TEMA 1 - Introducción a la mecánica de rocas ÍNDICE: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Origen del término geotecnia Mecánica de suelos y rocas definición Breve historia de la geotecnia El método experimental El estudio de los suelos Pasos para resolver un problema geotécnico Introducción al comportamiento del suelo 1. Origen del término geotecnia La geotecnia como tal aparece en 1913 con la Comisión geotécnica sueca de los ferrocarriles. Hasta entonces, las cimentaciones se hacían por el método de prueba y error, sin explicación del método científico. La etimología del término geotecnia nos permite aproximarnos a su significado original: geo: tierra, tecnia: arte geotecnia: arte de la tierra 2. Mecánica de suelos y rocas definición Hablar de mecánica de suelos y rocas es equivalente a hablar de mecánica del terreno. Podemos definir geotecnia como la ciencia que estudia las propiedades y el comportamiento del terreno. Las propiedades es algo inherente al terreno (color,…) y el comportamiento depende del medio (oxidación, influencia del clima,…) La geotecnia se basa en estudios tanto empíricos como teóricos. La importancia de la mecánica de rocas se debe a que, inevitablemente, todo constructor necesita transmitir cargas al terreno, por lo que éste debe ser bien estudiado Debido a esto, proyectistas y constructores deben ser capaces de prever el comportamiento a corto, medio y largo plazo del terreno así como la interacción entre el terreno y lo construido. 3. Breve historia de la geotecnia Coulomb (S. XVIII) empezó a estudiar la estabilidad de muros y la transmisión de esfuerzos verticales a horizontales en el terreno. Era ingeniero del rey. Rankine primeros estudios del empuje de tierras. 1-1 by FMT Karl Terzaghi crea la mecánica de suelos. Estudió muchas presas rotas en EE.UU. e intentó relacionarlas con la geología, pero no encontró relación alguna. Luego intentó relacionar las roturas con el terreno. En 1925 publica un libro llamado Erdbaumechanik (“Mecánica de suelos”). Este hombre y esta publicación suponen un gran espaldarazo al desarrollo de la geotecnia. En esta publicación se desarrolla un método experimental gracias al que se pudo desarrollar su teoría. Con ello se podía parametrizar el terreno y, entonces, describir y predecir su comportamiento. En él se estudia el empuje lateral de tierras, la capacidad portante del terreno, la teoría de la consolidación, etc. A partir de este momento hay un gran avance de la geotecnia, gracias a los aportes de Casagrande, Peck, etc. 4. El método experimental El laboratorio nos permite trabajar con una realidad a escala: podemos estudiar diversas propiedades y comportamientos por separado, en un entorno controlado. Pero los ensayos por sí solos no son suficientes, deben ser comprobados por la OBSERVACIÓN DIRECTA. Ésta no puede ser sustituida. Hemos de observar las edificaciones de los pueblos cercanos, veremos si hay edificios antiguos que han aguantado bien el paso del tiempo o si hay algo en el suelo que nos huele mal, etc. 5. El estudio de los suelos Suelo es la capa superior de la corteza terrestre no petrificada. Como hay veces que el límite entre suelo y roca no está claro, podemos decir que suelo es lo que no es roca. Diferencias entre suelos y rocas Muchas veces, dependiendo del uso que vayamos a dar al terreno, diremos que es suelo o roca, por lo que es algo bastante sujeto a subjetividad. Otra definición de suelo es aquel terreno que puede ser excavado sin necesidad de acudir a explosivos (algo también subjetivo, pues depende de la maquinaria disponible en cada momento y lugar). Además, las definiciones entre suelo y roca varían de la geología a la geotecnia. ¿Por qué resulta tan complicado el estudio de los suelos? - No existe una teoría universal que explique su comportamiento, sino un conjunto de teorías y experiencias. No tenemos una relación lineal o única esfuerzo-deformación. - El comportamiento es multidependiente: presión, tiempo, temperatura, humedad, entorno,… Estos factores influyen de muy diversas formas al terreno. - No hay suelos iguales, por lo que es difícil y PELIGROSO extrapolar resultados de un lugar a otro (también es peligroso interpolar). 1-2 by FMT - Para acotar y parametrizar las propiedades de un terreno sólo podemos reconocer y ensayar una ínfima porción del mismo, con lo que tenemos el problema de representatividad de nuestras muestras. - Un último problema al que nos enfrentamos es l hecho de que al obtener muestras de un suelo para su estudio, alteramos su estado original y hemos de sacrificar algunas propiedades para poder conocer otras. 6. Pasos para resolver un problema geotécnico 1. Definir completamente los requerimientos mecánicos y funcionales de nuestra actuación (construcción de una estructura, contención de tierras, excavación, construcción de un talud, etc.). 2. Estudiar las características del terreno en el emplazamiento de trabajo. 3. Analizar el comportamiento tenso-deformacional esperable del terreno y su influencia a nuestras construcciones. 4. Diseñar un conjunto terreno-estructura armónico (NO SON ELEMENTOS INDEPENDIENTES ej.: la sismicidad potencial no solo condiciona las características de una cimentación, sino de toda la estructura). Normalmente se necesita una previsión aproximada del problema antes de abordarlo a fondo. 7. Introducción al comportamiento del suelo El comportamiento de los suelos difiere según estos sean sólidos o líquidos. En general, un suelo tiene naturaleza discontinua y supone un sistema trifase (fracciones sólida, líquida y gaseosa). Existe una interacción entre el esqueleto mineral y el agua intersticial. Además, también habremos de tener en cuenta la circulación del agua a través del terreno. En el estudio de las deformaciones de un suelo hemos de tener en cuenta, por un lado, las deformaciones individuales y, por otro, los deslizamientos relativos entre partículas. 1-3 by FMT