Mecánica de Rocas geologia para ingenieros

Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid
Facultad de Ingenierías
Geología para Ingenieros
MECÁNICA DE ROCAS

MECÁNICA DE ROCAS: Comprende el estudio teórico-práctico de las
propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos, y de su
respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico.
MECÁNICA DE ROCAS

AMBITOS DE ESTUDIO:
La Roca como estructura: Comprende aquellos casos en los cuales la roca
constituye la estructura.
Túneles
MECÁNICA DE ROCAS

MECÁNICA DE ROCAS
AMBITOS DE ESTUDIO:
La Roca como estructura:
CAVERNAS

MECÁNICA DE ROCAS
AMBITOS DE ESTUDIO:
La Roca como estructura:
TALUDES VIALES

AMBITOS DE ESTUDIO:
La Roca como soporte de otras estructuras: Se refiere a aquellos casos en los
cuales la roca se constituye en el estrato portante o de cimentación de edificios, presas,
etc.
MECÁNICA DE ROCAS

AMBITOS DE ESTUDIO:
La Roca como material estructural: Comprende el uso de material pétreo en la
fabricación de estructuras tales como Muros, pedraplenes, filtros, concretos, etc.
MECÁNICA DE ROCAS

AMBITOS DE ESTUDIO:
La finalidad de la mecánica de rocas es conocer y predecir el
comportamiento de los materiales rocosos ante la actuación
de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellas.
MECÁNICA DE ROCAS

Matriz Rocosa ó Roca Intacta: Corresponde al material rocoso excepto de
discontinuidades, ó bloques de roca “intacta” que quedan entre ellas.
MECÁNICA DE ROCAS

Discontinuidad: Es cualquier plano de origen litológico ó estructural que
independiza ó separa los bloques de matriz rocosa en un macizo rocoso.
Macizo Rocoso: Comprende el conjunto de bloques de matriz rocosa y de las
discontinuidades de diverso tipo que afectan el medio rocoso.
MECÁNICA DE ROCAS
Matriz Rocosa

MECÁNICA DE ROCAS
Desde el punto de vista mecánico, los macizos rocosos son
medios discontinuos, anisótropos y heterogéneos.

Propiedades Físicas de la Matriz Rocosa: También conocidas como propiedades
índice; se refiere a un conjunto de parámetros que se tienen en cuenta para la
identificación y descripción cuantitativa de las propiedades básicas de las rocas así
como para una primera clasificación con fines geotécnicos.
MECÁNICA DE ROCAS

Propiedades Método de
Determinación
Propiedades
de
identificación
y clasificación
Hidráulicas
Composición mineralógica, Fábrica y Textura
Tamaño de grano
Color
Descripción visual
Microscopía Óptica y
electrónica
Difracción de Rayos X
Porosidad (n)
Técnicas de Laboratorio
Peso Unitario ()
Contenido de Humedad
Durabilidad
Alterabilidad
Ensayo de alterabilidad
Permeabilidad (Coeficiente de Permeabilidad,
K)
Ensayo de Campo
Propiedades
Mecánicas
Resistencia a la compresión simple (c)
Ensayo de compresión uniaxial
Esclerómetro
Resistencia a la tracción (t)
Ensayo de tracción directa,
ensayo de tracción indirecta.
Velocidad de ondas sónicas (Vp, Vs). Ensayo de velocidad sónica.
Resistencia (parámetros c y ) Ensayo de compresión Triaxial
Deformabilidad (E, ).
Ensayo de compresión uniaxial,
Ensayo de velocidad sónica
MECÁNICA DE ROCAS
Propiedades Físicas de la Roca Intacta:

Descripción Geológica: Incluye la descripción litológica, esto es, nombre, mineralogía,
textura, tipo de cementación y grado de alteración. La descripción petrográfica se
realiza mediante la observación macroscópica de muestras y el análisis de secciones
delgadas en el microscopio.
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Propiedades Físicas de la Matriz Rocosa:
Porosidad (n): n= (Vv / V) * 100
MECÁNICA DE ROCAS
Alta influencia sobre las características resistentes y mecánicas:
•Inversamente proporcional a la resistencia y a la densidad
•Directamente proporcional a la deformabilidad
Granito
Piedra
Pómez
Anfibolita
Arenisca

Propiedades Físicas de la matriz rocosa:
Peso Unitario (): = (W / V)
Las Rocas, a diferencia de los suelos, presenta una gran variación en los pesos
unitarios.
MECÁNICA DE ROCAS

Roca
 (Ton/m3)
Anfibolita 2.9-3.0
Arenisca 2.3-2.6
Caliza 2.3-2.6
Carbón 1.0-2.0
Cuarcita 1.7-2.3
Granito 2.6-2.7
Esquisto 2.5-2.8

Permeabilidad: La permeabilidad se define como la capacidad que tiene una roca de
permitir la circulación de fluidos a través de sus poros interconectados ó estructuras.
Permeabilidad Primaria ó intergranular: es aquella que se deriva de la
intercomunicación directa entre poros de la roca y microfisuras; la mayoría de las rocas
presentan permeabilidades bajas a muy bajas (matriz rocosa).
MECÁNICA DE ROCAS
La permeabilidad de una roca se mide por el
coeficiente de permeabilidad ó de conductividad
hidráulica (k):
k= K (w / ) qx=k*(dh/dx)*A Ley Darcy
K: Permeabilidad intrínseca (dependiente características físicas)
w: Peso unitario del agua
: Viscosidad del agua
qx: caudal en dirección x
dh/dx: gradiente hidraulico
A: área seccional

Permeabilidad Primaria ó intergranular
MECÁNICA DE ROCAS

Permeabilidad Secundaria : Es la que resulta de la presencia de discontinuidades en el
macizo rocoso
MECÁNICA DE ROCAS

Propiedades Físicas de la matriz rocosa: Permeabilidad Secundaria
MECÁNICA DE ROCAS

Durabilidad : Se refiere a la resistencia que la roca presenta ante los procesos de
alteración química y desintegración física; en este sentido también es usual hablar de la
alterabilidad de la roca, refiriéndose a la tendencia a la rotura de los componentes ó de
las estructuras de la roca.
MECÁNICA DE ROCAS
Roca alterada:
•Hidratación
•Oxidación
•Disolución

Durabilidad o alterabilidad
MECÁNICA DE ROCAS
Roca inalterada

Durabilidad o alterabilidad: La durabilidad se evalúa mediante el ensayo de sequedad-
humedad-desmoronamiento; éste consiste en someter al material, previamente
fragmentado, a ciclos estándar de sequedad-humedad-desmoronamiento de 10 minutos
de duración en el laboratorio.
ID (%)= Peso seco después de uno ó dos ciclos
Peso inicial de la muestra
MECÁNICA DE ROCAS

Propiedades Mecánicas de la matriz rocosa:
Resistencia a la compresión simple: Corresponde al máximo esfuerzo que soporta la
roca sometida a compresión uniaxial, determinada sobre una probeta cilíndrica sin
confinar en el laboratorio.
c = Fc = Fuerza compresiva aplicada
A Área de Aplicación
MECÁNICA DE ROCAS
Fc

Propiedades Mecánicas de la matriz rocosa:
Resistencia a la Tracción: Corresponde al máximo esfuerzo que soporta el material ante
la ruptura por tracción; se determina mediante ensayos de laboratorio.
t = Ft = Fuerza de tracción aplicada
A Área de Aplicación
MECÁNICA DE ROCAS

Propiedades de la matriz rocosa:
Velocidad de Propagación de las Ondas Elásticas: Depende de las propiedades de la
roca, específicamente de la densidad y de las propiedades elásticas del material, por lo
que su medición aporta información importante sobre las propiedades físicas y
mecánicas de la matriz rocosa.
Vp: útil como índicativo de la calidad de la roca.
Vp = 6000 m/seg Granito sano
Vp= 3000 m/seg Granito alterado
MECÁNICA DE ROCAS

MECÁNICA DE ROCAS
Clasificación Geotécnica de la Roca Intacta :
Estructura Tendencia en el Comportamiento
mecánico
Litologías
Masiva Favorable: Resistencia alta,
módulos de elasticidad elevados.
Rocas ígneas,
metamórficas no
foliadas, Algunas
sedimentarias
químicas: Caliza
Laminada Desfavorable, resistencia menor. Rocas
metamórficas
esquistosas.

Clasificación Geotécnica de la Roca Intacta según Deer and Miller: Se basa en la
resistencia a la compresión inconfinada y el valor del módulo relativo obtenido a partir
de pruebas de laboratorio.
MECÁNICA DE ROCAS
Clase A B C D E
Descripción Resistencia
muy alta
Resistencia
alta
Resistencia
media
Resistenci
a baja
Resistencia
muy baja
c (kg/cm2)
> 2250 1120-2250 560-1120 280-560 <280
Clase Descripción Módulo Relativo
H Elevado módulo Relativo > 500
M Módulo Relativo Medio 200-500
L Módulo Relativo Bajo <200
Roca tipo AH: Roca de resistencia muy alta y elevado módulo relativo
Módulo Relativo = Et / c

Clasificación Geotécnica de la Roca Intacta según Deer and Miller:
MECÁNICA DE ROCAS
Categoría Tipos de Rocas
A Cuarcitas, Diabasas, Basaltos
B
Comprende la mayoría de las rocas ígneas,
areniscas bien cementadas, calizas y
Dolomitas.
C
Pizarras arcillosas, Areniscas porosas, Rocas
metamórficas esquistosas.
D y E Arenisca friable, tobas porosas, sal gema.

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