Entrevista a Evert Hoek

P: Hasta hace poco, todavía era habitual asumir el comportamiento de la roca como un material uniforme y homogéneo (siempre que la misma estuviera lo suficientemente fracturada y se tuvieran en cuenta las propiedades del efecto escala) sin poner demasiado énfasis en las discontinuidades. ¿Considera que este tipo de análisis debería seguir utilizándose hoy en día, bajo ciertas circunstancias? (usando un análisis de Mohr-Coulomb para modelar roca, como ejemplo).

R: Los macizos rocosos no son en ningún caso materiales uniformes y homogéneos, y es esencial comenzar cualquier estudio de diseño mediante la construcción de un modelo estructural que incluya todas las fallas principales, todas las zonas de corte y sets de fallas principales. En muchos casos, la estabilidad de un talud, excavación subterránea, o cimentación está totalmente controlada por uno o más conjuntos de discontinuidades, y el análisis debe basarse en la interacción de los bloques y las cuñas definidas por las estructuras. Dado que el comportamiento del macizo rocoso es habitualmente controlado por el deslizamiento sobre las fallas, zonas de corte y discontinuidades, es razonable utilizar el ángulo de fricción y la cohesión de estas discontinuidades – definidas por el criterio de falla de Mohr-Coulomb – como la base para el diseño.

En algunos casos excepcionales, el espaciamiento de las discontinuidades, fallas y zonas de corte, es pequeño en comparación con el tamaño total del talud, excavación subterránea o cimentación, y las orientaciones de todas las discontinuidades se asimilan a las de un macizo rocoso fracturado aleatoriamente. En este caso, el macizo rocoso general puede comportarse como un material uniforme y homogéneo con sus propiedades definidas por un criterio de falla no lineal, como el criterio de Hoek-Brown. En un talud de gran altura y de estas características, la falla podría ocurrir como una superficie aproximadamente circular, como la que puede ocurrir en un talud de suelo, en lugar de una falla en cuña, planar o por vuelco (toppling), que están controladas por conjuntos de discontinuidades individuales.

P: En el norte de Chile, tenemos estratos de suelo que se encuentran tan fuertemente cementados por sales, que el agua de lluvias no puede disolverlas o infiltrarlas, y la resistencia a la compresión simple del suelo supera los 1000 kPa. Existen varios criterios para establecer el límite entre el suelo y la roca. ¿Cuál diría que es el criterio más apropiado para definir el límite entre Suelo y Roca?

R: Un suelo cementado de este tipo se comportará como una roca débil; por lo tanto, es apropiado determinar sus propiedades mediante ensayos triaxiales utilizadas para rocas homogéneas y débiles. Hay muchas herramientas numéricas disponibles en la actualidad que se pueden usar para el análisis de macizos de roca /suelo estratificados, en los que es posible incluir las propiedades de resistencia y deformación de las capas individuales para establecer así el comportamiento del macizo.

P: ¿Qué opina de las nuevas tecnologías, como los softwares de inteligencia artificial (IA) para identificar fracturas y discontinuidades mediante el uso de fotografías con drones? ¿Cree que, hasta cierto punto, este tipo de tecnologías deberían sustituir parte del trabajo en terreno? ¿Cuál diría que debería ser el límite entre el “criterio de un ingeniero/ingeniera” y el “criterio de un software de IA”?

R: El mapeo y caracterización de macizos rocosos in situ mediante la detección y mapeo de los sets de fallas principales a partir de fotografías con drones es un avance tecnológico importante en los casos en los que simplemente no es posible acceder a ellas, como se haría en un trabajo en terreno normal. Sin embargo, es un complemento y no un reemplazo del trabajo de terreno convencional, ya que la inteligencia artificial no puede reemplazar el juicio de un geólogo o ingeniero experimentado. Estos dos enfoques deben usarse siempre juntos, siempre que sea posible.

El mapeo y caracterización del macizo rocoso es solo una parte del proceso general del diseño de un talud, excavación o fundación. Una parte más importante es la evaluación e interpretación de los posibles modos de falla y deformaciones que puedan ocurrir en el macizo rocoso, y cómo estas influirán en el comportamiento y la seguridad de la estructura.

Indudablemente, la inteligencia artificial jugará un papel cada vez más importante en este proceso de diseño, pero considero que es extremadamente improbable que el juicio de un geólogo o ingeniero experimentado pueda ser completamente reemplazado por este proceso, dado que hay demasiados errores potenciales o desaciertos que ocurren en un proceso de diseño llevado a cabo por inteligencia artificial.

P: ¿Qué impacto ha tenido la crisis del Covid en su vida personal y en su carrera? ¿Qué opina del impacto que puede tener la educación en línea en disciplinas como la Mecánica de Suelos y Mecánica de Rocas?

R: Dado que ahora, a la edad de 88 años, estoy completamente jubilado, la crisis de Covid no ha tenido una influencia significativa en mi vida personal ni en mi carrera.

La necesidad de que los cursos universitarios y las comunicaciones dentro de las empresas se muevan a una modalidad online ha tenido un gran impacto en los procesos educativos y en la toma de decisiones en la mecánica de suelos y de rocas aplicada. En algunos casos, cuando los procesos de aprendizaje y toma de decisiones se basan en información fáctica bien establecida, se ha logrado que el proceso sea más simple y eficiente.

Sin embargo, cuando se requiere un juicio basado en la experiencia práctica y el criterio, la falta de discusiones personales uno a uno ha sido un problema importante. Mirando hacia el futuro, cuando la crisis de Covid haya pasado y volvamos a un proceso educativo y laboral más normal, creo que el uso de la transferencia de información online se utilizará con mayor frecuencia y eficacia que en el pasado. Sin embargo, considero que será necesario restaurar los métodos de enseñanza convencionales y las discusiones en las reuniones, para cubrir aquellos temas en los que las observaciones y los criterios basados en la experiencia personal juegan un papel importante.

P: ¿Qué área de la Mecánica de Rocas diría que tiene más espacio para mejorar hoy en día, y dónde debería focalizarse la investigación?

R: Durante los últimos 50 años, la Mecánica de Rocas se ha convertido en una disciplina de ingeniería madura y no considero ningún tema por delante de otros en lo que respecta a la necesidad de mayor investigación; esta necesidad se aplica a todas las áreas. Sin embargo, un problema importante es la complejidad de la comunicación en todas las áreas del tema.

Existe una tendencia a creer que las comunicaciones de la mecánica de rocas deben ser en forma de artículos académicos o libros detallados, llenos de ecuaciones complejas que definen el comportamiento de las rocas y los macizos rocosos con minucioso detalle. Considero que esto es exactamente lo opuesto de lo que se necesita para transmitir información que pueda ser entendida y aplicada por cualquier persona que trabaje en esta área. Existe una gran necesidad de reducir el número de artículos publicados, y de incentivar a los autores a presentar sus conceptos y resultados de investigación en un lenguaje claro y simple, con ilustraciones bien preparadas y fáciles de comprender. En el caso de los cálculos que sean demasiado complicados para este tipo de simplificaciones, se debe focalizar más atención en una descripción clara del propósito del cálculo y en los resultados que se pueden obtener del análisis, más que en el cálculo propiamente tal. Cuando sea esencial describir el cálculo en detalle, debe hacerse en forma de apéndice de la publicación o del respectivo capítulo de libro.

P: ¿Cómo describiría el rol que tiene la experiencia en una disciplina como la Mecánica de Rocas? ¿Qué consejo les daría a los jóvenes ingenieros que aún no han tenido la oportunidad de iniciar su carrera en el mundo profesional y aspiran a especializarse en Mecánica de Rocas?

R: Como quedó claro en las respuestas dadas anteriormente, la experiencia es un elemento absolutamente clave en la aplicación exitosa de la Mecánica de Rocas. Esto no es solo experiencia sobre cómo se puede utilizar un análisis numérico en particular para calcular las tensiones en el macizo rocoso que rodea una excavación, sino que debe incluir experiencia en la observación y cuestionamiento de todo el proceso de investigación, diseño y construcción de una estructura dentro o sobre roca. Esta experiencia solo se puede obtener trabajando en proyectos en los que se esté desarrollando este proceso completo.

Mi recomendación a los estudiantes siempre ha sido que, después de la obtención de su primer grado, se tomen uno o dos años para trabajar en proyectos de minería o ingeniería civil en los que se esté utilizando la Mecánica de Rocas en el diseño de túneles, taludes o cimentaciones. Idealmente, este trabajo debiera llevarse a cabo bajo la supervisión de un ingeniero mecánico de rocas senior, o un ingeniero geólogo que forme parte del equipo permanente del contratista a cargo del diseño. El alumno debería intentar conseguir un puesto en el equipo que realiza el trabajo. Encontrar esos puestos de trabajo es difícil, y las recompensas financieras pueden no ser muy buenas, pero la experiencia adquirida jugará un papel importante en su carrera a largo plazo.

P: En los países en desarrollo, los ingenieros a menudo tienen que luchar para obtener financiamiento para las exploraciones geotécnicas y, en muchos casos, “tenemos que hacer lo mejor que podamos con las herramientas que tenemos”. Por ejemplo, muchos proyectos de vivienda pública en Chile solo pueden permitirse un único sondaje (incluso en proyectos que consideran varios taludes en roca) porque el estándar nacional solo exige uno. ¿Qué consejo daría en este tipo de situaciones?

R: Este es un problema con los requisitos legales establecidos para la industria de la construcción o la minería por los organismos reguladores. El ejemplo citado de un solo sondaje de exploración como requisito establecido como estándar nacional es totalmente inaceptable. En casos aislados, cuando se está minando un túnel o se está excavando un talud en una roca masiva extremadamente uniforme, un sondaje para recolectar muestras para ensayos puede ser adecuado. Sin embargo, en general, se requieren múltiples perforaciones en los típicos sitios de construcción. La decisión sobre la ubicación y el número de estos sondajes debe ser responsabilidad del geólogo senior contratado por el propietario, diseñador o contratista.

El geólogo o ingeniero mecánico de rocas tiene muy pocas esperanzas de tener un impacto significativo en esta situación. Sin embargo, la discusión sobre este tipo de problema por parte de organizaciones o asociaciones de un conjunto de profesionales, seguida de la presentación de las conclusiones a los reguladores gubernamentales, tiene el potencial de informarlos y persuadirlos de que se deben realizar cambios en las regulaciones.

Entrevista por:                     
Rafael Iglesias, Ingeniero Civil.

Traducción por:                  
Rafael Iglesias, Ingeniero Civil.
Gonzalo Boada, Ingeniero Civil.

Q: Not so long ago, it was still usual to assume Rock behavior as a uniform and homogeneous material (as long as fractured enough and the scale property taken into account) without putting too much focus on discontinuities. Would you consider this type of assumption should still be used today, under any circumstances? (using a Mohr-Coulomb analysis for rock, as an example).

A: Rock masses are by no means uniform and homogeneous materials and it is essential to commence any design study by building a structural model which includes all major faults, shear zones and major joint sets. In many cases the stability of the slope, underground excavation or foundation is entirely controlled by one or more discontinuity sets and the analysis must be based on the interaction of the blocks and wedges defined by the structures. Since the behavior of the overall rock mass is generally controlled by sliding on the faults, shear zones and joints, it is reasonable to use the angle of friction and the cohesive strength of these discontinuities, defined by the Mohr-Coulomb failure criterion, as the basis for the design.

In some exceptional cases, the spacing of the joints, faults and shear zones is small, compared to the overall size of the slope, underground excavation or foundation, and the orientations of all the discontinuities approach that of a randomly fractured rock mass.  In this case the overall rock mass may behave as a uniform and homogeneous material with its properties defined by a non-linear failure criterion, such as the Hoek-Brown criterion.  The failure in a large slope in such a rock mass may occur as an approximately circular failure like that which can occur in a soil slope, rather than as wedge, planar or toppling failure controlled by individual discontinuity sets.

Q: In the north of Chile, we have soil layers that are so strongly cemented by salts, that rain water cannot dissolve or infiltrate them, and the soil unconfined resistance is way over 1000 kPa. There are several criteria for establishing the boundary between soil and rock. What would you say is the most appropriate for it?

A: A cemented soil of this type will behave as a weak rock; therefore, it is appropriate to determine its properties by the type of triaxial tests used for weak homogeneous rocks. There are many numerical tools available today that can be used for the analyses of layered rock/soil masses in which the strength and deformation properties of the individual layers can be included in the assessment of the behavior of the overall mass.

Q: What do you think of new technologies such as artificial intelligence (AI) software’s to identify fractures and discontinuities through the use of drone photography? Do you think that to some extent, these types of technologies should replace part of the fieldwork? What would you say should be the limit between an “engineer´s criteria” and an “AI software´s criteria”?

A: The mapping and characterization of in situ rock masses by means of detection and mapping of structural features by drone photography is a major advance in technology in cases where it was simply not possible to access these features, as would be done in a normal fieldwork program. However, it is a compliment to, and not a replacement for, conventional fieldwork since artificial intelligence cannot replace the judgement of an experienced geologist or engineer. These two approaches should always be used together, whenever possible.

Mapping and characterization of the rock mass is only one part of the overall process of the design of a slope, a cavern, or a foundation. A more important part is the assessment and interpretation of the possible modes of failure or deformation which can occur in the rock mass and how these will influence the behavior and safety of the structure. Undoubtably, artificial intelligence will play an increasingly important role in this design process, but I consider that it is extremely unlikely that the judgement of an experienced geologist or engineer can ever be fully replaced by this process since there are too many potential errors or misjudgments that occur in a design process carried out by artificial intelligence.

Q: What impact has had the covid crisis on your personal life and in your career? What do you think of the impact that online education may have in disciplines such as soil and rock mechanics?

A: Since I am now fully retired, at the age of 88, the Covid crisis has had no significant influence on my personal life or my career.

The need for university and college courses as well as communications within working organizations to be moved online has had a major impact on educational processes and decision making in applied soil and rock mechanics. In some cases, when the learning and decision-making processes are based on well-established factual information, it has made the process simpler and more efficient. However, where judgement based on hands-on practical experience and judgment is required, the lack of one-on-one personal discussions has been a major problem. Looking ahead to the future, when the Covid crisis has passed and we return to a more normal educational and working process, I believe that the use of online information transfer will be used more commonly and more efficiently than it was in the past. However, I consider that the conventional teaching methods and discussions at meetings will need to be restored, in order to cover those subjects in which observations and judgements based on personal experience play an important role.

Q: What area of rock mechanics would you say is the one that has more room to improve today, and where should the research focus be put on?

A: Over the past 50 years, rock mechanics has grown to be a mature engineering discipline and I do not place any one topic ahead of others in the need for more research – this need applies to all areas. However, one major problem is the complexity of communication in all fields of the subject.

There is a tendency to believe that rock mechanics communications should be in the form of verbose papers or books, filled with complex equations defining rock and rock mass behavior in minute detail. I consider this to be the exact opposite to that which is required to convey information that can be understood and applied by anyone working in the field.  There is a great need to cut down on the number of papers published and to encourage authors to present their concepts and research finding in clear and simple language and well-prepared and easily understood illustrations. In the case of computations, which are too complicated for this simplification, more attention should be focused on a clear description of the purpose of the calculation and on results which can be obtained from the analysis, rather than on the computation itself. Where it is essential to describe the computation in detail, it should be done in the form of an appendix to the paper or book chapter.

Q: How would you describe the role experience has in a discipline such as Rock mechanics? What advice could you give to young engineers who still haven’t had the chance to start their careers in the professional world and aim to specialize in rock mechanics?

A: As made clear in the responses given above, experience is an absolutely key element in the successful application of rock mechanics. This is not just experience in having learned how a particular numerical analysis can be used to calculate the stresses in the rock mass surrounding an excavation, but it should include experience in observing and judging the entire process of investigation, design and construction of a structure in, or on, rock. This experience can only be obtained by working on projects in which this entire process is being carried out.

My recommendation to students always has been that they should take one or two years off, after their first degree, to work in mining or civil engineering projects in which rock mechanics is being used in the design of tunnels, slopes or foundations. Ideally, this work should be carried out under the direction of a senior rock mechanics engineer or an engineering geologist on the permanent staff of the designer or contractor. The student should try to get a position in the team carrying out the work. Finding such positions is difficult and the financial rewards may not be very good, but the experience gained will play a major role in their long-term career.

Q: In developing countries, engineers often have to struggle with obtaining financing for geotechnical explorations, and in many cases, “we have to do the best we can with the tools we have”. For example, many public housing projects in Chile can only afford one drilling in rock (even in projects that consider several slopes in rock), because the national standard only requires one. What advice would you give in this type of situation?

A: This is a problem with the legal requirements established for the building or mining industry by government regulators. The example quoted of a single exploration borehole being a requirement set as a national standard is one that is totally unacceptable. In some rare cases, where a tunnel is being mined or a slope is being excavated in extremely uniform massive rock, a single borehole to collect samples for testing may be adequate. However, in general, multiple boreholes are required on typical construction sites. The decision on the location and number of these boreholes should be the responsibility of the senior geologist employed by the owner, designer or contractor.

The individual engineering geologist or rock mechanics engineer has very little hope of having a significant impact on this situation. However, a discussion on this type of problem by organizations or associations of several such individuals, followed by the presentation of the conclusions from such discussions to government regulators, has the potential to inform these regulators and persuade them that changes should be made in the regulations.

Interview by: Rafael Iglesias, Civil Engineer