Propiedades Mecánicas de Las Rocas

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE LOS CABOS

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PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS ROCAS

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GEOLOGÍA Docente: Ing. Miguel Miguel Ángel Ángel Ceseña Ceseña Cota

PRESENTAN

Mecánica de rocas es la ciencia teórica y aplicada que estudia el comportamiento mecánico de las rocas y los macizos rocosos. Sería la rama de la ingeniería dedicada al estudio de la respuesta de las rocas y macizos rocosos al campo de fuerzas que actúan en su entorno.

Sustancia natural, de composición química definida, normalmente sólido e inorgánico, y que tiene una cierta estructura cristalina. Materia de minerales asociados de manera natural que en cantidades considerables forma parte de la masa terrestre.

La finalidad de la mecánica de rocas es conocer y predeci r el comportamiento de las rocas ante la acción de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellas.

Se basa en establecidos para expresar la respuesta de una masa rocosa a las cargas a que está sometida y una metodología lógica para la aplicación de estos principios y técnicas a problemas físicos reales

Estas propiedades son de índice cualitativo, permiten predecir el comportamiento mecánico de los macizos rocosos Según Goodman, (1980) y considerando su comportamiento mecánico, las rocas se pueden agrupar: • Rocas cristalinas Ejemplos: Granito, basalto, gneis, caliza, mármol, etc. • Rocas clásticas Ejemplos: Areniscas con varios cementos. • Rocas de grano muy fino Ejemplos: Arcillolitas, limolitas, margas, etc. • Rocas orgánicas Ejemplos: Lignito, hulla, antracita, pizarras bituminosas, etc.

RESISTENCIA En el estudio de las propiedades de resistencia de una roca hay que considerar, en general, tres clases de esfuerzos:

RESISTENCIA A LA COMPRESION

Compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un solido deformable o medio continuo se caracteriza porque tienden a una reducción de volumen del material. La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por cizalla o extensional .

RESISTENCIA En el estudio de las propiedades de resistencia de una roca hay que considerar, en general, tres clases de esfuerzos: RESISTENCIA A LA COMPRESION

La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por  cizalla o extensional 

RESISTENCIA A LA TENSIÓN

La resistencia a la tensión es el esfuerzo tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación extensional. Esta propiedad, que es una indicación del grado de coherencia del material para resistir fuerzas   “tirantes”, depende de la resistencia de los minerales, del área interfacial entre granos en contacto. RESISTENCIA A LA FLEXIÓN

La resistencia a la flexión, o módulo de ruptura, es la resistencia de un material a ser doblado (plegado) o flexurado. La medida de esta propiedad se realiza con barras de material asentadas sobre dos pivotes y aplicando carga sobre el centro de la barra (norma ASTM C99-52). FATIGA

Cuando los materiales sufren esfuerzos de forma cíclica sin llegar al punto de ruptura, se observa un debilitamiento mecánico de los mismos con el tiempo. Esto puede dar lugar a la fracturación bajo esfuerzos mucho menores que los apropiados para los materiales  “frescos” que no han sido sometidos a esfuerzos. A esta característica de los materiales se le denomina fatiga.

DEFORMIDAD Cuando sometemos una muestra de roca a una carga esta tiende a cambiar de forma, de volumen o bien dos cosas simultáneamente. En cualquiera de estos tres casos la roca se deforma. Existen dos tipos de métodos básicos para determinar  la deformidad de los macizos rocosos (aplicando la ley de elasticidad): • •

Métodos estáticos (ensayos de compresión con gatos). Ensayos con ondas de sonido.

1.

Se aplica una carga sobre la superficie plana de las roca, midiendo la deformidad de la superficial resultante

2.

Se realiza el ensayo con uno o dos gatos.

3.

Típicas cargas son de 3000 toneladas sobre una placa con una superficie de 1 metro cubico .

DEFORMIDAD 1. L a elasticidad (deformación dinámica) se reduce de la velocidad de propagación de ondas sísmicas. 2. Se aplica ondas longitudinales (de compresión, P) y ondas transversales ( de corte ,S).

Durante el periodo de aplicación del esfuerzo, éste y la deformación son de hecho inseparables, por lo que se acostumbra estudiar a la deformabilidad mediante gráficas esfuerzodeformación

PERMEABILIDAD Es la propiedad de algunos materiales de permitir el paso de fluidos a través de ellos sin modificar su estructura interna. Una roca se considera permeable cuando permite el paso de una cantidad medible de fluido en un espacio de tiempo finito.

Factores que influyen en la permeabilidad: • • • • • •

La temperatura La estructura Estratificación Existencia de cavidades Fracturas Entre otros

La velocidad con la que el fluido atraviesa el material de pende de tres factores básicos : • • •

La porosidad del material. La densidad del fluido considerado, afecta por su temperatura. La presión a que está sometido el fluido

PERMEABILIDAD

PROPIEDADES ELÁSTICAS Factores principales de determinación: En un material homogéneo, los constituyentes están distribuidos de tal forma que en un pequeño fragmento separado de cualquier parte del cuerpo deberá tener constituyentes y propiedades representativas del todo. La homogeneidad depende en gran medida de la escala y podría ser posible describir una roca masiva de grano muy grueso dentro de dimensiones limitadas debe ser considerada no homogénea.

• Homogeneidad.

Es considerada como una referencia a la porosidad y/o a la cantidad de diaclasas y fallas en un cuerpo rocos particular.. El grado de continuidad afectara su cohesión y por lo tanto la diferencia distribución de tensiones a través de todo el cuerpo.

• La c ontinuidad.

Es una medida e la propiedades direccionales de un material. Por ejemplo, con un criterio estadístico, un cuerpo granular será isótropo si todos sus granos tienen una orientación al azar y cuando un plano de dimensiones equivalentes lo interceptan, en cualquier dirección , corta al mismo en un numero igual o equivalente de ganos.

• La is otropía.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS ROCAS Y MÉTODOS PARA SU DETERMINACIÓN