MECANICA DE ROCAS.docx

I. PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LAS ROCAS

2. Propiedades mecánicas: 

simple.

INTRODUCCION.Las propiedades físicas y mecánicas son las características de la matriz rocosa (composición mineralógica, densidad, estructura, porosidad, permeabilidad, alterabilidad, dureza, etc.) El agua presente en los macizos rocosos reduce su resistencia, y altera sus propiedades

Definición.Las propiedades físicas de las rocas son el resultado de su composición mineralógica, historia geológica y procesos ambientales, etc

En las propiedades mecánico de los macizos rocosos influye el grado de fracturación, meteorización, tipo de discontinuidad, el tamaño

Resistencia a la compresión



Resistencia ala tracción



Velocidad de las ondas sónicas



Resistencia



Deformabilidad.

b) DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LA MATRIZ ROCOSA.Las propiedades físicas o propiedades índices (laboratorio). Las más importantes a nivel de influencia en el comportamiento mecánico son: La porosidad, el peso específico, la permeabilidad, la alterabilidad, la resistencia y propagación de las ondas sónicas.

LA POROSIDAD.Es el espacio intersticial entre grano y grano,

  

de los bloques, etc

Las rocas muy porosas no son necesariamente

A) PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MATRIZ ROCOSA.-

altamente permeables por no estar conectados sus poros

Para la identificación y descripción cuantitativa de las propiedades básicas de las rocas, se usan los

LA POROSIDAD EFICAZ.-

llamados PROPIEDADES INDICES:

Es la relación entre volumen de poros

Realizamos el estudio petrofísico de la matriz

interconectados y el volumen de la muestra.

rocosa para conocer  sus propiedades físicas , en

En rocas es frecuente que los poros no estén

función de sus componentes y características

interconectados

  

(poros y fisuras, anisotropías, composición mineralógica, etc.).

PESO ESPECÍFICO O PESO UNITARIO.Se define como el peso por unidad de volumen.

PROPIEDADES INDICES: Se dividen en 2:

Sus unidades son fuerza/volumen. Depende de sus componentes

  

1. Propiedades de identificación y clasificación: 

Composición mineralógica.



Fabrica y textura



Tamaño del grano



Color



Porosidad



Peso específico.



Permeabilidad



Durabilidad.



Alterabilidad.

Pe

LA PERMEABILIDAD.PERMEABILIDAD.Es la capacidad de transmitir agua de una roca. La mayoría de las rocas presentan permeabilidades bajas. y se mide con el coeficiente de permeabilidad o de conductividad hidráulica (k) que se expresa en m/s, cm/s, m/día.

Dónde:  K

   

es la permeabilidad intrínseca

ángulo de fricción. La relación entre los esfuerzos

LA DURABILIDAD EN LA MATRIZ ROCOSA

aplicados a la probeta es:

      

La durabilidad se define como la resistencia que presenta la roca ante los procesos de alteración y

se pudo conocer el ángulo de fricción y la

desintegración. Y puede estar afectada por

cohesión de la roca intacta mediante el criterio

procesos de hidratación, disolución y oxidación.

de falla de mohr coulom.

c) PROPIEDADES MECANICAS DE LA MATRIZ ROCOSA

d) METEORIZACION DE LAS MATRIZ ROCOSA.Meteorización física; da lugar a la formación de

1. RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE (resistencia uniaxial)

micro discontinuidades por hielo, cambio de

Se define como el esfuerzo máximo que soporta

Meteorización química; produce la disolución de

la roca sometido a compresión uniaxial

minerales solubles y la formación de minerales

(laboratorio)

nuevos ya sea por reducción, oxidación,

volumen, cambio de humedad o Tº, etc.

hidratación, etc.

ENSAYO UNIAXIAL O DE COMPRESION SIMPLE Nos permite determinar la resistencia uniaxial no

e) METEORIZACION DEL MACIZO ROCOSO.-

confinada de una roca. Y clasificar rocas por su resistencia. La relación entre los esfuerzos

Los procesos de meteorización q actúan sobre el

aplicados en el ensayo es:

macizo rocoso afectan tanto a la matriz rocosa y a

        

los discontinuidades.

El ensayo trata de la aplicación gradual de una

A partir de la meteorización física y mecánica

fuerza axial a un cilindro de roca hasta que se

pueden abrirse o crearse nuevas fisuras o

produzca su rotura

fracturas en la roca.

2. ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA –  METODO BRASILERO: El ensayo consiste en someter a una probeta cilíndrica a una carga lineal compresiva actuando a lo largo de su diámetro. (cm)

Donde:

     

=resist. a traccion indirecta kg/cm2 P= carga ultima de rotura kg D=diametro de probeta cm L=longitud de probeta cm

3. ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL Este ensayo representa las condiciones de las rocas in situ sometidas a esfuerzos confinantes, mediante la aplicación de presión uniforme alrededor de la probeta. Donde se la cohesión,

II. RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DE ROCAS INTRODUCCION La resistencia, es el esfuerzo que soporta una roca para determinadas deformaciones. La resistencia está en función de las fuerzas cohesivas y friccionales del material (además de otros factores extrínsecos 

La cohesión c, es la fuerza de unión entre

las partículas minerales que forman la roca.  El ángulo de fricción interna Φ, es el ángulo de rozamiento entre dos planos y varía entre 25° y 45°.

A) CRITERIOS DE ROTURA La resistencia de la matriz rocosa se puede evaluar mediante los criterios de rotura de  Mohr-Coulomb; es un criterio lineal Hoek y Brown; es un criterio no lineal, y  adecuado al comportamiento mecánico real de las rocas

1. CRITERIO DE MOHR-COULOMB

B) DEFORMABILIDAD

Que expresa la resistencia al corte a lo largo de un plano en un estado triaxial de tensiones , obteniéndose la relación entre los esfuerzos normal y tangencial actuantes en el momento de la rotura

Propiedad de la roca para alterar su forma como respuesta a fuerzas que actúan sobre ellas. La deformación puede ser permanente o elástica (recupera su forma inicial)

     

El criterio de Mohr-Coulomb Implica que tiene lugar una fractura por corte al alcanzarse la resistencia maxima del material. Ventaja de este criterio es su sencillez. Inconvenientes debido a que:  Las envolventes de la resistencia en roca no son lineales  La dirección no siempre coincide con los resultados experimentales.  sobrevalora la resistencia a la tracción. Si se utiliza este criterio lineal de rotura, para evaluar la resistencia de la matriz rocosa, se recomienda:  Suponer valor de cohesión próximo al 10% de la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa.  Adoptar valor del ángulo de rozamiento en tabla.

2. CRITERIO DE HOEK Y BROWN (1980) Criterio empírico de rotura no lineal valido para evaluar la resistencia de la matriz rocosa isótropa en condiciones triaxiales:

    √      Donde; mi es una constante que depende de las propiedades de la matriz rocosa.  Tracción, uniaxial y triazial. (figura)

ENSAYOS DE LABORATORIO DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD La resistencia y la deformabilidad de las rocas son independientes, su finalidad es establecer las relaciones entre los esfuerzos y las deformaciones durante los esfuerzos a que está sometida la roca en el momento de la rotura. Estos métodos son de laboratorio de compresión uniaxial, compresión triaxial y tracción.

C) EFECTOS DE LA ANISOTROPÍA Y DE LA PRESIÓNDE AGUA EN LA RESISTENCIA.Las rocas anisótropas son difíciles de ensayar por la variabilidad de su resistencia, es necesarios varios ensayos para obtener un promedio representativo de todo su resistencia. La presión intersticial en la matriz rocosa porosa disminuye su resistencia, Esto sólo afecta a rocas porosas permeables, que permiten la entrada de agua y pueden llegar a saturarse. Las rocas supuestas impermeables, su saturación es cuestión de tiempo.

RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DE MACIZOS ROCOSOS La resistencia de los macizos rocosos está en  función de la resistencia de la matriz rocosa y de las discontinuidades, y de las condiciones

geoambientales, como las tensiones naturales y las condiciones hidrogeológicas, zonas tectonizadas, anisotropía y características

III. FLUJOS DE AGUA EN LOS MACIZOS ROCOSOS

COMPORTAMIENTO Y PROPIEDADES RESISTENTES DEL MACIZO ROCOSO

INTRODUCCION

Según el grado de fracturación del macizo, su comportamiento y propiedades resistentes quedarán definidas por:  La resistencia de la matriz rocosa (isótropa o anisótropa).  La resistencia al corte de una familia de discontinuidades.  La resistencia global de un sistema de bloques rocosos con comportamiento isótropo.

Los medios rocosos fisurados son conjuntos

DEFORMABILIDAD DE LOS MACIZOS ROCOSOS

DEFINICION

La deformabilidad de un macizo rocoso viene dada por las relaciones entre los esfuerzos aplicados y las deformaciones producidas. La deformabilidad, presenta un carácter anisótropo y discontinuo, por lo que su determinación resulta compleja.

MÉTODOS PARA LA EVALUACIÓN DE LA DEFORMABILIDAD Los métodos del macizo se pueden clasificar en: *directos; se incluyen los ensayos in-situ * Indirectos; incluye los métodos geofísicos y una serie de correlaciones empíricas

macroscópicamente heterogéneos y anisótropos en cuanto a comportamiento hidráulico, aún en el caso de que se puedan considerar como homogéneos a escala pequeña o mediana. En cuanto a permeabilidad hay que decir que la mayoría de los macizos de rocas compactas (rocas duras) serían casi absolutamente impermeables si no estuviesen fracturados.

Con frecuencia, las fracturas son estrechas y extensas, o de muy reducida extensión y aisladas, por lo que el movimiento del agua en las mismas es

EL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO DE LOS MACIZOS.El comportamiento hidráulico de los macizos fisurados depende de una serie de factores: 

Esfuerzos tectónicos: condicionan la existencia de todo tipo de fracturas (fallas, diaclasas, exfoliación, etc).

INFLUENCIA DE LAS DISCONTINUIDADES EN LA DEFORMABILIDAD DEL MACIZO Las discontinuidades juegan un papel más importante en su resistencia y deformabilidad, está en función del espaciado de las juntas, con dimensiones varias veces superiores a éste.



 Acciones endógenas: dan lugar a diques, intrusiones, etc., que unas veces favorecen y otras impiden el flujo del agua.



Clima: condiciona la alteración superficial

CONCLUSION

de la roca y la formación de mantos

La deformabilidad del macizo rocoso depende del grado de fracturación y de las propiedades de la matriz rocosa. Al aumentar la intensidad de fracturación aumenta la deformabilidad del macizo.

permeables; también, el que las fisuras estén o no rellenas 

Erosión: libera sobrecarga, produciendo descompresiones que crean fisuras nuevas y ensanchan las preexistentes.

PERMEABILIDAD Y FLUJO DE AGUA.La permeabilidad puede ser definida como la capacidad del medio rocoso para que el agua fluya a través de sus vacíos interconectados. Los

valores normales para las rocas varían de 1 m/día



a 1m/año.

macizos 

CONSECUENCIAS DE LA PERMEABILIDAD CRECIENTE.-

Rellena las discontinuidades de los Las zonas alteradas y meteorizadas y las fallas son caminos para el flujo del agua.



Permeabilidad creciente, el cual se trata de que

Produce meteorización química y física en la matriz y macizos rocosos.

en algunos tipos de rocas (calizas y yesos, por



Es un agente erosivo.

ejem) las fisuras se ensanchan gradualmente por



Produce reacciones químicas que pueden

procesos de disolución debida a circulación del

dar lugar a cambios en la composición del

agua (fenómeno de karstificación)

agua.

RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO CON LA PRESENCIA DEL AGUA.La resistencia de la roca, será menor si ésta se encuentra con los poros llenos de agua. Con respecto a las discontinuidades, el agua ejerce una presión hidrostática que reduce los esfuerzos normales entre las paredes de las

CARACTERÍSTICA DEL FLUJO DE AGUA.Permeabilidad primaria. La permeabilidad de la matriz rocosa es intergranular, y el agua se transmite a través de los poros y microfisuras interconectados de la roca

Permeabilidad secundaria en los macizos rocosos el agua fluye a favor de las superficies de discontinuidad, Por lo general, la permeabilidad de la matriz rocosa es despreciable con respecto a la del macizo rocoso fracturado. Una excepción son las areniscas y otras rocas porosas, donde sí es posible el flujo de agua a través de la matriz.

EFECTOS SOBRE LAS PROPIEDADES DE LOS MACIZOS ROCOSO.El agua, que influye en su comportamiento mecánico de las rocas en su respuesta ante las fuerzas aplicadas. Los efectos más importantes son: 

Juega un papel importante en la resistencia de las rocas blandas y de los materiales meteorizados.



Reduce la resistencia en rocas porosas.

mismas, reduciendo su resistencia al corte. En ambos casos, el agua presente en los poros o en las discontinuidades reduce la resistencia del macizo rocoso en su conjunto.

PRESENCIA DE FLUJO DE AGUA EN ROCAS BLANDAS.En determinados tipos de rocas, como las blandas y arcillosas o arenoso-arcillosas, la presencia de agua intersticial reduce sus propiedades resistentes, cohesivas y friccionales, y aumenta su deformabilidad.