1era Unidad GAGO

7/28/2019 1era Unidad GAGO

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FUNDAMENTOS BÁSICOS DE

MECANICA DE ROCASUNT

Escuela de Minas

CURSOMECANICA DE ROCAS

CATEDRA:

OLIVER GAGO PORRAS

22/06/2013 1MR UNT OLIVER GAGO



MECANICA DE ROCAS

RECONOCIMIENTO COMO CIENCIA: DECADA DE LOS 50

• DEFINICIÓN: CIENCIA TEORICA Y APLICADA QUETRATA SOBRE EL COMPORTAMIENTO MECÁNICODE LA ROCA Y SU RESPUESTA A LOS ESFUERZOSAPLICADOS EN SU ENTORNO FISICO.

(Comité de Mecánica de Rocas de la Academia de Ciencias de los Estados Unidos, 1964)




1er CONCEPTO DE FONDO

TODA ESTRUCTURA DE INGENIERÍA DESARROLLADA ENROCAS, REQUIERE PARA SU ADECUADO DISEÑO YEJECUCIÓN DE LA UTILIZACIÓN Y APLICACIÓN DIRECTADE LOS PRINCIPIOS, METODOLOGÍAS Y APLICACIONESDIVERSAS DE LA MECÁNICA DE ROCAS , DESDE LA FASEDE INVESTIGACIÓN PRELIMINAR, ANÁLISIS, DISEÑO,EJECUCIÓN Y OPERACIÓN DE LA OBRA.




2do CONCEPTO DE FONDO

CUALQUIER EXCAVACIÓN PRACTICADA EN UN MEDIOROCOSO, PRODUCE UN DESEQUILIBRIO EN EL MISMO;

AL EXTRAER LOS MATERIALES, SE PRODUCEINEVITABLEMENTE LA ELIMINACIÓN DEL SOPORTENATURAL DE LA MASA ROCOSA CIRCUNDANTE.

DANDO LUGAR A LA ALTERACIÓN DE LAS CONDICIONES

DE EQUILIBRIO.LOS EFECTOS PRODUCIDOS SE DEBEN CONOCER CON ELFIN DE RESTITUIR EL EQUILIBRIO Y ASEGURAR LAESTABILIDAD.




Oliver Gago Mecánica de Rocas UNT 7




ALCANCE



22/06/2013 18

MR UNT OLIVER GAGO



FACTOR OF SAFETY

FUERZAS QUE SE OPONEN AL DESLIZAMIENTOFS = -------------------------------------------------------------------

FUERZAS QUE INDUCEN AL DESLIZAMIENTO

FS >1 (ESTABLE)




contra




Fuerzas declive




ROCA INTACTA :

• MATERIAL ROCOSO DE VOLUMEN MENOR

• SIN FRACTURAS

MACIZO ROCOSO:• MATERIAL ROCOSO DE MAYOR VOLUMEN

• CON FRACTURAS, FALLAS, PLIEGUES, AGUA




Rock mass

INTACT ROCK AND JOINT SETS


Figuras con tipos de excavaciones y/o aplicaciones de



Figuras con tipos de excavaciones y/o aplicaciones de

Mecánica de Rocas




ESTABILIDAD Y RATIO DE EXCAVACION




DISCONTINUITES:

STRENGTH AND

ANGLE OF

FRACTURE

22/06/2013

Ensayo compresión no confinada



Ensayo compresión no confinada

Compresión triaxial




Ensayos de Carga Puntual

Martillo de Schmidt

Estimación de Terreno

Caracterización Roca Intacta




Caracterización

Roca Intacta




43MR UNT OLIVER GAGO



22/06/2013 44

MR UNT OLIVER GAGO



Fractura: Formación de planos de separación en el material deroca. (Rotura de la roca para crear nuevos planos). Se pierde lacohesión. Fricción permanece.

Resistencia: Máximo esfuerzo promediado en un plano que la rocapuede soportar.

Fractura frágil: Pérdida repentina de resistencia con poca o nuladeformación plástica.

Resistencia de la Roca Intacta

Conceptos y Definiciones





Deformación dúctil: Cuando el material puede soportar deformación adicional permanente sin perder capacidad de carga

Cedencia: Cuando existe alejamiento de un comportamiento

elástico con parte de la deformación irrecuperable.

Falla: Sinónimo de alcanzar la resistencia máxima. La roca fallacuando ya no puede hacer o soportar un trabajo de ingeniería.


Conceptos y Definiciones





Clasificación (B.S. 5930)

Descripción CUS (Mpa)

Muy débil

Débil

Moderadamente débil

Moderadamente resistente

Resistente

Muy resistente

Extremadamente resistente

< 1,25

1,25 – 5

5 – 12,5

12,5 – 50

50 – 100

100 – 200

> 200





Factores que afectan los Valores deResistencia

Naturaleza y condición de la roca (mineralogía, tamaño grano,porosidad, densidad, microfracturamiento, alteración mecánica).

Condiciones de ensayos (contenido de agua, temperatura, velocidad

de carga, forma de la probeta, volumen de la probeta).





Factores que afectan los Valores de

Resistencia Estándares.

Para lograr condiciones de borde en la probeta, que sean

uniformes (con campos de esfuerzos y desplazamientos

uniformes dentro de la probeta).

Tarea: Investigar Métodos Estándar (ESRM, ASTM)





Resultados con Máquinas Rígidas Sección A: Alguna deformación irrecuperable.

Sección B: Deformación elástica.

Sección C y D: Formación de fracturas inter e intra-granulares,generalmente sub-paralelas a dirección esfuerzo.

Sección E: Desarrollo de pequeñas fallas

Sección F: Extensión de fallas. Descascaramiento superficial.

Sección G: Fallas se interconectan.Sección H: Probeta totalmente fallada.

22/06/2013 50




Compresión Multiaxial

Compresión Biaxial

s1 s2 > 0 , s3 = 0

Compresión Triaxial

s1 > s2 = s3

Triaxial verdadero

s1 > s2 > s3 > 0





Ensayo Triaxial

Tarea: Leer cap. 4 Brady y Brown, Rock Mechanics for underground

Mining.

Factores que afectan los resultados de ensayos.

s1

1

Deformación axial

3s Creciente1

s

3s

cs

1s = f ( )s3





Criterios de Fallas Mohr-Coulowb

t = C + sn tan Ø

t = f (sn)

Criterio también se

expresa como

s1 = f (s3)

t

s3

s3' s1

s ''3 s '1 s1''

Ø

sn

c

22/06/2013MR UNT OLIVER GAGO



Criterios de Fallas Criterio Empírico

s1/ sc = 1 + K (s3/sc)A

Bieniawski encontró para un rango de rocas en Sudáfrica que K = 3 a 5 y A = 0.75

Criterio Hoek y Brown

m, constante

dependiendo del tipo de

roca.

22/06/2013 MR UNT OLIVER GAGO

RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA



RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA


RESISTENCIA DE LA ROCA



RESISTENCIA DE LA ROCAINTACTA





INTACTA





Discontinuidades

Orientación Dip/DipDirection


Discontinuidades



Discontinuidades





PROPIEDADES FÍSICO-MECANICAS



PROPIEDADES FÍSICO MECANICAS

•RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ( Rc )

Rc = P / A , A = pD²/4

UNIDADES DE MEDIDA

• ( Kg/cm² )

• ( Ton/m² )• ( PSI )

• ( lb/pulg²)• ( bar )• ( Atm )• ( Mpa )

P(+)

P(+)

A





•RESISTENCIA A LA TRACCIÓN ( Rt )

Rc = P / A , A = pD²/4

UNIDADES DE MEDIDA

• ( Kg/cm² )• ( Ton/m² )• ( PSI )• ( lb/pulg²)• ( bar )• ( Atm )• ( Mpa)

P(-)

P(-)

A





• MODULO DE YOUNG (E) : Tendencia dedeformación en dirección axial del esfuerzo solicitante.

UNIDAD DE MEDIDA : ( Kg/cm² )(Mpa)

• MODULO DE POISSON (n) :

Razón de deformación ; deformación

radial entre la deformación axial

UNIDAD DE MEDIDA : adimensional

E v





COHESIÓN ( C ) : Resistencia cohesiva o resistencia ala cizalla

UNIDAD DE MEDIDA

( Kg/cm² )(Mpa)

ANGULO DE FRICCIÓN INTERNA ( f ) : Angulo de

rozamiento internoUNIDAD DE MEDIDA

( ° )

f

C





ENSAYOS DE LABORATORIO



LAS PROBETAS (NUCLEOS O TESTIGOS) DESTINADAS A

ENSAYOS GEOMECÁNICOS DEBEN TENER UNA RAZÓN

LARGO A DIÁMETRO IGUAL A 2, CON SUS DOS CARAS

BASALES PARALELAS Y PULIDAS, PARA PERMITIR UNA

DISTRIBUCIÓN UNIFORME DE LA CARGA APLICADA.

(L / D) 2


D

L





TESTIGOS O NUCLEOS DE ROCA22/06/2013 86MR UNT OLIVER GAGO




PROBETAS DE ROCA LISTAS PARA ENSAYO22/06/2013 87MR UNT OLIVER GAGO




• ENSAYO DECOMPRESIÓN SIMPLE

EL ENSAYO CONSISTE ENAPLICAR UNA CARGACOMPRESIVA CONTINUA YPAULATINAMENTE ENAUMENTO SOBRE LA

PROBETA, HASTA PRODUCIR SU RUPTURA.

Rc = P / A , A = pD²/4

SI LA RAZON L / D ESINFERIOR A 2 SE APLICA LASIGUIENTE ECUACIÓN DEAJUSTE :

Rc = Rc / [0 88 + (0 24 * D/L)]




P(-)

P(-)

• ENSAYO DE TRACCION

LA PROBETA ES ADHERIDA ENAMBOS EXTREMOS A BASESMETÁLICAS MEDIANTE RESINAEXPOSICA.

EL ENSAYO CONSISTE ENAPLICAR UNA CARGA DETRACCIÓN CONTINUA YPAULATINAMENTE EN

AUMENTO SOBRE LA PROBETA,HASTA PRODUCIR SU RUPTURA.

Rt = P / A , A = pD²/4



• ENSAYO DE TRACCION INDIRECTA



• ENSAYO DE TRACCION INDIRECTA

(ENSAYO BRASILERO)

CONSISTE EN APLICAR UNA CARGA DE COMPRESIÓN AUNA MUESTRA CON FORMA DE DISCO, DE DIÁMETROMAYOR O IGUAL A 54 mm. Y ESPESOR IGUAL A UNRADIO, HASTA PRODUCIR SU RUPTURA POR ESFUERZOS

DE TRACCIÓN PERPENDICULARES A LA DIRECCIÓN DELA CARGA VERTICAL APLICADA.

Rt = 0.636 P / (D*T)

DONDE:Rt : RESISTENCIA A LA TRACCIÓN INDIRECTA (Kg/cm2)

P : CARGA DE RUPTURA (Kg)

D : DIÁMETRO DEL DISCO DE ROCA (cm.)

T : ESPESOR DEL DISCO DE ROCA (cm.)




PROBETA DE ROCA SOMETIDA A ENSAYO TRACCIÓN (BRASILEÑO)




• ENSAYO DE PROPIEDADES ELÁSTICAS

(MÓDULO DE YOUNG Y MÓDULO DE POISSON)

SE UTILIZAN ESTAMPILLAS ELÉCTRICAS STRAINGAGE COMO SENSORES DE LA DEFORMACIÓNAXIAL Y DIAMETRAL EXPERIMENTADA POR LAPROBETA BAJO COMPRESIÓN.

DURANTE EL ENSAYO SE REGISTRA LA CARGA DECOMPRESIÓN, LA DEFORMACIÓN AXIAL YDIAMETRAL EXPERIMENTADA POR LA PROBETA ALSER COMPRIMIDA, MEDIANTE INCREMENTOS DECARGA PREDETERMINADOS.





PROBETA DE

ROCASOMETIDA AENSAYO PARADETERMINACIÓ

N DE MÓDULOSDEDEFORMACIÓNYOUNG Y

POISSON,

UTILIZANDOSTRAIN-GAGE


CURVAS TIPICAS



ESFUERZO vs DEFORMACION

PARA ENSAYOS DE MODULO ELASTICO


CURVA ESFUERZO - DEFORMACIÓNENSAYOS DE LABORATORIO




CURVA DEFORMACIÓN HORIZONTAL




CURVA DEFORMACIÓN HORIZONTALVS

DEFORMACIÓN VERTICAL





TESTIGOS DEGRAN

DIMENSIONPARA ENSAYOSA GRANESCALA


Ensayo de CARGA PUNTUAL (POINT LOAD)



TIPOS DE ENSAYO:

1. DIAMETRAL

2. AXIAL

3. Irregular (Cúbica)

4. Irregular (Bloque)

5. Irregular (Esferoidal)

DETERMINA LARESISTENCIA A LACOMPRESIÓNIN-SITU ENTESTIGOS Y/OMUESTRASIRREGULARES


PRINCIPIO DE CAUSA Y EFECTO



ACCION Y REACCION

MEDIO : MACIZO ROCOSO

CAUSA : ESFUERZO (NORMAL, CORTE)

(s , t )

EFECTO: DEFORMACION

(AXIAL, DE CORTE)

( , g )22/06/2013 99MR UNT OLIVER GAGO

RELACIONES ESFUERZO - DEFORMACION



SI SUPONEMOS UN PARALELEPIPEDO RECTANGULAR CONSUS LADOS ORIENTADOS SEGÚN LOS EJES

COORDENADOS, SOBRE EL CUAL ACTUA UN ESFUERZO NORMAL

EL EFECTO OBSERVADO

ES UN ACORTAMIENTOEN LA DIRECCION DELA APLICACIÓN DE LACARGA (Z) Y A LA VEZUNA EXPANSION EN

LAS DIRECCIONESPERPENDICULARES AELLA (X e Y)

100MR UNT OLIºVER Gago

EN MATERIALES ELASTICOS ESTAS RELACIONES



ESTAN DETERMINADAS A TRAVES DE DOSCOEFICIENTES YOUNG (E) y POISSON ( v )

Z = sZ / E

Y = - v sZ / E

X = - v sZ / E


SI EL PARALELEPIPEDO ESTUVIERA



SOMETIDO A ESFUERZOS NORMALES EN LAS TRES

DIRECCIONES sx , sy ,sz LAS

DEFORMACIONES RESULTANTESPUEDEN OBTENERSE APLICANDO ELPRINCIPIO DE SUPERPOSICION:

X = 1 / E ( s X - v (s Y + s Z ) )

Y = 1 / E ( s Y - v (s X + s Z ) )

Z = 1 / E ( s Z - v (s X + s Y ) )

PARA EL CASO DE LAS DEFORMACIONES DE CORTE SEACOSTUMBRA A RELACIONARLAS CON LOS ESFUERZOS



ACOSTUMBRA A RELACIONARLAS CON LOS ESFUERZOSDE CORTE RESPECTIVOS MEDIANTE UNA SOLACONSTANTE DENOMINADA MODULO DE RIGIDEZ (G)

G = E / ( 2 ( 1 + v ) )

DE ESTA FORMA LAS DEFORMACIONES DE CORTE

QUEDAN DEFINIDAS DE LA SIGUIENTE FORMA:

g xy = t xy / G

g yz = t yz / G

g zx = t zx / G22/06/2013 103MR UNT OLIVER GAGO



22/06/2013 105Oliver Gago Porras UNT



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