INTRODUCCION.Los esfuerzos que existen en un macizo rocoso inalterado estn relacionados con el peso de los estratos sobreyacentes y con la historia geolgica del macizo. Este campo de esfuerzos se altera por la creacin de una excavacin subterrnea y, en algunos casos, esta alteracin introduce esfuerzos que son lo suficientemente grandes para exceder la resistencia de la roca. En stos casos, el debilitamiento de la roca adyacente a los limites de la excavacin puede llevar a la inestabilidad de esta, lo que se manifestara por el cerramiento gradual de la excavacin, derrumbes del techo y desprendimientos de las tablas o, en casos extremos, estallidos de roca. Los estallidos de roca son debilitamientos explosivos de la roca que se pueden presentar cuando una roca quebradiza esta sometida a grandes esfuerzos. En general, se tratar de explicar la distribucin de tensiones en torno a una excavacin subterrnea y sobre el comportamiento mecnico del terreno.

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD DE UNA EXCAVACION Magnitud y direccin del esfuerzo in situ al que la excavacin est sometida Interaccin entre galeras adyacentes Propiedades fsico-mecnicas de los tipos de rocas existentes en el terreno de la excavacin Geologa estructural del sector Presencia de aguas subterrneas Mtodo y calidad de la excavacin Tipo de sostenimiento utilizado Forma y tamao de la excavacin

Tensin: Es la Fuerza interna por unidad de rea cuando dicha rea tiende a cero. Es conveniente reservar la palabra Presin para indicar la fuerza media exterior normal por unidad de rea, aunque en el contorno son iguales la Presin y la Tensin normal del material de cada punto. Tensin Normal ( ): Es la componente normal de la Tensin, es decir, la componente perpendicular al plano sobre el que acta la tensin. Tensin Tangencial o Cortante ( ): Es la componente Tangencial de la tensin, es decir, la componente paralela al plano sobre el que acta la tensin.

CAMPOS TENSIONALES Regional: Es el resultado de los fenmenos tectnicos que tienen lugar en la corteza terrestre (contacto entre placas, etc.). Este campo tensional afecta a superficies del orden de cientos de kilmetros cuadrados. Local: Responde al perfil topogrfico de la zona. Es, por tanto, el reflejo de las estructuras geolgicas presentes en la zona. Este campo tensional acta sobre superficies de varios kilmetros cuadrados Inducido: Es debido a la actividad constructiva prxima. Su rea de influencia es menor, abarcando una superficie del orden de un kilmetro cuadrado.

TIPOS DE TENSIONES

VERTICAL HORIZONTAL CIRCULAR

TENSION VERTICAL

TENSION VERTICAL (caso 1)

TENSION VERTICAL (caso 2)

TENSION HORIZONTAL

TENSION CIRCULAR

Mtodos de Medicin de TensionesMtodos directos Liberacin de tensiones o Overcoring CSIR Doorstopper USBM Deformation gage LNEC Triaxial Solid Inclusion Cell CSIRO Triaxial Hollow Inclusion Cell Restitucin de tensiones o Gato plano Fractura hidrulica

Mtodos indirectos Borehole breakout Emisiones acsticas

Forma de medir las tensiones insitu

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Perforacin de un agujero cilndrico hasta el punto de estudio A partir de este punto, perforar otro agujero cilndrico concntrico al anterior, pero de dimetro inferior. Instrumentar Ejecucin del overcoring: corte en forma de corona circular alrededor del segundo hueco cilndrico. El material que queda en su interior se descarga y se deforma. Se mide la deformacin mediante la instrumentacin instalada. La disposicin de la instrumentacin caracteriza cada mtodo. Clulas biaxiales (nicamente dan 3 componentes) o triaxiales (6 componentes).

Forma de Medir Las Tensiones Insitu.Clulas triaxiales: Determinacin del estado tensional completo con una nica medicin (excepcin: USBM Deformation gage) Perforacin de un agujero cilndrico de 86 a 140 mm de dimetro Perforacin de un segundo agujero cilndrico de menor dimetro (35 a 47 mm) concntrico con el primero y a partir del fondo de ste. Introduccin de la clula triaxial en este segundo agujero Overcoring alrededor del segundo agujero y del mismo dimetro que el primero. Extraccin de muestras del material que rodea la clula para poder determinar en el laboratorio las constantes elsticas

COMPONENETES DE LOS ESFUERZOSFuerzas de superficie: Los esfuerzos se definen en trminos de fuerzas que actan sobre un punto o sobre una superficie. Consideremos las fuerzas que actan sobre una superficie inclinada dentro de un macizo rocoso. Esta superficie puede ser : a)una superficie externa que forma parte de los limites de una estructura, b)un fenmeno estructural interno como lo es una fisura o una falla, o c) una superficie imaginaria interna.

Tracciones de superficie: La intensidad de una fuerza aplicada a una superficie elemental se obtiene dividiendo la fuerza entre el rea del elemento. Esfuerzo en un punto: Para definir plenamente el estado de los esfuerzos en un punto dentro de un cuerpo slido, ser necesario considerar un pequeo elemento de volumen que encierra el punto del que hablamos. Los lados del elemento se consideran tan pequeos que se desvanecen de modo que los componentes de traccin en cada cara oculta son los mismos que los de la cara visible correspondiente. Esto implica que las condiciones de traslado del equilibrio quedan automticamente satisfechas.

DISTRIBUCION DE ESFUERZOS ALREDEDOR DE EXCAVACIONES UNITARIAS.Analoga entre el flujo de agua y las trayectorias de los esfuerzos principales. Cuando se practica una excavacin subterrnea en un macizo rocoso, los esfuerzos que existan con anterioridad se perturban, y se inducen nuevos esfuerzos en la roca en las inmediaciones de la excavacin. Un mtodo para representar este nuevo campo de esfuerzos es el de las trayectorias de los esfuerzos principales, que son lneas imaginarias en un cuerpo elstico comprimido a lo largo de los cuales actan esfuerzos principales . La figura muestra las trayectorias de los esfuerzos principales mayor y menor en el material que circunda un orificio circular. Del lado derecho de la figura, dos de las trayectorias del esfuerzo principal mayor se sealan con lneas punteadas, y en puntos arbitrariamente elegidos sobre estas trayectorias. Se puede notar que los esfuerzos principales distan notablemente de ser verticales u horizontales en las inmediaciones del orificio que desva las trayectorias de los esfuerzos.

Anlogamente, cuando se coloca una obstruccin cilndrica tal y como en la pila de un puente en la corriente tranquila del agua, las lneas de flujo se desvan como lo muestra la figura. Las trayectorias de estas lneas de flujo es anloga a la separacin de las trayectorias de esfuerzos que suele haber en zonas de esfuerzos a tensin tal y como se presentan en el techo y en el piso de una excavacin circular que esta sujeta a una compresin aplicada uniaxialmente.

ESFUERZOS ALREDEDOR DE UNA EXCAVACION CIRCULAR.Para calcular los esfuerzos, deformaciones y desplazamientos inducidos alrededor de excavaciones en materiales elasticos, tenemos que apoyarnos en la teora matemtica de la elasticidad. Para ello es necesario resolver una serie de ecuaciones de equilibrio y de compatibilidad de desplazamiento para condiciones de limites determinados, y ecuaciones constitutivas para el material. El proceso para obtener las soluciones deseadas puede ser bastante complejo y aburrido y debido al objetivo primordial de este trabajo, no las trataremos

Esfuerzos en los limites de la excavacin.La premisa que asegura que los nicos esfuerzos que pueden existir en los limites de una excavacin son los esfuerzos tangenciales a los limites de la cavidad resulta cierta para todas las formas de excavacin, siempre y cuando no tengan cargas internas. Cuando la superficie interna de la excavacin tenga cargas de presin de agua, o sufra la reaccin de un revestimiento de concreto, o de las cargas aplicadas por las anclas, habr que tomar en cuenta todos esos esfuerzos internos al calcular la distribucion de los esfuerzos de la roca que circunda la cavidad.

Esfuerzos alejados de los limites de la excavacin.A medida que aumenta la distancia r(radio) a partir del orificio, la influencia de la cavidad sobre los esfuerzos en la roca, disminuye; es decir los esfuerzos en la roca no ven la influencia de la cavidad.

ESFUERZOS MULTIPLES.

ALREDEDOR

DE

EXCAVACIONES

La forma en que se distorsionan las lneas de flujo depende de la forma de las pilas. Las lneas de flujo sern mas sueltas si las pilas tienen una forma redonda o elptica (con el eje mayor en el sentido del flujo) en vez de las pilas cuadradas que muestra la figura. Existe una gran analoga entre el comportamiento de este flujo y la transmisin de los esfuerzos en los pilares que se encuentran entre una serie de tneles paralelos. De esta analoga se deriva el termino teora tributaria que utilizan algunos autores para describir las trayectorias ramificadas de los esfuerzos y la concentracin de esfuerzos verticales en el pilar entre excavaciones adyacentes. Los esfuerzos en cualquier punto de un pilar depende de :

a) el esfuerzo medio del pilar que a su vez depende de la relacin del rea total excavada al rea total que queda en las columnas y, b) la concentracin de esfuerzos, que es una funcin de la forma del pilar entre excavaciones adyacentes.

SOMBRAS DE ESFUERZOSCuando dos o mas excavaciones quedan alineadas a lo largo de una trayectoria de esfuerzo principal mayor, el esfuerzo en el pilar entre las dos excavaciones disminuye porque se encuentra en la sombra que proyectan las dos excavaciones. Por lo tanto, cuando se consideran los esfuerzos de un pilar que forma parte de un conjunto de salones y pilares, el esfuerzo vertical aplicado ser el de mayor efecto sobre los esfuerzos del pilar. Los esfuerzos horizontales tendrn muy poco efecto sobre la distribucin de los esfuerzos en el centro del conjunto ya que las pilas centrales quedaran protegidas de esos esfuerzos por los pilares que estn cerca de la orilla del dispositivo.

INFLUENCIA DE LA INCLINACION SOBRE LOS ESFUERZOS EN PILARESCuando se perfora una mina en un yacimiento inclinado, el campo de esfuerzos que acta sobre las excavaciones y los pilares entre esas excavaciones ya no esta alineado normal o paralelamente a la periferia de la excavacin. La inclinacin del campo de esfuerzos respecto a los limites de la excavacin produce un cambio notable en las distribuciones de los esfuerzos que se provocan en la roca que rodea las excavaciones.

INFLUENCIA DE LA GRAVEDAD.Es evidente que para los tneles cercanos a la superficie o para las cavidades muy grandes hechas a poca profundidad, las fuerzas gravitacionales tendrn que tomarse en cuenta cuando se calculan los esfuerzos producidos alrededor de las excavaciones

Fin.