Unidad 1 Mecanica de Rocas - Ing.Ana Maria Olalla

1. Unidad 1
Generalidades de la
Mecánica de Rocas
Ana María Olalla A.
Mayo – septiembre 2023
MECÁNICA DE ROCAS I

2. CONTENIDO
DEL CURSO
DE
MECÁNICA
DE ROCAS
UNIDAD 1.
GENERALIDADES DE LA MECÁNICA DE
ROCAS
Objetivos. Conocer la importancia de esta
disciplina de la ingeniería; sus definiciones y
los diversos campos de aplicación
Contenido.
 Antecedentes históricos
 Definición
 Importancia
 Campos de aplicación

3. Generalidades
El estudio de la mecánica de rocas
principalmente trata del análisis de las cargas o
las fuerzas aplicadas a los macizos rocosos y
los efectos internos de estos, los cuales pueden
ocasionar deformaciones, fracturas, roturas,
colapsos.
Se ocupa de la respuesta de la roca a una
perturbación aplicada, que se considera aquí
como una ingeniería, es decir, una perturbación
inducida por el hombre.

4. Generalidades
(Para una perturbación natural, la mecánica de
rocas se aplicaría a la deformación de rocas en
un contexto geológico estructural, es decir,
cómo los pliegues, fallas y fracturas se
desarrollaron debido a las tensiones aplicadas a
las rocas durante procesos orogénicos y otros
procesos geológicos.)

5. Generalidades
Esto se sintetiza como el comportamiento del
terreno, por lo que es importante diferenciar
algunos términos básicos: (suelo), roca, macizo
rocoso, terreno, discontinuidad …

6. Para la ingeniería:
“Suelo es un agregado de minerales unidos por
fuerzas débiles de contacto, separables por medios
mecánicos de poca energía o por agitación en agua.”
(Gonzáles de Vallejo, L. et al., 2014).
Suelo es el agregado no cementado de granos
minerales y materia orgánica descompuesta
(partículas sólidas) junto con el líquido y gas que
ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólidas.
(Das, Braja M., 2013).
Generalidades

7. Generalidades
Rocas son los materiales sólidos que constituyen la
corteza terrestre, formados principalmente, pero
no exclusivamente, por agregados de granos
minerales (los minerales conservan sus
propiedades individuales; son geológicamente
independientes). Roca es un agregado sólido.
En el contexto de la mecánica de rocas,
corresponde a la matriz del material rocoso con
fuerte unión cohesiva permanente; se considera a
una escala de material, es decir se aplica a un
elemento (bloque, fragmento, muestra) de roca
que no presenta discontinuidades observables; es
decir, que se presenta tal y como resultó de su
proceso de formación.

8. Generalidades
Macizo rocoso se aplica a una masa de roca
sana o fracturada (con discontinuidades) dentro
del terreno; independientemente de que la roca
(elemento) esté o no fracturada, el macizo
presenta un carácter heterogéneo,
comportamiento discontinuo (porque es un
medio discontinuo) y normalmente anisótropo,
consecuencia de la naturaleza, frecuencia y
orientación de los planos de discontinuidad,
que condicionan su comportamiento
geomecánico e hidráulico.

9. Generalidades
Terreno corresponde al espacio tridimensional
donde se planifica desarrollar una obra; está
compuesto por suelos y rocas.
La condición del terreno es resultado de su
historia geológica completa; esa historia incluye
el origen y formación de sus materiales (suelos
y rocas), y los demás eventos de los que
resultan sus características, rasgos, y
propiedades.
De las propiedades que ofrezcan suelos y rocas,
y de sus condiciones, dependerán las
propiedades del terreno, y de ellas, la
planificación y el diseño de una obra.

10. Generalidades
Discontinuidad corresponde a cualquier plano
de variado origen geológico, mecánico o
sedimentario en un macizo rocoso, con una
resistencia a la tracción nula o muy baja.
Genera comportamiento no continuo de la
matriz rocosa, y normalmente anisótropo.

11. Antecedentes - historia
La mecánica de rocas parte de la ingeniería
mecánica clásica y de la mecánica de medios
continuos, pero, la naturaleza variable de los
materiales que analiza (macizo rocoso), le
confieren un elevado número de factores
específicos que la identifican como una
disciplina diferente y coherente del campo de
las ingenierías, principalmente, civil y de minas.

12. Antecedentes - historia
El estudio de la mecánica de rocas abarca:
• El análisis de la cargas o fuerzas que están
siendo aplicadas a las rocas.
• El análisis de los efectos internos en
términos de esfuerzos, deformaciones y
energía almacenada.
• Finalmente, el análisis de las consecuencias
de estos efectos internos como
discontinuidades, diaclasas, fracturas,
fallamientos, deslizamientos, o
deformaciones de las rocas.

13. Antecedentes - historia
Los requisitos de la ingeniería exigían la
consideración global de todos los aspectos.
El tema de la mecánica de rocas,
específicamente, inició en la década de 1950, a
partir de una base de física de rocas, y
gradualmente se convirtió en una disciplina.
En la década de 1960 floreció como asignatura
en las áreas de ingeniería civil y minera.
En 1963, se forma la Sociedad Internacional de
Mecánica de Rocas, cuando se desvincula de la
Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos.

14. Antecedentes - historia
En la década de 1960, la mecánica de rocas daba un
considerable énfasis a la roca intacta.
A partir de 1970 considera la importancia del papel
completo de la estructura de la roca, es decir, no
solo de la roca intacta sino también de las fracturas
de la roca y su configuración tridimensional; del
macizo rocoso.
En la década de 1980, el énfasis de desplazó al
análisis numérico.
Y a partir de 1990 hay un énfasis combinado en la
determinación de las propiedades de los
materiales, experimentos in situ a gran escala, uso
de las tecnologías informáticas, y cada vez mejores
implementaciones de los principios de ingeniería y
de otras ramas de la geología.

15. Objetivo del estudio de la mecánica de rocas
El objetivo de esta rama de la ingeniería es
identificar, determinar y comprender los
factores del comportamiento mecánico de los
macizos rocosos, que son los siguientes:
• Matriz rocosa: su litología, características
petrográficas y propiedades.
• Discontinuidades: tipos, características,
frecuencia.
• Estructuras geológicas.
. . .

16. Objetivo del estudio de la mecánica de rocas
• Tensiones naturales: estado tensional o de
esfuerzos, sismicidad, movimientos …
• Factores geoambientales:
• Grado de meteorización, susceptibilidad
a la meteorización.
• Condiciones hidrogeológicas: nivel
freático y sus variaciones, contenido de
humedad, circulación de agua.

17. Definición de mecánica de rocas
La definición comúnmente aceptada fue
propuesta en 1974 por el Comité Americano de
Mecánica de Rocas:
“Mecánica de rocas es la ciencia teórica y
aplicada que estudia el comportamiento
mecánico de las rocas y de los macizos rocosos.
Es la rama de la ingeniería dedicada al estudio
de la respuesta de las rocas y macizos rocosos al
campo de fuerzas que actúan en su entorno”.

18. Importancia de la mecánica de rocas
Es una disciplina básica para la ingeniería civil y
para la ingeniería de minas; ya que el hecho de
realizar excavaciones modifica los campos de
fuerza del entorno físico de las rocas.
El estudio de la respuesta de los materiales
requiere la aplicación de varias técnicas
analíticas que se han ido desarrollando con la
finalidad de comprender el comportamiento de
todos los materiales de origen geológico.

19. Importancia de la mecánica de rocas
El objetivo del diseño de una intervención en el
terreno es el control de los desplazamientos de
la roca hacia y alrededor del mismo; los
desplazamientos suelen llevar consigo procesos
de fracturación de la roca sana, deslizamientos
a través de rasgos estructurales de origen
geológico (fallas), flexiones excesivas de las
rocas de techo y muro de una excavación
subterránea, o cualquier rotura inestable, por lo
que es importante prever su ocurrencia y
control.

20. Importancia de la mecánica de rocas
La creciente dimensión de las obras civiles, el
incremento de producción de las explotaciones
mineras exigen la aplicación de mayores niveles de
seguridad en el comportamiento del terreno a
mediano y largo plazo, y esto es posible solamente
con la comprensión de ese comportamiento.
Por ejemplo, en la ingeniería de la construcción, la
rotura de los materiales más comunes como el
acero y el hormigón se produce al estar sometidos
a esfuerzos de tracción; sin embargo, los campos
tensionales que actúan comúnmente en el ámbito
de la mecánica de rocas se encuentran
predominantemente en el dominio de la
compresión; por lo que las teorías desarrolladas
para los materiales fabricados no son directamente
aplicables a los macizos rocosos.

21. Importancia de la mecánica de rocas
Bajo estas consideraciones, la estimación de las
propiedades de los macizos rocosos no resulta
sencilla; la imposibilidad de la realización de
ensayos a gran escala implica la necesidad de
proponer y verificar teorías para estimar las
propiedades del macizo rocoso, por lo que se
hace necesario el estudio de la mecánica de
rocas.

22. Campos de aplicación de la mecánica de rocas
Los distintos campos de aplicación de la
mecánica de rocas se agrupan según:
- Cuando el material rocoso constituye la
estructura: excavaciones de túneles,
galerías, taludes.
- Cuando la roca es el soporte de otras
estructuras: cimentaciones de edificios,
presas.
- Cuando las rocas son empleadas como
material de construcción: escolleras,
pedraplenes (terraplenes), rellenos.

23. Campos de aplicación de la mecánica de rocas
Cuando se excava un macizo rocoso o se construyen
estructuras sobre las rocas se modifican las
condiciones iniciales del medio rocoso, el cual
responde a estos cambios deformándose y/o
rompiéndose.
El conocimiento de las tensiones y deformaciones
que puede llegar a soportar el material rocoso ante
unas determinadas condiciones permite evaluar su
comportamiento mecánico y abordar el diseño de
estructuras y obras de ingeniería.
La relación entre ambos parámetros describe el
comportamiento de los diferentes tipos de rocas y
macizos rocosos, que dependen de las propiedades
físicas y mecánicas de los materiales y de las
condiciones a que están sometidos en la naturaleza.

24. Campos de aplicación de la mecánica de rocas
Las principales aplicaciones de la mecánica de rocas
son:
- Diseño de túneles, piques, frontones, cruceros,
casas de fuerza para operaciones subterráneas.
- Diseño de taludes para vías, canteras, presas,
minería.
- Estudios de los procesos de conminución.
- Diseño de trabajos subterráneos.
- Sostenimiento de galerías.
- Diseños para operaciones por hundimiento, para
evitar los efectos perjudiciales de la subsidencia.
- Diseño de cimentaciones para diques, presas,
canales.

25. Campos de aplicación de la mecánica de rocas
- Diseño de cimentaciones de obras
estructurales.
- Evaluación de los daños producidos por
estallamiento de rocas.
- Diseño de voladuras.
- Control de filtraciones y drenajes.
- Estudios de estabilidad de pozos de petróleo.