Manuel Romana: «Cimentación de presas. Aspectos Geomecánicos»

Conferencia Magistral Raúl J. Marsal 2012

Hace un par de meses anuncié la “XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica” que se iba a celebrar en Cancún en noviembre de 2012, destacando que la conferencia magistral “Raúl J. Marsal” correría a cargo de Manuel Romana Ruiz, catedrático emérito de la UPV. Pues bien, en rigurosa primicia y como regalo de navidad (escribo esto el 24 de diciembre) tenéis aquí el texto íntegro de la conferencia «Cimentación de presas. Aspectos Geomecánicos» directamente de su autor, al que agradezco el envío.

Raúl Jaime Marsal, nacido en Argentina, fue uno de los grandes geotécnicos mexicanos del siglo XX, junto con Nabor Carrillo y Leonardo Zeevaert (entre otros) de ahí que las conferencias de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica lleven sus nombres. Un detalle a tener en cuenta, hasta el momento sólo otro español había tenido el honor de impartir una de estas conferencias, José Antonio Jiménez Salas, que habló sobre mecánica de suelos no saturados en 1990.

La conferencia proporciona una visión muy completa de la cimentación de presas y su evolución histórica conforme han ido apareciendo nuevos materiales, nuevas técnicas, nuevas teorías y, por supuesto, nuevos problemas geomecánicos (presión de poro, distintos módulos de deformación, etc.). No faltan los ejemplos comentados (Proserpina, Hoover, El Atazar, Mantaro, Karun, Jin Ping, etc.) ni las clasificaciones geomecánicas ad hoc, como la clasificación Dam Mass Rating o DMR, desarrollada por el propio Manuel Romana desde 2003.

El texto tiene tres apéndices, los dos primeros están dedicados al DMR mientras que el tercero es una aclaración sobre la diferente terminología técnica utilizada en México y España, con algunas equivalencias que todos conocemos (concreto por hormigón o enrocamiento por escollera), otras no tan habituales, y términos que no utilizamos del mismo modo, como los esfuerzos de tensión.

Manuel Romana. Cimentación de presas. Aspectos Geomecánicos. Conferencia Raúl Marsal

Manuel Romana – Cimentación de presas. Aspectos Geomecánicos [pdf – 3,61 MB]

Bieniawski – «Errores en la aplicación de las Clasificaciones Geomecánicas y su corrección»

Las discusiones sobre la mayor o menor conveniencia de las Clasificaciones Geomecánicas (RMR, Q, SMR, SRC, etc.) son muy habituales en mecánica de rocas. Dependiendo del interlocutor las quejas recaen sobre el usuario (que no sabe), el método (que no vale), el terreno (que no se ajusta al método) e incluso sobre el ordenador (doy fe, una vez me encontré un talud con un SMR mayor de 100 y todas las culpas eran para el pobre ordenador, que se limitaba a calcular lo que le habían pedido).

¿Tiene sentido culpar al método?, ¿es mejor una versátil llave inglesa que una exacta llave fija, que nos obliga a cargar con todos los tamaños intermedios?, ¿justifican versatilidad y comodidad, la ignorancia o incluso la pereza por aprender y aplicar otros métodos?

El tema daría para mucho, pero para discutir ya están los foros, yo me voy a limitar a enlazar este artículo de R. Z. Bieniawski Von Preinl que va un paso más allá, definiendo los cinco errores de concepto más frecuentes de la ingeniería geomecánica (todos ellos derivados de un uso incorrecto del método) y los diez mandamientos para usar las clasificaciones RMR y Q.

Es el punto de vista del “padre” de la Clasificación Geomecánica RMR, está en castellano y se lee muy bien (demasiado, cuando habla de Hoek y el GSI). ¿No me crees?, descarga el documento, ponte cómodo y empieza a leer.

Bieniawski - Errores en la aplicación de las Clasificaciones Geomecánicas y su corrección


El túnel y la estratificación

En el pasado la orografía marcaba la ruta, un burro suelto indicaba el camino y la estructura del macizo rocoso sugería la forma más segura de atravesarlo. En el presente, la orografía sólo importa si es políticamente rentable, los burros siguen dictando el camino (algunas cosas nunca cambian) y los macizos rocosos se atraviesan cómo, cuándo y por dónde haga falta.

Las fotografías están tomadas en la carretera A-2403, cerca del Parque Geológico de Aliaga, en Teruel, zona mencionada ya en aquella entrada que dediqué a la rugosidad de las juntas, y en apenas unos metros de trazado nos permiten ver cómo el terreno es atravesado de forma paralela, perpendicular y oblicua a la estratificación, siendo este último el caso más delicado, por la posible formación de cuñas.

[Pulsa sobre las fotografías para verlas mejor]

Las fotos son de Google Street View, mucho mejores que las mías, todavía de aquella época analógica en la que había que esperar varios días para descubrir un dedo tapando el objetivo, aunque en las mías el hastial de la segunda foto no estaba hormigonado, eso debe ser reciente.

Ya que estamos con el tema, ¿cuánto puede influir la estratificación?

Pues bastante, pero si se trata de cuantificarlo numéricamente, grosso modo, podemos echar mano de una clasificación geomecánica. Tomando la clasificación RMR de Bieniawski, por ejemplo, la orientación de las discontinuidades respecto de la traza del túnel se tiene en cuenta con un factor (tomado de la clasificación RSR de Wickham, Tiedemann y Skinner) que puede llegar a restar hasta 12 puntos sobre 100… no está mal.

«El colapso de la estación de Pinheiros de enero de 2007», por Nick Barton

Otra conferencia o Keynote Lecture del Eurock 2009, esta vez a cargo de Nick Barton, muy conocido por la Clasificación Geomecánica Q de Barton, Lien y Lunde, y que en esta ocasión estudia el colapso producido en la estación de Pinheiros, en la línea 4 del metro de Sao Paulo, en enero de 2007.

Se trata de un problema recurrente, los túneles de metro profundos no gustan, la gente ya no quiere bajar tramos y más tramos de escaleras hasta el centro de la tierra, están pasados de moda, ahora se buscan estaciones poco profundas, amplias, luminosas y diáfanas, lo cual resulta problemático porque eso implica hacerlas muy superficiales, y ya se sabe que los niveles más superficiales del terreno suelen ser también los más alterados, por no mencionar que son también los niveles ocupados por las cimentaciones más próximas. 

En este caso, el colapso afectó a una longitud de 40 metros con una luz de 19 metros, se llevo por delante a siete personas y se parece mucho a otros colapsos de frente… quizá demasiado.

La conferencia lleva por título «Metro construction at the most unfavourable depth caused a major metro station collapse in Brazil due to a unique sub-surface structure” y está disponible también como artículo [pdf comprimido en zip, 2,17 MB]. Tiene una duración de 42 minutos y habría ganado mucho si hubieran apagado la luz, francamente.

Si alguien quiere más información, tiene más datos en esta presentación [pdf – 10 MB] y algunas fotografías interesantes en esta cuenta de Flickr.


El perfilómetro y la rugosidad de la junta

En mecánica de rocas, la rugosidad de las juntas desempeña un papel muy importante, especialmente cuando se trata de juntas cerradas. A mayor rugosidad, mayor resistencia a corte, lo cual permite, junto con la cohesión (o resistencia a corte bajo tensión normal nula) y los “puentes de roca”, que cosas como ésta puedan mantenerse en su sitio sin caer sobre la calzada:

Carretera A-2403 cerca del Parque Geológico de Aliaga, en Teruel

Los primeros criterios de rotura de mecánica de rocas, como los de Patton (1966), Ladanyi y Archambault (1969) o Jaeger (1971), trataban la rugosidad de la junta como un incremento del ángulo de rozamiento pero, poco a poco, la rugosidad fue ganando importancia hasta convertirse en el parámetro JRC (Joint Roughness Coefficient) del criterio de Barton (1973 → 1990), o el Jr de la clasificación geomecánica Q de Barton, Lien y Lunde (1974 → 2002).

Dependiendo de la escala se habla de aspereza o de rugosidad propiamente dicha. A pequeña escala (milimétrica o centimétrica), la aspereza de una junta puede ser rugosa, suave o pulida. A mayor escala (decimétrica o métrica), la rugosidad puede ser plana, ondulada o escalonada. Así, dependiendo del problema, la rugosidad debería calcularse teniendo en cuenta el factor de escala existente entre la muestra y el macizo (sin olvidar el sentido común) pero, ¿cómo cuantificamos la rugosidad de la muestra?

Hay varios métodos, los perfiles tipo de Barton y Choubey de la figura superior (con el JRC para longitudes de junta de 20 cm y 1 m), barras graduadas, discos con brújula, ensayos in situ -como el de inclinación o Tilt test-, ensayos de corte directo y, por supuesto, métodos modernos mediante fotointerpretación, laser escáner y análisis fractal de imagen… pero si no estamos muy seguros, siempre podemos hacer uso de métodos simplificados como, por ejemplo, el perfilómetro, también llamado «peine de Barton».


Como se puede ver, el perfilómetro no es ninguna maravilla de la tecnología, pero ayuda en esos casos en los que la observación visual resulta complicada, permitiendo “calcar” el perfil real de la junta para estudiarlo con tranquilidad y ver si se ajusta a alguno de los perfiles tipo o requiere un cálculo más detallado.

Aunque en ciertos catálogos especializados se pueden ver perfilómetros con precios comprendidos entre 30 y 90 €, la verdad es que el sofisticado perfilómetro de las fotografías me costó algo menos de 2 € en una oferta de unos grandes almacenes de bricolaje… evidentemente, no es de la mejor calidad, pero no vale la pena afinar tanto, si te sobra el dinero mejor compra deuda pública.