OBRAS SUBTERRÁNEAS TEMA 2
TEMA 2
CARACTERIZACIÓN DE
MACIZOS ROCOSOS
2.1 – CONCEPTO PREVIOS
DEFINICIONES:
Mineral:
Desde el punto de vista geológico, mineral es aquella sustancia de origen natural, de composición
química definida y estructura atómica determinada.
Desde el punto de vista minero, mineral es una sustancia de origen natural cuya explotación ori-
gina un beneficio.
Roca:
Agregado sólido formado por uno o varios minerales que se encuentra ocupando grandes exten-
siones de la corteza terrestre.
Macizo rocoso:
Forma en la que se presentan las rocas en el medio natural.
Está compuesto por una o varias rocas que a su vez contienen planos de estratificación, juntas,
pliegues y otros caracteres estructurales.
Los macizos rocosos son por tanto discontinuos y pueden presentar propiedades heterogéneas o
anisótropas.
Suelo:
Material formado por partículas sólidas y por rellenos de agua y/o aire, sin cementación o poco
cementado, originado por la alteración de las rocas y sobre el que se desarrolla la mayor parte de
la actividad humana y biológica.
MATERIAL DE ORIGEN NATURAL:
En toda obra subterránea se trabaja con materiales naturales determinados por la localización de di-
cha obra, es decir, no se puede elegir el material con el que se va a tratar, sino que tendrán que ser
ensayados y analizados para limitar la incertidumbre asociada a su comportamiento.
Debido a su origen natural, a menudo estos materiales serán heterogéneos y van a presentar propie-
dades y comportamientos variables a lo largo de la obra, de ahí la importancia de una adecuada ca-
racterización de macizos rocosos.
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ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO:
Las rocas difieren del resto de materiales utilizados en ingeniería en el hecho de que suelen presen-
tar fracturas y otro tipo de discontinuidades estructurales que hacen el material discontinuo por lo
que resulta preciso diferenciar claramente:
- Roca intacta:
Es el bloque ubicado entre las discontinuidades que se utiliza para ensayos de laboratorio.
- Macizo rocoso:
Formado por uno o varias rocas que contienen planos de estratificación, fallas, juntas, pliegues y
otros caracteres estructurales.
Es el conjunto de caracteres de origen estructural que representa el macizo rocoso, junto con sus ca-
racterísticas particulares e interrelaciones, y que van a condicionar su comportamiento.
EFECTO DE ESCALA:
La respuesta de un macizo rocoso a una serie de cargas aplicadas muestra un pronunciado efecto de
escala en función del volumen al que se someten las cargas; este efecto se debe en parte a la natura-
leza discontinua del macizo rocoso.
La presencia de discontinuidades 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 discontinuidades.
DOMINIO ESTRUCTURAL:
Dentro del macizo rocoso existen zonas normalmente separadas por discontinuidades, dentro de las
cuales la estructura es prácticamente homogénea: existen las mismas familias de discontinuidades.
METEORIZACIÓN:
La meteorización está relacionada con la modificación que sufre la superficie de la roca y sus proxi-
midades debido a la acción de agentes atmosféricos.
Su importancia desde el punto de vista de la mecánica de rocas se debe a que produce profundos
cambios en las propiedades físicas y mecánicas de los materiales rocosos, llegando a originar suelos.
El grado de meteorización dependerá de las condiciones climatológicas, morfológicas y de la compo-
sición de la masa rocosa.
La meteorización puede marcar el tratamiento del material en la realización de obras de ingeniería,
por su heterogénea distribución espacial y variabilidad natural, que hacen que los resultados de
sondeos en un punto puedan diferir de los realizados en su entorno.
EFECTO DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS:
El agua subterránea influye en el comportamiento de las rocas de dos maneras distintas:
1. Tiene lugar debido al funcionamiento de Terzaghi o de la tensión efectiva.
2. Se da en macizos rocosos formados por materiales poco porosos y se manifiesta en que el agua
sometida a presión en las juntas que separan bloques de roca reducen la presión efectiva entre
ambos lados de la junta y reduce por tanto la resistencia al corte que origina la fricción.
Un efecto más sutil de las aguas subterráneas es la acción degradante del agua en zonas del macizo,
lo que hace que para ciertos materiales se produzca un efecto significativo en sus propiedades.
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2.2 – EL MODELO GEOTÉCNICO
OBJETO Y PRESUPUESTO:
El modelo geotécnico permite conocer la estructura y atributos de los macizos rocosos y suelos rela-
cionados con un trabajo de ingeniería:
- El ingeniero debe conocer las limitaciones intrínsecas de un estudio geotécnico.
- Las incertidumbres del terreno deben ser resueltas con la adecuada flexibilidad y sensibilidad
para realizar diseños constructivos que eviten consecuencias costosas.
- Al final las predicciones son comprobadas por la realidad del terreno.
Normalmente se destina a la realización del estudio geotécnico entre el 0,5 y 2% del presupuesto to-
tal de ejecución de la obra.
Para abordar el modelo geológico-geotécnico del macizo involucrado en una obra subterránea se han
de abordar los siguientes aspectos:
- Geología: estratigrafía, estructura y geomorfología.
- Litología: tipos, contactos y distribución.
- Espesor y características del recubrimiento.
- Estructura del macizo rocoso.
- Parámetros físicos, resistentes y de deformación del macizo.
- Posición y movilidad del agua.
FASES DE INVESTIGACIÓN:
FASE 1 – Trabajos de campo básicos o preliminares:
Condicionan la calidad y economía del resto de la campaña de investigación:
- Cartografía geológico- geotécnica:
Basada en la fotografía aérea.
- Cartografía genérica:
Se usa la cartografía MAGNA del IRME.
- Cartografía de afloramiento:
Lleva consigo un estudio muy detallado de campo que incluye múltiples tareas:
Toma de datos del sustrato rocoso: Se emplean clasificaciones geomecánicas (RMR y Q de
Barton), la resistencia de la roca, el grado de meteorización y el espesor.
Toma de datos del recubrimiento: Morfología, litología y espesor.
Tectónica y estructura: Estratificación, esquistosidad y discontinuidad.
Hidrogeología: Inventario de puntos de agua y evaluar las características hidrogeológicas.
Estaciones geomecánicas:
- Definición de litotipos.
- Hidrogeología.
- Evaluación del estado tensional.
- Estudio de la fracturación.
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CARACTERIZACIÓN DE
MACIZOS ROCOSOS
2.1 – CONCEPTO PREVIOS
DEFINICIONES:
Mineral:
Desde el punto de vista geológico, mineral es aquella sustancia de origen natural, de composición
química definida y estructura atómica determinada.
Desde el punto de vista minero, mineral es una sustancia de origen natural cuya explotación ori-
gina un beneficio.
Roca:
Agregado sólido formado por uno o varios minerales que se encuentra ocupando grandes exten-
siones de la corteza terrestre.
Macizo rocoso:
Forma en la que se presentan las rocas en el medio natural.
Está compuesto por una o varias rocas que a su vez contienen planos de estratificación, juntas,
pliegues y otros caracteres estructurales.
Los macizos rocosos son por tanto discontinuos y pueden presentar propiedades heterogéneas o
anisótropas.
Suelo:
Material formado por partículas sólidas y por rellenos de agua y/o aire, sin cementación o poco
cementado, originado por la alteración de las rocas y sobre el que se desarrolla la mayor parte de
la actividad humana y biológica.
MATERIAL DE ORIGEN NATURAL:
En toda obra subterránea se trabaja con materiales naturales determinados por la localización de di-
cha obra, es decir, no se puede elegir el material con el que se va a tratar, sino que tendrán que ser
ensayados y analizados para limitar la incertidumbre asociada a su comportamiento.
Debido a su origen natural, a menudo estos materiales serán heterogéneos y van a presentar propie-
dades y comportamientos variables a lo largo de la obra, de ahí la importancia de una adecuada ca-
racterización de macizos rocosos.
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ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO:
Las rocas difieren del resto de materiales utilizados en ingeniería en el hecho de que suelen presen-
tar fracturas y otro tipo de discontinuidades estructurales que hacen el material discontinuo por lo
que resulta preciso diferenciar claramente:
- Roca intacta:
Es el bloque ubicado entre las discontinuidades que se utiliza para ensayos de laboratorio.
- Macizo rocoso:
Formado por uno o varias rocas que contienen planos de estratificación, fallas, juntas, pliegues y
otros caracteres estructurales.
Es el conjunto de caracteres de origen estructural que representa el macizo rocoso, junto con sus ca-
racterísticas particulares e interrelaciones, y que van a condicionar su comportamiento.
EFECTO DE ESCALA:
La respuesta de un macizo rocoso a una serie de cargas aplicadas muestra un pronunciado efecto de
escala en función del volumen al que se someten las cargas; este efecto se debe en parte a la natura-
leza discontinua del macizo rocoso.
La presencia de discontinuidades 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 discontinuidades.
DOMINIO ESTRUCTURAL:
Dentro del macizo rocoso existen zonas normalmente separadas por discontinuidades, dentro de las
cuales la estructura es prácticamente homogénea: existen las mismas familias de discontinuidades.
METEORIZACIÓN:
La meteorización está relacionada con la modificación que sufre la superficie de la roca y sus proxi-
midades debido a la acción de agentes atmosféricos.
Su importancia desde el punto de vista de la mecánica de rocas se debe a que produce profundos
cambios en las propiedades físicas y mecánicas de los materiales rocosos, llegando a originar suelos.
El grado de meteorización dependerá de las condiciones climatológicas, morfológicas y de la compo-
sición de la masa rocosa.
La meteorización puede marcar el tratamiento del material en la realización de obras de ingeniería,
por su heterogénea distribución espacial y variabilidad natural, que hacen que los resultados de
sondeos en un punto puedan diferir de los realizados en su entorno.
EFECTO DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS:
El agua subterránea influye en el comportamiento de las rocas de dos maneras distintas:
1. Tiene lugar debido al funcionamiento de Terzaghi o de la tensión efectiva.
2. Se da en macizos rocosos formados por materiales poco porosos y se manifiesta en que el agua
sometida a presión en las juntas que separan bloques de roca reducen la presión efectiva entre
ambos lados de la junta y reduce por tanto la resistencia al corte que origina la fricción.
Un efecto más sutil de las aguas subterráneas es la acción degradante del agua en zonas del macizo,
lo que hace que para ciertos materiales se produzca un efecto significativo en sus propiedades.
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2.2 – EL MODELO GEOTÉCNICO
OBJETO Y PRESUPUESTO:
El modelo geotécnico permite conocer la estructura y atributos de los macizos rocosos y suelos rela-
cionados con un trabajo de ingeniería:
- El ingeniero debe conocer las limitaciones intrínsecas de un estudio geotécnico.
- Las incertidumbres del terreno deben ser resueltas con la adecuada flexibilidad y sensibilidad
para realizar diseños constructivos que eviten consecuencias costosas.
- Al final las predicciones son comprobadas por la realidad del terreno.
Normalmente se destina a la realización del estudio geotécnico entre el 0,5 y 2% del presupuesto to-
tal de ejecución de la obra.
Para abordar el modelo geológico-geotécnico del macizo involucrado en una obra subterránea se han
de abordar los siguientes aspectos:
- Geología: estratigrafía, estructura y geomorfología.
- Litología: tipos, contactos y distribución.
- Espesor y características del recubrimiento.
- Estructura del macizo rocoso.
- Parámetros físicos, resistentes y de deformación del macizo.
- Posición y movilidad del agua.
FASES DE INVESTIGACIÓN:
FASE 1 – Trabajos de campo básicos o preliminares:
Condicionan la calidad y economía del resto de la campaña de investigación:
- Cartografía geológico- geotécnica:
Basada en la fotografía aérea.
- Cartografía genérica:
Se usa la cartografía MAGNA del IRME.
- Cartografía de afloramiento:
Lleva consigo un estudio muy detallado de campo que incluye múltiples tareas:
Toma de datos del sustrato rocoso: Se emplean clasificaciones geomecánicas (RMR y Q de
Barton), la resistencia de la roca, el grado de meteorización y el espesor.
Toma de datos del recubrimiento: Morfología, litología y espesor.
Tectónica y estructura: Estratificación, esquistosidad y discontinuidad.
Hidrogeología: Inventario de puntos de agua y evaluar las características hidrogeológicas.
Estaciones geomecánicas:
- Definición de litotipos.
- Hidrogeología.
- Evaluación del estado tensional.
- Estudio de la fracturación.
