Mecánica de rocas

Descripción

En forma general se define como roca a todo material sólido de origen natural presente en la corteza de un planeta. Desde el punto de vista de la mecánica, las principales propiedades que distingue una roca de un suelo son la existencia de la cohesión interna de los granos minerales y la capacidad de la misma a resistir esfuerzos de tracción.

La mecánica de macizos rocosos (i.e. mecánica de rocas) es la técnica y disciplina teórica y aplicada que tiene el objetivo de estudiar el macizo rocoso (e.g. determinar sus propiedades físicas) con el fin de comprender el comportamiento y reacción mecánica del mismo, ante la aplicación o modificación de diversas fuerzas y esfuerzos generados por las actividades del hombre (e.g. obras civiles y militares, actividades ambientales, energéticas, mineras y petroleras). Los distintos ámbitos de aplicación de la mecánica de macizos rocosos se pueden agrupar en aquellos donde el macizo rocoso constituye:

La mecánica de macizos rocosos guarda una estrecha relación con otras disciplinas como: la geología estructural, para conocer los procesos y estructuras tectónicas que afectan al macizo rocoso; la tectónica, para conocer el estado de esfuerzos en el macizo rocoso y la dinámica de éstos; y la mecánica de suelos, para abordar el estudio de rocas alteradas y meteorizadas en la superficie. La ingeniería geológica engloba tanto el estudio de la mecánica de macizos rocosos como la de suelos para aplicar en las ingenierías relacionadas (i.e. ingenierías civil, minera, ambiental y petrolera), la única disciplina que logró agrupar todas las ingenierías relativas a las ciencias de la tierra.

El presente curso tiene el objeto de formar a los estudiantes con los fundamentos de la mecánica del sólido, tomando como único material sólido el macizo rocoso. Al tomar este material natural como la sustancia de estudio, el estudiante logrará describir las diferentes limitaciones que pueden tener las teorías clásicas de mecánica ante este material: tales como el estado de esfuerzos inicial del macizo rocoso, la presencia de intersticios y micro fisuras, y la hetereogenidad del material.

Programa

  1. Estado de esfuerzos
    1. Estado de esfuerzos bidimensional
    2. Estado de esfuerzos tridimensional
    3. Espacio Haigh Westergaard
  2. Resistencia mecánica del material rocoso.
    1. Factor la escala.
    2. Anisotropía.
    3. Envolventes de ruptura.
    4. Resistencia mecánica.
    5. Ensayos indirectos.
  3. Caracterización geométrica del macizo rocoso.
    1. Modelo geométrico de discontinuidades.
    2. Ondulación y aspereza de una discontinuidad.
    3. Red de discontinuidades.
  4. Resistencia mecánica de las discontinuidades.
    1. Envolventes de ruptura: Barton y Choubey.
    2. Influencia del relleno y el espesor.
    3. Deformación normal y tangencial a la discontinuidad.
  5. Comportamiento mecánico del macizo rocoso.
    1. Volumen elemental representativo.
    2. Deformación.
    3. Resistencia mecánica: criterio de ruptura de Hoek-Brown.
    4. Modelos constitutivos.
  6. Campo de tensores de esfuerzos naturales.
  7. Campo de presiones intersticiales.
  8. Ensayos de laboratorio y de campo; exploración destructiva y no-destructiva.
  9. Aplicaciones
    1. Análisis de estabilidad de taludes.
    2. Fundaciones de presas y edificios.
    3. Diseño de obras subterráneas.
    4. Minería subterránea y tajo abierto.
    5. Perforación de pozos petroleros.

Bibliografía

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Goodman, R. (1989), Introduction to rock mechanics, 2nd ed., John Wiley & Sons, New York.

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González de Vallejo, L. I. G., M. Ferrer, L. Ortuño, and C. Oteo (2002), Ingeniería Geológica, Pearson Educación, Madrid.