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MECÁNICA DE ROCAS

ING°BETTY M. CONDORI QUISPE

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MECNICA DE ROCASLa mecánica de rocas se ocupa del estudio teórico y práctico de las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos y de su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico.

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• La mecánica de rocas guarda una estrecha relación con otras disciplinas como la geología estructural, para el estudio de los procesos y estructuras tectónicas que afectan a las rocas, y la mecánica de suelos, para abordar el estudio de rocas alteradas y meteorizadas en superficie.

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Fig No1: Material arcilloso muy alterado con características de suelos y rocas

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• Las rocas: son agregados naturales duros y compactos de partículas minerales con fuertes uniones cohesivas permanentes que habitualmente se consideran un sistema continuo.

• El suelo: según su acepción en ingeniería geológica, son agregados naturales de granos minerales unidos por fuerzas de contacto normales y tangenciales a las superficies de las partículas adyacentes

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• Las masas rocosas aparecen en la mayoría de los casos afectadas por discontinuidades o superficies de debilidad que separan bloques de matriz rocosa o roca intacta, constituyendo en conjunto los macizos rocosos.

• El conocimiento de las tensiones y deformaciones que puede llegar a soportar el material rocoso ante unas determinadas condiciones permite evaluar su comportamiento mecánico y abordar el diseño de estructuras y obras de ingeniería.

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Permiten cuantificar las propiedades físicas y mecánicas de la matriz rocosa

- La naturaleza rocosa- La resistencia a la rotura- la deformación a corto y largo plazo- la influencia del agua - el comportamiento ante la meteorización- el comportamiento en función del tiempo.

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a)Limite entresuelo y roca, b) transición entre roca y suelo que ha sufrido transporte

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Clasificación de las rocas

• Rocas sedimentarias: dentríticas, químicas , orgánicas.

• Rocas ígneas: plutónicas y volcánicas• Rocas metamórficas.

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Propiedades

Granito- Roca ígnea ácida intrusiva- Cristales de grano grueso- Composición, de cuarzo, feldespato, micas y

minerales.Lutita- Roca sedimentaria elástica arcillosa- Grano fino - Composición, minerales arcillosos (ilita, caolinita

etc)

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Propiedades físicas

• Las propiedades físicas controlan las características resistentes y deformacionales de la matriz rocosa (composición minerológica, densidad, estructura, porosidad, permeabilidad, alterabilidad, dureza, etc.

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Propiedades físicas

• La porosidad: es la relación de volúmenes• El peso específico o peso unitario:

depende del peso por unidad de volumen.• La permeabilidad: es la capacidad de

transmitir agua de una roca. La mayoria de las rocas presentan permeabilidades bajas o muy bajas.

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• La durabilidad: es la resistencia que la roca presenta ante los procesos de alteración y desintegración, propiedad a la que también se alude como alterabilidad, definiéndose en este caso como la tendencia a la rotura de los componentes o de las estructuras de la roca.

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• La resistencia a compresión simple o resistencia uniaxial es el máximo esfuerzo que soporta la roca sometida a compresión uniaxial determinada sobre una probeta cilindrica sin confinar en el laboratorio.

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• El grado de meteorización del macizo rocoso puede estimarse a partir de su grado de fracturación mediante el parámetro RQD.

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Permeabilidad y flujo de agua

• Las rocas, los suelos y el agua son los tres elementos naturales que constituyen el medio geológico. El agua fluye a través de suelos y rocas con mayor o menor velocidad. En función de que la roca tenga o no capacidad para transmitir agua, se denomina permeable o impermeable, dependiendo de la porosidad y de la interconexión entre poros.

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Tensiones principales

• En cualquier punto sometido a esfuerzos, se pueden encontrar tres planos ortogonales entre sí en los que los esfuerzos tangenciales son nulos, estos planos se denominan planos principales de esfuerzos y los esfuerzos normales que actúan sobre ellos son las tensiones principales.

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Circulo de Mohr

• El circulo de Mohr permite representar diferentes estados de esfuerzos.

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Resistencia y rotura• Las tensiones o esfuerzos generados por la aplicación

de las fuerzas pueden producir deformaciones y roturas en las rocas dependiendo de la resistencia de las mismas y de otras condiciones extrínsecas al propio material rocoso.

• Mecanismos de rotura- Rotura por esfuerzo cortante- rotura por compresión- rotura por flexión- rotura por tracción- rotura por colapso

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Resistencia y Deformabilidad de la Matriz Rocosa

• El comportamiento mecánico de las rocas esta definido por su resistencia y su deformabilidad. La resistencia es el esfuerzo que soporta una roca para determinadas deformaciones.

• La cohesión, c, es la fuerza de unión entre partículas minerales que forman la roca. El ángulo de fricción interna es el ángulo de rozamiento entre dos planos de la misma roca.

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Criterio de Hoeck y Brown

• Para evaluar la resistencia de la matriz rocosa es mas adecuado un criterio no lineal, donde la representación gráfica de la rotura es una curva de tipo cóncavo.

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• El agua presente en los macizos rocosos reduce su resistencia, genera presiones en el interior de los mismos y altera sus propiedades dificultando las excavaciones superficiales y subterráneas.

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• También pueden darse proceso de hinchamiento o expansión en algunos tipos de rocas por liberación de tensiones o por reacciones químicas, como el paso de anhidrita a yeso por hidratación.