100 Preguntas Esenciales en Geotecnia

Cuando en una obra se habla de “roca”, a menudo se está simplificando en exceso una realidad mucho más compleja. Desde el punto de vista geotécnico, no es lo mismo la matriz rocosa que el macizo rocoso, y confundir ambos conceptos puede llevar a interpretaciones erróneas del comportamiento del terreno. Esta distinción es uno de los pilares de la mecánica de rocas y explica por qué una roca muy resistente en laboratorio puede comportarse de forma deficiente en campo.

La matriz rocosa es la roca propiamente dicha, el material intacto que queda entre las discontinuidades. Es el material que se ensaya en laboratorio mediante probetas cilíndricas o prismáticas. Las propiedades que se obtienen en estos ensayos: resistencia a compresión simple, resistencia a tracción, módulo elástico o coeficiente de Poisson, caracterizan exclusivamente a la matriz. A esta escala, la roca se considera, con buena aproximación, un medio continuo e incluso isótropo, aunque a nivel microscópico presente anisotropías asociadas a la fábrica mineral o a microfisuras.

Sin embargo, el terreno real rara vez está formado por roca intacta continua. En la naturaleza, las rocas aparecen casi siempre afectadas por discontinuidades: planos de estratificación, diaclasas, juntas, fallas, diques o superficies de contacto litológico. Estas discontinuidades separan la roca en bloques y rompen la continuidad del material. El conjunto formado por la matriz rocosa y todas esas superficies de debilidad constituye el macizo rocoso.

Desde el punto de vista mecánico, el macizo rocoso es un medio discontinuo, anisótropo y heterogéneo. Su comportamiento no está gobernado únicamente por la resistencia de la matriz, sino, en muchos casos, por las propiedades de las discontinuidades: orientación, espaciamiento, rugosidad, apertura, relleno y estado de alteración. La resistencia a tracción del macizo puede considerarse prácticamente nula, y la rotura suele producirse por deslizamiento, apertura o rotación de bloques a lo largo de planos preexistentes, más que por rotura de la matriz.

Esta diferencia explica una situación muy habitual en geotecnia: una roca con una matriz muy resistente, por ejemplo, un granito, puede dar lugar a un macizo de comportamiento malo si está intensamente diaclasado. En ese caso, la resistencia del conjunto viene controlada por el rozamiento y la cohesión de las juntas, no por la resistencia intrínseca de la roca. Por el contrario, una roca de matriz relativamente blanda puede formar un macizo aceptable si las discontinuidades son escasas, cerradas y poco persistentes. El comportamiento global depende siempre de la relación entre la resistencia de la matriz y la de las discontinuidades, y de la escala a la que se analiza el problema.

La distinción entre matriz y macizo también es fundamental para entender la deformabilidad. Los módulos de deformación obtenidos en laboratorio sobre roca intacta suelen ser muy elevados, pero el macizo rocoso se comporta como un material mucho más deformable debido a la apertura y el deslizamiento de discontinuidades. Por este motivo, los valores utilizados en cálculo geotécnico deben corregirse para representar el comportamiento del macizo, no de la matriz. De ahí el desarrollo de sistemas de clasificación geomecánica como el RMR, el Q-system o el SMR del profesor Romana, que ajustan las propiedades de la roca intacta en función de la calidad del macizo.

La excavación pone aún más de manifiesto esta diferencia. Al excavar un macizo rocoso se modifican bruscamente las condiciones de contorno y el estado tensional existente. La liberación de tensiones puede provocar la apertura de discontinuidades, la caída de bloques o la aparición de mecanismos de inestabilidad que no estaban presentes en el estado natural. En superficie, donde las tensiones naturales son bajas, el comportamiento está dominado por las discontinuidades y por los procesos de alteración; en profundidad, el estado tensional previo adquiere mayor importancia, aunque las discontinuidades siguen controlando los modos de rotura.

El agua es otro factor clave en esta distinción. La matriz rocosa suele tener una permeabilidad baja, pero el macizo puede ser altamente permeable debido a la red de discontinuidades. El flujo de agua reduce la resistencia al corte de las juntas, genera presiones intersticiales y acelera los procesos de alteración, disminuyendo la resistencia del conjunto con el tiempo. Por ello, la caracterización hidrogeológica del macizo es tan importante como la mecánica.

En definitiva, la matriz rocosa define el material, pero el macizo rocoso define el comportamiento real del conjunto. En ingeniería trabajamos con volúmenes de roca con  planos de debilidad, sometidos a tensiones naturales y afectados por el agua y la meteorización. Comprender esta diferencia permite interpretar correctamente los ensayos, elegir modelos de cálculo adecuados y diseñar cimentaciones, excavaciones y sostenimientos coherentes con la realidad del terreno. En mecánica de rocas, más que la resistencia de la roca, lo que importa es cómo está rota.

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Bibliografía utilizada

• Vallejo, M. (2002). Ingeniería Geológica. Prentice Hall
• Hoek, E. (2006). Practical Rock Engineering. Rocscience.
• Bieniawski, Z.T. (1989). Engineering Rock Mass Classifications. Wiley.
• Price, D. (2009). Engineering Geology: Principles and Practice. Springer.
• Palmström, A. (1996). Characterizing rock masses by the RMi for use in practical rock engineering.