El naixement de la mecànica de roques

Des de la Revolució Industrial i, particularment, des de la Segona Guerra Mundial, els projectes d’enginyeria minera i civil han evolucionat de forma significativa. Així, les preses i les grans infraestructures per al subministrament energètic han assolit grans dimensions, els túnels per a l’aprofitament dels recursos minerals han arribat a profunditats quilomètriques i els principals eixos de comunicació han hagut de suportar la circulació de vehicles de gran tonatge i volum.

Esclat de roca en una mina subterrània de Zàmbia (2 o 3 km de profunditat). L’única manera de prevenir aquests esclats és el disseny d’una geometria i seqüència d’excavació adequats a partir de les propietats del massís rocós i dels esforços existents a la profunditat de treball. Fotografia cedida i comentada per Evert Hoek

El desenvolupament de tots aquests projectes d’enginyeria està condicionat per la interacció entre l’ésser humà i el medi geològic. Així, els geòlegs i els enginyers han hagut d’estudiar el comportament i la resposta del medi geològic enfront de les alteracions provocades, per exemple, durant la perforació d’un túnel, o bé, durant la construcció d’una presa damunt seu.

La necessitat d’adquirir nous coneixements respecte del comportament del medi geològic va conduir als anys seixanta al naixement d’una nova disciplina de l’enginyeria, concretament, la mecànica de roques. Aquesta disciplina estudia la resposta dels massissos rocosos i de les roques a les variacions en els esforços del seu entorn físic. Justament ara fa uns mesos que la revista Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering ha publicat la darrera revisió del “Criteri de ruptura de roques i de massissos rocosos de Hoek-Brown”, que ha estat una de les aportacions més rellevants de la mecànica de roques. Aquest criteri fou formulat l’any 1980 per Ted Brown i Evert Hoek i serveix per definir les condicions en les quals es produeix el trencament d’una roca o d’un massís rocós.

En primer lloc cal explicar la diferència entre una roca i un massís rocós. En termes geològics una roca és un agregat natural d’un o més minerals, però segons la mecànica de roques la definició de roca és lleugerament diferent i es parla d’un petit volum de material homogeni que ofereix una certa resistència a ser trencat. En canvi el concepte de massís rocós es refereix a un cos gran i indistint de roques i les seves discontinuïtats (com per exemple falles o diàclasis).

Evert Hoek va iniciar la seva recerca en el trencament de les roques el 1958, quan va entrar a treballar en el National Mechanical Engineering Research Institute de Sud-àfrica formant part d’un equip de científics i enginyers que estudiaven els esclats de roca a les mines subterrànies. L’esclat de roca és un perillós fenomen que es produeix en túnels i cavitats excavats a gran profunditat (2 o 3 km) quan la roca és incapaç de resistir els esforços acumulats al voltant de la perforació i es trenca de forma sobtada i violenta. Evert Hoek va definir l’equació bàsica que controla el mecanisme de trencament de la roca, que depèn dels esforços als quals està sotmesa aquesta roca, i de la rigidesa i la textura de la roca mateixa. Aquest estudi el feu mereixedor del títol de doctor en Enginyeria per la Universitat de Ciutat del Cap l’any 1965.

Un cop definits els mecanismes de trencament de la roca el repte consistia a aplicar aquests coneixements per definir els mecanismes de trencament del massís rocós. La dificultat radicava en el fet que un massís rocós no és un medi homogeni, ja que està afectat per discontinuïtats que el subdivideixen en blocs de mides i morfologies molt diverses. Aquest repte fou assolit l’any 1980 quan Evert Hoek (que llavors treballava com a consultor per a una empresa privada), conjuntament amb el professor de l’Imperial College of Sciences and Technology de Londres, Ted Brown, van publicar l’article “Empirical strength criterion for rock masses” (en català, criteri empíric de resistència per a massissos rocosos), en què es definia per primer cop el que actualment es coneix com a “criteri de ruptura de roques i de massissos rocosos de Hoek-Brown”.

Aquest criteri ha estat actualitzat en nombroses ocasions pels mateixos autors i s’utilitza a escala internacional en la modelització i el disseny de tota mena d’obres subterrànies. Ted Brown i Evert Hoek han rebut nombrosos premis i reconeixements per aquesta i moltes altres aportacions a la mecànica de roques, entre els quals cal destacar el títol honorífic de doctor honoris causa concedit per la Universitat Politècnica de Catalunya a Evert Hoek, que rebrà el 6 de març de 2019 a la Biblioteca del Campus Universitari de Manresa (UPC).