Criterios de Falla

7/17/2019 Criterios de Falla

http://slidepdf.com/reader/full/criterios-de-falla-568eda8b69c62 1/44

CRITERIOS DE FALLA

RESISTENCIA DE MATERIALES

ROCOSOS



INTRODUCCION• Describir adecuadamente la respuesta de una

muestra de roca para un rango completo de

probables condiciones de esfuerzos que podrían ser encontrados en la excavación.

• Ser capas de predecir la influencia de una ó

mas discontinuidades estructurales sobre elcomportamiento de la muestra rocosa.

• Proveer alguna forma de proyección para el

comportamiento del macizo rocoso a escalacompleta conteniendo varias familias dediscontinuidades .



CLASIFICACION DEL LOSCRITERIOS DE FALLA

• Fallas por corte.

• Fallas por tracción.

• Fallas por corte / tracción

• Fallas por liberación de esfuerzos.

• Criterio empírico de falla de rocas.



Fallas por corte

• Criterio de falla de Coulomb-Navier.

• Criterio de falla de mohr.

Se consideran en: fallas de corte bajo ángulo.

fracturas de corte en paredes.

fallas inducidas por gravedad.



tendencia de la excavación

por los esfuerzos de gravedad



Fallas por tracción• Criterio de falla por máximo esfuerzo a la

tracción• Criterio de griffith de falla frágil por

tracción.

Dirigido a los siguientes fracturamientos:

Deslajamiento de rocas.

Falla de rocas frágiles por pandeo.Fallas por separación de rocas.

Fallas en roca estratificada.



Fallas por corte / tracción

• El criterio de falla por corte / tracción

• La falla de estructuras rocosas por corte y

tracción



Falla por liberación de esfuerzos

• Las fallas por cargado (energía externa)

• Las fallas por descarga (energía interna)



Criterio empírico -falla de rocas

• Criterio de Hoek & Brown.

• Criterio de Bieniawski.• Criterio de Barton.



Fallas por corte

• Criterio de falla deCoulomb - Navier

τmax=0.5x( σ1−σ3)La falla ocurre cuando:

τmax=τ0

το: resistencia al corte delmaterial

τ= C+

σnTan

φτ = C+σnμ



• Criterio de falla deMohr

El material fallaracuando :

τ=τ0+σnTanφ



Envolvente de MohrTriaxial Stress Tests

Es una ilustración de un experimento de tensión de

triaxial típico. Durante el experimento, confinando presión y temperatura se sostienen normalmente la

constante mientras el σ1 se aumenta

progresivamente hasta que el fracaso ocurra oalgún otro umbral experimental crítico se alcanza.



Fallas por tracción

Por máximo esfuerzo a la

tracciónOcurre cuando σ3=-σt

Se fractura paralelo a

la dirección del σ1 y perpendicular a la direcciónde la deformación detracción máxima.

Aun los esfuerzos sean decomprensivos el estado deesfuerzos puede produciruna deformación de

tracción

Tracción principal mayor:σt=σ3 - υ*(σ1 - σ3)

σ1

σ1

σ3σ3



Criterio de Griffith

Se basa en le calculo de las fuerzasinteratomicas .

En 1921 Griffith postulo que en las rocas

existen microfracturas elípticas de tracciónque van desarrollando las grietas a medidaque la carga externa de tracción aumenta

hasta alcanzar una situación inestable que produce su colapso



Teoría de Griffith• La tracción máxima se

representa como sigue:

Tm= 2*σt*c/γm

se observa que si γm =0 ; Tm=00

• Además se puedecomentar que cuandouna grieta se propaga

parte de la energía

potencial se utiliza para generardesplazamientosalrededor de la falla



• Se observa la propagación defallas en un plano isotópico

que contenía microfisurasorientadas aleatoriamente yespaciados convenientes afin que sus esfuerzos en cada

uno de ellos seaindependiente y cuando este

plano fue sometido a uncampo de esfuerzos biaxial

de compresión demostró quea pesar de ellos se producenesfuerzos de tracción en cadafalla.



Extensión del criterio de Griffith

• Asumiendo que las fisuras se cierran deuna manera elástica en un campo deesfuerzos compresivos .

• Mc.Clintock & walsh la modificaron

asumiendo que en compresión las grietasde Griffith se cierran desarrollando fuerzasde fricción atravez de la superficie de lafisura .

• Se observo que cuando el nivel de esfuerzosalcanza el valor de σe las fisuras se cierran.



Fallas en estructuras por

tracción

• Deslajamiento de rocasestablece que si la falla va a ocurrir el

mecanismo de la falla se debe desarrollarcerca de la cara .

La falla es al esfuerzo de tracciónefectivo .

Esta se propaga formando la laja



• Falla en rocas frágiles por pandeola roca empieza a desplazarse en forma de lajas

largas y angostas en la cara libre en una pared otalud generalmente en roca estratificada.

Fue investigado en paredes colgadas en un

pique de mina.Ocurren en lugares donde la geología

estructural delinea estructuras tipo columnares

en las paredes de la excavaciónlas falla ocurren cuando los planos de

esquistocidad están orientados en forma

a los esfuerzos tectónicos



Es gobernada porla relación de

Euler

σcr =π∗π∗Ε∗(R/L)^2



• Fallas por separaciónocurre como producto de las fuerzas de

arranque que igualan a los esfuerzosinducidos por gravedad .

La falla ocurre cuando la resistencia a

tracción de la roca es sobrepasada por elesfuerzo de tracción generado por la carga

gravitacional .



• Falla en roca estratificada.

Producto del esfuerzo de tracción inducido porgravedad que que actúa a lo largo del ejelongitudinal de bloques de viga de rocaseparados.

Cuando los σt axial sobrepasa la resistenciade la viga de la roca la falla se dará hasta queocurra la caída de roca.

Esta relacionado estrechamente con el anchode la excavación espesor del estrato y las

propiedades geológicas.



forma de la falla

en zona estratificada



Fallas por corte y tracción• La muestra rocosa bajo

carga externa esta en estado

de equilibrio antes que sedesarrolle el esfuerzointerno lateral.

• Debido a la distribución deesfuerzos y formación de unestado de esfuerzos biaxialen el espécimen rocoso .

• El desplazamiento de cortelibera un esfuerzocompresivo resultando en laformación de esfuerzo detracción y relevante falla detracción .



Falla por liberación de esfuerzosSe genera cuando los esfuerzos internos de la masarocosa se formaron en un evento geológico generandoun probable fracturamiento violento y una gran

liberación de energía .

estallido de roca de una mina



La fuente de energía quecausó la falla por liberaciónde esfuerzos è influyo sobre

el mecanismo defracturamiento luego estedifiere de la falla porcargado .El fracturamiento por descargado permite la

expansión de la masarocosa y sucede a partir delrebote mínimo paracompletar todo el procesode expansión de la masa

rocosa y la liberación deenergía , la gravedad llega atener una gran influencia.

túnel que sufre una

acumulación de esfuerzos



Las fallas enestructuras rocosas pordescargado del macizo

rocoso son posterioresa los emplazamientoslocales formados poruna liberación deconcentración deesfuerzos geológicosinternos .

pilar después de

su estallido por liberación

de esfuerzos



las fracturas de

liberación están

relacionadas a micro ymacro deformaciones

de la masa rocosa y

podrían suministrar

dados para la

evaluación de la

liberación de energía

potencial de un área particular de rocas

caverna que sufre una

acumulación de esfuerzos



Un Movimiento de Tierra de ocho-vías Controla

(GMM8) para el uso en una mina la red de lasituación sísmica se adjudicó la InnovaciónTécnica de Miningtek de 1998. La innovaciónotorga que es hecho y juzgó internamente, fueintroducido sostener y reconocer creatividad e

innovación dentro de los límites de lainvestigación y proceso de desarrollo.

Desarrollado por Weber y Spottiswoode, elGMM8 mide el movimiento de tierra fuerte enel stopes, mientras proporcionando una

herramienta inapreciable mejorando el criteriode plan de mina. El diseño del pilar en el non-rockburst " más pequeño " mina en lascondiciones geológicas complicadas es lastécnicas convencionales usando muy difíciles.

El GMM8 es la única onda llena fórmese equipoque puede instalarse en un tiempo corto parahacer las localizaciones sísmicas en una área pequeña, y qué se une al software poderoso. Lainstalación es fácil porque indica los cables a lasuperficie ni el poder del mains se necesita.

nuevo método parael monitoreo de

estallido de roca



Criterio de Hoek & Brown

• Desarrollaron una relaciónempírica asociado con la

falla de rocas

σ1=σ3+σ3(mσc+σc2) ^0.5• se puede obtener la

resistencia de compresión

uniaxial sustituyendo

σcmass=(sσc2)^0.5

• Para la roca intactaσcmas=σc & s=1

• para s <1 y la resistencia

de presión deconfinamiento cero donde

σc es la resistencia a la

compresión uniaxial de las

piezas de material rocoso

intacto



• La resistencia de tracciónuniaxial se obtiene

sustituyendo σ1=0 se

obtiene :στmass=0.5*σc(m-(m2+4s)^0.5)

• cuando se ensaya un

espécimen anisotropico ,se

asume que la relación

entre σ y τ es definida por

la envolvente de mohr que

representa los esfuerzos principales de falla



Uso de la clasificación del macizo

rocoso para la predicción de laroca

• Debido a la escasez deinformación confiable y a los

gastos muy altos para obtener

estos , la ingenieria de rocas

esta en una cuestión muyclave .se debería hacer el

intento de usar cualquier tipo

de información disponible

para proveer alguna forma de

la tendencia de la resistencia

del macizo rocoso



• Se tiene la relación

m/mi (mi el valor de m

para roca intacta )y los

valores de s

• también se obtiene con

el calculo de Q de

Barton el RMR por la

relación

RMR=9logQ+44



• Debido a los estudiosse ha estimado una

relación para tener una

guía para la seleccióndel modulo de

deformación in-situ



• Como m y s se pueden calcular para dos

tipos de condiciones que son : No disturbada :(raise-boreng)

m=mi*exp(RMR-100)/28

s=exp(RMR-100)/9

Disturbada:(voladura)

m= mi*exp(RMR-100)/14

s=exp(RMR-100)/6



Criterio de Bieniawski

• Encontró en 1974 lasresistencias triaxiales

máximas para un

rango de tipos de rocas.están representados

adecuadamente por las

siguientes relaciones

σ1/σc=1+A( σ3/σc)K

τm/σc=0.1+B(σm/σc)c

τm=0.5(σ1-σ3)

σm=0.5(σ1-σ3)



• Bieniawski encontró

que para un rango de

tipos de rocas

ensayadas K=0.75 &

C=0.9 los

correspondientesvalores de A y B están

dados en la tabla

Tipo A Bnorita 5 0.8

cuarcita 4.5 0.78

arenisca 4 0.75

limolita 3 0.7

lodolita 3 0.7



Criterio de Barton

• Barton toma encuenta que la

resistencia al corte es elfactor fundamental aconsiderar en el estudio de las propiedades mecánicas de lasdiscontinuidades que son

tensiones normales,rugosidad ,grado dealteración ,espesor de relleno,el agua ,velocidad de moví.de corte ,orientación deldesplazamiento tangencial



• Para el calculo de tensiónnormal teniendo los valoresde la resistencia pico al

corte de varias probetas delmismo bloque con respectoa muchos valores de lastensiones normales aplicada

se obtienen puntos que sonajustados a una rectaanteriormente descritadonde Cp es el esfuerzocortante del material quemantiene unida la junta y

que cuando σ=0 -Cp=Cohesion



• Si se representa la

resistencia residual al corte

tenemos

• tensión de transición σtr es

el valor pare el cual las

juntas dejas de ser masdébiles que la roca y en

ausencia de datos

suficientes se puede hacer

la siguiente aproximación

σtr=JCS



• Se presentan algunos

cálculos de los valoresde Barton como el

ángulo de fricción ,su

resistencia y otrosdatos calculados a

partir de los datos

obtenidos en el campo

Ejemplo de aplicación



Ejemplo de aplicacióncalculo de la cohesión ,el esfuerzo de corte yel ángulo de fricción

Criterios de Falla

Documents

Transcript of Criterios de Falla