UNIVERSIDAD NACIONALSANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLOFACULTAD DE
INGENIERIA DE MINAS GEOLOGIA Y METALURGIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MINASHISTORIA DE LA MECANICA
DE ROCAS DESDE EL AO 1950-ACTUALPRESENTADO EN LA ASIGNATURA DE
MECANICA DE ROCAS
EDUARDO B. PRUDENCIO ZAMBRANO
HUARAZ ,MAYO DEL 2012
HISTORIA DE LA MECNICA DE ROCAS LA MECANICA DE ROCAS .-Es una
herramienta muy til en el diseo y construccin de obras subterrneas,
pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicacin, pues
exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza.
Las clasificaciones pueden ser usadas en la etapa de Proyecto y
tambin durante la Obra. En la etapa de Proyecto, permiten estimar
el sostenimiento necesario en base a las propuestas del autor de
cada sistema de clasificacin, mientras que durante la Obra,
permiten evaluar la calidad del terreno que se va atravesando
conforme avanza la excavacin del tnel y aplicar el sostenimiento
correcto en cada caso.El comportamiento de un macizo rocoso es muy
distinto del comportamiento de un suelo. En un macizo rocoso los
esfuerzos actuantes se rigen por fenmenos muy complejos y de muy
difcil modelizacin, hay tensiones litoestticas, tensiones de
membrana, tensiones tectnicas, microtectnicas, de fracturacin
local, ssmicas, de decompresin, paleoesfuerzos, efectos trmicos,
etc.-Al final del ao 1950, En un macizo rocoso puesto que el
terreno se va a excavar de todos modos, se nuevos metodos de
excavacion: gato plano, doostopper, clula CSIR y se proceda
directamente a la excavacin a ver qu sale y qu pinta tiene.Pongamos
como ejemplo la distribucin terica de tensiones en un macizo rocoso
debido a la excavacin de un tnel. Es un problema conocido y
estudiado en profundidad y en teora, porque las ecuaciones estn muy
bien, pero en el mundo real el terreno nunca es homogneo, la
fracturacin siempre es errtica y en tneles someros, en los que
predominan los efectos de la fracturacin sobre las tensiones, el
sostenimiento tiene ms problemas por cadas de cuas y filtraciones
que por las propias tensiones naturales.En 1952, la Mecnica de
Rocas, bajo la insistencia de la Escuela Austriaca, con Stini y
Mller al frente, se desvincula de la Sociedad Internacional de
Mecnica del Suelo, con la pblica oposicin del fundador de la
ciencia geotcnica, Karl Terzaghi.- Diciembre de 1959, falla la
cimentacin de la presa bveda de Malpasset, en Francia, provocando
450 muertos.El ingeniero proyectista A. Coyne, presidente de la
International ComissiononLargeDams y profesor de la coleNationale
des Ponts et Chausses de Pars explicaba en sus clases slo unos
meses antes:Es raro y probablemente un caso nico en ingeniera
[encontrar] un tipo de estructura que no haya colapsado nunca.
Pero, a pesar de las apariencias, a pesar de su forma esbelta y
lneas elegantes y fuertes tensiones, es un hecho que la presa bveda
es la ms segura de las estructuras. Esto es simplemente una
confirmacin adicional de lo que se ha conocido durante miles de aos
sobre la estabilidad de los arcos. [...] nada serio le puede pasar
a una presa bveda [...] con tal de que sus estribos resistan.Y fall
el estribo el reconocimiento de campo posterior mostr que la presa
haba fallado por el deslizamiento de una cua sobre una falla (no
detectada antes) en la cimentacin del estribo izquierdo, en un
terreno formado por gneises foliados muy fracturados pero
impermeables bajo el efecto de las subpresiones.Para terminar de
arreglarlo, los ensayos in situ mostraron una elevada disparidad
entre los datos reales y los considerados para el dimensionamiento
de la cimentacin, para la que apenas se realizaron ensayos de
campo.- En octubre de 1963, un deslizamiento en la presa de Vajont
(Italia) provoca la total destruccin, aguas abajo, de la poblacin
de Longarone.Tras unos das de fuertes lluvias la auscultacin
indicaba la posibilidad de movimientos en la ladera izquierda, por
lo que se decidi rebajar la cota de embalse. Problemas en las
compuertas retrasaron la operacin, momento en el que se produjo el
movimiento ssmico que desencaden la cada de una masa aproximada de
300 millones de m de tierras a un embalse que acumulaba en aquellos
momentos 150 millones de m de agua.
Los estudios realizados desde entonces sugieren que la cada vino
gobernada por parmetros residuales bajo cargas dinmicas (algo que
no se tena en cuenta en aquellas fechas) y fenmenos de tipo
termodinmico (el rozamiento en la cada provoc temperaturas de hasta
120 C) que ni siquiera hoy se tienen en cuenta. Pasados los aos el
mecanismo del deslizamiento an no ha sido explicado
satisfactoriamente.Tras estudiar el desastre de Vajont, Terzaghi
escribe:[...] las curvas de frecuencia de diaclasas no pueden
construirse con ningn grado de seguridad si no se realizan cientos
de mediciones, [...] si los expertos en Mecnica de Rocas no
resisten la tentacin de hacer pocos ensayos por razones econmicas,
los riesgos envueltos en la construccin de presas de fabrica
cimentadas en roca aumentarn fuertemente.
Visto lo visto. el problema de la mecnica de rocas es evidente,
el suelo es un medio ms o menos continuo y, hasta cierto punto, sus
propiedades pueden ser extrapolables, pero hacen falta muchos,
muchsimos ensayos de campo para caracterizar de un modo fiable las
propiedades geomecnicas de un macizo rocoso y, francamente, que el
Nuevo Mtodo Austriaco se defina ms como una filosofa que como un
mtodo constructivo no ayuda (por si acaso, el autor lo
patent).Siguiendo con la historia, hay que decir que la actitud de
los expertos en mecnica de rocas de aquella primera poca segua
siendo dogmtica incluso despus de los accidentes, con mtodos
basados en principios de la mecnica de medios continuos bajo
consideraciones estticas, opiniones personales y subjetivos
coeficientes correctores.Despus de 25 aos viendo tneles, puedo
sentir el comportamiento de las rocas, puedo hablar con las rocas y
entender su geologa. Yo no necesito ensayos!Mller en 1970, citado
por Bieniawski.- Entre 1973 y 1989, Bieniawskiutiliza cinco
parmetros bsicos (resistencia a compresin simple, RQD, estado de
las juntas, frecuencia de las juntas y presencia de agua) para
desarrollar el RMR (Rock Mass Rating) como sistema de
caracterizacin del terreno, presentando las primeras correlaciones
entre el RMR y el mdulo de deformacin, permitiendo as hacer clculos
basados en teoras elsticas.Fundamento Teorico:ndice De Calidad De
Las Rocas, RQD1. Se basa en la recuperacin modificada de un testigo
(El porcentaje de la recuperacin del testigo de un sondeo) 1.
Depende indirectamente del nmero de fracturas y del grado de la
alteracin del macizo rocoso. 1. Se cuenta solamente fragmentos
iguales o superiores a 100 mm de longitud. 1. El dimetro del
testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser
perforado con un doble tubo de extraccin de testigo.
Clasificacion De Bieniawski (R.M.R)El sistema de clasificacin
Rock Mass Rating o sistema RMR fue desarrollado por Z.T. Bieniawski
durante los aos 1972- 73, y ha sido modificado en 1976 y 1979, en
base a ms de 300 casos reales de tneles, cavernas, taludes y
cimentaciones. Actualmente se usa la edicin de 1989, que coincide
sustancialmente la con de 1979. Para determinar el ndice RMR de
calidad de la roca se hace uso de los seis parmetros del terreno
siguientes: 1. La resistencia a compresin simple del material. 1.
El RQD (Rock Quality Designation). 1. El espaciamiento de las
discontinuidades. 1. El estado de las discontinuidades. 1. La
presencia de agua. 1. La orientacin de las discontinuidades.
Resistencia De La Roca.- Tiene una valoracin mxima de 15 puntos,
y puede utilizarse como criterio el resultado del ensayo de
resistencia a compresin simple o bien el ensayo de carga puntual
(Point Load). RQD.- Tiene una valoracin mxima de 20 puntos. Se
denomina RQD de un cierto tramo de un sondeo a la relacin en tanto
por ciento entre la suma de las longitudes de los trozos de testigo
mayores de 10 cm y la longitud total del sondeo.
Separacion Entre Discontinuidades.- Tiene una valoracin mxima de
20 puntos. El parmetro considerado es la separacin en metros entre
juntas de la familia principal de diaclasas la de roca. Estado De
Las Discontinuidades.- Es el parmetro que ms influye, con una
valoracin mxima de 30 puntos. Pueden aplicarse los criterios
generales, en la que el estado de las diaclasas se descompone en
otros cinco parmetros: persistencia, apertura, rugosidad, relleno y
alteracin de la junta. Presencia De Agua.- La valoracin mxima es de
15 puntos. La ofrece tres posibles criterios de valoracin: estado
general, caudal cada 10 metros de tnel y relacin entre la presin
del agua y la tensin principal mayor en la roca. Orientacion De Las
Discontinuidades.- Este parmetro tiene una valoracin negativa, y
oscila para tneles entre O y -12 puntos. En funcin del buzamiento
de la familia de diaclasas y de su rumbo, en relacin con el eje del
tnel (paralelo o perpendicular), se establece una clasificacin de
la discontinuidad en cinco tipos: desde muy favorable hasta muy
desfavorableEl RMR se obtiene como suma de unas puntuaciones que
corresponden a los valores de cada uno de los seis parmetros
enumerados. El valor del RMR oscila entre O y 100, y es mayor
cuanto mejor es la calidad de la roca.- En 1980, Hoek y Brown
enuncian un criterio de rotura a partir de ensayos de laboratorio
sobre muestras de la matriz rocosa y correcciones en funcin del RMR
obtenidas mediante estadsticas (a partir de seis tipos de calidad
del macizo -desde roca intacta a roca de mala calidad- y cinco
tipos de composicin de la roca -desde metamrficas hasta
carbonatadas).Tambin estudian la variacin de las propiedades del
macizo con la orientacin de las juntas y el nmero de familias, lo
que permite introducir en el criterio macizos rocosos
estratificados.Se trata de un criterio cuadrtico, pero para un
cierto rango de tensiones puede asimilarse a la formulacin lineal
de Mohr-Coulomb, lo que populariza su uso al permitir aplicar las
frmulas clsicas de la mecnica de suelos.- Entre 1994 y 1997, Hoek
introduce un nuevo parmetro, el GSI (Geological StrengthIndex),
para poder tener en cuenta otros factores, como la foliacin, los
rellenos, la forma de los bloques y el contenido en finos, entre
otros, lo que permite incluir en el criterio macizos rocosos? de
mala calidad, con un comportamiento intermedio entre suelo duro y
roca blanda, no contempladosen el criterio inicial de Hoek y
Brown.Hoy en da, no hay ningn mtodo analtico en mecnica de rocas
que no incluya el RMR, el GSI o el criterio de Hoek y Brown.
Conviene tenerlo en cuenta porque, dado su origen, son mtodos que
se hallan en constante revisin (Hoek modifica su criterio
periodicamente) que no deben ser utilizados fuera del rango de
valores en el que fueron obtenidos. pero claro, ya se sabe, el
ordenador es tan cmodoTras las dos entregas anteriores, ha cambiado
algo, en todos estos aos?Pues no mucho, la verdad.El planteamiento
que se sigue habitualmente a la hora de predimensionar un macizo
rocoso parte de un reconocimiento de campo, una recopilacin de
datos geomecnicos y la realizacin de clasificaciones geomecnicas,
dejando formulaciones ms exactas, mediante elementos finitos
(PLAXIS) o diferencias finitas (FLAC), para proyectos grandes o
instrumentacin.
En los tneles, el procedimiento de campo tampoco ha variado
mucho, lo habitual sigue siendo tomar varios puntos de observacin
(sondeos) a lo largo de la traza, cada 75/100 metros, e interpolar
el terreno entre ellos para establecer un perfil tipo del macizo,
perfil que nicamente ser vlido (y tampoco mucho) en caso de que no
vare la traza a ltima hora por caprichos polticosY en cualquier
caso, los sobrecostes que generan las diferencias entre lo real y
lo interpolado son tan elevados que, ya en 1974, Juan Benet lleg a
sugerir:puesto que la experiencia demuestra que en todos los casos
la construccin de tneles depara innumerables sorpresas y tremendos
reformados, quiz sea ms sensato suprimir todo proyecto,
sustituyndolo por una orden como Hgase un agujero desde tal punto a
tal otro de la forma que parezca ms conveniente.
Los Principales Problemas Actuales Que Confronta La Aplicacin De
Las Ciencias Geomecnicas En La Actividad Minera Son:
Falta o insuficientes estudios geomecnicos Deficiente eleccin en
el modelo de comportamiento del macizo Estudio del campo
deformacional del macizo Afectaciones estructurales Estabilidad de
obras subterrneas Afectaciones dinmicas en minas subterrneas
Afectacin de los terrenos y obras de superficie por los trabajos
subterrneos Diseo, construccin y control de taludes en canteras y
minas a cielo abiertoSi ms de 30 aos despus no ha cambiado nada,
slo queda pensar que los proyectos reformados y modificados son
rentables.
BIBLIOGRAFIA Planificacin de reconocimiento para excavaciones de
tneles de roca (Romana, 2009). Formatos normalizados para la toma
de datos de campo a usar en las clasificaciones geomecnicas RMR, Q
y SMR (Romana & Sern, 2010). Brady, B.H.G. & Brown, E.T.
(1985). Rock Mechanics For Underground Mining. G. Allen &
Unwin.
Goodman, R. E. (1980). Introduction To Rock Mechanics. John
Wiley & Sons.
Gonzlez De Vallejo, L. (2002). Ingeniera Geolgica. Prentice
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Hudson, J.A. And Harrison, F.P. (1997). Engineering Rock
Mechanics.