Geomecanica

2. ESFUERZO Y RESISTENCIA MECÁNICA


2.1 ESFUERZOS EN SISTEMAS DE PARTÍCULAS.


2.2 ESFUERZOS A PROFUNDIDAD


2.4 ESFUERZOS TECTÓNICOS


2.3 ESFUERZOS HORIZONTALES


2.5 ESFUERZO EFECTIVO


2.6 ESFUERZOS EN TRES DIMENSIONES


2.7 RELACIÓN ESFUERZO-DEFORMACIÓN Y TEORÍA DE ELÁSTICIDAD


2.8 ESFUERZOS PRINCIPALES Y CÍRCULO DE MOHR












1.FUNDAMENTOS DE LA GEOMECÁNICA






1.1 DEFINICIÓN DE LA GEOMECÁNICA.



La Academia Nacional de las Ciencias de los Estados Unidos de América define la geomecánica como “la ciencia teórica y aplicada que estudia el comportamiento mecánico de la roca; es aquel ramo de la mecánica que tiene que ver con la respuesta de la roca a los campos de fuerza de su ambiente o entorno físico”7.Tradicionalmente, se puede decir que la geomecánica estudia el comportamiento físico-mecánico de los materiales rocosos que constituyen la corteza terrestre, sea las diferentes estructuras subterráneas y superficiales, naturales y artificiales, las cuales están hechas entre, sobre o por tales materiales (un túnel de mina, un túnel hidroeléctrico, como de autopista o ferrocarril; una excavaciónminera al aire; un talud natural o artificial; las fundaciones de una prensa, de un puente, de un edificio, etc.). Más recientemente la geomecánica ha sido aplicada en la explotación de hidrocarburos a grandes profundidades (más de 20000 pies).


Mediante la tabla 1.1, se establece la posición de la mecánica de rocas entre las diferentes disciplinas desde las cuales se deriva o que en ellaconvergen. De la geomecánica hacen parte las dos ramas centrales de la tabla que son la “ mecánica de rocas” y la “mecánica de suelos”, donde rocas y suelos son los materiales que constituyen la corteza terrestre. Los suelos son aglomerados relativamente sueltos compuestos de minerales, materiales orgánicos y sedimentos que se encuentran sobre la roca madre. Las rocas son materiales geológicos confuerzas moleculares entre sí, que le confieren a los granos minerales una resistencia interna considerable. La diferencia entre ellos esta relacionada con la resistencia intrínseca del material, por lo que resulta difícil diferenciar entre una roca blanda y un suelo duro. En el sector petrolero es usual trabajar con rocas, y a los materiales geológicos tipo suelo se le conoce como rocas noconsolidadas.


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Tabla 1.1 Posición de la Mecánica de Rocas entre las variadas Disciplinas desde las cuales ella deriva o en que en ella convergen (según Fundamento Teorico parte II U.C.V.)


Adicionalmente a las ciencias geológicas, las matemáticas y la física, la mecánica de rocas tiene ligamentos con otras disciplinas tradicionales, sean de ciancias (mineralogía, petrografía, geologíaestructural, etc) ó sea de ingeniería civil, hidráulica, geofísica y minas10.



1.2 ANTECEDENTES DE LA GEOMECÁNICA




Es alrededor de hace 50 o 60 años que se puede localizar el período en el cual por primera vez, y de manera concreta, se sintió la necesidad de conocer mayormente la naturaleza geológica y las características mecánicas de los terrenos que eran objetos de las construccionesde ingeniería de gran envergadura y que por lo tanto presentaban mayores problemas técnicos, y se desarrollaron las teorías y procedimientos que hoy conocemos. Entre los máximos protagonistas del desarrolló de la mecánica de suelos está el checoeslovaco Karl Terzaghi (1883-1963) quién se dedicó a la búsqueda de un método racional para abordar los problemas de la ingeniería de suelos yfundaciones. La publicación en el año 1925, de su famoso libro “Erdbaumechanik” se considera en la actualidad como símbolo del nacimiento de la mecánica de suelos. En cuanto a la mecánica de rocas, los orígenes están muy diluidos en el tiempo.


En el año de 1556, Georgius Agricolas en su tratado sobre el trabajo minero “De Re Metálica”, describe interesantes métodos de sustentamiento de paredes y...