estabilidad de taludes parte 09
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1. Análisis de estabilidad: Introducción y método observativo
2. Factores litológicos, tipos de roca y alteración de las rocas
INDICE GENERAL DEL MODULO
3. Propiedades de las rocas y de los suelos
4. Tipos de deslizamientos
5. Criterios de rotura
6. Proyección estereográfica
7 Falla estructuralmente controlada (planar cuña)
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7. Falla estructuralmente controlada (planar, cuña)
8. Falla no estructuralmente controlada (ciruclar, mixta, pandeo)
9. Métodos numéricos
10.Taller
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1. Análisis de estabilidad: Introducción y método observativo
2. Factores litológicos, tipos de roca y alteración de las rocas
INDICE GENERAL DEL MODULO
3. Propiedades de las rocas y de los suelos
4. Tipos de deslizamientos
5. Criterios de rotura
6. Proyección estereográfica
7. Falla estructuralmente controlada (planar, cuña)
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8. Falla no estructuralmente controlada (ciruclar, mixta, pandeo)
9. Métodos numéricos
10.Taller
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Resistencia y rotura
Mecanismos de rotura
INDICE
Mecanismos de rotura
Relaciones tenso-deformación de las rocas
Criterios de resistencia
Criterios de rotura
Ensayos de laboratorio
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RESISTENCIA Y ROTURA
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Las fuerzas ejercidas sobre las rocas generan tensioneso esfuerzos pueden producir deformaciones y roturasdependiendo de la resistencia de las mismas y de otras
INTRODUCCION
dependiendo de la resistencia de las mismas y de otrascondiciones extrínsecas al propio material rocoso.
25 TON 25 TON
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25 TON 25 TON
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Deformación: cambio de forma o configuración de uncuerpo como consecuencia de los desplazamientos que
DEFORMACION
p p qsufre la roca al soportarla carga.
Debido a la complejidad para medir los deslazamientosmuy pequeños la deformación se expresa mediantecomparación del estado final con el estado inicial.
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Para ello vamos a ver los tipos de esfuerzos que puedesufrir una roca para provocar una deformación.
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Tracción: las fuerzas tienen a estirarlo.
TIPOS DE ESFUERZOS
Compresión: si las fuerzas aplicadas tienden a aplastarlo o comprimirlo.
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Flexión: las cargas tienden a doblarlo.
TIPOS DE ESFUERZOS
Torsión: las fuerzas tienden a retorcerlo.
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Cizallamiento: las fuerzas aplicadas tienen a cortarla odesgarrarla.
TIPOS DE ESFUERZOS
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Una vez revisados los tipos de esfuerzos se hace un recordatorio de los tipos de deformación.
TIPOS DE DEFORMACIONES
Tipos de deformación:
(Traslación)
Elástica
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Plástica
Frágil
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Deformación elástica: una vez retirada la fuerza elmaterial recupera su estado original.
TIPOS DE DEFORMACIONES
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Deformación plástica: una vez retirada la fuerza elmaterial no recupera su estado original, aunque a vecespresentan una recuperación parcial.
TIPOS DE DEFORMACIONES
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Frágil: el material no es capaz de soportar todo el esfuerzoya que se supera la resistencia del mismo y se rompe.
TIPOS DE DEFORMACIONES
Es el objetivo de muchos ensayos, para evitar llegar asuperar la resistencia de la roca
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Para analizar el tipo de deformación se utilizan dosconceptos muy importantes:
TIPOS DE DEFORMACIONES
Elongación o deformación longitudinal como al variaciónde la longitud entre dos partículas en dos estadosmecánicos diferentes:
D f ió l ét i dil t ió l l ió t
= (l - l )/ l = l / lfi i
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Deformación volumétrica o dilatación: es la relación entreel cambio de volumen de un cuerpo y su volumen inicial.
= (V - V )/ V = V / Vfi i
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Al contrario que los esfuerzos, que indican una condiciónde la roca en un instante, la deformación compara lascondiciones en dos instantes y concierne únicamente a
TIPOS DE DEFORMACIONES
la configuración de los cuerpos.
xEsfuerzo
Región plástica
Fractura
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Deformación
Región elástica
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En mecánica de rocas hay que distinguir:
RESISTENCIA
Resistencia: el esfuerzo que la roca puede soportar paraunas ciertas condiciones de deformación.
Resistencia de pico: el esfuerzo máximo que se puedealcanzar ( deformación de pico).
Resistencia resid al es el alor al q e cae la resistencia
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Resistencia residual: es el valor al que cae la resistenciade algunas rocas para deformaciones elevadas. Seproduce después de sobrepasar la resistencia de pico.
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RESISTENCIA
TENSION DE RESISTENCIA DE PICODE
CORTERESISTENCIA DE PICO
RESISTENCIARESIDUAL
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DEFORMACION
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La resistencia de un material no es un valor intrínseco de la roca, sino que dependen de varios parámetros:
RESISTENCIA
Cohesión
Angulo de rozamiento
Factores externos:
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• Magnitud de los esfuerzos• Ciclos de carga-descarga• Presencia de agua
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Tipo de rocaResistencia a
compresión kg/cm2Resistencia a la
tracción en kg/cm2
Resistencia al cizallamiento en
kg/cm2
Basalto 1500 - 4500 150 300
Granito de grano fino
2000 - 3790 30 - 115 100 - 300
Pórfido de cuarzo 1500 - 3500 65 150
Cuarcita 260 - 3200
Marmol 310 - 3000 30 - 90 100 - 300
Caliza en general 60 - 3600 10 - 117 35- 200
Caliza porosa 400 - 800
Dolomia 790 - 1300 16 - 28 70 -75
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Arenisca en general
100 - 3000 10 - 43 46 -150
Arcilla esquistosa 600 - 3130 250 50 - 250
Gneis 810 - 3270 <650
354
La resistencia compresiva es la más fácil de obtener. Sepuede conocer fácilmente a través de algunos ensayos quese verán más adelante.
DEFORMACION. RESISTENCIA
La resistencia también depende del tipo de roca:
16 16 16
8 8 8
4 4 4
d,
E(k
g/c
m
x 1
0
)
, E
(kg
/cm
x
10
)
, E
(kg
/cm
x
10
)
2 2 2
5 5 5ROCAS METAMORFICAS ROCAS SEDIMENTARIAS ROCAS IGNEASCuarcitas
Calizas y dolomías
Diabasa
GranitoAreniscas
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2 2 2
1 1 1
0,5 0,5 0,5
0,25 0,25 0,2575 75 75
Mó
du
lo d
e e
last
icid
ad
Mó
dulo
de
ela
stic
ida
d
Mó
du
lo d
e e
last
icid
ad
Resistencia a compresión simple, (kg/cm ) Resistencia a compresión simple, (kg/cm ) Resistencia a compresión simple, (kg/cm )c c c2 2 2
125 125 125250 250 250500 500 5001.000 1.000 1.0002.000 2.000 2.000
Gneisses
Esquistos
Basalto yotras rocasvolcánicas
Lutitas
500
500
500
200
200
200
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355
La rotura es un fenómeno que se produce cuando la rocano puede soportar las fuerzas aplicadas y alcanza el valor
RESISTENCIA
p p p yde esfuerzo correspondiente a la resistencia de pico dematerial.
Se supone que la rotura se produce al sobrepasar laresistencia de pico, pero esto es una simplificación.
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La fractura es la formación de planos de separación en laroca, rompiéndose los enlaces de las partículas para crearunas nuevas superficies.
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La rotura va acompañado de la generación de planos defractura La dirección de dichos planos depende de:
RESISTENCIA
fractura. La dirección de dichos planos depende de:
La dirección de aplicación de las fuerzas.
Las anisotropías presentes en el material rocoso a nivelmicroscópico y macroscópico.
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Puede crear planos nuevos de rotura, a favor de roturaspreexistentes o puede formarse la creación de planosmixtos.
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MECANISMOS DE ROTURA
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Es un proceso
MECANISMOS DE ROTURA
Es un procesocomplejo y variado.
Engloba varios tiposde fenómenos demanera conjunta.
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Intervienen múltiplesfactores.
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Los mecanismos de rotura existentes son:
Rotura por esfuerzo contante: una superficie de una
MECANISMOS DE ROTURA
roca esta sometida a esfuerzos de corte suficientementealtos como para que una cara de la superficie deslicecon respecto a la otra.
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Discontinuidad
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Rotura porcompresión oc rre
MECANISMOS DE ROTURA
compresión: ocurrecuando la roca sufreesfuerzos a compresión.Se producen grietas detracción y planos decorte que avanzan por elinterior de la roca Típico
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interior de la roca. Típicoen pilares de excavaciónminera.
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Rotura por flexión: se produce cuando una sección dela roca está sometida a momentos flectores.
MECANISMOS DE ROTURA
Marga
Marga
Arenisca
Arenisca
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Marga
Arenisca
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Rotura por tracción: Se produce cuando la disposición oestructura del macizo rocoso hace que una cierta secciónde la roca este sometida a una tracción pura o casi pura.
MECANISMOS DE ROTURA
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Rotura por colapso: Se produce cuando el material recibecompresiones en todas las direcciones del espacio,rompiendo la estructura molecular y pasando a ser suelo.
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RELACIONES TENSO-DEFORMACION DE LAS ROCAS
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Relaciones tenso-deformación en las rocas
El comportamiento tensión-deformación de un cuerpoviene definido por como varía la resistencia delmaterial para determinados niveles de deformaciones:material para determinados niveles de deformaciones:
El comportamiento antes de llegar a la rotura.
La forma en que se produce la rotura.
El comportamiento después de la rotura.
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p p
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Relaciones tenso-deformación en las rocas
Si supera la resistencia de pico de una roca puede ocurrir:
Comportamiento frágil: la resistencia de la roca disminuyed á ti t I li é did i t tá d ldrásticamente. Implica una pérdida instantánea de laresistencia de la roca a través de un plano sin casideformación plástica.
r
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r
r
1. Comportamiento frágil. 2. Comportamiento frágil - dúctil
Modelo teórico = resistencia de pico
Curvas reales = resistencia residual
3. Comportamiento dúctil
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Relaciones tenso-deformación en las rocas
Si supera la resistencia de pico de una roca puede ocurrir:
Comportamiento frágil-dúctil: la resistencia de la rocad h t i t l d é d h b l ddecrece hasta un cierto valor después de haberse alcanzadodeformaciones importantes.
Comportamiento dúctil: la deformación sigue aumentandosin que se pierda resistencia. Se da en materiales blandos.
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r
r
r
1. Comportamiento frágil. 2. Comportamiento frágil - dúctil
Modelo teórico = resistencia de pico
Curvas reales = resistencia residual
3. Comportamiento dúctil
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Relaciones tenso-deformación en las rocas
En la gran mayoría de las rocas la rama ascendente de lacurva presenta un comportamiento lineal. En estos casos,cuando se tiene un comportamiento elástico, la deformación
i l l f l l l ióes proporcional al esfuerzo y se cumple la relación:
E es el módulo de young o módulo de elasticidad querelaciona el esfuerzo con la deformación axial
E = σ / εax
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relaciona el esfuerzo con la deformación axial.
368
Relaciones tenso-deformación en las rocas
En el ensayo de compresión simple se puede obtenerfácilmente el módulo de Young:
ax
pax
ax
Deformación axial
t
l
ax
ers
al,
Esf
uer
zo a
xial
, t
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ax
Deformación axial,
E =
= =l t
l t
v =
i i
Def
orm
aci
ón t
ran
sve
ax
ax
ax
ax
ax
t
t
t
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Relaciones tenso-deformación en las rocas
El coeficiente de Poisson relaciona la deformacióntransversal de la probeta de la roca ensayada con ladeformación axial:
En el comportamiento elástico las deformaciones producidaspor una determinada fuerza se recuperan parcial ototalmente las deformaciones hasta llegar a un punto dondela relación entre la fuerza aplicada y la deformación no es
v = εt / εax
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la relación entre la fuerza aplicada y la deformación no eslineal, este punto es el límite de elasticidad, que es el puntoa partir del cual las deformaciones ya no se recuperantotalmente.
370
Relaciones tenso-deformación en las rocas
Es importante tener en cuenta el factor tiempo. Las rocas sepueden comportar de manera distinta con el tiempo almantenerse unas condiciones de esfuerzo mantenidas a largoplazo:plazo:
Fluencia o creep: aumento de las deformaciones con eltiempo. (sales)
v = εt / εax
reep
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Relajación: disminución de las deformaciones a presionesconstantes.
Minimum creep rate
Time
Cr
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CRITERIOS DE RESISTENCIA
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Si se conocen las relaciones entre las tensiones y lasdeformaciones podremos predecir el comportamiento delmaterial para un estado de esfuerzos determinado A esta
CRITERIOS DE RESISTENCIA
material para un estado de esfuerzos determinado. A estarelación se le llama Ley de comportamiento, con ella sepuede predecir:
Valor de la resistencia de pico del material. La resistencia residual. La resistencia del límite de elasticidad
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La resistencia del límite de elasticidad. El inicio de la generación de la fractura. Las deformaciones sufridas por el material. La energía del proceso de rotura y deformación.
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373
En la práctica es imposible conseguir conocer la ley decomportamiento por lo cual se emplean una serie de criterios
CRITERIOS DE RESISTENCIA
de rotura o resistencia obtenidos empíricamente.
Son modelos simples que permiten estimar la resistencia delmaterial en base a los esfuerzos aplicados y poder predecircuando ocurre la rotura.
Resistencia f(σ σ σ k)
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Resistencia= f(σ1,σ2, σ3, ki)
Siendo sigma los esfueros principales y k los parámetrosrepresentativos de las rocas.
374
La resistencia de las rocas estáen función de:
PARAMETROS RESISTENTESValores típicos de c y para roca sana
Roca Cohesiónc (kp/cm )
Ángulo defricción básico
(grados)2b
Cohesión: fuerza de unión entrelaspartículas.
Angulo de fricción interna: es elángulo de rozamiento entre dosplanos de la misma roca
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Otros factores: presencia deagua en los poros, la magnitudde los esfuerzos, velocidad deaplicación de la carga,…
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La anisotropía juega un papel muy importante en la dirección más favorable para que se produzca la rotura:
PARAMETROS RESISTENTES
= 45º + / 2
1 1 1
0º < < 90º = 0º = 90º
= 90º = 0º
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c cc = 0º = 90º = 45º + /2
Máximo valor
Máximo valor
Mínimo valor de dede
376
Curva de resistencia teórica d i ót
PARAMETROS RESISTENTES
a)
de una roca anisótropa.
Curva: porción correspondientea la rotura por planos de debilidad.
1 3
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Recta: rotura a través del material rocoso.
0º 45º + /2 90º
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Curvas de laboratorio para diferentes valores de rotura.
PARAMETROS RESISTENTES
b))
1 3
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0º 30º 60º 90º
378
La evaluación de la resistencia de la matriz rocosa en funciónde la dirección de la anisotropía puede realizarse de dos
PARAMETROS RESISTENTES
de la dirección de la anisotropía puede realizarse de dosformas fundamentalmente:
Ensayos de laboratorio en probetas con diferentesorientaciones de los planos de debilidad.
Aplicación de criterios de rotura.
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Aplicación de criterios de rotura.
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CRITERIOS DE ROTURA
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380
Criterio Mohr-Coulomb: Es un criterio lineal.
Criterio Hoek y Brown: criterio no lineal.
CRITERIOS DE ROTURA
ROTURA
NO ROTURARelaciónlineal
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Relaciónno lineal
Área de resistenciaaparente
Cohesiónaparente
1 n2
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Expresa la resistenciaal corte a lo largo deun plano en un estado
CRITERIOS DE MOHR-COULOMB
1
ptriaxial de tensiones.
Se obtiene unarelación entre losesfuerzos normal ytangencial
1 3p p
Kp
c= K K c’+
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3 = c + tg ( )
382
CRITERIOS DE MOHR-COULOMB
c + tgn
c 2
= c +
= f (
)
3
3
1
1
1
n
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3
c
192
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383
Este método nos permite varias resistencias:
En cualquier plano:
CRITERIOS DE MOHR-COULOMB
132c + [sen2 + tag (1 - cos2 )]
sen 2 - tag (1 + cos 2 )=
Para plano crítico de rotura (θ=45º+/2)
Compresión simple (σ3=0)
sen 2 tag (1 cos 2 )
132c cos + (1+sen )
(1 - sen )=
c12c cos
1= =
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Resistencia a tracción:
c1 1 - sen
1
2c cos
1 + sen=
384
Inconvenientes:
Las envolventes reales de la resistencia de la roca no son
CRITERIOS DE MOHR-COULOMB
Las envolventes reales de la resistencia de la roca no son lineales.
La dirección de los planos no coincide siempre con los resultados experimentales.
El criterio sobrevalora la resistencia a tracción
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El criterio sobrevalora la resistencia a tracción.
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Surge porque las envolventes reales de la resistencia de laroca no son lineales.
CRITERIOS DE HOEK Y BROWN
Criterio de Hoek y Bray es un criterio empírico de rotura nolineal para evaluar la resistencia de la matriz rocosa isótropaen condiciones triaxiales.
1 32cici 3i= + +m
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El valor de σci se determina mediante ensayos delaboratorio.
386
El valor de mi puede obtenerse: por ensayo triaxial en roca o porestimación en tabla.
CRITERIOS DE HOEK Y BROWN
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CRITERIOS DE HOEK Y BROWN1
l
11
c
33
3t c 1
Compresióntriaxial
Compresiónuniaxial
2
Ten
sió
n t
ang
en
cial
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t3
n
Compresión
Tracción
Tracción
Tensión normal
Compresión
Tracción
388
Relaciones entre esfuerzos normalizados
CRITERIOS DE HOEK Y BROWN
55
4
3
2
1c
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1
0,2 0,4 0,6 0,83 c
195
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ENSAYOS DE LABORATORIO
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390
Los ensayos en rocas deben ser interpretados conociendo laslimitaciones y el grado de representatividad de cada ensayo.
ENSAYOS DE LABORATORIO
Se utilizan para conocer la relación entre los esfuerzos y lasdeformaciones.
Se deben realizar un número de ensayos suficiente para tener unarepresentatividad de la roca a estudiar.
I t t t l t l t d di l
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Importante tener claramente lo que se pretende medir y valorar.
Ensayos de forma sistemática y análisis estadístico de datos.
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391
Los parámetros más utilizados y los ensayos paraobtenerlos son:
ENSAYOS DE LABORATORIO
Ensayos de laboratorio de resistencia y deformabilidad
Ensayos
Resistencia
Compresión simple
Compresión triaxial
Tracción directa
Resistencia a la compresión simple,
Cohesión (c ),ángulo de rozamiento interno de pico( ) y ángulo de rozamiento residual ( )
Resistencia a la tracción,
Parámetros que se obtienen
p
c
t
r
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Tracción indirecta
Compresión simple
Velocidad sónica
Resistencia a la tracción,
Módulos de deformación estáticos, E y v
Módulos de deformación dinámicos, E y vDeformabilidad
t
d d
392
Permite obtener:
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
La resistencia a la compresión simple.
Constantes elásticas: • Coeficiente de Poisson • Módulo de Young.
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393
Procedimiento:
Realización de probetas:Relación L/D (largo/diámetro)= 2,5-3 maquina multiensayos
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
si la relación es menor: sobrestima si la relación es mayor subestimaBordes de la probeta planoso ensayamos las irregularidaes!
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394
Variación de la resistencia en función de la forma de laprobeta
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
La resistencia decreceal aumentar la esbeltez La resistencia decrece
al aumentar el tamaño
Forma de la
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muestra Tamaño
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Procedimiento:
Las deformaciones axiales sevan midiendo con comparadores
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
po bandas extensiometricas (sólopara investigación)
La magnitud de la fuerzaaplicada y la velocidad deaplicación se introducen en unprograma informático
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g(normalizado; ES UNE, América:ASTM)
Todo el proceso se encuentrainformatizado.
396
Interpretación:
Rama ascendentehasta la resistencia de
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
Rotura
Post-picoE =Pre-pico
p c=
axhasta la resistencia depico.
Rama descendente porpérdida de resistencia.
Resistencia a compresión
v =
1
Comportamientolineal
p
t
ax
ax
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psimple es la relación entrela fuerza máxima y el áreade la probeta.
1Comparadores
Bandas extensométricas
t
t
tax ax
199
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397
Interpretación:
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
Se sabe que el proceso derotura comienza entre el 50%y el 95% de la resistencia ala compresión simple con lacreación de microfracturas(que se ven y oyen).
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La rotura suele producirsesiguiendo planos dedebilidad existentes.
398
Interpretación:
En la rama ascendente donde la relación entre la cargaaplicada y la deformación producida es lineal sigue la ley
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
aplicada y la deformación producida es lineal, sigue la leyde Hooke.
E = σ / ε = constante
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E es el módulo de Young y es una constante elástica.
200
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Interpretación: Determinación del módulo de Young
Módulo medio Em:
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
Módulo medio Em:
Ten
sió
n
p
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E =m
400
Interpretación: Determinación del módulo de Young
Módulo tangente Et:
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
gp
50%
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E =t
201
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401
Interpretación: Determinación del módulo de Young
Módulo secante Es:
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
da valores menosrepresentativos, esel que menos seusa.
p
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E =s
402
Interpretación: Determinación del coeficiente de Poisson
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
p = 90 Mpa
Mp
a)
ax
axtp
ax
/2
E = /
v = /
(M
Mg. Miguel Llorente Isidro - Consultor Intercade
-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,4(%)(%) axt
0,3
202
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403
Factores que afectan al resultado:
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
Forma y volumen de la probeta.
Preparación y tallado de la probeta.
Dirección de la aplicación de la carga.como se coge la muestra, inclinacion del sondeo....
Mg. Miguel Llorente Isidro - Consultor Intercade
Velocidad de carga (cada vez menos importante por la informatización)
404
ENSAYO UNIAXIAL O COMPRESION SIMPLE
Clasificación de las rocas a partir de su resistencia a compresión simple
Resistencia a la compresión
simple (Mpa)
ISRM(1981)
Geological Societyof London (1970)
Bieniawski(1973)
Ejemplos
< 1
1 - 5
5-12,5
12,5-25
25-50Moderadamente
dura
Moderadamente dura
Blanda
Blanda> 1,25
Suelos
Muy baja
Baja
Muy blanda
Moderadamente blanda
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50-100
100-200
> 200
> 250Extremadamente
dura
Extremadamentedura
Muy duraMuy dura
Media
Alta
Muy alta Cuarcita, gabro, basalto.
Dura Dura
203
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405
Representan las condiciones insitu sometidas a esfuerzosconfinantes aplicando una presión
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
Asientos esféricosde acero
p phidráulica uniforme.
Permite determinar la envolvente de resistencia del material ensayado.
Ensayo muy caro.
Célula de acero
Probeta de roca
Entrada de aceite
Bandasextensométricas
Membranade caucho
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Se obtienen sus parámetrosresistentes:
• Cohesión.• Angulo de fricción.
406
Se realiza en probetas similares a lacompresión simple, pero se introducenen cilindros en cuyo interior se aplicauna presión hidráulica sobre las
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
1
una presión hidráulica sobre lasparedes.
Se aplican la carga axial y la presiónconfinante simultáneamente.
Una vez se tiene la carga confinante seaplica la carga axial hasta conseguir al
3 3
Oil
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aplica la carga axial hasta conseguir alrotura de la probeta.
Se registran los datos de la carga oesfuerzo axial, las deformaciones.
204
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407
Interpretación:
Están muy influenciados por la presión
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
1 3
confinante aplicada.
Compresión: al inicio por la presiónconfinante.
Dilatación: por fracturación interna.
ax
ax0t
Dilatación
Inicio de la dilatación
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+
Contracción
Inicio de la dilataciónInicio de la fracturación
1
p3
=
=
cF
A
Fc: Fuerza de compresión aplicadaA : Sección de la probeta p : Presión del confinamiento (fluido)
408
Interpretación:
La presión de pico depende de la presión confinantell d i h t l t i t d l
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
llegando a variar hasta el comportamiento de la roca.
3
3
3
D
Dúctil
Frágil
ón
axi
al = C
= B
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3
3
3
Deformación axial
Tens
ió = B
= A
= 0
205
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409
Factores condicionantes del ensayo:
La presión confinante: su aumento provoca:A t d l i t i d i ( li l)
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
• Aumento de la resistencia de pico (no es lineal)• Transición de comportamiento frágil a dúctil.• La zona correspondiente al pico se suaviza y alarga.• La región postpico se reduce llegando a desaparecer
para presiones confinantes altas.
La presión confinante no influye
-0,6
-0,4
0 2
ilata
ció
n
= 2,0 Mpa3
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La presión confinante no influye sobre la orientación del plano de fractura
0
-0,2
0,2
0,4cont
racc
ión
d
0,5
= 5,0 Mpa
= 10,0 Mpa
vol
ax
3
3
(%)
(%)
1,0 1,5 2,0 2,5
410
Factores condicionantes del ensayo:
La presión intersticial en rocas permeables contrarresta la
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
La presión intersticial en rocas permeables contrarresta lainfluencia de la presión confinante. Esto provoca:
• Disminución de la resistencia de pico con unincremento de la presión confinante.
u = 0
u = A
1
u
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Deformación axial,
Ten
sió
n a
xia
l, u = A
u = B
u = C
u = D
3
ax
1
u =
206
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411
Factores condicionantes delensayo:
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
2000
25ºC 500N mm3
-2=
La temperatura: incremento de temperatura descenso de la resistencia de pico y de la presión de transición frágil-dúctil.
25ºC 500N mm
13
2
-2
300ºC
500ºC
1500
1000
5000
N m
m
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La presencia de microfisuras. 800ºC
Strain %
5000
0 5 10 15
412
Calculo de los parámetros resistentes:
Se realizan varios ensayos para obtener la recta del criterio de ruptura.Cada semicírculo es A, la resistencia de pico; y a la de confinamiento
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
, p ; y(ídem con B,b y C,c). Con los tres puntos se obtiene una recta, con eleje de la tau obtengo la cohesión y con la pendiente de la recta elángulo de rozamiento.
1 1 1
p
p
= B
= C
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3 3 3
ax ax ax
p = A
= a = b = c
207
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413
Calculo de los parámetros resistentes:
Con los tres puntos se obtiene una recta, con el eje de la tau obtengo la
ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL
cohesión y con la pendiente de la recta el ángulo de rozamiento
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nCBc A
c
ba
414
Mide la resistencia a tracción de la roca.
Se sustentan la roca por ambos lados y se
ENSAYO DE RESISTENCIA A TRACCION DIRECTA
Se sustentan la roca por ambos lados y serompe.
Relación L/D 2,5-3 y diámetro > 54 mm.
Se aplica la fuerza traccional de formacontinua y con un rango uniforme.
Mordazas
Probeta
Resina
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Resistencia traccional: relación entre lafuerza aplicada y el área circular de laprobeta.
Mínimo 5 ensayos.
Tracción directa
208
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415
Mide la resistencia a tracción de la roca
ENSAYO DE RESISTENCIA A TRACCION INDIRECTA O BRASILEÑO
P
Mide la resistencia a tracción de la roca.
Se dispone el testigo horizontal y se leaplica una fuerza vertical hasta la rotura.
P=carga que produce la rotura.
D
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D=diámetro de la probeta.
L=longitud de la probeta.
t
PTracción indirecta
= 2P/ DL
416
ENSAYO DE RESISTENCIA A TRACCION INDIRECTA O BRASILEÑO
PBastidor de carga
Testigo
Gato
Manómetro
D
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No es útil para rocas blandas
Gato
Bombahidráulica
209
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417
Permite medir la velocidad de las ondas elásticas longitudinales ytransversales al atravesar una probeta de roca.
VELOCIDAD DE ONDAS SONICAS
A partir de ellos se obtienen los módulos de deformación.
Se trata de transmitir ondas longitudinales y transversales mediantecompresión ultrasónica y medir el tiempo que tardan las ondas enatravesar la probeta.
Las velocidad Vp y Vs se calculan en función de los tiempos de
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llegada.
La mínima dimensión de la probeta debe ser de, al menos, 10 veces lalongitud de la onda.
418
Obtención de los módulos elásticos dinámicos:
VELOCIDAD DE ONDAS SONICAS
E = V(1 - 2v )(1 + v )
E = 2 V (1 + v )(1 - v )d
d d
dd
p2
s d2
V =
V =E
E
1 - v
1
(1 + v )(1 - 2v )
(V / V ) - 2
2[(V /V ) - 1]d
d
d
pd
d d
½
½
p
p
p
2
2
s
s
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V =
V =
V (1 - v )
(1 - 2v )
2 (1 + v )
2
ds
s
p d
d
d
½
210
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419
Relación de la compresión siempre con la velocidad de lasondas sísmicas:
VELOCIDAD DE ONDAS SONICAS
350 Velocidad de propagación de las ondas
300
250
200
150
100
Roca sanaVelocidad de propagación
de las ondas V (m/s)
Velocidad de propagación de las ondaslongitudinales en rocas
Arenisca 1.400-4.200Basalto 4.500-6.500Caliza 2.500-6.000Conglomerado 2.500-5.000Cuarcita 5.000-6.500Diabasa 5.500-7.000Dolerita 4.500-6.500Dolomía 5.000-6.000G b 4 500 6 500
p
nci
a a
com
pre
sió
n si
mp
le (
Mpa
)
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100
50
01.000 2.500 4.000 5.500
Gabro 4.500-6.500Gneiss 3.100-5.500Granito sano 4.500-6.000Lutita 1.400-3.000Marga 1.800-3.200Mármol 3.500-6.000Pizarra 3.500-5.000Sal 4.500-6.000Yeso 3.000-4.000
Velocidad de ondas P (m/s)
Res
iste
n
420
El tipo y número de ensayo a realizar depende de la finalidad
LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
de las investigaciones y del tipo de proyecto.
Los ensayos de laboratorio no proporcionan las propiedades de los macizos rocosos aunque pueden correlacionarse con las propiedades fundamentales de los mismos.
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Son más económicos que los ensayos de campo.
211
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421
Representatividad: las muestras corresponden a puntosaislados. Para minorizarlo requiere realizar una cantidad
LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
qsuficiente de ensayos.
Escala: se ensayan pequeñas porciones de material y seextrapolan a zonas mucho mayores.
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Velocidad: en el laboratorio los procesos de rotura no duranmas de unos minutos, en la naturaleza puede tardarmuchísimo más.
422
1. Análisis de estabilidad: Introducción y método observativo
2. Factores litológicos, tipos de roca y alteración de las rocas
3 P i d d d l d l l
INDICE GENERAL DEL MODULO
3. Propiedades de las rocas y de los suelos
4. Tipos de deslizamientos
5. Criterios de rotura
6. Proyección estereográfica
7 Falla estructuralmente controlada (planar cuña)
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7. Falla estructuralmente controlada (planar, cuña)
8. Falla no estructuralmente controlada (ciruclar, mixta, pandeo)
9. Métodos numéricos
10.Taller
212
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423
1. Análisis de estabilidad: Introducción y método observativo
2. Factores litológicos, tipos de roca y alteración de las rocas
3 P i d d d l d l l
INDICE GENERAL DEL MODULO
3. Propiedades de las rocas y de los suelos
4. Tipos de deslizamientos
5. Criterios de rotura
6. Proyección estereográfica
7 Falla estructuralmente controlada (planar cuña)
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7. Falla estructuralmente controlada (planar, cuña)
8. Falla no estructuralmente controlada (ciruclar, mixta, pandeo)
9. Métodos numéricos
10.Taller
424
Introducción a la proyección estereográfica
Tipos de falsillas
INDICE
Tipos de falsillas
Toma de datos en geología, planos y líneas
Representación en falsillas, recta, plano; beta, pi
Medir con falsillas; ángulos, giros, intersecciones
Aplicación de las falsillas, diagramas de densidad, rotura
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213
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425
INTRODUCCION A LAINTRODUCCION A LA PROYECCION ESTEREOGRAFICA
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426
Permite que los datos de orientación tri-dimensionales (vectores yplanos) sean representados y manipulados fácilmente.
Permite procesar datos girarlos y analizarlos por medio de
PROYECCION ESTEREOGRAFICA
Permite procesar datos, girarlos y analizarlos por medio dediversas construcciones geométricas normales.
Proporciona una manera gráfica de desplegar los datosrecopilados esencial para el reconocimiento e interpretación demodelos de orientación preferente.
N N
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N=40
contornos: 2.5%, 5%, 7.5%, para un área del 1%
214
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427
Proyección de un solo polo, ecuatorial o no Proyección con dos polos, ecuatorial. Proyección inclinada: polo no centrado
TIPOS DE PROYECCIONES ESTEREOGRAFICAS
Proyección inclinada: polo no centrado.
EW
Z
N
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Na
S
428
Proyección de un solo polo, ecuatorial o no Proyección con dos polos, ecuatorial. Proyección inclinada: polo no centrado.
TIPOS DE PROYECCIONES ESTEREOGRAFICAS
B
EW
Z
N
y p
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A
Na
S