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30 de septiembre de 2019 | por: Comunicación EADIC | 0 comentarios

Nacimiento de la mecánica de rocas como disciplina

La mecánica de rocas estudia, desde el punto de vista teórica y práctico, las propiedades y el comportamiento mecánico de los materiales rocosos, y su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno.

La mecánica de rocas aplicada parte de la ingeniería mecánica clásica y de la mecánica de medios continuos, pero la naturaleza variable de los materiales que analiza, la confieren un elevado número de factores específicos que la identifican como una disciplina diferente a la mecánica de suelos.

El estudio de la respuesta de los materiales rocosos requiere la aplicación de un gran número de técnicas analíticas desarrolladas específicamente para esta rama de la mecánica.

Figura 2. Túnel excavado en roca.

El comportamiento de un macizo rocoso es muy distinto del comportamiento de un suelo, y mucho más complejo debido a la anisotropía, heterogeneidad y discontinuidad que presentan las masas rocosas, lo que provoca que su comportamiento sea más complejo y menos predecible desde el punto de vista tenso-deformacional.

Es de destacar que en un macizo rocoso los esfuerzos que actúan se rigen por fenómenos complejos y de difícil modelización, al existir tensiones litostáticas, tensiones tectónicas, tensiones sísmicas, fracturación local, tensiones de descompresión, etc., que dificultan su modelización y por consiguiente la predicción de su comportamiento, a diferencia de la mecánica de suelos, los cuales se pueden consideran un medio más o menos continuo y, en cierta medida, sus propiedades pueden ser “extrapolables”, circunstancia que no se produce en las masas rocosas.

La mecánica de rocas surge como disciplina aproximadamente en los años 60 del siglo XX, cuando bajo la insistencia de la “Escuela Austriaca”, con Stini y Müller al frente, se desvincula de la Sociedad Internacional de Mecánica del Suelo (ISSMEGG, International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering), con la oposición Karl Terzaghi. De esta forma, se funda la “Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas” (ISRM, International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering) en 1.962 en Salzburgo (Austria).

El nacimiento de la mecánica de rocas como disciplina independiente de la mecánica de suelos se debe principalmente a que la aplicación de los conceptos y principios de la mecánica de suelos no eran directamente aplicables a las masas rocosas al existir un nuevo concepto o elemento que gobernaba y controlaba el comportamiento de las rocas, como eran las discontinuidades.

Estas conclusiones surgen debido a las experiencias adquiridas en la construcción del “Canal de Panamá” (1.884 – 1.914) y máxime teniendo en cuenta diferentes desastres ingenieriles que se produjeron en la mitad del siglo XX, como el de la “presa de Malpasset” (1.959), “mina de Coalbrook” 2 (1.960) y la “presa de Vajont” 3 (1.963), que obligaron a un replanteamiento de la mecánica utilizada hasta ese momento sobre las masas rocosas.

 

Figura 3. Desastre producido por el derrumbe de la presa de Malpasset (Francia).

 

Figura 4. Desastre de la presa de Vajont (Italia). Zona de deslizamiento de la ladera norte del monte Toc

 

Figura 5. Desastre producido por el derrumbe de la presa de Vajont (Italia).

 

Figura 6. Derrumbe de la presa de VaJont (Italia). Portada del periódico Corriere Della Sera.

 

Los primeros estudios rigurosos relacionados con la mecánica de rocas (denominada entonces control de estratos), aparecen principalmente con motivo de los problemas planteados por los movimientos producidos en la superficie y en todo el terreno por las explotaciones subterráneas de carbón en Europa. En la Conferencia Internacional sobre sobre “Presión de las rocas y sostenimiento de las minas” (International Conference on Rock Pressure and Ground Support) que se celebró en Lieja (Bélgica) en 1.951, se presentaron los primeros desarrollos científicos de la mecánica de rocas aplicados a la minería, principalmente del carbón, pudiendo considerarse como el primer congreso de lo que hoy conocemos propiamente como mecánica de rocas.

Es de destacar que la primera aparición pública del término “mecánica de rocas” aparece en 1.957 en el libro de J. Talobre 4 , “La mécanique des roches apliquée aux travaus publics”, posteriormente traducido como mecánica de rocas.

Figura 7. “La mécanique des roches apliquée aux travaus publics”. Joseph Talobre (1.957).

 

Desde sus orígenes en los años 60 y a lo largo de su evolución ha habido cierta tendencia de considerar la “mecánica de rocas” como una disciplina derivada o “subordinada” de la “mecánica de suelos”.

A pesar de la similitud en lo que respecta a los principios básicos, existen una serie de aspectos clave que permiten una clara distinción entre ambas disciplinas, entre las que destacan:

  • Los procesos de rotura de “rocas intactas” o “roca matriz” implican mecanismos de fracturación, así como generación y crecimiento de grietas en un medio “pseudo-continuo”, mientras que en los “suelos” la rotura no afecta a la integridad mecánica de cada uno de los granos individuales.
  • Las masas rocosas se caracterizan por ser anisótropas, discontinuas y heterogéneas.
  • Los suelos, en las condiciones normales de operación, suelen encontrarse sometidos a campos de tensiones generalmente débiles, a diferencia de las rocas que se encuentran sometidas a estados de tensiones mucho mayores.
  • Las rocas suelen tener módulos elásticos y resistencia mucho mayores que los suelos.
  • El flujo de agua en las rocas se produce siguiendo las fisuras o fracturas existentes en la roca, lo que provoca niveles bajos de permeabilidad. En el caso de los suelos el flujo se agua se produce a través de los poros que deja el entramado de partículas sólidas.

 

Por tanto, la mecánica de rocas es una disciplina diferenciada de la mecánica de suelos debido al diferente comportamiento y más complejo que presentan las masas rocosas por la presencia de discontinuidades que le proporcionan a las masas rocosas un marcado carácter de anisotropía, heterogeneidad y discontinuidad, dificultando de esta forma su modelización y la predicción de su comportamiento.

Autor: José Ramón Noguera, docente del Máster en Geotecnica y Cimentaciones de EADIC.

 

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