Los esfuerzos generados por la aplicación de las fuerzas pueden

producir deformaciones y roturas en las rocas dependiendo de la

resistencia de las mismas y de otras condiciones extrínsecas al

propio material rocoso

La resistencia se define como el esfuerzo que la roca puede soportar paraunas ciertas condiciones de deformación. La resistencia pico es el esfuerzo maximo que se puede alcanzar. La resistencia residual es el valor al que cae la resistencia de algunasrocas para deformaciones elevadas

La resistencia no es un valor único intrínseco de la roca y de aquí el interés enconocer su valor y sus rangos de variación para determinadas condiciones de losmateriales rocosos.

La resistencia compresiva es la propiedad más característica y frecuentementemedida en la matriz rocosa.

La rotura es un fenómeno que se produce cuando la roca no puede soportar lasfuerzas aplicadas, alcanzando el esfuerzo un valor máximo correspondiente a laresistencia pico del material.

La fractura es la formación de planos de separación en la roca, conformándose losenlaces de las partículas para crear nuevas superficies.

La rotura puede responder a diferentes modelos:* Rotura frágil (instantánea y violenta)* Rotura dúctil (progresiva)

Se produce cuando una determinada superficie de la roca está sometida a esfuerzos de corte suficientemente altos como para que una cara de la superficie deslice con respecto a la otra.

ROTURA POR ESFUERZO CORTANTE

Son ejemplos las roturas a favorde discontinuidades en taludesde macizos rocosos o en lostechos de galerías sobrehastiales rígidos.

ROTURA POR COMPRESIONTiene lugar cuando la roca sufre esfuerzos a compresión.Microscópicamente se producen grietas de tracción y planos de corte queprogresan en el interior de la roca.

No es frecuente en obras de ingeniería.

Son ejemplos próximos los pilares de soporte en una excavación minera o lospilares de sostenimiento de desmontes en voladizo.

ROTURA POR FLEXIONSe produce cuando una sección de la roca está sometida a momentosflectores.ROTURA POR TRACCIÓNEste tipo de rotura se produce cuando la disposición y/o estructura delmacizo rocoso hace que una cierta sección de la roca este sometida a unatracción pura o casi pura.

Una rotura por colapso mecánico se produce bajo condiciones decompresión isotrópica, es decir, cuando el material recibió compresiones entodas las direcciones del espacio. La estructura de la roca se rompe,transformándose en un material pulverulento tipo suelo. En un casoparticular de la rotura por compresión , se produce en rocas muy porosas.

ROTURA POR COLAPSO

CRITERIOS DE RESISTENCIA

Ley de Comportamiento de un material se define como la relación entre loscomponentes del esfuerzo y el estado de deformaciones que sufre el material.

Es un concepto más amplio que el de criterio de rotura o de resistencia, ya quehace referencia a las relaciones entre esfuerzos a lo largo de todo el proceso dedeformación del material rocoso.

En teoría, una ley de comportamiento debería servir para predecir: El valor de la resistencia de pico del material. La resistencia residual. La resistencia del limite de elasticidad. El inicio de la generación de la fractura. Las deformaciones sufridas por el material. La energía del proceso de rotura y deformación.

CRITERIOS DE RESISTENCIA

Ante la práctica imposibilidad de obtener las leyes que rigen elcomportamiento, la resistencia y la rotura de los materiales rocosos específicos(tanto de la matriz rocosa como de los macizos rocosos), se emplean una seriede criterios de rotura o resistencia, obtenidos empíricamente a partir deexperiencias y ensayos de laboratorio.

Un criterio de resistencia de pico es una expresión que proporciona lacombinación entre los componentes del esfuerzo para la que se alcanza laresistencia pico del material y un criterio de plasticidad o de limite deelasticidad es la relación entre los componentes del esfuerzo que se satisfaceal inicio de las deformaciones permanentes.

Además de referirse a los esfuerzos principales, los criteriosde resistenciapueden ser desarrollados en términos de los esfuerzos normal y tangencialactuando sobre un plano.

ROTURA DE MACIZOS ROCOSOS DE HOEK-

BROWN (2002)

El criterio de rotura de macizos rocosos es ampliamente aceptado y ha sidoaplicado en un gran número de proyectos a nivel mundial, sin embargo existenalgunas incertidumbres o inexactitudes que ha creado inconvenientes en suimplementación a modelos numéricos y a programas de computación deequilibrio limite. En particular la dificultad de encontrar un ángulo de fricción yresistencia cohesiva equivalentes para un macizo rocoso dado, ha sido uninconveniente desde la publicación original del criterio en 1980. El criterio sededujo a partir de los resultados de las investigaciones de Hoek de roturasfrágiles de rocas intactas y de un modelo de estudio del comportamiento delmacizos rocosos de Brown; intentando relacionar el criterio empírico con lasobservaciones geológicas, por medio de uno de los sistemas de clasificación demacizos rocosos, RMR (Rock Mass Rating) de Bieniawski, la misma que fueadoptado por la comunidad de la mecánica de rocas.

ROTURA DE MACIZOS ROCOSOS DE HOEK-

BROWN (2002)

Consecuentemente los autores reexaminaron estas relaciones e introdujeronnuevos elementos, como es de los macizos rocosos alterados e inalterados y laintroducción de un criterio modificado para obligar a la resistencia a la traccióndel macizo rocoso a tender a cero para macizos de calidad muy mala.actuando sobre un plano.

El criterio original de Hoek Brown es tratar en términos de esfuerzos normalesy al corte mas que en términos de esfuerzos principales, según la ecuación:

(1)

σ’1 y σ’3 = Esfuerzos principales efectivos mayor y menor en el momento deroturaσci = Resistencia a la compresión uniaxial del material intactom y s = Constantes del material; donde s = 1 para roca intacta

a

cici Sm

++=

σσσσσ ´*´´ 3

31

ROTURA DE MACIZOS ROCOSOS DE HOEK-

BROWN (2002)

Una aproximación a diferentes situaciones prácticas a hecho que se introdujerael criterio generalizado de Hoek Brown a macizo rocosos diaclasados y que seexpresan como:

(2)

donde mb es un valor reducido de la constante del material mi y esta dadopor:

(3)

a

cibci Sm

++=

σσσσσ ´*´´ 3

31

−−

=D

GSImm ib 1428100exp

ROTURA DE MACIZOS ROCOSOS DE HOEK-

BROWN (2002)

ROTURA DE MACIZOS ROCOSOS DE HOEK-

BROWN (2002)

GSI = índice de resistencia geológicas y a = son constantes del macizo rocoso dadas por las siguientes expresiones:

(4)

(5)

D= es un factor que depende del grado de alteraciónAl que ha sido sometido el macizo rocoso por los efectos de las voladuras.Varia desde 0 para macizos rocosos in situ inalterados, hasta 1 para macizosrocosos muy alterados.

−−

=D

GSIS39100exp

−+=

−−320

15

61

21 eea

GSI

El Índice Geológico deResistencia, evalúa la calidaddel macizo en función delgrado y de las característicasde fracturamiento,estructura geológica,tamaño de los bloques yalteración de lasdiscontinuidades, estepuede ser determinado apartir de este ábaco.

ESTIMACION DEL INDICE GEOLOGICO “GSI”

DETERMINACION DE FACTOR DE

PERTURBACION “D”

DETERMINACION DE FACTOR DE

PERTURBACION “D”

DETERMINACION DE FACTOR DE

PERTURBACION “D”

DEFORMABILIDAD DE LOS MACIZOS ROCOSOS

Los módulos de deformación de los macizos rocosos están dados por:

Para σci ≤ 100 Mpa.

Para σci > 100 Mpa.

La tabla que se muestra a continuación incluyen valores orientativos de s, a y E,relacionados con la calidad del macizos rocosos.

−

−= 40

10

10*100

*2

1GSI

ciDE σ

−

−= 40

10

10*2

1GSIDE

ROTURA DE MACIZOS ROCOSOS DE HOEK-

BROWN (2002)c

De acuerdo a la estructura ylas condiciones del frente, sepuede determinar laclasificación del suelo segúnHoek – Brown.

CLASIFICACION DEL MACIZOS ROCOSOS DE

ACUERDO HOEK-BROWN