en cursos de graduación por primera vez, en la década de
1960, en la EESC/USP. En Perú a fines de los 60.

5. EESC/USP
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 5
Relación con otras
disciplinas
Tal como sucede con disciplinas nuevas, la Mecánica de
Rocas agregó y dio unidad, al conocimiento sobre el
macizo rocoso, de otras disciplinas que existían.
Entre estas disciplinas destacan: mecánica de suelos,
petrografía, geología, especialmente la geología aplicada;
que tratan, la teoría de la elasticidad, teoría de la
plasticidad, reología e hidráulica de medios porosos
y fracturados.
Dos razones pueden explicar el hecho de la Mecánica de
Rocas, que aparece posteriormente a la Mecánica de los
suelos:
1) La alta complejidad de los fenómenos envueltos; y
2) Las altas competencias de los macizos rocosos.

6. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 6
Motivos del rápido desarrollo
El rápido desarrollo de la Mecánica de Rocas se debe
al surgimiento de importantes problemas en el área y del
conocimiento y técnicas que permitieron la solución de
estos problemas.
En la Ingeniería Civil, el crecimiento de las dimensiones
de las obras y consecuentemente aumento de las
presiones llegaron al limite de la resistencia de algunos
macizos rocosos.
En el caso de obras subterráneas el aumento de las
dimensiones y profundidad también colocó nuevos desa-
fios. Cabe citar el papel de dos grandes accidentes en las
presas de Vajont y Malpasset.

7. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 7
En la Ingeniería de Minas, preocupaciones de orden
económico y seguridad, además del aumento de las
profundidades alcanzadas por las minas subterráneas y
alturas de los taludes en minas a cielo abierto, son
razones para el desarrollo de la Mecánica de Rocas.
La Ingeniería de Petróleo ha contribuido para la dinami-
zación de la Mecánica de Rocas a través de sus necesi-
dades de ejecutar económicamente taladros de gran
profundidad.
En el campo de las Geociencias existe para la Mecánica
de Rocas el desafío de entender los fenómenos de
deformación y ruptura de la corteza terrestre, además de
investigar los fenómenos envueltos en la ocurrencia de
sismos.

8. EESC/USP
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 8
Ámbito de la
Mecánica de Rocas
Para fines de Ingeniería la distinción entre suelo y roca es
realizada de forma no rigurosa. Las rocas son, vía de
regla, materiales más rígidos y menos deformables, no
es de interés fundamental definir una frontera clara entre
un suelo duro y una roca blanda.
Material
Módulo de
Deformabilidad
(GPa)
Coesión
(MPa)
Ángulo
de Atrito
(o
)
Arenas 0.005 - 0.045 - 30 - 40
Arcillas 0.001 - 0.050 0 - 0.25 30 - 35
Areniscas 0.4- 30 0.5 - 12 30 - 55
Calizas 0.5 - 100 0.5 - 40 30 - 50
Cuarcitas 20 - 100 15 - 30 45 - 65
Granitos e gneis 0.4 - 100 0.4 - 25 35 - 65
Esquistos 0.4 - 80 0.4 - 20 30 - 65

9. EESC/USP
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 9
ROCHA (1981), presenta un criterio de distinción entre
suelos y rocas según el cual “los suelos son los terrenos
constituidos por partículas sueltas o agregadas de tal
modo que se pueden separar fácilmente mediante agitación
dentro del agua. Es importante resaltar el hecho, al referido
criterio corresponden materiales que exhiben propiedades
tecnológicas muy diversas, en especial deformabilidad
y resistencia, que son las propiedades de interés para
el Ingeniero.
El aspecto específico que llevó la individualización de
la Mecánica de Suelos, fue la presencia del agua en sus
instersticios. El que distingue entonces a la Mecánica de
Rocas es la presencia de discontinuidades en el macizo.
Para ROCHA (1981), la Mecánica de Rocas seria:
“La mecánica de un medio cortado por superficies de
discontinuidades”.

10. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
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Definiciones de Mecánica de Rocas
• “La Mecánica de Rocas es la ciencia teórica y aplicada del
comportamiento mecánico de la rocas; es la rama de la
mecánica relativa a la respuesta de la roca a los estados de
tensión de su ambiente físico”.
• “La Mecánica de Rocas es el estudio del comportamiento
de las propiedades de macizos rocosos, bajo la aplicación de
tensiones o variación de condiciones impuestas”.
• “La U. S. Nacional Comité on Rock Mechanics en 1974,
define la mecánica de rocas como la ciencia teórica y
aplicada al comportamiento mecánico de la roca y de los
macizos rocosos, esto es, aquella rama de la mecánica que
trata con la respuesta de la roca y de los macizos rocosos
al campo de fuerzas de su entorno físico. Esta
disciplina distinta y coherente, su integración practica
efectiva demanda su integración filosófica con otras
áreas que tratan con la
respuesta mecánica de todos los materiales geológicos; a todo
esto en conjunto es lo que se denomina la “geomecánica”.Mecânica das Rochas: Uma introdução 10

11. EESC/USP
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Mecânica
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 11
MACIZO ROCOSO : Propiedades de las
discontinuidades

12. EESC/USP
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 12
Túnel Karkatera-Ocopata: Se
aprecia el macizo rocoso

13. EESC/USP
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 13
El macizo rocoso presenta discontinuidades que van de
escalas microscópicas hasta escalas quilométricas. La
hipótesis de trabajo en un medio continuo con un medio
discontinuo (fracturado), es una relación entre las
dimensiones de la obra y el espaciamiento de las disconti-
nuidades. En la figura, a seguir, se tiene dimensiones
representadas por 1, donde el espaciamiento es muy
mayor
que la dimensión de interés, el macizo pode ser
considerado continuo.
En caso, se tenga dimensiones como las representadas por
4 o 5 se puede trabajar en términos de un “continuo
equivalente”. En situaciones intermedias la consideración
de las discontinuidades individualmente es interesante.
La presencia de discontinuidades es la principal causa del
efecto escala en roca; lo que implica que la respuesta de
un ensayo es función de las dimensiones ensayadas.

14. EESC/USP
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 14
1. Roca intacta
2. Una familia de
discontinuidades
3. Dos familias de
discontinuidades
4. Muchas familias de
discontinuidades
5. Macizo altamente
fracturado

15. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 15
El proyecto en rocas
Un proyecto de Ingeniería pode ser definido como una
actividad socio-económica, en la cual principios
científicos, de ingeniería son compartidos, con un
conjunto de informaciones técnicas y la experiencia; son
aplicados, con habilidad, imaginación y censo crítico, en
la creación de dispositivos, procesos y sistemas,
económicamente viables, agradables estéticamente y
ambientalmente aceptables, para el beneficio de la
sociedad. El proceso de proyectar engloba todas las
actividades y eventos que pueden ocurrir desde el
reconocimiento de la necesidad social o oportunidad
hasta su especificación detallada o solución aceptable
(BIENIAWSKI, 1989).

16. EESC/USP
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 16
BIENIAWSKI (1989), divide los estados del proceso
de un proyecto de ingeniería en:
1. Reconocimiento de una necesidad.
2. Establecimiento del problema, identificación de los
objetivos y lanzamiento del proyecto.
3. Recolección de informaciones.
4. Formulación conceptual en acuerdo con los criterios
del proyecto: busca por un método, teoría, modelo
o hipótesis.
5. Análisis de los componentes de la solución.
6. Síntesis para creación de soluciones alternativas.
7. Valoración de las ideas y de la solución.
8. Optimización.
9. Comunicación.
10. Implementación.
Todos los estados están sujetos a una retro-alimentación.

17. EESC/USP
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 17
Existe una nítida diferencia entre el proyecto de una estruc-
tura convencional (edificios, puentes ...) y un proyecto en
roca. En un proyecto convencional, las cargas aplicadas
son determinadas primero y el material es determinado con
las resistencias y características de deformación apropiadas,
siguiendo la geometría estructural seleccionada. En la
Mecá-
nica de Rocas el proyectista trabaja con macizos rocosos
complejos, y las propiedades de los materiales no pueden
ser establecidos y muchas veces son conocidos en
fases tardías de la construcción. Las cargas aplicadas, en
el caso de las excavaciones subterráneas, radica en la
importancia de estimar las tensiones “in situ” y sus
redistribuciones con la excavación.
La geometría de la obra puede ser condicionada por las
características de la geología (BIENIAWSKI, 1989).

18. EESC/USP
Geotecnia
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 18
Al contrario de un proyecto de estructuras convencionales,
donde es posible una normatización de los procedimientos
de cálculo; cada construcción en roca, es única. De esta
forma, es necesario elaborar un modelo que permita
estudiar el comportamiento del protótipo (la estructura en
campo). El diagrama de abajo describe la construcción del
modelo.
Protótipo
Estructura “real”
en campo.
Protótipo
Estructura “real”
en campo.
Modelo
Conceptual
Descripción
cualitativa del
comportamiento
protótipo.
Modelo
Conceptual
Descripción
cualitativa del
comportamiento
protótipo.
Modelo de
Cálculo
Representación
matematizada del
modelo conceptual.
Modelo de
Cálculo
Representación
matematizada del
modelo conceptual.

19. EESC/USP
Geotecnia
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Mecânica das Rochas: Uma introdução 19
El modelo es elaborado con la expectativa de prever el
comportamiento de la estructura durante y después de
la construcción.
La necesidad de previsión está presente en diversas
actividades humanas (historia, religión, política, guerra,
economía, agricultura, etc.). Dentro de la ingeniería la
necesidad de previsión también es corriente (movimiento,
costos, impacto ambiental, etc.).
Para la realización de una previsión son necesarias infor-
maciones sobre el problema. En el caso geotécnico las
informaciones, esto es, las propiedades de los materiales,
presentan una larga faja de variación, siendo muchas
veces dispersas e incompletas.
Los modelos de cálculo para realización de previsiones
han evolucionado considerablemente en los últimos anos.

20. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
das Rochas
Mecânica das Rochas: Uma introdução 20
Bibliografía
BIENIAWSKI, Z.T. (1989) Engineering rock mass classifications.
New York, Wiley. 251p.
GOODMAN, R.E. (1989) Introduction to rock mechanics.
2nd ed. New York, Willey. 562p.
LONDE, P. (1987) The Malpasset Dam Failure. Engineering
Geology,
v.24, p.295-329.
MÜLLER, L. (1987) The Vajont catastrophe - A personal review.
Engineering Geology, v.24, p.423-444.
ROCHA, M. (1981) Mecânica das rochas. Lisboa, LNEC. 445p.
SHEPHERD, R. & FROST, J.D. (1995) Failures in Civil
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Structural, Foundations and Geoenvironmental Cases
Studies. New York, ASCE.
STARFIELD, A.M. & CUNDALL, P.A. (1988) Towards a
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Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences &
Geomechanics Abstracts, v.25, n.3, p.99-106.

21. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
das Rochas
Mecânica das Rochas: Uma introdução 21
Bibliografía en el área de
Mecánica de Rocas
LIVROS TEXTOS:
BIENIAWSKI, Z.T. (1989) Engineering rock mass classifications.
New York, Wiley, 251p.
BROWN, E.T. (Ed.) (1981) Rock caracterization, Testing, and
Monitoring: ISRM Suggested Methods. Pergamon,
Oxford.
BROWN, E.T. (Ed.) (1987) Analytical and computational methods
in engineering rock mechanics. London, Allen & Unwin.
GOODMAN, R.E. (1976) Methods of geological engineering in
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GOODMAN, R.E. & SHI, G.H. (1985) Block theory and its
applications to rock engineering. NJ, Prentice-Hall,
Englewood Cliffs,.

22. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
das Rochas
Mecânica das Rochas: Uma introdução 22
GOODMAN, R.E. (1989) Introduction to rock mechanics.
2nd ed. New York, Willey, 562p.
HOEK, E. & BRAY, J.W. (1981) Rock slope engineering. 3ed.
London, Institution of Mining and Metallurgy. 402p.
HOEK, E. & BROWN, E.T. (1980) Underground excavations
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HOEK, E.; KAISER, P.K.; BAWDEN, W.F. (1995) Suport of
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Balkema, 215p.
JAEGER, J.C. & COOK, N.G.W. (1979) Fundamentals of
rock mechanics. 3 ed. London, Chapman & Hall.
MELO MENDES, F. (1968) Mecânica das rochas. Sao paulo,
Secção de Folhas do AEIST.
MÜLLER, L. (1963) Der Felsbau. Stuttgart, Ferdinand Enke
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ROCHA, M. (1981) Mecânica das rochas. Lisboa, LNEC. 445p.
STAGG, K.G. & ZIENKIEWICZ, O.C. (1968) Rock mechanics
in engineering pratice. London, John Wiley & Sons.
TALOBRE, J.A. (1957) La mécanique des roches. Paris, Dunod.

23. EESC/USP
Geotecnia
Mecânica
das Rochas
Mecânica das Rochas: Uma introdução 23
PERIÓDICOS
Canadian Geotechnical Journal, Canadian National Research
Council, Toronto, Canada.
International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences &
Geomechanics Abstracts, Oxford, Pergamon Press, Ltd.
Geotechnical Testing Journal, American Society for Testing Materials
(ASTM).
Journal of the Geotechnical Division, Proceedings of the American
Society of Civil Engineering. New York, ASCE.
Rock Mechanics, Springer-Verlag, Viena.
Underground Space, American Undeground Association.
Oxford, Pergamon Press, Ltd.
ANALISES
Canadian Rock Mechanics Symposio.
Congresses of the International Society of Rock Mechanics (ISRM).
Symposia on Rock Mechanics, Annual U.S. Conference.
Eventos específicos preparados por organizaciones como ISRM,
CBMR/ABMS, y otras.