UNIDAD III:

EL MACIZO ROCOSO Y SU CARACTERIZACIÓN GEOTECNICA

CLASE 2/ 26-1-2023

FACULTAD DE INGENIERÍAS
TECNOLOGÍAS E
INNOVACIÓN
CONCEPTOS BÁSICOS DE GEOMECÁNICA

La Mecánica de Rocas se encarga del estudio teórico y práctico de

las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales
rocosos, y de su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su
entorno físico.

La finalidad de la Mecánica de Rocas

es conocer y predecir el
comportamiento de los materiales
rocosos ante la actuación de las
fuerzas internas y externas que se
ejercen sobre ellos.
CONCEPTOS BÁSICOS DE GEOMECÁNICA
CONCEPTO DE GEOMECÁNICA EN MINERIA

La Geomecánica estudia el comportamiento físico-mecánico que

experimenta el macizo rocoso cuando se ve sometido a solicitación de
preparación, desarrollos y explotación de una mina (cambios de
aplicación de esfuerzos).
 OBJETIVOS DE LA GEOMECÁNICA

Analiza los procesos asociados a la

deformación de las rocas.

Efectoqueproducen la fuerza sobren lasrocas.

Suobjetivo:
Conocer y predecir el comportamiento del macizo
rocoso ante la acción de fuerzas internas y externas
que se ejercen sobre él.
OBJETIVOS DE LA GEOMECÁNICA EN MINERIA

 Conocer y mejorar el diseño minero con el propósito de identificar y

cuantificar los parámetros que inciden en el comportamiento y estabilidad del
macizo rocoso.
 Desarrollar bases geotécnicas adecuadas para asegurar el cumplimiento de los
planes mineros, maximizando el beneficio de las empresas mineras.
 Definiendo…..
Anisotropía

Es el conjunto de presencia de planos de

debilidad de orientaciones preferentes
como lo son la estratificación, laminación,
familias de diaclasa, etc.
Los macizos poseen esta cualidad.

La presencia de planos de debilidad de orientaciones preferentes (estratificación, laminación,

familia de diaclasas, tectónicas) implica diferentes propiedades y comportamiento mecánico en
función de la dirección considerada. También la orientación de los esfuerzos que se ejercen
sobre el material rocoso puede implicar una anisotropía asociada al estado tensional.
 Discontinuidad
Son cualquiera de los planos de origen mecánico o sedimentario que independiza o separa
los bloques de matriz rocosa de un macizo rocoso. Generalmente la resistencia a la tracción
de los planos de discontinuidad es muy baja o nula. Su comportamiento mecánico queda
caracterizado por su resistencia al corte o, en su caso, por la del material de relleno.

Dependiendo de cómo se presenten estas

discontinuidades o rasgos estructurales dentro
de la masa rocosa, ésta tendrá un determinado
comportamiento frente a las operaciones de
minado.
 DISCONTINUIDADES DE LA MASA ROCOSA
Los principales tipos de discontinuidades presentes en la masa rocosa son:

PLANOS DE ESTRATIFICACIÓN Dividen en capas

o estratos a las rocas sedimentarias

FALLAS Son fracturas que han tenido

desplazamiento. Podrían ser estructuras
menores que se presentan en áreas
locales de la mina o estructuras muy
importantes que pueden atravesar toda
la mina
ZONAS DE CORTE Son bandas de material
que pueden ser de varios metros de
espesor, en donde ha ocurrido fallamiento
de la roca.

DIACLASAS También denominadas juntas, son

fracturas que no han tenido desplazamiento y
las que más comúnmente se presentan en la
masa rocosa
PLANOS DE EXFOLIACION O ESQUISTOCIDAD
Se forman entre las capas de las rocas
metamórficas dando la apariencia de hojas o
láminas

CONTACTOS LITOLOGICOS
Cuando comúnmente forman, por
ejemplo, la caja techo y caja piso de
una veta
VETILLAS Son rellenos de las fracturas con
otros materiales.

PLIEGUES Son estructuras en las cuales los

estratos se presentan curvados.
DIQUES Son intrusiones de roca ígnea de
forma tabular, que se presentan
generalmente empinadas o verticales
 PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES

ORIENTACIÓN Es la posición de la discontinuidad en el espacio y comúnmente es

descrito por su rumbo y buzamiento. Cuando un grupo de discontinuidades se
presentan con similar orientación o en otras palabras son aproximadamente paralelas,
se dice que éstas forman un “sistema” o una “familia” de discontinuidades. Z
ESPACIADO Es la distancia perpendicular entre
discontinuidades adyacentes. Éste determina
el tamaño de los bloques de roca intacta.
Cuanto menos espaciado tengan, los bloques
serán más pequeños y cuanto más espaciado
tengan, los bloques serán más grandes. E

PERSISTENCIA Es la extensión en área o

tamaño de una discontinuidad. Cuanto menor
sea la persistencia, la masa rocosa será más
estable y cuanto mayor sea ésta, será menos
estable. P
RUGOSIDAD Es la aspereza o irregularidad
de la superficie de la discontinuidad.
Cuanto menor rugosidad tenga una
discontinuidad, la masa rocosa será
menos competente y cuanto mayor sea
ésta, la masa rocosa será más
competente. R

APERTURA Es la separación entre las

paredes rocosas de una discontinuidad o
el grado de abierto que ésta presenta. A
menor apertura, las condiciones de la
masa rocosa serán mejores y a mayor
apertura, las condiciones serán más
desfavorables. A
RELLENO Son los materiales que se
encuentran dentro de la discontinuidad.
Cuando los materiales son suaves, la
masa rocosa es menos competente y
cuando éstos son más duros, ésta es más
competente.
CONDICIONES DE LA MACIZO ROCOSO PARA SER EXCAVADO

De acuerdo a cómo se presenten las características de la masa rocosa, ésta tendrá un

determinado comportamiento al ser excavada.

 Si la roca intacta es dura o resistente y las discontinuidades tienen propiedades

favorables, la masa rocosa será competente y presentará condiciones favorables
cuando sea excavada.

 Si la roca intacta es débil o de baja resistencia y las discontinuidades presentan

propiedades desfavorables, la masa rocosa será incompetente y presentará condiciones
desfavorables cuando sea excavada.

 Habrá situaciones intermedias entre los extremos antes mencionados donde la roca
tendrá condiciones regulares cuando sea excavada
 El Material
Los distintos ámbitos Rocoso
de aplicación de la Constituye la (excavaciones de túneles,
mecánica de rocas se Estructura galerías, taludes, etc.).
agrupan en:

Ámbitos de
Aplicación de
la Mecánica
de Rocas
Las Rocas se
La Roca es el
Emplean
Soporte de
como
Otra
Materiales de
Estructuras
Construcción

(escolleras, pedraplenes, rellenos, etc.). (cimentaciones de edificios, presas, etc.).

 Los distintos ámbitos de aplicación de la
mecánica de rocas sepueden agruparen:

Aquellos que el material

rocoso constituye la
estructura

excavación galerías
excavación de túneles taludes
Aquellos en que la roca es el soporte de
otras estructuras

cimentación de
cimentaciones de edificios
presas, edificos, otros
Aquellos en los que las rocas se
emplean como materiales de
construcción

pedraplenes

escolleras
rellenos
Las masas rocosas, aparecen en la
mayoría de los casos afectadas por
discontinuidades o superficies de
debilidad que separan bloques de
matriz rocosa o roca intacta
constituyendo en conjunto los
macizos rocosos.

La finalidad de la mecánica de rocas es

conocer y percibir el comportamiento
de lo materiales rocosos ante la
actuación de las fuerzas internas y
externas que se ejercen sobre ellos.
A nivel microscópico…
las partículas minerales sufren
desplazamientos y pueden generar
planos de fractura como respuesta
al nuevo estado de tensiones.
El conocimiento de las tensiones y
deformaciones que puede llegar a
soportar el material rocoso ante unas
determinadas condiciones permite
evaluar su comportamiento mecánico y
abordar el diseño de estructuras y
obras de ingeniería.

La relación entre ambos parámetros

describe el comportamiento de los
diferentes tipos de rocas y macizos
rocosos, que dependen de las propiedades
físicas y mecánicas de los materiales y de
las condiciones a que están sometidos en
la naturaleza.

https://youtu.be/X6kdfARiHOk
 Laspropiedades físicas de las rocas controlan las características de
resistencia y deformaciones de la matrizrocosa

Son el resultado de la génesis, condiciones y procesos geológicos

y tectónicos sufridos por las rocas a lo largo de su historia.
 Las propiedades Físicas de las Rocas
Densidad

Composición Mineralógica

Alterabilidad

Porosidad

Estructura y fábrica

Dureza

Permeabilidad
 METEORIZACION DE LOS MATERIALES ROCOSOS

1.PROCESOS DE METEORIZACIÓN DE ORIGEN FÍSICO

a) Formación de hielo b) Insolación c) Formación de sales d) Hidratación e) Capilaridad

1.PROCESOS DE METEORIZACION DE ORIGEN QUÍMICO

a)Disolución b)Hidratación c)Hidrólisis d)Oxidación y Reducción
 EFECTOS DEL AGUA SUBTERRANEA SOBRE LAS PROPIEDADES DE LOS MACIZOS ROCOSOS

El agua como material geológico coexistente con las rocas e influye en su comportamiento
mecánico y en su respuesta ante las fuerzas aplicadas

Los efectos más importantes son:

1)Juega un papel importante en la resistencia

de las rocas blandas y de los materiales
meteorizados.
2)Reduce la resistencia de la matriz rocosa en
rocas porosas.
3)Rellena las discontinuidades de los macizos
rocosos e influye en su resistencia.

4)Las zonas alteradas y meteorizadas

superficiales, las discontinuidades importantes
y las fallas son camino preferente para el flujo El agua puede lubricar las familias de
del agua. discontinuidades y permitir que las piezas
de rocas se muevan.
El agua.

 Produce meteorización química y física en

la matriz rocosa y en los macizos rocosos

 Es un agente erosivo

 Produce reacciones químicas que pueden

dar lugar a cambio en la composición del
agua
( agua ácida).
En rocas intensamente fracturadas, la
presencia del agua acelera el proceso
de aflojamiento, especialmente en
ambientes de altos esfuerzos donde el
aflojamiento de la roca será muy
rápido. La presencia de agua en las
fallas geológicas y zonas de corte,
influye significativamente en la
estabilidad de la masa rocosa de una La presencia de agua en las fallas geológicas y zonas de corte, influye
excavación. significativamente en la estabilidad de la masa rocosa de una
excavación
 CONCEPTO DE MACIZO ROCOSO

Cualquier volumen de roca que contiene discontinuidades estructurales que

pueden influenciar las características de fallamiento de la roca.

Presenta carácter heterogéneo, comportamiento discontinuo y normalmente anisótropo,

consecuencia de la naturaleza, frecuencia y orientación de los planos de discontinuidad,
que condicionan su comportamiento geomecánico e hidráulico.
 El Macizo Rocoso = conjunto de matriz rocosa y discontinuidades.

En el macizo rocoso las discontinuidades son las que cambian la continuidad de las
propiedades mecánicas de los bloques rocosos.
Cuando se excava un macizo rocoso o se
construyen estructuras sobre ella se
modifican las condiciones iniciales del
medio rocoso, el cual responde a estos
cambios deformándose y/o
rompiéndose.
La deformación de un macizo rocoso es
ocasionada y se determina por la relación
que existe entre los esfuerzos aplicados
y las deformaciones ya producidas y
que quedan definidas por su propio
módulo de deformación, que se
relaciona directamente con la tensión o
esfuerzo de la mencionada deformación,
esto dependiendo de la “deformación”
tanto de la matriz rocosa como de las
discontinuidades, siendo que la de estas
últimas siempre es mayor que la
deformación de la matriz rocosa.
A nivel de macizo rocoso las deformaciones y
roturas se suelen producir afavor de los planos
dediscontinuidad.
A nivel microscópico…

las partículas minerales también sufren

desplazamientos y pueden generar
planos de fractura como respuesta al
nuevo estado detensiones.
La resistencia y deformación características de un macizo rocoso están
influenciadas por las propiedades físicas de los bloques de roca intacta y por el
número y naturaleza de las discontinuidades que separan los bloques
individuales.
El conjunto de discontinuidades y la matriz rocosa son los responsables del
comportamiento mecánico global del macizo rocoso, debido a esto, para lograr
estudiar la conducta de las rocas del macizo, primero hay que realizar un análisis de
las propiedades de la matriz rocosa y las discontinuidades, este análisis busca
examinar y definir de manera simple la condición del macizo rocoso
¿Qué es la roca intacta?

La roca intacta corresponde a el material rocoso sin discontinuidades y

mecánicamente se caracteriza por su densidad, resistencia y deformabilidad dados
por los parámetros de roca intacta:
resistencia a la compresión simple (UCS), tracción, módulo de Young (E), coeficiente
de Poisson (v), etc.

La matriz rocosa o roca intacta, a

pesar de considerarse continua,
presenta un comportamiento
heterogéneo y anisótropo ligado a
su fábrica y a su microestructura
mineral. Mecánicamente queda
caracterizada por su peso
específico, resistencia y
deformabilidad.
PROPIEDADES DE LA ROCA INTACTA

1. Resistencia: La resistencia de la roca intacta es mayor que la del macizo

rocoso, esto se debe a la existencia de planos de debilidad (diaclasas, fallas,
cavidades, estratificación y esquistosidades, etc.)

2. Permeabilidad: La permeabilidad es mayor en el macizo rocoso que en la roca

intacta. Esto se debe a que el agua no solamente fluye por los poros o fisuras del
bloque de roca, sino lo hace a través de las discontinuidades. Estas
discontinuidades pueden tener material de relleno que habitualmente es más
permeable que los bloques de roca intacta.

3. Deformabilidad: La deformabilidad es mayor en el macizo rocoso que en la roca

intacta. Las superficies de separación o discontinuidades presentan material de
relleno que generalmente es más deformable que la roca lo que aumentar la
deformabilidad del conjunto.
Para realizar la descripción del comportamiento del macizo rocoso es
necesario conocer ciertas propiedades de la roca intacta y aplicar factores de
reducción apropiados que nos ayuden a determinar las propiedades físicas y
mecánicas de la masa rocosa.

La cantidad de discontinuidades presente en un sistema rocoso es variable y

depende del volumen de masa que se analiza. La posibilidad de que se
presenten discontinuidades es mayor en una masa de mayor volumen y afecta
directamente a ciertas propiedades.
Cuando se habla de características del macizo rocoso , se hace referencia a los
grados de fracturamiento, a las familias estructurales, la condición de agua,
condición de esfuerzos, entre otros.

En la mecanica de rocas ”al calificar o

caracterizar un macizo rocoso se
obtendrá un análisis exhaustivo que
permitirá determinar la condición de la
macizo o la calidad del macizo, evitando
y/o disminuyendo accidentes por caída de
rocas, a fin de controlar la estabilidad de
las rocas, estableciendo tipos de
sostenimiento en las diferentes labores
mineras y garantizando la estabilidad de la
masa rocosa, con la finalidad de brindar
una operación segura y de calidad.
 CLASIFICACIONES DEL MACIZO ROCOSO

Durante las etapas de diseño preliminar y de factibilidad de un proyecto, cuando

hay muy poca información detallada sobre el macizo rocoso y las características
de esfuerzos e hidrología, el uso de un esquema de clasificación puede ser
considerado beneficioso.

Desde el punto de vista más simple, esto puede implicar el uso del esquema de
clasificación como una lista de chequeo (check-list) para asegurar que toda
información relevante haya sido considerada.

Al otro extremo del espectro, uno o más esquemas de clasificación pueden ser
usados para construir una imagen de la composición y características del macizo
rocoso para dar estimados iniciales de los requerimientos de soporte y de las
propiedades de esfuerzo y deformación del macizo rocoso.
 MÉTODO CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO
Los Sistemas de Clasificación de Macizos Rocosos tienen por objetivo otorgar
un puntaje (nota) al Macizo Rocoso, de manera que sea posible la zonificación
representativa de la calidad del “Material” es decir, generar un Modelo
Tridimensional complementario a los modelos de diseño minero. La información
es también utilizada como base de datos para la estimación de propiedades de
resistencia y de deformación del Macizo Rocoso.

CLASIFICACION DE LOS MACIZOS ROCOSOS

1) Propiedades de la matriz rocosa.

2) Frecuencia y tipo de las discontinuidades
que definen:
- El grado de fracturación (índice RQD)
- El tamaño y la forma del macizo.
- Sus propiedades hidrogeológicas.
3) Grado de Meteorización o Alteración.
4) Estado de Tensiones In Situ
5) Presencia de agua
Dependiendo de sus características y condiciones, la masa rocosa puede variar de una mina a
otra, como también de área en área dentro de una misma mina. Con el paso del tiempo crecen
las labores mineras y el minado se realiza a mayores profundidades, desarrollándose así
diferentes problemas de inestabilidad en la roca.

Conocer la roca permitirá tomar decisiones

correctas sobre diferentes aspectos
relacionados con las labores mineras, entre
otras, se podrá establecer:

 la dirección en la cual se deben avanzar las

excavaciones,
 el tamaño de las excavaciones,
 el tiempo de exposición abierta de la
excavación,
 el tipo de sostenimiento a utilizar y el
momento en que éste debe ser instalado
Para definir las condiciones del macizo rocoso existen criterios de
clasificación geomecánica ampliamente difundidos en todo el
mundo, como los desarrollados por Barton y colaboradores (1974),
Laubscher (1977), Bieniawski (1989), Hoek y Marinos (2000) y otros.

Por su simplicidad y utilidad, están los criterios RMR (Valoración de

la Masa Rocosa) de Bieniawski (1989) y GSI (Índice de Resistencia
Geológica) de Hoek y Marinos (2000), los mismos que se
determinan utilizando los datos de los mapeos geomecánicos
efectuados en las paredes de las labores mineras.
CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO
Actualmente los Sistemas de Calificación y Clasificación Geotécnica de
Macizos Rocosos más usados en la industria minera son los siguientes:

-- Sistema de Laubscher o Calificación del Macizo Rocoso según Índice de

RMR y MRMR (1975-1991).

-- Sistema de Barton o Calificación del Macizo Rocoso según Índice

Q (Barton 1974).

-- Sistema de Bieniawski o Calificación del Macizo Rocoso según el Índice

RMR (Bieniawski 1973).

-- Método del Índice de Resistencia Geológica, GSI (Hoek, 1994).

los cuales determinarán la calidad de la macizo rocoso y lo fragmentará en dominios

estructurales donde cada uno de ellos tendrá cualidades parecidas, como: Litología,
espaciado de diaclasas, entre otros. En los límites de un dominio estructural pueden llegar a
coincidir rasgos geológicos, tales como fallas o diques.
 Linkografia

https://geomecanicaymecanicarocas.com/macizo-rocoso/

https://construmine.webnode.cl/l/clasificacion-del-macizo-y-roca-intacta-
construccion-de-tuneles-civiles-y-mineros-parte-1/

https://es.slideshare.net/Irveen/mecanica-de-rocas

https://es.scribd.com/document/451968376/02-PROPIEDADES-
ROCA-INTACTA

https://es.slideshare.net/jomurillo/mecnica-de-rocas-18513344

https://es.slideshare.net/MIRIANASCUAQUIROGA/propiedades-fisicas-
y-mecde-rocas