2.4. Particularidades inherentes a la mecánica de rocas
2.4.1. Materiales de origen natural
En mecánica de rocas los materiales con los que se trabaja no pueden ser elegidos, sino ensayados, analizados y utilizados en la mejor manera posible para los fines deseados. Debido a su origen natural, estos materiales no tienen porqué ser homogéneos y constantes en sus propiedades y comportamientos. Como se ha indicado los macizos rocosos son “DIANEs” y no “CHILEs”. Es por ello que una parte importante en los estudios de mecánica de rocas es la adecuada caracterización de la estructura de los macizos rocosos, ya que es ésta la que marca en muchos casos su comportamiento.
Es en este aspecto del comportamiento natural de los macizos rocosos donde la mecánica de rocas entronca con la geología estructural, ciencia que estudia el comportamiento de las rocas de la corteza terrestres sometidas a esfuerzos y las deformaciones que se producen. Así para los estudios de mecánica de rocas, para los que es necesario conocer y entender la estructura de los macizos rocosos, resulta fundamental tener ciertas bases de dicha disciplina para realizar una análisis estructural (presencia de fallas, pliegues... y su origen) de los mismos
1.2.4.2. Fractura de rocas
La rotura de los materiales más comunes en ingeniería industrial y de la construcción, como el acero y el hormigón, se produce al estar sometidos a tracción. Sin embargo los campos tensionales que actúan comúnmente en el ámbito de la mecánica de rocas se encuentran predominantemente en el dominio de la compresión, por lo que las teorías desarrolladas para los materiales anteriores no son directamente aplicables a los macizos rocosos. Una complicación que se da en el caso de rocas sometidas a compresión tiene su origen en la fricción movilizada entre las superficies de las microfracturas, donde se produce la iniciación de la fracturación y que hace que la resistencia de la roca sea muy dependiente de la tensión de confinamiento, por lo que surgen dudas sobre la relevancia de nociones como el principio de normalidad, flujo asociado y teoría de la plasticidad al analizar las propiedades de resistencia a la rotura y deformación post-rotura de las rocas
1.2.4.3. Efectos de escala
La respuesta de un macizo rocoso a una serie de cargas aplicadas muestra un pronunciado efecto de escala en función del volumen sobre el que actúan cargas. Este efecto se debe en parte a la naturaleza discontinua del macizo rocoso. La presencia de discontinuidades estructurales hace que las propiedades de resistencia y deformación del macizo estén influenciadas tanto por las propiedades de la roca sana como por las de las diversas discontinuidades existentes, que varían según el tamaño del macizo rocoso afectado por la obra.
1.2.4.4. Resistencia a tracción
Las rocas se diferencian del resto de materiales por su baja resistencia a la tracción. Las muestras de roca ensayadas a tracción suelen romperse a niveles tensionales del orden de diez veces menores que cuando se ensayan a compresión simple. Además la presencia de discontinuidades en los macizos rocosos hace que en la mayor parte de los casos no exista prácticamente resistencia alguna a la tracción. Por tanto los macizos rocosos no son capaces, en general, de generar y resistir tracción.
Todo ello implica que, en el diseño de excavaciones, cuando se identifique mediante análisis una zona del macizo sometida a tracción, esta zona se distenderá y las tensiones se redistribuirán en el entorno de la misma. Esta distensión podrá originar la inestabilidad puntual de la roca, que tendrá lugar como separación progresiva de unidades de roca del macizo.
1.2.4.5. Efecto de las aguas subterráneas.
El agua subterránea influye en el comportamiento de las rocas de dos maneras distintas. La primera y más obvia, que tiene lugar en rocas porosas (areniscas) es la gobernada por el principio de Terzaghi o de la tensión efectiva. La segunda, que se da en macizos rocosos formados por materiales poco porosos (la mayor parte de las rocas), se manifiesta en que el agua sometida a presión en las juntas que separan bloques de roca reduce la presión efectiva entre ambos labios de la junta, y disminuye por tanto la potencial resistencia al corte que origina la fricción.
Un último efecto más sutil de las aguas es su acción degradante en diversas zonas del macizo, lo que hace que para ciertos materiales se produzca un deterioro significativo de sus propiedades mecánicas (menor resistencia y mayor deformabilidad).
1.2.4.6. Meteorización
La meteorización puede ser definida como la alteración físico-química de las rocas en superficie, debido a las reacciones con soluciones atmosféricas líquidas o gaseosas. La importancia de la meteorización radica en su efecto sobre las propiedades mecánicas de los materiales a los que afecta, así como en la influencia sobre las características friccionales de las superficies sobre las que actúa. Además una roca sometida a un elevado grado de meteorización se convertirá finalmente en un material desagregado o poco cementado que se conoce por suelo, de forma que a medida que un macizo rocoso se va meteorizando tenderá a parecerse a este tipo de materiales. En la transición se suele hablar de “roquisuelos” o rocas blandas-suelos duros.