Comportamiento Mecánico de Discontinuidades en Macizos Rocosos: Factores Clave

Influencia de la Presión de Agua en Macizos Rocosos

Cuando existe presión de agua en un macizo rocoso, se genera un empuje que separa los labios de la discontinuidad, lo que reduce la tensión normal (s_n).

En condiciones de régimen permanente, donde la presión de agua alcanza el equilibrio, la tensión normal reducida se define como:

s'_n = (s_n - u),

donde u representa la presión de agua. Esta tensión normal reducida (s'_n) se conoce como tensión normal efectiva y debe utilizarse en lugar de s_n en las ecuaciones presentadas anteriormente.

Rigidez y Dilatancia en Discontinuidades

Rigidez Cortante o Tangencial

La rigidez cortante o tangencial (k_s) es la relación entre la tensión cortante aplicada y el desplazamiento de corte antes de alcanzar la resistencia de pico (t_pico) de la discontinuidad.

Aunque varía ligeramente con la tensión cortante, se estima como el valor medio de la pendiente del ensayo al alcanzar t_pico:

(Ecuación para calcular k_s - *Nota: La ecuación original no se proporciona en el texto, pero se indica su existencia*)

Si la longitud de la muestra (L) difiere de 10 cm, se debe considerar el efecto de escala en la expresión de Barton para obtener el valor corregido de t_pico.

Rigidez Normal

La rigidez normal (k_n) es la relación entre la tensión normal aplicada y el desplazamiento perpendicular a la junta.

Este parámetro, crucial para simulaciones numéricas, es difícil de estimar en la práctica. En discontinuidades sin relleno y con labios de roca dura, k_n tiende a infinito. Físicamente, las superficies de la discontinuidad no pueden interpenetrarse.

Dilatancia

El ángulo de dilatancia (d_n) es la relación entre el desplazamiento vertical y horizontal durante el corte de una discontinuidad. La dilatancia máxima (ángulo de dilatancia de pico) suele coincidir con la tensión de corte de pico. Sin embargo, en las primeras fases del ensayo de corte directo, especialmente a tensiones normales elevadas, la dilatancia puede ser negativa.

Cuando la tensión normal es mucho menor que la resistencia de la roca (o de los labios de la discontinuidad), el ángulo de dilatancia es aproximadamente la diferencia entre el ángulo de fricción de pico y el residual.

En excavaciones subterráneas, la dilatancia de las juntas juega un papel *enorme*, a menudo subestimado, en la estabilidad de bloques y cuñas de roca. Un bloque confinado, al desplazarse, se acuña por efecto de la dilatancia. Parte de la energía potencial incrementa la tensión normal en la discontinuidad, aumentando su capacidad resistente. Este efecto explica por qué grandes cavidades pueden ser estables, mientras que túneles pequeños colapsan.