RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DE ROCA.pptx

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MECANICA DE ROCAS

RESISTENCIA Y

DEFORMABILIDAD DE ROCAS

Ing. Juan Fredy CALLA FERNANDEZ

2014


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INTRODUCCION

El comportamiento mecnico de las rocas est definido por su

resistencia y su deformabilidad.

La resistencia, como se ha definido anteriormente, es el

esfuerzo que soporta una roca para determinadas

deformaciones.

Cuando la resistencia se mide en probetas de roca sin

confinar se denomina resistencia a compresin simple, y su

valor se emplea para la clasificacin geotcnica de las rocas.

La resistencia es funcin de las fuerzas cohesivas y

friccionales del material (adems de otros factores extrnsecos

al material rocoso.


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La cohesin c, es la fuerza de unin entre laspartculas minerales que forman la roca.

El ngulo de friccin interna , es el ngulo de

rozamiento entre dos planos de la misma roca,para la mayora de las rocas ste ngulo varaentre 25y 45. La fuerza friccional depende delngulo de friccin y del esfuerzo normal

actuando sobre el plano considerado.


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La resistencia de la roca no es un valor nico,

ya que adems de los valores de cy

, dependede otras condiciones, como la magnitud de losesfuerzos confinantes, la presencia de agua enlos poros o la velocidad de aplicacin de la

carga de rotura.

Tambin, incluso en rocas aparentemente

istropas y homogneas, los valores de c y

pueden variar segn el grado de cementacin ovariaciones en la composicin mineralgica.


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CRITERIOS DE ROTURA

La resistencia de la matriz rocosa istropase puede evaluar mediante los criterios derotura de Mohr-Coulomb y de Hoek y

Brown.

La principal diferencia entre ambos es que

el primero es un criterio lineal y el segundono lineal, ms adecuado al comportamientomecnico real de las rocas.


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Criterio de Mohr-Coulomb

Este criterio expresa la resistencia alcorte a lo largo de un plano en un estadotr iaxial de tensiones, obtenindose la

relacin entre los esfuerzos normal ytangencial actuantes en el momento de larotura mediante la expresin matemtica


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Efectos de la anisotropa y de la presin

de agua en la resistencia.-

Cuando la roca presenta anisotropa, suresistencia compresiva para un mismo estado deesfuerzos vara segn el ngulo (= 90 - )entre la direccin de los planos de anisotropa y

la direccin de la carga aplicada, pudiendopresentar valores muy diferentes.

Las rocas anistropas son difciles de ensayarpor la variabilidad de su resistencia, siendonecesarios numerosos ensayos para obtenerparmetros representativos de todo el rango deresistencia.


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La presin intersticial en la matriz rocosa porosadisminuye su resistencia, al actuar esta presinen contra de la tensin normal que se opone a la

rotura, cumplindose el principio de la tensinefectiva:

Esto slo afecta a rocas porosas permeables,que permiten la entrada de agua y pueden llegara saturarse. Muchas de las rocas puedenconsiderarse prcticamente impermeables,aunque bajo condiciones de presencia de agua,la saturacin es cuestin de tiempo.


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El criterio de Mohr-Coulomb implica que tiene lugar unafractura por corte al alcanzarse la resistencia de pico delmaterial. La gran ventaja de este criterio es su sencillez.

Sin embargo presenta inconvenientes debido a que:

Las envolventes de la resistencia en roca no sonlineales; se ha comprobado exper imentalmente que la

resistencia de las rocas aumenta menos con elincremento de la presin normal de con f inamiento que

lo ob tenido al considerar una ley l ineal, lo que puedeimplicar errores al considerar los esfuerzos actuantes,sobre todo en zonas de bajos esfuerzos confinantes.

- La direccin del plano de la fractura segn este criteriono siempre coincide con los resultados experimentales.

- El criterio sobrevalora la resistencia a la traccin.


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No obstante, si se utiliza este criterio lineal derotura, para evaluar la resistencia de la matrizrocosa, se pueden adoptar las siguientesrecomendaciones:

- Suponer que el valor de la cohesin es un

valor prximo al 10% de la resistencia acompresin simple de la matriz rocosa.

- Adoptar un valor del ngulo de rozamiento

interno segn el nivel de tensiones con el quetrabaja, tomado de ensayos especficos o detablas.


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CRITERIO DE HOEK Y BROWN

El propuesto por Hoek y Brown (1980) es uncriterio emprico de rotura no lineal valido paraevaluar la resistencia de la matriz rocosaistropa en condiciones triaxiales:

Donde 1, y 3 son los esfuerzos principales

mayor y menor en rotura, ci, es la resistencia acompresin simple de la matnz rocosa y mi esuna constante que depende de las propiedadesde la matnz rocosa.


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DEFORMABILIDAD

La deformabilidad es la propiedad que tienela roca para alterar su forma comorespuesta a la actuacin de fuerzas.

Segn sea la intensidad de la fuerzaejercida, el modo en que se aplica y lascaractersticas mecnicas de la roca, ladeformacin ser permanente o elstica; eneste ltimo caso el cuerpo recupera suforma original al cesar la actuacin de lafuerza.


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Ensayos de laboratorio deresistencia y deformabilidad .-Los mtodos experimentales para determinar laresistencia y la deformabilidad de las rocas sonindependientes del criterio de rotura adoptadoen cada caso; su finalidad es establecer las

relaciones entre los esfuerzos y lasdeformaciones durante el proceso de carga yrotura, los esfuerzos a que est sometida la rocaen el momento de la rotura y sus parmetrosresistentes.

Estos mtodos son los ensayos de laboratoriode compresin uniaxial, compresin triaxial ytraccin.


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RESISTENCIA Y DEFORMABILIDADDE MACIZOS ROCOSOS

La resistencia de los macizos rocosos es fun cin de laresistencia de la matr iz rocosa y de las

discont inuidades, siendo ambas extremadamentevariables, y de las condiciones geoambientales a las

que se encuentra sometido el macizo, como lastensiones naturales y las condiciones hidrogeolgicas.La presencia de zonas tectonizadas, alteradas o dediferente composicin litolgica, implica zonas de

debilidad y anisotropa con diferentescomportamientos y caractersticas resistentes.

Estas circunstancias determinan una gran complejidaden la evaluacin de la resistencia de los macizosrocosos.


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Comportamiento y propiedades resistentes delMacizo Rocoso

Segn el grado de fracturacin del macizo, sucomportamiento y propiedades resistentesquedarn definidas por: La resistencia de la matriz rocosa (istropa o

anistropa). La resistencia al corte de una familia de

discontinuidades. La resistencia al corte de 2 3 familias de

discontinuidades (siempre que seanrepresentativas en el macizo).

La resistencia global de un sistema de bloquesrocosos con comportamiento istropo.


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OBTENCIN DE L AS CONSTANTES m, sy

Con el fin de ampliar el rango de aplicacin del

criterio generalizado, sobre todo a macizos rocosos demala calidad, y emplear parmetros ms geolgicospara la evaluacin de su resistencia, Hoek (1994) yHoek et al, (1995) han propuesto un ndice geolgico

de resistencia, GSI (geological strength index), queevala la calidad del macizo en funcin del grado y lascaractersticas de la fracturacin, estructura geolgica,

tamao de los bloques y alteracin de las

discontinuidades.


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El valor de GSI = 25 es arbitrario. ParaGSI > 25 (macizos de media a muy buena

calidad) este ndice puede obtenerse apartir del RMR, mediante la correlacinsiguiente, en cuyo caso debe asignarseun valor de 15 para las condiciones deagua del macizo y un valor de 0 alparmetro de ajuste para la orientacinde las discontinuidades:


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Deformabilidad de los macizosrocosos

La deformabilidad de un macizo rocoso viene dadapor las relaciones entre los esfuerzos aplicados y lasdeformaciones producidas, y queda definida por sumdulo de deformacin, que relaciona la tensin oesfuerzo con la deformacin correspondiente.

La deformabilidad, al igual que las demspropiedades de los macizos, presenta un carcteranistropo y discontinuo, por lo que sudeterminacin resulta compleja, siendo uno de losproblemas sin resolver adecuadamente en mecnicade rocas


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Mtodos para la Evaluacin de laDeformabilidad

Los mtodos para la evaluacin de ladeformabilidad del macizo se puedenclasificar en directos e indirectos.

En el primero (directos) se incluyen losensayos in-situ, mientras que el segundo

grupo (indirectos) incluye los mtodosgeofsicos y una serie de correlacionesempricas.


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Influencia de las discontinuidades en

la deformabilidad del macizo

Conforme se considera un mayor volumen demacizo rocoso, se permite a lasdiscontinuidades jugar un papel ms importanteen su resistencia y deformabilidad, del macizo

ser funcin del espaciado de las juntas, condimensiones varias veces superiores a ste.

La resistencia a compresin, al igual que ocurrecon otras propiedades del macizo, se reduce con

el incremento del tamao de la muestra,tendencia similar a la de la matnz rocosa y a lade las discontinuidades


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CONCLUSION

La deformabilidad del macizo rocosodepende del grado de fracturacin y delas propiedades deformacionales de las

discontinuidades y de la matriz rocosa.Al aumentar la intensidad de fracturacinaumenta la deformabilidad del macizo,

debido a la influencia de un nmerocreciente de discontinuidades.


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