Cap 06 Resitencia y Deformabilidad Del Macizos Rocosos
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RESITENCIA Y DEFORMABILIDAD DEL MACIZOS ROCOSOS
RESISTENCIA La resistencia del macizo rocoso es función de la matriz rocosa y de las discontinuidades y de las condiciones geoambientales a las que se encuentra sometido el macizo, como las tensiones naturales y condiciones hidrogeológicas.
Transición entre la matriz rocosa y el macizo rocoso intensamente fracturado.
CRITERIOS DE ROTURA CRITERIO DE HOEK Y BROWN (1980) Válido para macizos rocoso isótropos duros. Los factores que determinan la rotura son la no linealidad, tipo de roca, estado del macizo, relación entre la resistencia a la compresión y a la tracción, disminución del ángulo de rozamiento con el aumento de la tensión de confinamiento, etc. La resistencia del macizo queda definido por: = 3 +
3
+
Donde: σ1 y σ 3 son los esfuerzos principales mayor y menor en rotura. σci es la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa. m y s son constantes adimensionales que dependen de las propiedades del macizo rocoso, del tipo de roca y de la frecuencia y característica de las discontinuidades. Estos valores pueden obtenerse a partir del índice RMR.
Para macizos rocosos sin alterar y no afectados por voladuras: =
− 100 28
=
− 100 9
Para macizos rocosos alterados o afectados por voladuras: =
− 100 14
=
− 100 6
mi: valor correspondiente a la matriz rocosa, se obtiene del ensayo triaxial o de tablas. Si el medio rocoso está completamente sano RMR=100 ; m = m i y s = 1 Tanto el criterio como las expresiones para el cálculo de m y s no proporcionan valores representativos para macizos rocosos alterados y de mala calidad, por tantos se ha desarrollado una mueva expresión, válida también para macizos rocosos fracturados de mala calidad, con materiales blandos y alterados.
El criterio generalizado es: = 3 +
+
m,s y α dependen de las propiedades y características del macizo rocoso cuya envolvente de Mohr es:
=
−
A y B son las constantes del material σn esfuerzo normal en el punto de interés. σtm Resistencia a la tracción del macizo. =
m y s se determina a partir del Índice Geológico de Resistencia GSI
ÍNDICE GEOLÓGICO DE RESISTENCIA GSI En macizos rocosos de mala calidad se evalúa la calidad del macizo en función del grado y las características de la fracturación, estructura geológica, tamaño de los bloques y alteración de las discontinuidades (Hoek y Brown, 1998) =
− 100 28
Para macizos con GSI > 25 (buena-media calidad): =
− 100 9
= 0,5
Para macizos con GSI < 25 (mala-muy mala calidad): =0
= 0,65 −
200
Modificaciones de las constantes del material que dependen sobre todo del grado de alteración al que ha sido sometido el macizo rocoso por los efectos de las excavaciones (mecánicas o por voladuras) o por la relajación de esfuerzos, (Hoek y Brown, 2002)
D Varía desde 0 para macizos rocosos in situ inalterados hasta 1 para macizos rocosos muy alterados.
OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS RESISTENTES DEL MACIZO c Y ø El criterio de Hoek y Brown se puede expresar en función de la tensión tangencial, , y normal, σ n, en forma paramétrica, de la manera siguiente (Serrano y Olalla, 1994). = =
1 − ∅ ∅
1 − ∅
1 + 2∅ −∈
2 ∅
Donde: =
∈=
8 8
=
=
8 8
− 100
28 − 100 25,2
Ø: es el ángulo de rozamiento instantáneo, que equivale al ángulo de rozamiento interno en función del nivel de tensión.
Ejemplo: En un macizo rocoso fracturado de arenisca (RMR≈GSI≈40), cuya matriz rocosa tiene una resistencia a compresión simple de σci = 10 MPa, se quiere conocer, para una profundidad de 25m, el valor de la cohesión y del ángulo de rozamiento para la rotura. El peso específico de la arenisca es = 20 kN/m3. Solución: Tensión normal a la profundidad indicada: σn = z = 500 kPa = 0,5 MPa mi para la arenisca = 19 de tablas. = 19 =
40 − 100
28 40 − 100 9
= 2,229
= 0,00127
Con estos valores: β = 2,786 y = 0,00205 Tabulando adecuadamente para ø tenemos: c ≈ 0,25 MPa y ø ≈ 45º.
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