La mecánica de rocas es la materia que estudia la respuesta de la roca a una perturbación aplicada, que se considera aquí como una ingeniería.

Distintas aplicaciones de mecánica de roca en ingeniería.

2) Configuración Geológica

2.1) Roca como un Material de Ingeniería

Nosotros debemos establecer las propiedades del material (roca), el estado de esfuerzos prexistente en el suelo y considerar estos en relación a nuestro objetivo ingenieril.

Una información primaria de esto es: conocimiento de los estratos geológicos, cualquier alteración de la roca, la presencia a gran o pequeña escala de fallas o fracturas de la roca y cualquier parámetro geológico relevante para la ingeniería.

Tipo de roca, estructura, cualquier alteración, el estado de esfuerzos in situ e hidrogeológico régimen será muy importante para toda la ingeniería.

Existirán, sin embargo, muchos otros aspectos de la configuración geológica las cuales podrán ser de mayor, si no dominante, significancia en el diseño, construcción y desarrollo del proyecto.

El material (roca) hay que analizarlo como macro y micro estructuras.

La interpretación entre la estructura de la roca en conjunción con el tamaño, forma y requerimientos de diseños de la ingeniería vuelven a la ingeniería de rocas una disciplina única.

2.2) Entorno natural de la roca

En adición a las propiedades directas de la roca y el macizo rocoso como describimos arriba, tenemos que recordar que el entorno natural de la roca también puede tener un profundo efecto en la ingeniería.

Generalmente encontramos que las fracturas en la roca gobiernan la estabilidad de las estructuras cercanas a la superficie y los esfuerzos naturales in situ gobiernan las estructuras en profundidad.

Las condiciones explícitas del sitio se tendrán en cuenta en el diseño y análisis del proyecto.

2.3) La influencia de los factores geológicos sobre las rocas y macizos rocosos

En el contexto de los problemas de mecánica, nosotros debemos considerar el material y las fuerzas aplicadas. Nosotros tenemos la roca intacta la cual está dividida por discontinuidades (fracturas) que forman las estructuras rocosas. También debemos considerar la influencia de los fluidos presentes dentro de la roca y el tiempo.

2.3.1) Roca Intacta

Se define en ingeniería como una roca que no contiene fracturas significantes. Sin embargo, en la pequeña escala se componen de granos que conforman una microestructura que se rige por los procesos de formación de roca básicos.

Eventos geológicos posteriores pueden afectar sus propiedades mecánicas y su suceptibilidad a la penetración del agua y los efectos de meteorización

La descripción individual más útil del comportamiento mecánico es la curva de esfuerzo-deformación completa en compresión uniaxial. Esta curva se se explicará detalladamente en el Capítulo 6, pero se introduce aquí brevemente para ilustrar el efecto muy significativo de la microestructura de la roca y de la historia en el comportamiento mecánico. En la Fig 2.8, una curva de esfuerzo – deformación completa en general se aprecia en una muestra de roca que se comprime en una dirección (uniaxial). El eje horizontal es deformación y el vertical esfuerzo.

Hay varias características de interés, el primero de los cuales es el módulo de la roca, representada por la letra E en el diagrama. Para un alto módulo de material (es decir, rigidez), esta parte inicial de la curva completa de tensión-deformación será empinada; por un bajo módulo del material (es decir, suave), será suave.

La siguiente característica es la resistencia a la compresión que es la tensión máxima que puede ser sometida; esto se ilustra por la línea de puntos en la figura.

La tercera característica es la pendiente de la porción descendente de la curva, que es una medida de la fragilidad, como se ilustra en la Fig. 2.9. Los dos casos principales mostrados son el comportamiento después de que se alcanza la

resistencia a la compresión en la forma de continuar deformación al mismo nivel de estrés (un material dúctil) y una caída en el nivel de estrés a cero al mismo valor de la deformación (un material frágil). La fragilidad se indica mediante la pendiente de la curva entre estos dos límites. De hecho, la situación es más complicada que esto porque es posible tener los materiales de endurecimiento por deformación (una curva encima de la línea dúctil) y materiales super-frágiles (a la izquierda de la línea frágil). Estos casos serán discutidos en el capítulo 6.

Fig 2.8 Curva completa de esfuerzo-deformación que ilustra la rigidez (o modulo E), el esfuerzo máximo y la fragilidad.

Fig 2.9. Ilustración de la diferencia entre un material frágil y dúctil.

Posible variación en los tres factores principales se ilustra para un conjunto de rocas en las figuras 2.10-2.13. Las leyendas de las figuras describen las características cualitativamente. Como hemos mencionado, la forma de la curva de tensión-deformación completa está dictada por la naturaleza de la microestructura. Por ejemplo, una alta resistencia de grano, basalto de grano fino tiene una alta rigidez, alta resistencia y es muy quebradizo. Por otro lado, una roca de piedra caliza con una variación en la geometría de grano medio tiene una rigidez, resistencia media y una parte descendente más suave de la

curva causada por el deterioro gradual de la microestructura, ya que se daña progresivamente y cada vez más.

Habrá variaciones sobre este tema por la variedad de microestructuras que existen y la influencia que tienen en la forma de la curva-en conjunción con las condiciones de carga aplicada y las tasas de carga. La roca intacta también tendrá características tales como la falta de homogeneidad y anisotropía: estos factores se discuten en el Capítulo 10.

Figura 2.10 Completo curva tensión-deformación para la rigidez-basalto alta, alta resistencia, muy frágil.

Figura 2.11 Completo curva tensión-deformación para la piedra caliza medio rigidez, resistencia media, media fragilidad.

Figura 2.12 Completo de tensión-deformación para la tiza baja rigidez, baja resistencia, bastante frágil.

Figura 2.13 Curva esfuerzo – deformación completo para la sal baja rigidez roca, baja resistencia, dúctil.