Resistencia y deformabilidad de roca

MECANICA DE ROCAS

1. MECANICA DE ROCAS
RESISTENCIA Y
DEFORMABILIDAD DE ROCAS
Ing. Juan Fredy CALLA FERNANDEZ
2014

2. INTRODUCCION
Elcomportamientomecánicodelasrocasestádefinidoporsu
resistenciaysudeformabilidad.
Laresistencia,comosehadefinidoanteriormente,esel
esfuerzoquesoportaunarocaparadeterminadas
deformaciones.
Cuandolaresistenciasemideenprobetasderocasin
confinarsedenominaresistenciaacompresiónsimple,ysu
valorseempleaparalaclasificacióngeotécnicadelasrocas.
Laresistenciaesfuncióndelasfuerzascohesivasy
friccionalesdelmaterial(ademásdeotrosfactoresextrínsecos
almaterialrocoso.

3. Lacohesiónc,eslafuerzadeuniónentrelas
partículasmineralesqueformanlaroca.
ElángulodefriccióninternaΦ,eselángulode
rozamientoentredosplanosdelamismaroca,
paralamayoríadelasrocasésteángulovaría
entre25°y45°.Lafuerzafriccionaldependedel
ángulodefricciónydelesfuerzonormalσ
actuandosobreelplanoconsiderado.

4. Laresistenciadelarocanoesunvalorúnico,
yaqueademásdelosvaloresdecyΦ,depende
deotrascondiciones,comolamagnituddelos
esfuerzosconfinantes,lapresenciadeaguaen
losporosolavelocidaddeaplicacióndela
cargaderotura.
También,inclusoenrocasaparentemente
isótropasyhomogéneas,losvaloresdecyΦ
puedenvariarsegúnelgradodecementacióno
variacionesenlacomposiciónmineralógica.

5. CRITERIOS DE ROTURA
Laresistenciadelamatrizrocosaisótropa
sepuedeevaluarmedianteloscriteriosde
roturadeMohr-CoulombydeHoeky
Brown.
Laprincipaldiferenciaentreambosesque
elprimeroesuncriteriolinealyelsegundo
nolineal,másadecuadoalcomportamiento
mecánicorealdelasrocas.

6. Criterio de Mohr-Coulomb
Estecriterioexpresalaresistenciaal
cortealolargodeunplanoenunestado
triaxialdetensiones,obteniéndosela
relaciónentrelosesfuerzosnormaly
tangencialactuantesenelmomentodela
roturamediantelaexpresiónmatemática

7. CIRCULO DE MOHR COULOMB

9. Efectosdelaanisotropíaydelapresión
deaguaenlaresistencia.-
Cuandolarocapresentaanisotropía,su
resistenciacompresivaparaunmismoestadode
esfuerzosvaríasegúnelánguloβ(β=90-θ)
entreladireccióndelosplanosdeanisotropíay
ladireccióndelacargaaplicada,pudiendo
presentarvaloresmuydiferentes.
Lasrocasanisótropassondifícilesdeensayar
porlavariabilidaddesuresistencia,siendo
necesariosnumerososensayosparaobtener
parámetrosrepresentativosdetodoelrangode
resistencia.

10. Lapresiónintersticialenlamatrizrocosaporosa
disminuyesuresistencia,alactuarestapresión
encontradelatensiónnormalqueseoponeala
rotura,cumpliéndoseelprincipiodelatensión
efectiva:
Estosóloafectaarocasporosaspermeables,
quepermitenlaentradadeaguaypuedenllegar
asaturarse.Muchasdelasrocaspueden
considerarseprácticamenteimpermeables,
aunquebajocondicionesdepresenciadeagua,
lasaturaciónescuestióndetiempo.

12. ElcriteriodeMohr-Coulombimplicaquetienelugaruna
fracturaporcortealalcanzarselaresistenciadepicodel
material.Lagranventajadeestecriterioessusencillez.
Sinembargopresentainconvenientesdebidoaque:
•Lasenvolventesdelaresistenciaenrocanoson
lineales;sehacomprobadoexperimentalmentequela
resistenciadelasrocasaumentamenosconel
incrementodelapresiónnormaldeconfinamientoque
loobtenidoalconsiderarunaleylineal,loquepuede
implicarerroresalconsiderarlosesfuerzosactuantes,
sobretodoenzonasdebajosesfuerzosconfinantes.
-Ladireccióndelplanodelafracturasegúnestecriterio
nosiemprecoincideconlosresultadosexperimentales.
-Elcriteriosobrevaloralaresistenciaalatracción.

13. Noobstante,siseutilizaestecriteriolinealde
rotura,paraevaluarlaresistenciadelamatriz
rocosa,sepuedenadoptarlassiguientes
recomendaciones:
-Suponerqueelvalordelacohesiónesun
valorpróximoal10%delaresistenciaa
compresiónsimpledelamatrizrocosa.
-Adoptarunvalordelánguloderozamiento
internosegúnelniveldetensionesconelque
trabaja,tomadodeensayosespecíficosode
tablas.

14. CRITERIO DE HOEK Y BROWN
ElpropuestoporHoekyBrown(1980)esun
criterioempíricoderoturanolinealvalidopara
evaluarlaresistenciadelamatrizrocosa
isótropaencondicionestriaxiales:
Dondeσ1,yσ3sonlosesfuerzosprincipales
mayorymenorenrotura,σci,eslaresistenciaa
compresiónsimpledelamatnzrocosaymies
unaconstantequedependedelaspropiedades
delamatnzrocosa.

17. DEFORMABILIDAD
Ladeformabilidadeslapropiedadquetiene
larocaparaalterarsuformacomo
respuestaalaactuacióndefuerzas.
Segúnsealaintensidaddelafuerza
ejercida,elmodoenqueseaplicaylas
característicasmecánicasdelaroca,la
deformaciónserápermanenteoelástica;en
esteúltimocasoelcuerporecuperasu
formaoriginalalcesarlaactuacióndela
fuerza.

18. Ensayosdelaboratoriode
resistenciaydeformabilidad.-
Losmétodosexperimentalesparadeterminarla
resistenciayladeformabilidaddelasrocasson
independientesdelcriterioderoturaadoptado
encadacaso;sufinalidadesestablecerlas
relacionesentrelosesfuerzosylas
deformacionesduranteelprocesodecargay
rotura,losesfuerzosaqueestásometidalaroca
enelmomentodelaroturaysusparámetros
resistentes.
Estosmétodossonlosensayosdelaboratorio
decompresiónuniaxial,compresióntriaxialy
tracción.

23. RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD
DE MACIZOS ROCOSOS
Laresistenciadelosmacizosrocososesfuncióndela
resistenciadelamatrizrocosaydelas
discontinuidades,siendoambasextremadamente
variables,ydelascondicionesgeoambientalesalas
queseencuentrasometidoelmacizo,comolas
tensionesnaturalesylascondicioneshidrogeológicas.
Lapresenciadezonastectonizadas,alteradasode
diferentecomposiciónlitológica,implicazonasde
debilidad y anisotropía con diferentes
comportamientosycaracterísticasresistentes.
Estascircunstanciasdeterminanunagrancomplejidad
enlaevaluacióndelaresistenciadelosmacizos
rocosos.

26. Comportamiento y propiedades resistentes del
Macizo Rocoso
Segúnelgradodefracturacióndelmacizo,su
comportamiento ypropiedadesresistentes
quedarándefinidaspor:
•Laresistenciadelamatrizrocosa(isótropao
anisótropa).
•Laresistenciaalcortedeunafamiliade
discontinuidades.
•Laresistenciaalcortede2ó3familiasde
discontinuidades (siempre que sean
representativasenelmacizo).
•Laresistenciaglobaldeunsistemadebloques
rocososconcomportamientoisótropo.

28. OBTENCIÓN DE L AS CONSTANTES m,sy α
Conelfindeampliarelrangodeaplicacióndel
criteriogeneralizado,sobretodoamacizosrocososde
malacalidad,yemplearparámetrosmásgeológicos
paralaevaluacióndesuresistencia,Hoek(1994)y
Hoeketal,(1995)hanpropuestouníndicegeológico
deresistencia,GSI(geologicalstrengthindex),que
evalúalacalidaddelmacizoenfuncióndelgradoylas
característicasdelafracturación,estructurageológica,
tamañodelosbloquesyalteracióndelas
discontinuidades.

30. ElvalordeGSI=25esarbitrario.Para
GSI>25(macizosdemediaamuybuena
calidad)esteíndicepuedeobtenersea
partirdelRMR,mediantelacorrelación
siguiente,encuyocasodebeasignarse
unvalorde15paralascondicionesde
aguadelmacizoyunvalorde0al
parámetrodeajusteparalaorientación
delasdiscontinuidades:

34. Deformabilidad de los macizos
rocosos
Ladeformabilidaddeunmacizorocosovienedada
porlasrelacionesentrelosesfuerzosaplicadosylas
deformacionesproducidas,yquedadefinidaporsu
módulodedeformación,querelacionalatensióno
esfuerzoconladeformacióncorrespondiente.
Ladeformabilidad,aligualquelasdemás
propiedadesdelosmacizos,presentauncarácter
anisótropoydiscontinuo,porloquesu
determinaciónresultacompleja,siendounodelos
problemassinresolveradecuadamenteenmecánica
derocas

36. Métodos para la Evaluación de la
Deformabilidad
Losmétodosparalaevaluacióndela
deformabilidaddelmacizosepueden
clasificarendirectoseindirectos.
Enelprimero(directos)seincluyenlos
ensayosin-situ,mientrasqueelsegundo
grupo(indirectos)incluyelosmétodos
geofísicosyunaseriedecorrelaciones
empíricas.

37. Influencia de las discontinuidades en
la deformabilidad del macizo
Conformeseconsideraunmayorvolumende
macizo rocoso, se permite a las
discontinuidadesjugarunpapelmásimportante
ensuresistenciaydeformabilidad,delmacizo
seráfuncióndelespaciadodelasjuntas,con
dimensionesvariasvecessuperioresaéste.
Laresistenciaacompresión,aligualqueocurre
conotraspropiedadesdelmacizo,sereducecon
elincrementodeltamañodelamuestra,
tendenciasimilaraladelamatnzrocosayala
delasdiscontinuidades

38. CONCLUSION
Ladeformabilidaddelmacizorocoso
dependedelgradodefracturaciónyde
laspropiedadesdeformacionalesdelas
discontinuidadesydelamatrizrocosa.
Alaumentarlaintensidaddefracturación
aumentaladeformabilidaddelmacizo,
debidoalainfluenciadeunnúmero
crecientedediscontinuidades.

39. GRACIAS POR
SU ATENCION