Macizo rocoso. Caracterizacin y anlisis.FUNDAMENTOS MECANICA ROCAS1.- Definicin de macizo rocoso.Matriz rocosaDiscontinuidades estructurales.

2.- Deformacin del macizo rocoso.2.1.- Comportamiento mecnico de las rocas sometidas a esfuerzos.2.2.- Fallas: definicin, elementos y tipos.2.3.- Cabalgamientos: definicin y elementos.2.4.- Pliegues: definicin, elementos y tipos.

3.- Caracterizacin del macizo rocoso.Clasificacin de Bieniawski. ndice RMR.Ensayos de laboratorio.Ensayos In Situ.

Bibliografa recomendada

* Blyth, F., de Freitas, M. 1984. A Geology for Engineers. Ed. Arnold.* Ferrer, M; Gonzlez de Vallejo, L. 1999. Manual de Campo para la descripcin y caracterizacin de macizos rocosos en afloramientos. Instituto Tecnolgico Geominero de Espaa.* Gonzlez de Vallejo, L. 2002. Ingeniera Geolgica. Ed. Prentice Hall.* Waltham, A. C. 1994. Foundations of Engineering Geology. Ed. Blackie Academic & Professional.* Lpez Marinas, J.M. Geologa aplicada a la Ingeniera Civil. Edit. Cie-Dossat * Monroe, J.S., Wicander, R. & Pozo, M. Geologa. Dinmica y evolucin de la Tierra. 2008

Definicin de macizo rocoso.Conjunto formado por la matriz rocosa (roca intacta) + discontinuidades

Estudio individualizado de sus propiedades y de su efecto en obra:Matriz rocosa:Caracterizacin mineralgicaResistencia y deformabilidadGrado de meteorizacinPorosidad y permeabilidad primaria

Discontinuidades:Resistencia a traccinOrientacin respecto al desarrollo de la obra (por ejemplo excavacin de un talud)Densidad de fracturacin y permeabilidad secundaria

Discontinuidad (Ferrer y Gonzlez de Vallejo, 1999): Cualquier plano de origen mecnico (rotura) o sedimentario en un macizo rocoso, que normalmente muestra una resistencia a traccin reducida. Confieren un comportamiento discontinuo y no uniforme al macizo rocoso y en cualquier caso representan un plano de debilidad.Los principales tipos de discontinuidades son:

Estratificacin: superficie de espesor superior a 1 cm que separa unidades adyacentes y paralelas, al menos por un discreto cambio litolgico

Laminacin: superficie de espesor inferior a 1 cm

Falla: fractura a lo largo de la cual existe un desplazamiento relativo de los bloques

Diaclasa: fractura sin desplazamiento de los bloques

Fisura: fractura sin desplazamiento y de pequea extensin. Sin conexin con otras discontinuidades.

Planos de esquistosidad: planos con espaciado milimtrico de origen tectnico propios del metamorfismo y con una disposicin perpendicular a la direccin de los esfuerzos

Plano de deslizamiento: superficie originada por movimientos de cizalla

2. Deformacin del macizo rocoso.2.1. Comportamiento mecnico de las rocas sometidas a esfuerzos.Esfuerzos tectnicos => deformacin de las rocas dando lugar a distintas estructuras

a) la magnitud de los esfuerzosb) comportamiento de mecnico de las rocas:

Frgil (mayoritario entre las rocas expuestas en superficie o a escasa profundidad):

La deformacin de la roca es proporcional al esfuerzo y cuando el esfuerzo supera su resistencia (lmite elstico) se rompen. Si dicho lmite no es superado, al relajarse los esfuerzos se recupera la forma inicial.

Dctil (sales, yesos, arcillas o cualquier otra a cierta profundidad):

La deformacin no es proporcional al esfuerzo y superado el lmite plstico la deformacin continua sin incremento de esfuerzo. No se recupera la forma original => deformacin permanente

FALLAS-DIACLASASPLEGAMIENTO

2.2. Fallas.

Definicin: fractura con desplazamiento de los bloques

Clasificacin => en funcin del desplazamiento relativo de los bloques

bloque de techo: por encima del plano de fallabloque de muro: bajo el plano de fallaFalla normal: - bloque de techo desciende a favor de la pendiente del plano de falla. - la formacin geolgica ms moderna se pone en contacto con la ms antigua. - estn asociadas a esfuerzos distensivos.

b) Falla inversa: - el bloque de techo asciende en contra de la pendiente del plano de falla. - La formacin geolgica ms antigua se pone en contacto con la ms moderna. - Estn asociadas a esfuerzos compresivos.

c) Falla de desgarre: - movimiento en horizontal

2.3. Cabalgamiento.Falla inversa muy tendida con buzamiento inferior a 30, que corresponde con el desplazamiento de una gran extensin, tanto longitudinal como en profundidad, de formaciones geolgicas antiguas (unidad alctona o cabalgante) sobre formaciones geolgicas ms modernas (unidad autctona o cabalgada).

Los esfuerzos tectnicos compresivos se prolongan durante un intervalo de tiempo geolgico muy grande y las formaciones mantiene un comportamiento mecnico intermedio entre elstico y plstico. Normalmente existe una formacin geolgica con cierta plasticidad que acta como nivel de despegue y es posible que el cabalgamiento se divida en varias escamas. Es una estructura muy frecuente en las cordilleras Cantbrica, Btica y Pirenaica.

2.4. Pliegues.Resultado de esfuerzos tectnicos compresivos que generan una deformacin dctil sobre rocas mecnicamente plsticas (sometidas a altas P y T). Elementos que permiten describir un pliegue: a) Eje de pliegue: lnea que contiene los puntos de mxima curvatura del pliegue en un nico estrato.b) Plano axial: plano que contiene todos los ejes de pliegue de los distintos planos de estratificacin.c) Flanco de Pliegue: superficie del pliegue comprendida entre dos planos axiales.d) Lnea de cresta: lnea que contiene los puntos topogrficamente ms elevados en un pliegue anticlinal.e) Lnea de seno: lnea que contiene los puntos topogrficamente ms bajos en un pliegue sinclinal.Plano axialEje de pliegueFlanco de pliegue

Elementos que permiten describir un pliegue: d) Lnea de cresta: lnea que contiene los puntos topogrficamente ms elevados en un pliegue anticlinal.e) Lnea de seno: lnea que contiene los puntos topogrficamente ms bajos en un pliegue sinclinal.Eje de pliegueVergenciaPlano axialPlano axial vertical => pliegue recto. Plano axial no vertical => pliegue con vergencia => lnea de cresta o seno y eje de pliegue no coinciden en el mismo punto.

3.- Caracterizacin del macizo rocoso.

Fase inicial de una obra => caracterizacin del macizo rocoso.

Clasificaciones geotcnicas => Bieniawski en 1979 (Rock Mass Ratio, RMR)

Anlisis, caracterizacin y aproximacin semi-cuantitativa a la calidad del macizo rocoso =>

RMR (Rock Mass Ratio) = valoracin de las que se deduce una calidad:

Muy buena Buena Aceptable Mala Muy mala.

Funciones:

- til cuando el sustrato es roca o suelos duros- Valora las propiedades de la matriz rocosa y de las discontinuidades por separado pero la clasificacin es conjunta. - Permite delimitar zonas con diferentes propiedades.- Permite delimitar zonas con diferente calidad del macizo rocoso.- Permite identificar zonas que requieren tratamiento para mejorar sus propiedades- Amplia aplicabilidad: taludes de carreteras, interior de tneles, excavaciones profundas, cerradas de presas, cimentacin, etc.- Ingeniera Civil y Minera

Parmetros de clasificacin:Resistencia de la matriz rocosaFracturacin del macizo rocoso: determinacin ndice RQD (rock quality design)Separacin o espaciado entre discontinuidadesEstado de las discontinuidadesCirculacin de aguaCorreccin por la orientacin de discontinuidades

Resistencia de la matriz rocosa:

- Ensayos de laboratorio => ensayo de resistencia a compresin simple- Ensayos in situ (en obra) => ensayo de carga puntual (PLT).

En ambos casos se pretende determinar cual es la resistencia mxima de la matriz rocosa antes de que se produzca rotura, es decir, antes de superar el lmite elstico.

Ensayos de resistencia (en laboratorio):- Ensayo uniaxial o compresin simple- Ensayo triaxial

Ensayos de resistencia (en laboratorio):- Ensayo uniaxial o compresin simple- Ensayo triaxial (confinamiento lateral mediante fluido a presin)Permiten determinar la resistencia a compresin (lmite elstico) y la deformacin de la matriz rocosa segn se aplican los esfuerzosFactores geolgicos que afectan a estos ensayos:a) Litologa.b) Tamao de grano y cementacin (rocas sedimentarias).c) Porosidad.d) Microfisuracine) Grado de meteorizacin o alteracin

Ensayos de resistencia (in situ en obra):- Ensayo de carga puntual o PLT- Martillo SchmidtSistema mucho ms sencillo, rpido y barato, pero de menor precisin.

Resistencia al corte de discontinuidades.

La valoracin del primer parmetro, resistencia matriz rocosa o roca intacta, depende del mtodo empleado:

2. Grado de fracturacin del macizo rocoso => ndice RQD (Rock Quality Designation)

Define el grado de fracturacin del macizo rocoso a partir del anlisis de testigos recuperados en sondeos ( 54.7 mm)

3. Separacin o espaciado entre diaclasas.Distancia que existe entre dos planos de discontinuidad consecutivos y de una misma familia, medida en direccin perpendicular a dichos planos. El espaciado define el tamao del bloque de matriz rocosa as como una referencia al grado de fracturacin.

4. Estado de las diaclasas.

Rugosidad + apertura + ausencia/presencia de rellenoSituacin ms desfavorable discontinuidad lisa, con gran apertura y con presencia de relleno arcilloso expansivo.

6. Correccin por orientacin de las discontinuidades.La orientacin de una discontinuidad requiere la determinacin de los siguientes parmetros: Direccin del plano : ngulo formado entre el norte geogrfico y la proyeccin de la lnea de direccin que representa al plano. Se entiende por lnea de direccin (strike line) la lnea resultante de la interseccin entre el plano de discontinuidad y el plano horizontal.

Buzamiento : ngulo medido en la vertical entre el plano horizontal que representa al terreno y la lnea de mxima pendiente del plano de discontinuidad.

La direccin del plano puede expresarse tambin mediante la direccin de buzamiento (dip direction), entendido este ltimo como el ngulo entre el norte geogrfico y la proyeccin de la lnea de mxima pendiente sobre el plano horizontal.