CLASE I-Mecanica de Rocas 1

MECANICA DE ROCAS I
2018-3
Msc. Ing. Carlos Luza H.
UTP
ING. CARLOS LUZA - UTP

MECANICA DE ROCAS
Requisito: Geología Estructural
Número de créditos: 4
Número de horas:
Horas teórico- Horas trabajo
Horas de evaluación Total
prácticas autónomo reflexivo
72 2 8 62
FUNDAMENTACIÓN
La interpretación de las condiciones geo mecánicas del macizo

rocoso requiere de una visión objetiva que permita la búsqueda de
soluciones concretas a las diferentes problemáticas que en este contexto se
presentan. El curso de Mecánica de Rocas es de carácter introductorio, que
brindará capacidades para poder analizar los factores geo mecánicos para
desarrollar una minería segura, eficiente y ambientalmente compatible.
PROGRAMA DEL CURSO
Unidad 1: PROPIEDADES Y CARACTERIZACIÓN DEL

MACIZO ROCOSO
Unidad 2: CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICAS DE LAS

DISCONTINUIDADES
Unidad 3: CLASIFICACIÓN DE ROTURA DE LOS MACIZOS

ROCOSOS

SISTEMA DE EVALUACIÓN - CN
Fórmula de Evaluación:
PF = 0.15PC1 + 0.20PC2 + 0.25PC3 + 0.4EF
Donde:
 PC1 , PC2 y PC3 = Prácticas Calificadas Individuales

 EF = Examen Final
 Nota: En el caso de que un alumno no rinda una práctica calificada (PC)
y, por lo tanto, obtenga NS, ésta es reemplazada con la nota que se
obtenga en el examen final o de rezagado. Solo se reemplaza una
práctica no rendida. No es necesario que el alumno realice trámite
alguno para que este remplazo se realice.

FUENTES DE INFORMACIÓN
 Gonzales de Vallejo, Ingeniería geológica, 2002.
 Cristina Duarte & Eduardo Gomes, Introducción a la mecánica de
rocas, editorial UFV, 2002
 Richard E Goodman. Introduction to Rock Mechanics (second
edition). WILEY
 D. F. Coates, "Fundamentos de mecánica de rocas", Edit. Blume.
 J. A. Jiménez Salas y coautores, "Geotecnia y Cimientos", Edit. Rueda.
 Stagg & Zienkiewicz, "Mecánica de rocas en la Ingeniería Práctica",
Edit. Blume.
 Pedro Ramírez Oyaguen y Leandro Alejano Monge (2012). Mecánica
de Rocas Fundamentos e Ingeniería de Taludes. Universidad
Politécnica de Madrid.

LOGRO GENERAL DE APRENDIZAJE
Al final de la asignatura el estudiante realiza la clasificación geomecánica del
macizo rocoso basado en sus propiedades extrínsecas e intrínsecas, empleando
para ello las clasificaciones geomecánicas más usadas en el ámbito minero.

UNIDAD 1
PROPIEDADES Y CARACTERIZACIÓN DEL
MACIZO ROCOSO
 1. Introducción a la mecánica de rocas
 1.1. Definiciones básicas
 1.2. Conceptos generales de mecánica de rocas
 1.3. Aplicaciones de la mecánica de rocas
 2. Minerales, clasificación e Intemperismo de las Rocas
 Los minerales
 Clasificación de las rocas
 Alterabilidad
 3. Propiedades mecánicas de las rocas
 2.1. Características básicas de la Rocas
 2.1.1. Porosidad
 2.1.2. Densidad
 2.1.3. Permeabilidad y Conductividad
 2.1.4. Esfuerzos
 2.1.5. Velocidad de Sonido
 2.1.6. Módulo de Young

GEOMECANICA
 Mecánica de suelos  Mecánica de rocas

MECÁNICA DE ROCAS
 Se ocupa del estudio teórico y práctico de las propiedades
geológicas, físicas, químicas, mecánicas y comportamiento
de los materiales rocosos, y de su respuesta ante la acción
de fuerzas aplicadas en su entorno físico.

APLICACIÓN DE LA MECÁNICA DE
ROCAS
 El desarrollo de la Mecánica de Rocas se inicio como
consecuencia de la utilización del medio geológico para
obras superficiales, obras subterráneas y explotación de
recursos mineros.
 Los distintos ámbitos de aplicación de la mecánica de rocas
se pueden agrupar en:
 Aquellos en que el material rocoso constituye la estructura:
excavación de túneles, galerías, taludes, etc.
 Aquellos en que la roca es el soporte de otras estructuras:
cimentaciones de edificios, presas, etc.
 Aquellos en los que las rocas se emplean como material de
construcción: escolleras, terraplenes, rellenos, etc.
MECÁNICA DE ROCAS
GEOLOGÍA MECÁNICA DE FLUIDOS
GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
PETROLOGÍA HIDROGELOGÍA

 PROPIEDADES BASICAS
 PROPIEDADES DE INGENIERIA
MECANICA DE ROCAS

 Obras de ingeniería en superficie
 Obras de ingeniería en
profundidad
PROBLEMAS DE INGENIERÍA EN
MEDIOS ROCOSOS
 Taludes naturales.
 Minas a cielo abierto
 Cortes en general
OBRAS DE INGENIERÍA EN
SUPERFICIE

TALUDES EN MINA – MINAS A CIELO ABIERTO

TALUDES EN MINA – MINAS A CIELO ABIERTO

FUNDACIONES EN ROCA

Represa de Hoover
Altura 221 m Long. de coronación 379 m

PROBLEMAS INGENIERÍA EN
PROFUNDIDAD
 Túneles rodoviarios
 Minería subterránea
 Túneles de transporte, acueductos, desagües
 Pozos de petróleo
 Cavernas en general

PROBLEMAS DE ESTABILIDAD EN EXCAVACIONES
SUBTERRÁNEAS

CAMARAS Y PILARES

TBM –TUNNEL BORING MACHINE

Plataforma de petróleo
La GEOMECANICA PETROLERA comienza

hacia fines de los años 1950, pero no adquiere
importancia hasta la década de los 1970-1980
Primera conferencia SPE-ISRM: 1992

RUPTURA POR CIZALLAMIENTO
• Dificultad de la limpieza del

pozo
• Causa problemas en la
cimentación
RUPTURA POR TRACCIÓN
• Dificulta el control del

pozo
• Causa perdida de fluido
de perforación

ENSAYOS DE LABORATORIO

MINERALES, CLASIFICACIÓN E
INTEMPERISMO DE LAS ROCAS
MACIZO ROCOSO
El macizo rocoso es un medio discontinuo formado por el material roca y las

discontinuidades que lo atraviesan, presentando discontinuidades en la escala
megascopica y regional (cm- m o hm - Km)
MINERALES

mineral a un cuerpo
cristalino de origen natural
e inorgánico, sólido, de
composición química
definida y con estructura
cristalina definida
MINERALES

ROCAS

La Roca intacta es un medio continuo, constituido por materiales solidos y
consolidados conformados naturalmente por la unión de agregados de
materia mineral,
ING. CARLOS LUZA - UTP pudiendo presentarse conformando grandes macizos o
simples fragmentos.
DISCONTINUIDAD
Discontinuidad es el termino usado en ingeniería de rocas para todos los tipos de fractura
que pueden
ING. CARLOS LUZAocurrir
- UTP en varias escalas (microsfisuras, fisuras, juntas y planos de estratificación y
fallas) para indicar que el macizo rocoso no es continuo diferentemente de la roca intacta
que es un medio continuo.
DISCONTINUIDAD
La naturaleza, localización, orientación de las discontinuidades afecta

profundamente
el comportamiento del macizo rocoso (deformación, resistencia,
permeabilidad, etc.) y por tanto en las aplicaciones de ingeniería de rocas
DISCONTINUIDAD
 Escala de las discontinuidades.

 Ultramicroscópicas:
 Dislocamientos de red cristalina (10^-4 mm)
 Átomos intersticiales (10^-6 mm)
 Microscópica
 Unión de granos minerales (10^-2 mm)
 Clivaje (10^-2mm)
 Foliación (10^-6 mm 1 mm)
 Microfisuras (mm)
 Micropliegues(mm)

DISCONTINUIDAD
 Escala de las discontinuidades.  Regional (hm - Km)
 Macroscópica
 Estratificación - cm
 Diaclasas
 Laminación mm-cm  Fallas


Foliación - mm
Diaclasas cm – dm
 Pliegues
 Fisuras mm-cm
 Microfallas mm-cm
 Micropliegues mm-cm
 Megascopica (cm - m)
 Estratificación
 Pseudo estratificación
 Laminación
 Esquistosidad
 Diaclasas
 Fallas

IDENTIFICACIÓN DE LOS MINERALES

CLASIFICACIÓN DE LA ROCAS
Las rocas constituyen parte esencial de la corteza terrestre
Sedimentarias
Metamórficas
Ígneas

CLASIFICACIÓN DE LA ROCAS

GRADO DE INTEMPERISMO DE LAS
ROCAS
 El Intemperismo o meteorización es la disgregación o
descomposición de los materiales rocosos expuestos al aire, la
humedad, la temperatura y al efecto de la materia orgánica
Los principales factores que controlan el intemperismo son:

ROCAS

 Puede ser:
 Físico o mecánico o de desintegración
 Químico o de descomposición
GRADO DE INTEMPERISMO
DE LAS ROCAS
ROCAS
Físico o Mecánico.
Es causada por procesos físicos.
Se desarrolla fundamentalmente en ambientes desérticos y
periglaciares.
Es que los climas Desérticos, tienen amplia diferencia térmica
entre el día y la noche y la ausencia de vegetación permite que
los rayos solares incidan directamente sobre las rocas.
Los ambientes Periglaciares las temperaturas varían por encima y
por debajo del punto de fusión del hielo, con una periodicidad
diaria o estacional.

ROCAS

ROCAS
Químico.
 Causa la disgregación de las rocas y se da cuando los minerales
reaccionan con algunas sustancias presentes en sus inmediaciones,
principalmente disueltas en agua, para dar origen a otros minerales de
distintas composiciones químicas y más estables a las condiciones del
exterior.
 En general los minerales son más susceptibles a esta meteorización
cuando más débiles son sus enlaces y más lejanas sus condiciones de
formación a las del ambiente en la superficie de la Tierra.
Estos procesos dependen de:

ROCAS

ALTERABILIDAD

ALTERABILIDAD

Tabla. Descripción del grado de meteorización de la roca (ISRM, 1981)
Clase
Índice Termino Descripción
No se observan signos de meteorización en la matriz rocosa, tal vez ligera

M1 I Fresca (sana) decoloración sobre las superficies de las discontinuidades principales.
Se observan cambios en el color original de la roca matriz. Es conveniente indicar el

Ligeramente grado de cambio. Todo el material rocoso puede estar decolorado por meteorización
M2 . II y puede ser algo más débil externamente que en su condición fresca. Si se observa
Meteorizada
que el cambio de color se restringe a uno o algunos minerales se debe mencionar
Moderadamente Menos de la mitad del material rocoso esta descompuesto y/o desintegrado en suelo.
M3 III Roca fresca decolorada esta presente aun, formando un esqueleto discontinuo o
Meteorizada como núcleos de roca.
Más de la mitad de la roca esta descompuesto y/o desintegrado a suelo. La roca se

Altamente ha alterado al estado de un suelo, manteniéndose la fábrica original formando un
M4 . IV esqueleto discontinuo o como núcleos de roca. La roca es friable, pero los granos
Meteorizada
minerales no están descompuestos.
Completamente
La roca se ha alterado al estado de un suelo, alguno o todos los minerales están
M5 V Meteorizada o descompuestos. La estructura original del macizo es aun en gran parte reconocible.
descompuesta
Todo el macizo rocoso se ha transformado en un suelo. Se ha destruido la estructura

M6 VI Suelo residual del macizo y la fabrica del material
PROPIEDADES ÍNDICE DE LA
ROCAS
1. Humedad
2. Saturación
3. Porosidad
4. Densidad / peso especifico
5. Permeabilidad y Conductividad
6. Velocidad de ondas sísmicas

HUMEDAD
POROSIDAD
 El suelo y las rocas son materiales porosos
 Relación entre la volumen de vacíos de la roca

(poros) y el volumen total de la roca
 La porosidad (petróleo) es una medida de la

capacidad de almacenamiento de fluidos que
posee una roca y se define como la fracción del
volumen total de la roca que corresponde a
espacios que pueden almacenar fluidos.

TIPOS DE POROSIDAD
SEGÚN SU ORIGEN
 Disolución
 Fracturas
 Dolomitización
SEGÚN LA COMUNICACIÓN DE SUS POROS

 Total o absoluta.
 Interconectada o efectiva.
 No interconectada o no efectiva.

PESO ESPECÍFICO
 Peso por unidad de volumen
 Relacionado con la mineralogía y constitución de los granos que forman la roca

DENSIDAD RELATIVA O GRAVEDAD
ESPECÍFICA, G
Gravedad específica de la roca, G
 G es una propiedad variable pues depende el grado del grado de saturación
 Es definido como la densidad del material de interés dividido por la densidad del agua
 Medida adimensional
Gravedad específica de los granos, Gs

 Gs es una propiedad constante, ya que es relativa a los granos
minerales.

DENSIDAD RELATIVA O GRAVEDAD
ESPECÍFICA, G
Gravedad específica de los granos, Gs
Se puede calcular también:
Por medio del análisis de lamina delgada conociendo la
proporción en volumen de cada uno de sus
constituyente y si Gsi de cada mineral.
Donde:
Gsi=la densidad relativa del constituyente mineral i,
Vi= porcentaje en volumen ocupado por el constituyente
mineral en la lámina delgada.

Densidad relativa de los granos minerales Gs
Mineral Gs Mineral Gs

RELACIONES ÚTILES

RELACIONES ÚTILES

La permeabilidad es la capacidad que tiene un
material para permitir el paso de un fluido a través
de el, sin alterar su estructura interna.
Factores
1. Porosidad del material.
2. Densidad del fluido, afectado por la
temperatura.
3. Presión a la que esta sometida el fluido.
PERMEABILIDAD Y
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA
PERMEABILIDAD HIDRÁULICA
Ley de Darcy
Q = K.i.A
Donde:
K: Permeabilidad o
conductividad hidráulica
i: gradiente hidráulico
A: sección transversal a la
dirección del flujo
𝑸
𝒌=
𝒊. 𝑨

ENSAYO DE LEFRANC
Es el ensayo de permeabilidad más
usado en campo.
Se usa en suelos granulares permeables y
semipermeables:
Puede ser:
- Carga variable
- Carga constante

ENSAYO DE LUGEON
Es el ensayo de permeabilidad, usado en
campo pero aplicado en rocas fracturadas.
Con este ensayo se busca tener una idea de
la permeabilidad debido a grandes fisuras o
materiales granulares de elevada
permeabilidad.

• Rápido y relativamente barato
• Evaluación de constantes de rigidez elásticas
para pequeñas deformaciones (< 10-6)
• Puede utilizarse para evaluar anisotropía
VELOCIDAD DE LAS ONDAS

SÍSMICAS
RESISTIVIDAD ELÉCTRICA
 La Resistividad eléctrica cuantifica la fuerza con la que se opone un
material dado al flujo de corriente eléctrica.
 Una resistividad baja indica un material que permite fácilmente el
movimiento de carga eléctrica
 Es una propiedad exclusiva de cada material, independiente de la
cantidad que se tenga de éste.
 El método de resistividad eléctrica sirva para identificar los diferentes
tipos de materiales en laboratorio y en campo.
 Se debe diferencia resistividad de resistencia

RESISTIVIDAD ELÉCTRICA


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La interpretación de las condiciones geo mecánicas del macizo

Unidad 1: PROPIEDADES Y CARACTERIZACIÓN DEL

Unidad 2: CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICAS DE LAS

Unidad 3: CLASIFICACIÓN DE ROTURA DE LOS MACIZOS

ING. CARLOS LUZA - UTP

PF = 0.15PC1 + 0.20PC2 + 0.25PC3 + 0.4EF

 PC1 , PC2 y PC3 = Prácticas Calificadas Individuales

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 Mecánica de suelos  Mecánica de rocas

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GEOLOGÍA MECÁNICA DE FLUIDOS

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 Minas a cielo abierto

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Altura 221 m Long. de coronación 379 m

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La GEOMECANICA PETROLERA comienza

Primera conferencia SPE-ISRM: 1992

• Dificultad de la limpieza del

• Dificulta el control del

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El macizo rocoso es un medio discontinuo formado por el material roca y las

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La naturaleza, localización, orientación de las discontinuidades afecta

 Escala de las discontinuidades.

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Los principales factores que controlan el intemperismo son:

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No se observan signos de meteorización en la matriz rocosa, tal vez ligera

Se observan cambios en el color original de la roca matriz. Es conveniente indicar el

Más de la mitad de la roca esta descompuesto y/o desintegrado a suelo. La roca se