MECANICA DE ROCAS II

UNIVERSIDAD ALAS PERUANASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

MECÁNICA DE ROCAS

RESISTENCIA DE LA ROCAS Y CRITERIOS DE FALLAMIENTOS

DOCENTE: ING. GONZALES YANA, ROBERTO

RESISTENCIA DE LA ROCAS Y CRITERIOS DE ALLAMIENTOS

MECANICA DE FALLAMIENTO

se refiere generalmente a las fracturas. hasta las fallas que han sufrido un fracturamiento y ruptura

original.

• FRACTURAS.

Pueden ser fallas o diaclasas ambas supone un origen común. Es decir liberación de energía de presión por encima del limite plástico en las fallas hay desplazamiento importante de la masa con respecto ala otra , en las diaclasas no hay desplazamiento.

• Falla Planar:• Es muy raro que se pueda presentar una falla planar en un macizo rocoso, ya

que son varias las condiciones que se necesita para que se cumpla ello.

• Este análisis es beneficioso para demostrar la sensibilidad del talud a los cambios de la resistencia al corte y condiciones de agua subterránea.

fp

• FALLAS• Una falla es una ruptura acompañada de un movimiento relativo de los

dos compartimientos que determinan en los terrenos afectados.

• 1.1 Condiciones generales de falla:• Las siguientes condiciones geométricas deben ser satisfechas.• El plano en el cual debe ocurrir el deslizamiento debe tener un

paralelismo de 20 con el rumbo del talud.• El plano de falla debe mostrar su trazo en el talud.• El buzamiento del plano de falla debe ser más grande que el ángulo de

fricción de este plano. p • Superficie libre que no proveen resistencia al deslizamiento deben

estar presente en la masa rocosa para definir las condiciones laterales de deslizamiento.

• En análisis bidimensionales de taludes es necesario considerar el espesor del deslizamiento como una unidad.

Unidad de espesor

• Al representar en proyección estereográfica la orientación del talud y de las discontinuidades existentes en el mismo se puede llegar a intuir un tipo de rotura plana (figura 9.a.) Siempre que exista alguna familia de discontinuidades de dirección similar a la del talud pero buzamiento menor que este. La dirección del movimiento tras producirse la rotura será perpendicular a la dirección del talud y en el sentido de buzamiento del mismo.

ROTURA PLANA

• Falla en cuña:• La mecánica de falla que abarca el deslizamiento de una cuña a lo

largo de la línea de intersección de dos familias de discontinuidades se presenta de una manera simple, desafortunadamente, las ecuaciones que se presentan para ilustrar dicha mecánica son de valor práctico limitado a causa de que las variables usados para definir la geometría de la cuña no son de fácil medición en el campo.

• Falla circular:• Este tipo de falla abarca el colapso de taludes en el cual los cuadros

estructurales hacen que el deslizamiento ocurra con un rumbo transversal a la cresta del talud, a lo largo de la línea de intersección de dos planos.

• Este tipo de falla se presenta en taludes de material suave suelo o roca muy fracturada, en estos materiales la falla ocurre a lo largo de una superficie en forma circular.

Tipos de representaciones estereográficasExisten diversas formas de representación de los elementos planos y lineales

en laproyección estereográfica. Todos ellos se llevan a cabo mediante el empleo de la falsilla de Wulff que se obtiene a partir de la proyección de los

meridianos y paralelos de la esfera (figura 2).

- a) Diagrama de círculos máximos (beta) y b) diagrama de polos (pi).

Diagrama de densidad de polos• La proyección estereográfica de un determinado elemento de la naturaleza,

nunca es tan exacta como la de líneas y planos teóricos, ya que presentan irregularidades puntuales, falta de ajuste con la geometría ideal, en muchos casos, y posibles errores de precisión. Esto hace que se produzcan dispersiones que, dependiendo de su magnitud, pueden o no facilitar la interpretación de un polo o un círculo máximo.

Principales tipos de ocurrencia:Falla en un solo banco: • Son de ocurrencia frecuente e imposibles de eliminar

completamente, se presentan como pequeños deslizamientos de roca que afectan a un solo banco. Usualmente no tienen influencia en las operaciones de minado.

Falla en varios bancos: • La presencia de dos o más familias de discontinuidades que se

interceptan o combinan con estructuras mayores (fallas, plegamientos) representan mucho más peligro que las fallas en un solo banco ya que pueden abarcan el movimientos de grandes masas rocosas.

• A simple vista, la detección de la posible dirección de falla es difícil de realizar, es necesario ejecutar un análisis estereográfico a partir de los datos recogidos en el mapeo geotécnico.

Comportamiento Macizo Rocoso

Macizo Fracturado Pesadamente fracturado

Esfuerzos de magnitud baja

Esfuerzos de magnitud alto

FALLAMIENTO Y ELIPSOIDE DE ESFUERZOS

El comportamiento frágil es característico de las partes más superficiales de la corteza (hasta unos 10 ó 15 km) y el dúctil de las más profundas (más de 15 o 20 km), existiendo una banda de entre 10 y 25 km con comportamientos de transición.

Los estados de esfuerzo principales y que caracterizan estas deformaciones se clasifican en uniaxial, biaxial y triaxial,

según que dos, uno o ninguno de los esfuerzos principales sea cero.

Esfuerzo uniaxial:

sólo existe un esfuerzo principal. La figura geométrica que lo representa es un par de flechas de igual magnitud y sentidos opuestos.

Esfuerzo biaxial:

sólo existen dos esfuerzos principales, p. ej., 1 y 2. La figura que lo representa es, en el caso general una elipse. Si 1 = 2, la figura geométrica es una circunferencia.

Esfuerzo triaxial:

existen tres esfuerzos principales: 1 , 2 y 3 .

EL FALLAMIENTO Y EL ELIPSOIDE DE ESFUERZOS Este método tiene la ventaja de que el problema se puede analizar cuantitativamente.

El método será aún más útil, a medida que se disponga de datos adicionales sobre las propiedades físicas de las rocas. Sin embargo, se puede hacer un análisis cualitativo mediante el uso del elipsoide de esfuerzos.

RELACIÓN ENTRE FALLAS Y ELIPSOIDES DE DEFORMACIÓN Y DE ESFUERZOS

A. Elipsoide de esfuerzosB. Elipsoide de deformación:C. falla gravitacional en la cual el bloque de la derecha descendió.D. falla gravitacional en la cual descendió el bloque de la izquierda

Se pueden hacer las siguientes generalizaciones. (a)El eje intermedio de deformación yace en el plano de falla y es perpendicular al desplazamiento neto. (b) El eje mínimo de deformación yace en un plano perpendicular al eje intermedio de deformación y forma un ángulo de unos 30 grados con el plano de falla.

En las fallas gravitacionales, o en las fallas con una componente gravitacional, tiene la misma dirección que la inclinación falla.

En las fallas de empuje, o en las fallas con una componente de empuje, tiene una dirección opuesta a la de la inclinación la falla. El eje máximo de deformación es perpendicular los otros dos

Por supuesto, los ejes de deformación y de esfuerzo son mutuamente paralelos solo si los ejes de esfuerzo ocupan la misma, posición a través de la deformación. Si la posición del elipsoide esfuerzos cambia durante la deformación, es evidente que el elipsoide deformación ocupará alguna posición intermedia entre primera y la última posición del elipsoide de esfuerzos.

La parte superior de la Fig. A es una falla gravitacional que se inclina al este y en la cual el desplazamiento neto es directamente hacia abajo. En consecuencia, el eje intermedio deformación B es perpendicular al plano del papel (diagrama inferior). El eje mínimo de deformación C está 30 grados la dirección en la cual se inclina la falla y, por lo tanto, es vertical. El eje mínimo de deformación A es horizontal en el plano del papel.

fig. 15.3 es una falla vertical en la cual el desplazamiento neto es directamente hacia abajo. El eje intermedio de deformación B es, consecuentemente, perpendicular al plano de papel. El eje mínimo de deformación está a unos 30 grados de la falla. Si la falla se inclinara a 89º al este, seria clasificada como una falla gravitacional, en este caso, el ángulo de 30 grados se mediría en la misma dirección en que se indina la falla, es decir, se mediría hacia el este. Si la falla se inclina 89º al oeste, seria clasificada como empuje .en este caso el ángulo de 30 grados se mediría en la dirección opuesta a la inclinación de la falla, es decir, el ángulo se mediría hacia el este.

La fig. 153 es una falla horizontal, en la cual el desplazamiento neto es paralelo al plano de papel. En el diagrama inferior se muestra la elipsoide de deformación. Esta orientación puede ser el resultado de una orientación paralela a A, de una comprensión paralela a C, o de cuplas tales como se muestra en las flechas de líneas cortadas.

Relación entre fallas y el elipsoide de deformación

Que muestran las trayectorias de los ejes de esfuerzo, pueden convertirse fácilmente en diagramas de deformación.

• CRITERIOS DE FRACTURA DE ROCA EMPÍRICA• FRACTURA DE LAS ROCAS• La formación de fragmentos angulosos,, acompañada a

veces por recristalización o pordesarrollo de esquistosidad, da idea del gran esfuerzo a que estuvieron sometidas ciertas zonas de la masa pétrea.

• Las fracturas de origen tectónico se forman bajo el influjo de las tensiones de la corteza terrestre, estas pueden ser el resultado primario de las tensiones tectónicas.

• En otros casos las fracturas de origen tectónico son secundarias: estas son el resultado de aquellas tensiones locales derivadas de las dislocaciones, provocadas por las tensiones primarias

• CRITERIOS TEÓRICOS DE FRACTURACION DE COULOMB Y RIFFITH

• Esencialmente, existen dos tipos de fracturas en las rocas: las producidas por esfuerzos tensionales y las producidas por esfuerzos de cizalla. Las primeras se llaman fracturas de tensión y se producen según superficies aproximadamente perpendiculares a la dirección de aplicación del esfuerzo tensíonal.

• Una vez creadas, las dos partes del cuerpo a ambos lados de la fractura tienden a separarse, dejando un hueco que puede ser ocupado por precipitados minerales o por material fundido que se encuentre en las proximidades. Cuando no se rellena, la fractura se denomina grieta si es grande y fisura si es pequeña.

• Si se rellena de material por precipitación a partir de fluidos se llama filón, si es grande, y vena si es pequeña. Cuando es ocupado por un magma da lugar a un dique.

DEFORMACION DEL MACIZO ROCOSO• Las rocas pueden ser duras o blandas y la fallas de los macizos se pueden

presentar por zonas de debilidad o de discontinuidad estructural en las rocas blandas fallan a través del cuerpo de la masa rocosa y también a través de sus defectos estructurales.

CALIDAD DEL MACIZOSe considera que un suelo o roca es blando o duro, según su resistencia a la

compresión esté en los siguientes rangos:• Suelo blando menos de 4 Kg/cm2• Suelo duro entre 4- 10 Kg/cm2• Roca blanda entre 10-200 Kg/cm2• Roca dura más de 200 Kg/cm2Las rocas blandas son aquellas que pueden fallar a través de material intacto a los

niveles de esfuerzos existentes que se pueden dar en el área de influencia de una excavación, sin que tenga sentido un valor numérico para definir la resistencia de dichas rocas, máximo aún si se tiene en cuenta que los macizos de roca más dura pueden fallar y fallan en las excavaciones más profundas. El comportamiento de una galería puede ser dúctil, adecuado o frágil, como se muestra en la fig. , cuando se consideran profundidades del orden de 100, 200 y 300 metros respectivamente.

GRACIAS