Macizo rocoso
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Macizo rocoso. Medio discontinuo, anisótropo y heterogéneo conformado en conjunto tanto por bloques de matriz rocosa y distintos tipos de discontinuidades que afectan al medio rocoso, mecánicamente los macizos rocosos pueden considerarse que presentan resistencia a la tracción nula. Los macizos rocosos (las masas rocosas) ocurren en la naturaleza y medio ambientes geológicos afectados por planos de discontinuidad (discontinuidades) o planos de debilidad que separan a los bloques de matriz rocosa, ambos conjuntos la matriz rocosa y discontinuidades forman el macizo rocoso. El estudio de los macizos rocosos es indispensable en la mecánica de rocas.
Sumario
- 1 Anisotropía
- 2 Discontinuidades
- 3 Heterogeneidad
- 4 Matriz rocosa
- 5 Discontinuidad de las rocas
- 6 Tipos de discontinuidades geológicas
- 7 Descripción y caracterización de macizos rocosos
- 8 Orientación
- 9 Resistencia de la matriz rocosa
- 10 Persistencia o continuidad
- 11 Rugosidad
- 12 Abertura o apertura
- 13 Relleno
- 14 Descripción de los parámetros de los macizos rocosos
- 15 Grado de facturación del macizo rocoso
- 16 Grado de meteorización del macizo rocoso
- 17 Fuentes
Anisotropía
La característica de anisotropía ocurre por la presencia de discontinuidades (planos de debilidad) con orientación preferencial (estratificación, clivaje, foliación, laminación, familias de diaclasas tectónicas), las discontinuidades generan diferente comportamiento mecánico en el macizo rocoso en función de la dirección considerada (rumbo, buzamiento). Además, la orientación de los esfuerzos que afectan el material rocoso puede acarrear anisotropía asociada al estado tensional.
Discontinuidades
Son las discontinuidades geológicas (superficies de estratificación, juntas, fallas, diques, etc.) las que cambian la continuidad de las propiedades mecánicas de los bloques rocosos, lo que confiere al macizo rocoso un comportamiento geomecánico e hidráulico discontinuo. Es la naturaleza (origen y tipo), frecuencia y orientación de los planos de discontinuidad, lo que causa variaciones en las propiedades mecánicas de los macizos rocosos.
Heterogeneidad
La heterogeneidad que se presenta en el macizo rocoso se relaciona a la variabilidad de propiedades físicas y mecánicas en distintas zonas del macizo rocoso controlado por cambios de la matriz rocosa y las discontinuidades geológicas (discontinuidades de las rocas). Los cambios en la matriz rocosa pueden ser debido a cambios litológicos, grado de alteración, grado de meteorización, contenido de agua, etc, generando propiedades mecánicos diferentes.
Matriz rocosa
La matriz rocosa es el material rocoso que ocurre sin discontinuidades, es decir que son los bloques de roca intacta que ocurren entre las discontinuidades de roca, a pesar de que la matriz rocosa se considera continua, presenta comportamiento heterogéneo y anisótropo relacionado a la fábrica estructural. La roca o matriz rocosa a escala microscópica, también presenta comportamiento discontinuo, anisótropo y heterogéneo por la presencia de planos de laminación, micro fisuras, orientación preferente de minerales, foliación, etc.; pero bajo el punto de vista geotécnico, la mecánica de rocas de la matriz rocosa se considera continua e isótropa en relación con el macizo rocoso en su conjunto. Mecánicamente la matriz rocosa se caracteriza por su peso específico, resistencia y deformabilidad.
Discontinuidad de las rocas
Las discontinuidades geológicas o discontinuidades de las rocas constituyen planos de debilidad (planos de estratificación, foliación, diaclasas, clivaje, orientación de minerales, etc.) que controlan, el comportamiento geo mecánico de los macizos rocosos, porque condicionan el mecanismo de deformación y rotura ante los esfuerzos. Las discontinuidades que ocurren en los macizos rocosos son planos de debilidad que pueden tener origen mecánico o tectónico (diaclasas tectónicas), sedimentario (planos de estratificación), enfriamiento de rocas (diaclasas de enfriamiento) y metamórfico (foliación), las discontinuidades independizan los bloques de matriz rocosa. Generalmente la resistencia a la tracción de los planos de discontinuidad es muy baja o nula, es así que, su comportamiento mecánico es caracterizado por su resistencia al corte o, en su caso, por la del material de relleno.
Tipos de discontinuidades geológicas
- Diaclasas o juntas
Son los planos de discontuidad más frecuentes que se forman en los macizos rocosos, su origen puede ser de tres formas: por tectonismo (origen tectónico), por enfriamiento del cuerpo ígneo, y por reducción de la carga litostática. Las diaclasas de origen tectónico, suelen estar asociadas al plegamiento de las rocas (sedimentarias principalmente) y a la acción de fallas geológicas sobre cualquier tipo de roca. Las diaclasas asociadas a fallas suelen ser paralelas a las fallas, mientras que las diaclasas que se forman en plegamientos suelen ser perpendiculares a los esfuerzos tectónicos. Las diaclasas de enfriamiento o que se forman por el enfriamiento de los cuerpos ígneos, se forman antes o después del emplazamiento del cuerpo, suelen ser ortogonales entre sí, un ejemplo típico son las estructuras columnares de los flujos de lava. Las diaclasas que se forman por la reducción de la carga litostática suelen ser paralelas a la superficie topográfica y la frecuencia con la que ocurren disminuye a profundidad.
Son los planos relacionados a la depositación de los sedimentos en las rocas sedimentarias, suelen tener un espaciado sistemático que varía entre pocos centímetros a varios metros..
Son planos de origen tectónico que afectan las rocas, suelen causar movimiento relativo entre los bloques que componen el macizo rocoso.
- Esquistosidad o foliación.
Son planos o discontuidades que se forman principalmente por tectonismo intenso, y se asocian a la fábrica de las rocas metamórficas (esquistos, Gneis).
Descripción y caracterización de macizos rocosos
La descripción de macizos rocosos es una actividad que se realiza in situ en investigaciones de ingeniería geológica que tiene fines geotécnicos (geotecnia) y de ingeniería civil, la caracterización de macizos rocosos proporciona información de las propiedades geotécnicas de los materiales rocosos. La descripción de los macizos rocosos se realiza mediante la zonificación del afloramiento en mecánica de rocas, que incluye la descripción de las discontinuidades del macizo rocoso (discontinuidades geológicas), descripción de la matriz rocosa y la descripción de los parámetros del macizo rocoso.
Orientación
La orientación de las discontinuidades se mide o define por su rumbo y buzamiento y corresponde a la posición espacial de los planos de debilidad (juntas, diaclasas, fallas, estratificación, etc), es así que cuando un grupo de discontinuidades presentan similitudes o son paralelas entre sí se dice que son familias de discontinuidades.
Descripción de la matriz rocosa
- Identificación litológica de la matriz rocosa.
- Grado de meteorización de la matriz rocosa.
- Resistencia de la matriz rocosa.
- Identificación de la matriz rocosa.
La matriz rocosa es la roca intacta o bloque de roca ubicado entre las discontinuidades, en la descripción de macizos rocosos es de vital importancia la identificación de la litología correspondiente a la matriz rocosa. La matriz rocosa puede estar representada por los tres tipos de rocas que se conocen en geología, es decir rocas ígneas, rocas sedimentarias o rocas metamórficas.
La meteorización de la matriz rocosa es condicionada por factores ambientales que generan procesos físicos y químicos que afectan al macizo rocoso en general, mientras mayor sea la meteorización ocurre aumento de la porosidad, permeabilidad y deformabilidad del material rocoso, al mismo tiempo que disminuye su resistencia
Resistencia de la matriz rocosa
La resistencia de la matriz rocosa se puede estimar mediante ensayos de campo in situ como el ensayo de carga puntual (PLT) o el martillo Schmidt, que se pueden correlacionar con la resistencia a la compresión simple y esta a su vez define si el macizo rocoso es entre muy blando a extremadamente duro.
También se puede estimar la resistencia de la masa rocosa con el martillo de geólogo de la siguiente manera:
- Resistencia muy alta: se astilla con varios golpes (suele salir chispas).
- Resistencia alta: se astilla con 3 golpes.
- Resistencia media: se rompe con 1 a 3 golpes.
- Resistencia baja: se adentra superficialmente con un solo golpe o con la punta del martillo.
- Resistencia muy baja: se adentra profundamente con la punta del martillo.
- Descripción de las discontinuidades del macizo rocoso.
La descripción de las discontinuidades del macizo rocoso incluye
- Orientación.
- Espaciado.
- Continuidad o persistencia.
- Rugosidad.
- Resistencia de las paredes de la discontinuidad.
- Abertura.
- Relleno.
- Filtraciones.
- Orientación.
La orientación de las discontinuidades se mide o define por su rumbo y buzamiento y corresponde a la posición espacial de los planos de debilidad (juntas, diaclasas, fallas, estratificación, etc.), es así que cuando un grupo de discontinuidades presentan similitudes o son paralelas entre sí se dice que son familias de discontinuidades.
Persistencia o continuidad
La persistencia o continuidad corresponde a la extensión en área o tamaño de una discontinuidad en el macizo rocoso, es así que cuanto menor sea la persistencia, la estabilidad de la masa rocosa es mayor y si la persistencia es mayor, la estabilidad del macizo rocoso es menor.
Rugosidad
La rugosidad corresponde a la aspereza o irregularidad que ocurre en la superficie de las discontinuidades, es así que, entre menor rugosidad tenga una discontinuidad, la competencia del macizo rocoso es menor y entre mayor rugosidad tenga la discontinuidad, la competencia del macizo rocoso es mayor.
Abertura o apertura
La abertura o apertura corresponde a la separación que existe entre las paredes o superficies rocosas de una discontinuidad, es así que, a menor abertura, la estabilidad y condición del macizo rocoso será mayor y a mayor abertura, la estabilidad y condición del macizo rocoso será menor.
Relleno
El relleno corresponde a los materiales que se alojan en los espacios de las discontinuidades, es así que, cuando los materiales de relleno son suaves (arcillas), la competencia del macizo rocoso es menor y cuando el relleno consiste de materiales duros (sílice), la competencia del macizo rocoso es mayor.
Descripción de los parámetros de los macizos rocosos
- El número y orientación de familias de discontinuidades
- El tamaño de bloque y grado de facturación
- Grado de meteorización
- Número y orientación de familias de discontinuidades
El número o cantidad de familias de discontinuidades condiciona la intensidad de fracturación y el tamaño de los bloques de matriz rocosa, por lo tanto influye en el comportamiento mecánico general del macizo rocoso, es así que debe reconocerse las familias de discontinuidades principales. Para reconocer las familias de discontinuidades, se toma en cuenta en cuenta desde la familia principal a la menos relevante, es así que, la familia principal será la que esté presente en mayor porcentaje en el macizo y será la más fácil de reconocer.
Grado de facturación del macizo rocoso
El grado de facturación del macizo rocoso es condicionado por la cantidad de familias de discontinuidades presentes y el espaciado que tengan entre las mismas, es así que, el tamaño de la matriz rocosa es menor a mayor número de familias de discontinuidades.
Grado de meteorización del macizo rocoso
El grado de meteorización responde a factores medioambientales y procesos físicos, químicos y biológicos que descomponen la masa rocosa in situ, la evaluación del grado de meteorización del macizo rocoso se lo puede hacer directamente sobre el afloramiento.
