Este documento describe las propiedades mecánicas de las rocas y los tipos de fallas que pueden ocurrir. Las características de las rocas como la litología, grado de fracturación y estado de esfuerzos influyen su comportamiento mecánico. Se detallan los tipos de falla como falla plana, falla en cuña y falla en escalera, y los factores que controlan cada una. El análisis de estabilidad requiere considerar la orientación de las discontinuidades, las propiedades de corte y la posibilidad
1. Propiedades mecánicas de las rocas
Las rocas son materiales con comportamiento mecánico extremadamente variable. Las características
principales que condiciona su comportamiento mecánico es la litología, el estado de alteración
(degradación de todas las propiedades), el grado de fracturación, y el estado de esfuerzos al que este
sometido.
Estas características influencian el comportamiento de un macizo rocoso y su estabilidad (que varía en
una amplia gama)
Con la finalidad de hacer un análisis de estabilidad es necesario recordar algunos conceptos teóricos
relacionados con las características fisico-mecanicas de los materiales involucrados, en particular el
comportamiento al corte de las discontinuidades.
2. La modalidad de ruptura está conectada con la combinación geométrica de uno o más discontinuidades
y la geometría del talud; juntos formarán bloques libres de moverse.
La modalidad de ruptura incluye: falla plana, falla en cuña, falla en escalera
Falla plana.- Es la falla por desplazamiento de la roca sobre una discontinuidad; se puede analizar
como una superficie recta. Deberá además analizarse la proporción de la discontinuidad intacta,
separada o rellena y las propiedades de fricción y cohesión.
Falla en cuña.- Un caso importante y común de falla en roca sucede cuando la intersección de planos de
discontinuidad forma un vértice en dirección hacia fuera del talud.
Falla en escalera.- La presencia de grupos de discontinuidades puede producir una superficie de falla en
escalera. El fenómeno puede incluir fallas de tensión y corte a lo largo de las discontinuidades y a
través de la roca intacta, formando zonas de corte que no son propiamente planos de falla, pero que
para el análisis se pueden asimilar a las de una superficie.
Antes de determinar la resistencia a lo largo de un plano determinado debe establecerse la proporción
de juntas y roca sana que cubre la superficie de falla y la proporción de superficies a corte y tensión.
Esto puede determinarse estudiando la orientación en el espacio de los varios grupos de
discontinuidades y conociendo la resistencia al corte y a tensión de las juntas y de la roca sana.
8. Fallas controladas por las características geométricas y mecánicas de las discontinuidades
Para el análisis de fallas por grupos de discontinuidades se recomienda utilizar el siguiente
procedimiento:
1.Determinar los grupos de juntas más “significativos”, evaluando su valor relativo dentro de la familia
de las juntas, en cuanto a posibilidad de ocurrencia de un movimiento.
2.Para cada grupo de discontinuidades determinar su orientación, buzamiento, espaciamiento, abertura,
resistencia al corte y todas las características anteriormente descritas
3.Estudiar por medio de bloques en el espacio las diversas posibilidades de ocurrencia de fallas. Con
redes estereográficas.
4.Hacer el análisis de estabilidad de cada uno de los bloques identificados. Debe en todos los casos
estudiarse la posibilidad de ocurrencia, no sólo de fallas al corte sino fallas por volteo y fallas de
grupos de bloques. Se deberá estudiar la estabilidad del talud en el espacio en tres dimensiones.
5.Caracterización geológico-estructural o geomecánico del macizo rocoso y de los dominios
estructurales
6.Ejecución de pruebas de laboratorio de la roca intacta y propiedades de la discontinuidad
7.Verificar la factibilidad cinemática del movimiento (con redes estereográficas) y equilibrio límite
8.Técnicas de modelación numéricas
11. Análisis de estabilidad por medio de redes
estereográficas.
Falla plana.- Es la falla por desplazamiento de la roca sobre
una discontinuidad; se puede analizar como una superficie
recta. Deberá además analizarse la proporción de la
discontinuidad intacta, separada o rellena y las propiedades
de fricción y cohesión.
donde:
αf = Dirección del echado de la cara del talud
αp = Dirección del echado del plano de deslizamiento
ψf = Echado del talud
ψp = Echado del plano de deslizamiento
ϕp = ángulo de fricción del plano
Condiciones:
1.- La dirección de la discontinuidad debe estar a menos
de 20 ° de la dirección de la superficie del talud
αp = αf ± 20°
2.- El buzamiento de la discontinuidad debe ser menor que
el buzamiento de la superficie del talud
ψp < ψf
3.- El buzamiento de la discontinuidad debe ser mayor que
su ángulo de fricción
ψp > ϕp
12. Fs = tan ϕp / tan ψp
4.- La extensión lateral de la masa potencial de falla debe ser definida por superficies
laterales que no contribuyen a la estabilidad. Si las condiciones anteriores se cumplen, la
estabilidad puede evaluarse por el método del equilibrio límite. El análisis de estabilidad
requiere la solución de fuerzas perpendiculares y paralelas a la superficie de falla
potencial.
13. Falla en cuña: La falla en cuña ocurre cuando la masa de roca se desliza a lo largo de dos
discontinuidades que se intercepten en un ángulo oblicuo a la superficie del talud.
El análisis cinemático de una falla en cuña es controlado por la orientación de la línea de
intersección de los dos planos.
14. Para que el desplazamiento en cuña se realice será necesario que
se cumplan las siguientes condiciones.
1.- La línea de intersección de las dos discontinuidades tendrá
que aflorar en la cara del talud o corte, por lo tanto la inmersión
de esta línea debe ser menor que la inmersión de la cara del
talud proyectada
αf -90< αi< αf +90
2.- La inclinación de la línea de intersección deberá ser mayor al
ángulo de fricción interna promedio de los dos planos
Ψi >ϕm
3.- La dirección de la línea de intersección debe ser cercana a la
del buzamiento de la superficie del talud
donde:
αf = Dirección del echado de la cara del talud
αi = Dirección del echado de la línea de intersección
ψf = Echado del talud
ψi = Echado de la línea de intersección
ϕp = ángulo de fricción del plano
15. Falla al Volteo
Las fallas al volteo ocurren en masas de roca que estén divididas en una serie de columnas
de gran buzamiento y con rumbo aproximadamente paralelo a la superficie del talud. En la
falla al volteo la columna de roca rota alrededor de un punto cerca a la base de la misma
columna.
16. Para que la falla al volteo se realice será necesario que
se cumplan las siguientes condiciones.
1.- El rumbo de las capas debe ser aproximadamente
paralelo a la superficie del talud. En ningún caso la
diferencia debe ser superior a 20 grados.
2.- El buzamiento debe cumplir la siguiente condición:
(90° - Ψp) ≤ (Ψf - ϕp)
donde:
ψp= Echado de las capas
ψi = Echado de la superficie del talud
ϕp = ángulo de fricción a lo largo de los planos
αf = Dirección del echado de la cara del talud
αi = Dirección del echado de la línea de intersección
