MECNICA DE ROCAS II

Mecnica de Rocas II

Escuela de Minas

FIGEMPA

MECNICA DE ROCAS II

Escuela de Minas

CAPTULO IV

RESISTENCIA DE LAS ROCAS1. GENERALIDADESPor resistencia de las rocas se comprende a la capacidad que estas presentan a la ruptura frgil o a la deformacin plstica. La ruptura y deformacin plstica llevan a la destruccin de la estructura inicial de la roca y a la destruccin de las ligazones interiores de la misma. Comportamiento frgil y comportamiento dctil

Una roca presenta comportamiento frgil cuando su capacidad para resistir cargas disminuye al aumentar la deformacin.

La ruptura frgil se asocia con una deformacin permanente muy pequea o casi nula de la roca antes de la ruptura, que segn las condiciones de ensayo, puede producirse repentinamente. El fenmeno de ruptura explosiva frgil se pone de manifiesto especialmente en minas profundas excavadas en roca resistente.

El comportamiento dctil aparece cuando la roca conserva su resistencia a pesar de estar sujeta a deformaciones permanentes.

La mayora de las rocas presentan un comportamiento frgil, ms que dctil, en las condiciones de presin y temperatura que normalmente aparece en minera. La ductilidad puede ser mayor en rocas meteorizadas, macizos rocosos diaclasados y rocas poco persistentes.Al ir aumentando, la presin de confinamiento, se pasa de un comportamiento frgil de la probeta a un comportamiento dctil.

La ruptura frgil que se produce en rocas sometidas a tensiones en ensayos de laboratorio o en mina, es de naturaleza violenta e incontrolada cuando la rigidez de la prensa es menor que la de la probeta, caso normal, o cuando los estratos que cargan sobre los pilares son menos deformables que stos; la ruptura frgil se produce al alcanzar la resistencia mxima. En otras situaciones, se puede controlar la ruptura de los pilares de tal forma que sigan trabajando an despus de haber alcanzado su resistencia mxima (Ver figura 2).

Figura 2

Al alcanzar la resistencia mxima se presentan dos comportamientos distintos del pilar segn el tipo de techo (Ver Figura 3).

Figura 3

Las rectas AE y AG representan la rigidez del techo o muro para un determinado pilar.

En la Figura 3 a, al aumentar la deformacin desde el punto C, correspondiente a la resistencia mxima del pilar, al punto D, la mina libera una energa dada por el rea ACDH y el pilar slo puede absorber la energa equivalente al rea ACDJ. Por consiguiente queda un exceso de energa equivalente al rea AJH. Esta energa provocar una rotura explosiva del pilar.

En la Figura 3 b el techo libera menos energa de la que puede absorber el pilar y la situacin es estable. De esta forma la resistencia del pilar va disminuyendo, pero controladamente, producindose, en todo caso, algunos desprendimientos en los paramentos.

En los ensayos a compresin simple y en los triaxiales con presiones de confinamiento, 3, pequeas, se podr observar una cada muy rpida de la resistencia de la roca en el momento de sobrepasar la resistencia mxima, si la prensa es suficientemente rgida.

En los ensayos efectuados en laboratorio, se ha encontrado que la fragilidad disminuye al aumentar la presin de confinamiento 3.

Por otra parte, la fragilidad disminuye al aumentar la temperaturaSobre la resistencia de la roca tienen influencia el estado inicial de la misma, la forma y magnitud de las fuerzas de deformacin, velocidad de carga, velocidad de deformacin y temperatura. En los ensayos de laboratorio sobre la resistencia de las rocas tienen influencia la forma y dimensiones de la probeta.

Velocidad de carga

La resistencia de las rocas es una propiedad que depende del tiempo. En general, al ser ms rpida la aplicacin de la carga, la muestra de roca ensayada ser ms resistente. Normalmente las velocidades de aplicacin de las cargas que aparecen en minas subterrneas no alcanzan el lmite a partir del cual habra que tener en cuenta los efectos producidos por dichas velocidades.El hecho de que se produzca una disminucin de la resistencia de la roca al disminuir la velocidad de aplicacin de la carga, se explica segn MANRIQUE (1982) mediante la teora de la microfisuracin de McCLINTOCK y WALSH (1982).

Al disminuir la velocidad de aplicacin de la carga, tambin disminuye la velocidad de deslizamiento de las superficies de las microfisuras ya cerradas, con lo cual aumenta su resistencia a la friccin y como consecuencia de ello, aumenta la concentracin de tensiones en los extremos de las microfisuras. De este modo la propagacin de las microfisuras es ms rpida, haciendo, que la resistencia de la roca sea menor.

Tambin puede observarse que la variacin de la resistencia a la friccin se hace ms acusada cuando aumentan las tensiones normales o laterales. Influencia del tamao y la forma sobre la resistencia. Efecto de escala.

La prediccin de la resistencia de los pilares de una mina se viene realizando a partir de los ensayos llevados a cabo en laboratorio sobre probetas extradas de muestras de roca de los pilares.Actualmente, a pesar del esfuerzo realizado por los investigadores, no se dispone de una formulacin general nica que permita la extrapolacin de un ensayo a las condiciones reales de la mina.

No obstante, estas investigaciones han llegado a algunas conclusiones importantes, tales como el hecho de que la resistencia a compresin del pilar vara en funcin del tamao y de la forma (relacin altura/anchura) del mismo. Se ha observado que la resistencia disminuye a medida que el tamao de probeta aumenta, debido a que al incrementarse el tamao, es ms probable que aparezca algn defecto estructural que desarrolle la rotura de la roca. Asimismo, la resistencia aumenta cuando disminuye la relacin altura/anchura, y es mayor cuando aumenta el confinamiento del pilar.

El concepto resistencia tambin se refiere al esfuerzo mximo que puede soportar una roca sin romperse, y se mide por la carga de ruptura.

FIG. 60: Formas principales de ruptura de las rocas:

a. cuarteamiento longitudinal bajo compresin uniaxial; b. cizallamiento aislado en el caso de destruccin frgil, bajo estado tensional complejo; c. cizallamiento escalonado en el caso de destruccin plstica, bajo estado tensional complejo; d. ruptura; e. ruptura (por la lnea 1 al dibujo) por compresin de la barra entre dos cuchillas alineadas; f. ruptura de una superficie curvilnea, bajo carga de compresin lineal.

Las velocidades de deformacin relativa en los experimentos de laboratorio, generalmente se toman desde 0,1 hasta 0,001 milsimas de segundos lo cual corresponde a la variacin de tensin dentro de los limites de 70 - 0,7 Kg./cm2 por segundo. En casos especiales las velocidades de deformacin relativa se toman de 10 -4 hasta 10 -7 milsimas de segundos.En los experimentos comunes de laboratorio se pueden tomar las propiedades de la roca como independientes de la velocidad relativa de deformacin, aunque en principio se nota una disminucin de la solidez y un aumento de la plasticidad de la roca, cuando la velocidad de deformacin relativa es pequea (aproximadamente en dos veces, cuando la variacin de velocidad de deformacin relativa es de 10 veces)

FIG. 61: Ensayos de probetas de roca sometidas a estado tensional complejo:

a. con control de la presin del vapor; b-c. en cmaras simples; d. en cmaras de volumen constante; e. en cmaras para probeta en figura.Hasta los actuales momentos no se ha creado una teora general sobre la resistencia de las rocas. Las condiciones de destruccin de las rocas se determinan experimentalmente. Para ciertos casos especiales existen algunas teoras sobre la resistencia, pero incluso ellas incluyen constantes. experimentales, obtenidas de los estados tensinales simples de las rocas.Para finalidades prcticas, la valoracin de la resistencia de las rocas se efecta en base a los datos obtenidos en los ensayos de estas rocas, con probetas de dimensiones establecidas, sometidas a compresin, traccin y cizallamiento (corte).

En estos ltimos tiempos, en los laboratorios se lleva a cabo un gran trabajo de investigacin sobre la resistencia de las rocas en estado tensional complejo (Fig. 61).Como ndica la prctica, la gran mayora de las rocas tienen alta resistencia a la compresin y muy baja a la traccin. La resistencia al cizallamiento ocupa una posicin intermedia.El valor lmite de resistencia (resistencia temporal) para algunas rocas bajo estado tensional simple se ndica en la tabla 13.TABLA 13

El valor de los lmites de resistencia de las rocas, incluso bajo estado tensional simple vara ampliamente, puesto que depende de las propiedades fsico - mecnicas, grosura de los granos, estratificacin, fisuramiento, humedad y otros factores. Por lo mismo la determinacin exacta de los valores lmites de resistencia de las rocas es sumamente compleja y laboriosa. An, mucho ms difcil es la tarea de determinar los lmites de resistencia de las rocas bajo estado tensional biaxial y triaxial.En condiciones reales, cuando se explotan los yacimientos minerales, las rocas, comnmente trabajan en condiciones de estado tensional complejo. As las rocas en las paredes de la galera se encuentran en estado de tensin biaxial por la parte superior y por los costados; en el macizo la roca se encuentra en estado triaxial.Como demuestran las investigaciones el lmite de resistencia de las rocas a la compresin bajo estado de tensin biaxial, aproximadamente es dos veces mayor que bajo el estado de tensin uniaxial. Bajo compresin mltiple, el lmite de resistencia de la roca, aumenta mucho ms; adems, la plasticidad de la roca, tambin aumenta. En los laboratorios, generalmente en probetas se determina los lmites de resistencia de la roca a la compresin, traccin y cizallamiento bajo estado de tensin uniaxial.

2. RESISTENCIA A LA COMPRESION UNIAXIALEl lmite de resistencia de las rocas a la compresin uniaxial se determina en las mismas probetas que se utilizan para determinar el mdulo de elasticidad y el coeficiente de Posson; se emplea, adems la misma aparatura. La carga sobre la probeta se eleva hasta la destruccin de la misma (Pcop). El lmite de resistencia se determina por la frmula:

Donde:

Rcop.- lmite de resistencia;

Pcop.- carga para la destruccin de la probeta;

F.- superficie de la seccin de la probeta.

El nmero indispensable de experimentos se establece en dependencia de la magnitud caracterstica para cada tipo dado de roca, del coeficiente de variacin, desviacin admisible y error admisible. En todo caso el nmero de probetas de roca no debe ser menor a tres.Sobre la resistencia y el carcter de destruccin de la probeta, cuando sta es pequea de altura en comparacin con el dimetro, una gran influencia ocasiona el contacto con las planchas de la prensa: la rigidez de las planchas detienen el ensanchamiento lateral de los extremos de la probeta. Por esta razn actualmente se opta por emplear probetas lo suficientemente altas, utilizando la relacin longitud - dimetro L/D = 2 - 3.La influencia de contencin que ejercen las planchas de la prensa, ocasionan la concentracin de las tensiones y la destruccin de la probeta desde la periferia, que se encuentra en contacto con las planchas de la prensa (Fig. 62 a)

FIG 62: Compresin uniaxial de la probeta de roca:

a) entre planchas planas; b) entre planchas cnicas; c) probeta en figura; d) con forros cilndricos Para evitar esta influencia se propuso preparar probetas con ahondamiento cnico en los extremos; en este caso, el ngulo del cono debe corresponder con el ngulo de rozamiento de la roca sobre la plancha de la prensa (Fig. 62 b). La preparacin de este tipo de probetas es sumamente compleja. Tambin se introdujo la proposicin de preparar probetas con forma de figuras (Fig. 62 c), en la que la parte media cilndrica se encuentra en estado de tensin uniaxial. La forma de transicin de la probeta, se elige en base a la investigacin sobre su estado de tensin por el mtodo foto plstico (asegurando un estado de tensin uniforme).Lo ms prctico se considera la compresin de una probeta cilndrica a travs de un forro (Fig. 62 d), con la misma seccin y el mismo coeficiente de ensanchamiento lateral, o sea, con la misma relacin /E, que la probeta (.- coeficiente de Poisson, E.- mdulo de elasticidad). Para la mayora de las rocas existen los correspondientes metales para forros.En el caso, cuando la preparacin de las probetas con las dimensiones necesarias es difcil, el lmite de resistencia se puede determinar por el mtodo coaxial de Poisson (Fig. 63). Para estos experimentos las probetas se preparan en forma de discos 1 con dimetro de 30 a 120 mm. y grosor de 11 mm. para rocas comunes y de 8 mm. para rocas altamente resistentes. La destruccin de los discos se efecta en la prensa colocndolos entre dos matrices 2, de Poisson (Fig. 63a). El dimetro de los poissones es 11,27 mm. (rea 1 cm2), para la experimentacin de rocas comunes y 7,98 mm. (rea 0,50cm2) para la experimentacin de rocas altamente resistentes. Por la magnitud de la fuerza destructiva Pcop y el rea calculada de la seccin Fsp, determinada en el grfico de la figura 63 b, se calcula el lmite de resistencia a la compresin con la frmula:

EMBED Equation.DSMT4

Donde:

R cop.- lmite de resistencia a la compresin;

P cop.- magnitud de la fuerza para la destruccin del disco; F sp.- rea calculada de la seccin de la muestra de roca, determinada en el grfico de la Fig. 63b.

FIG. 63: Ensayos de las rocas par el mtodo coaxial de Poisson:a. esquema de ensayo de la probeta de roca a la compresin; b. grfico para la determinacin del rea calculada de la seccin en el ensayo a la compresin; c. esquema de ensayo de la probeta de roca a la traccin; d. grfico para la determinacin del rea calculada de la seccin en el ensayo a la traccin.

DETERMINACION DEL INDICE DE CARGA PUNTUAL

1. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIN

La resistencia de la roca es estimada ya sea en el campo mediante el uso de martillo, o en laboratorio con aparatos sofisticados. El primer mtodo es el mejor de los casos cualitativos, mientras que el segundo exige la cuidadosa preparacin de la muestra. El mtodo propuesto responde a una necesidad obvia para ensayar en el campo de manera rpida y segura, ncleos no preparados

1.1. El objeto de este ensayo es medir la resistencia de probetas de roca al someterlas a cargas puntuales aplicadas mediante un par de piezas cnicas. Las probetas pueden ser cilndricas (para los ensayos de carga concentrada diametral y axial o trozos de forma irregular (para el ensayo de trozo irregular). De los resultados del ensayo puede derivarse un ndice de resistencia a la carga puntual o concentrada Is (50) que sirve para clasificar las rocas por su resistencia. Aunque este ensayo se puede hacer en el laboratorio, est pensado principalmente para obtener resultados en- muestras de roca en el campo.

Los parmetros en el ensayo son: la distancia "D" entre las puntas de contacto, que se lee en un escala graduada, incorporada al bastidor de carga y la fuerza "P" necesaria para romper la muestra cuyo valor se lee en un manmetro calibrado del circuito hidrulico. El ndice de resistencia a la carga puntual es la relacin P/D 2. Este tipo de ensayo no es nuevo, porque ya se lo ha usado mucho en los Estados Unidos, Rusia y varios pases europeos, pero ms como herramienta de los laboratorios de investigacin, que como tcnica adecuada para determinar el ndice en el campo. La consideracin terica del ensayo de carga puntual ha demostrado que da una medida de la resistencia a la traccin como hace, por supuesto el martillo geolgico. Sin embargo, los resultados estn suficientemente relacionados con otras medidas como la resistencia a la compresin no confinada, para permitir que ste ensayo d un ndice de resistencia en sentido general.La carga puntual tiene varias ventajas importantes:1. La probeta se rompe con cargas mucho menores que en compresin, por lo que la capacidad de carga de mquina, que se requiere es menor de 1/10 que la que hace falta para el ensayo a compresin;

1. El testigo se puede ensayar tomndolo directamente de la caja de testigos, sin tener que mecanizarlo previamente (pudiendo ensayarse as incluso roca dbil o rota); y2. Al iniciarse la fractura en el interior de la probeta, las condiciones de contacto de las puntas tienen poca importancia.

2. APARATOS Y MATERIAL NECESARIO2.1. El aparato porttil para ensayos de carga puntual se desarroll en el Imperial College de Londres, como una ayuda para la investigacin de ncleos.El aparato consiste en una pequea bomba hidrulica y un ariete, con un bastidor de carga de mxima rigidez, para ensayar testigos de diferente tamao. El testigo es comprimido entre dos puntas cnicas de dimensiones standard. La presin es aplicada mediante una bomba manual situada en la base del gato hidrulico, que transmite el movimiento a la punta cnica inferior, la puntas superior es fija a la cruceta. El bastidor es capaz de recibir muestras de hasta 101.6 mm. (4 nch.) de dimetro. Existe una escala fija a una de las columnas para sealar la distancia entre las puntas de contacto ("D"). La presin aplicada es medida en dos manmetros de 150 mm. de dimetro. El rango de medicin es de 0-5.5 KN con divisiones de 0.l KN para el primer manmetro y 0-55 KN con divisiones de 1 KN para el segundo. El medidor de alto rango posee incorporado una unidad de seguridad para desconectar el manmetro en caso de altas presiones.

El aparato est resguardado por una caja de madera cuya base puede transformarse en plataforma de trabajo. Se suministra dos pares de gafas protectoras para prevenir accidentes debido a los pedazos que pueden saltar al momento de la fractura, particularmente cuando los testigos son de roca dura.2.1.1. El sistema de carga deber ser ajustable para poder ensayar probetas de tamao variable, por ejemplo, entre los lmites de 15 y 100 mm. para los que se requiere normalmente una capacidad de carga de hasta 50 kN. Un mbolo de retraccin rpida que ayude a ahorrar tiempo entre ensayos. La friccin del mbolo ha de ser baja, para que no perjudique a la precisin de las mediciones de la carga.

2.1.2. Las bases que se utilizan para transmitir la carga a la probeta son trococnicas con la punta redondeada (Figura 1). El cono de 60 y la punta redondeada con un radio de 5 mm., a de coincidir tangencialmente y las piezas han de estar endurecidas de modo que no se daen en los ensayos. Estarn alineadas exactamente de modo que sean recprocamente coaxiales y la mquina tendr la rigidez necesaria para que las bases permanezcan alineadas durante los ensayos. No se permite que el sistema de carga tenga un asiento esfrico u otra parte no rgida.

FIGURA 1. Forma y dimensiones de las bases de aplicacin de carga.2.1.3. El sistema de medicin de la carga debe indicar la carga de rotura P con una aproximacin de 5 por 100 sea cual sea la resistencia de la probeta ensayada. Debe incorporar un dispositivo de mxima que conserve la lectura y se pueda registrar despus de la rotura de la probeta. Debe ser asimismo resistente a las sacudidas y vibraciones hidrulicas de modo que se mantenga la precisin durante la ejecucin del ensayo.

2.1.4. El sistema de medicin de distancia D debe indicar la que media entre los puntos de contacto de las piezas troncocnicas con una aproximacin de 2 por 100 D y ha de estar construido de modo que pueda verificar a cero y ajustar, adems de tener la robustez precisa para que no pierda exactitud durante la ejecucin del ensayo.

3. PREPARACION DE LAS MUESTRAS

3.1. Con las rocas a clasificar se forman grupos, cada uno de los cuales se considera con resistencia uniforme en la inspeccin preliminar. Se escoge entonces de cada grupo una muestra de roca que contenga el nmero de probetas necesaria. Se preferirn muestras de forma cilndrica cuando existan. Para ensayos de rotura de las probetas pueden ensayarse saturadas de agua.4. MTODO OPERATORIO

4.1. El ensayo diametral

Las probetas adecuadas para el ensayo diametral sern aquellas con una relacin longitud-dimetro mayor de 1. Se deben realizar diez o ms ensayos por muestra, segn la cantidad disponible de testigos y segn la uniformidad de la roca.

4.1.1. La probeta se coloca en la mquina de ensayo y se aproximan las bases hasta que hagan contacto diametral con la probeta, asegurando que la distancia L entre el punto de contacto y el extremo libre ms cercano sea por lo menos de 0,5 D, siendo D el dimetro de la probeta (Figura 2a). Se toma nota de la medida de D, con una precisin de 2 por 100 y se aumenta la carga hasta la rotura de tal forma que se produzca en un perodo de 10 a 60 seg. Se anota la carga de rotura P y se repite el ensayo con las dems probetas de la muestra.

FIGURA 2. Especificaciones exigidas a la forma de las muestras para el ensayo diametral. A) ensayo axial. b) ensayo de bloque. c) ensayote fragmentote forma irregular.4.1.2. El ensayo debe rechazarse si la rotura se produce afectando solamente a un punto de carga (Figura 3d).

4.2 El ensayo axial

Son adecuados para el ensayo axial las probetas con una relacin longitud-dimetro de 0,3-1,0 (Figura 2b). Las probetas de la longitud requerida pueden obtenerse a partir de los ensayos diametrales descritos en el ensayo diametral, siempre que antes se marquen exactamente en la probeta los tramos longitudinales para el ensayo. Se deben realizar diez o ms ensayos por muestra, segn la cantidad disponible de testigo y segn la uniformidad de la roca de la muestra.

4.2.1. La probeta se coloca en la mquina de ensayo y se cierran las bases hasta que haga contacto axial con la probeta. Se anota la distancia D con una precisin de 2 por 100 y se aumenta la carga hasta la rotura que debe producirse entre 10 y 60 seg. Se anota la carga de rotura P y se repite el ensayo con las dems probetas de la muestra.

4.2.2. Se rechazar el ensayo si la rotura afecta solamente a uno de los puntos de carga (Figura 3e).

FIGURA 3. Formas tpicas de fallo para ensayos vlidos y no vlidos. (a) ensayos diametrales vlidos. (b) ensayo axial vlidos. (c) ensayos de bloque vlidos. (d) ensayos de testigo no vlidos. (e) ensayo axial no vlido.

4.3. Ensayo con bloques o fragmentos irregulares

Se escogen bloques o trozos irregulares de roca con una dimensin media de aproximadamente 5035 mm. (Figuras 2c y 2d), y con una relacin entre D/W entre 0,3 y 1 preferiblemente 1,0, (Figuras 2c). La distancia L debe ser por lo menos 0,5 W (Figuras 2c y 2d). El ensayo debe hacerse con al menos diez fragmentos por muestra.4.3.1. Se coloca cada fragmento en la mquina de ensayo y se aproximan las bases para que hagan contacto con la probeta en su eje mayor y, siempre que sea posible, lejos de los salientes o aristas. Se anota la distancia D con una precisin del 2 por ciento. Se mide W con una precisin 5 por ciento. Se aumenta la carga hasta la rotura, para que sta se produzca entre 10 y 60 seg. Se anota la carga de rotura P y se repite el ensayo con los dems fragmentos de la muestra. Se rechazar el ensayo si se produce una rotura como en la Figura 3d o 3e.

4.4. Roca anisotrpica

Cuando la roca est estratificada, es esquistosa o exhibe alguna anisotropa manifiesta, el ensayo debe realizarse en las dos direcciones, la ms resistente y la ms dbil. Por ejemplo, los ensayos de una probeta estratificada con el eje perpendicular a los planos de estratificacin dan normalmente valores ms bajos de resistencia. Debe tenerse cuidado de asegurar que la carga se aplique estrictamente en sentido paralelo y perpendicular a los planos de debilidad.

4.1.1. Los ensayos diametrales se efectuarn a las distancias convenientes para asegurar que los fragmentos resultantes puedan utilizarse en ensayos axiales, sealando que la separacin de las bases en el ensayo axial se mide perpendicularmente a los planos de debilidad y no necesariamente por el eje de la probeta.

FIGURA 4. Direcciones de carga para rocas anisotrpicas

Puede seguirse un procedimiento similar al ensayar trozos irregulares.

5. OBTENCION DE LOS RESULTADOS

5.1. El ndice de resistencia a la Carga Puntual IS se obtiene mediante la frmula:

IS = P/ De2De donde De es el dimetro equivalente.

De2 = D2, para ensayos diametrales.

De2= 4A/, para ensayos axiales, ensayos de bloques y de fragmentos.A = W D, mnima rea de la seccin transversal.

5.2. Correccin de la resistencia a la carga puntual (fig. 5)

5.2.1. El ndice de resistencia a la carga puntual variar ligeramente segn el dimetro "D" de la muestra. Para evitar esto, es prctica comn corregir los resultados con referencia a los obtenidos para especmenes de 50 mm. de dimetro.5.2.2. Para obtener la mxima precisin y consistencia se recomienda que las pruebas sean efectuadas con muestras lo ms cercanas posible a 50 mm. de dimetro.5.2.3.El mtodo ms confiable para la correccin del tamao es ensayar la muestra sobre un rango de D De2 y plotear grficamente la relacin entre P y De De2. Si se utiliza un papel LOG-LOG, la relacin seguir aproximadamente una recta.

FIGURA 5. Procedimiento para obtener grficamente Is (50) de una serie de resultados sobre probetas de dimetros distintos de 50 mm.

5.3. Tabulacin de resultados.5.3.1. Se recomienda que los resultados sean anotados en una forma similar a la que se muestra en la figura 6.

Figura 6. Tabla de resultadosCuando este sistema no se considere vlido, por ejemplo cuando se ensaya un solo tamao de dimetros distintos de 50 mm., y pocas probetas, la correccin de tamaos se puede hacer mediante la expresin:

IS(50) = F x IS5.2.1. El factor F de correccin del tamao se puede obtener del grfico de la Figura 6, o de la expresin:

5.2.2. Para ensayos de probetas de tamao prximo a 50 mm., se comete un error pequeo utilizando la expresin:

5.3. El valor medio de un conjunto de resultados se obtiene eliminando los dos valores ms altos y los dos ms bajos de la serie. La media de los resultados restantes es el valor medio que se busca. Si no hay suficientes ensayos, basta con eliminar el valor ms alto y el ms bajo.

5.4. El Indice de Resistencia Anisotrpica Ia se obtiene como el cociente de los ndices de resistencia media corregida de los ensayos realizados perpendiculares y paralelos a los planos de debilidad. Los valores de la de las rocas isotrpicas son prximos a 1,0 y mayores para las rocas anisotrpicas.6. EXPRESION DE LOS RESULTADOS

6.1. Los resultados en ensayos diametrales, ensayos axiales ensayos de bloques y ensayos de fragmentos irregulares, y en ensayos perpendiculares y paralelos a los planos de debilidad debern ser tabulados separadamente (en la Figura 7 se presenta una forma tpica de recoger los resultados). El informe debe recoger los datos de calibracin del aparato de ensayo y los siguientes datos:

6.1.1 El nmero de muestra, localizacin de cantera y tipo de roca y naturaleza y orientacin in situ de los planos de anisotropa y de debilidad.

6.1.2. Humedad de la roca en el momento del ensayo.

6.1.3. Informacin de las muestras que fueron cargadas paralelamente, perpendicularmente, o de forma desconocida, con respecto a los planos de debilidad.

6.1.4. Tabulacin de los valores de P, D (W, De2 y De si son necesarios), IS (F si es necesario) y IS (50), para cada probeta de la muestra.

6.1.5. Para las muestras istropas, un resumen tabulado de los valores medios IS (50).

6.1.6. Para las muestras anistropas, una tabulacin resumen de los valores medios IS (50) para las muestras ensayadas perpendicular y paralelamente a los planos de debilidad y de los correspondientes valores IS (50).3. RESISTENCIA A LA TRACCIN UNIAXIALEl lmite de resistencia de la roca a la traccin, se determina en el laboratorio con ayuda de la mquina de traccin con agarradores de anillo que sirven para sujetar la probeta. La probeta que se va a utilizar en el ensayo se serrucha y labora en forma de ocho, la cabeza de sta debe corresponder a las dimensiones de los agarradores de la maquina. El grosor del ocho, generalmente es de 2 - 3 cm., el ancho en el sitio ms delgado y donde se produce la ruptura, tambin es igual a 2 - 3 cm. Si no es posible preparar el ocho serruchando, debido a la pequea resistencia de la roca, entonces en casos especiales, sobre la probeta a ensayar de forma sencilla (en forma de cubo, cilindro, prisma), se puede colar con goma resistente (carbinoln, Bcp-2), agarradores metlicos. El ocho preparado se coloca en los agarradores de la mquina de ruptura y se lo somete a traccin hasta su destruccin. El lmite de resistencia a la traccin se determina por la frmula:

Donde: -

Rtr.- lmite de resistencia a la traccin;

P.- fuerza de ruptura;

F.- rea de la seccin de la probeta en el siti de ruptura.

Los ensayos a la traccin se efectan por lo menos en tres probetas. Como resultado final se toma la media aritmtica de los valores obtenidos.

En vista de las dificultades ligadas a la preparacin de los ocho frecuentemente las probetas de roca para los ensayos a la traccin se prepara en forma de discos 3 (Fig. 63c). En el centro de los discos se taladra un orificio con dimetro equivalente a los poissones (11,27 mm. o 7,98 mm.), el cual se rellenan con masa plstica 4, obtenida de la mezcla de 75% de colofonia y 25% de parafina. La destruccin de las probetas por traccin se produce por efecto de la presin de los poissones con fuerza Ptp, sobre la masa plstica en el centro del disco. La masa se deforma y trasmite la presin a las paredes del anillo de la roca en ensayo, donde aparecen tensiones de traccin. Por la magnitud de la fuerza destructiva Ptp y el rea calculada de la seccin Fsp, determinada en el grfico de la fig. 63d, se calcula al limite de resistencia de la roca a la traccin.

Donde:

Rtr.- limite de resistencia de la roca a la traccin;

Ptp.- magnitud de la fuerza para la destruccin del disco;

Fsp.- rea calculada de la seccin de la probeta de roca, determinada en el grfico de la figura 63d.

El ensayo de las probetas de roca a la traccin puede efectuarse, tambin por el mtodo del Brasil (Fig. 64). La probeta de roca se prepara en forma de disco y se coloca entre las planchas de la prensa en posicin vertical. Por efecto de la compresin de la probeta por la lnea AB, surgen tensiones traccionales iguales para todos los valores de y. El disco se somete a carga hasta su destruccin. Las condiciones tericas de destruccin se expresa por la frmula:

Donde:

Rtr.- resistencia de la roca a la traccin;

P.- magnitud de la fuerza compresora; -

D.- dimetro del disco de roca;

t.- grosor del disco de roca

Un mtodo nuevo y veloz de ensayo de las rocas a la traccin es el siguiente: de la roca se preparan algunas placas con grosor de 20 a 50 mm. y caras paralelas. Las placas (con formas irregulares) se fragmentan con cuas coaxiales dispuestas en la prensa de ensayo de laboratorio. La cuchilla de la cua es recta y de 80 mm. de longitud con radio de redondez de 3 mm. La fragmentacin de cada probeta se efecta repetidas veces. La placa de roca preparada para el ensayo se fragmenta al inicio en barritas con ancho equivalente al grosor de la placa. Despus cada barrita de nuevo se fragmenta en pedazos de forma cbica.

La resistencia a la traccin se determina por la frmula:

Donde:

Rtr.- resistencia de la roca a la traccin, Kg /cm2 P.- fuerza de fracturamiento, Kg

S.- rea del plano de ruptura, cm2

FIGURA 64: Esquema de ensayo de la roca a la traccin por el mtodo del Brasil:

1. empaquetaduras; 2. planchas de la prensa; 3. muestra de roca

4. RESISTENCIA AL CIZALLAMIENTOEn los ensayos de la roca al cizallamiento (corte) se determina la magnitud de cohesin y el ngulo de friccin interna.El trabajo se efecta con ayuda del Instrumento del Instituto de Minas A.A. Skochinskiy (URSS). Este instrumento (Fig. 65) consta de tres pares de cuas de forma distinta 1, tres planchas pulimentadas 2, dos placas de acero pulimentadas 3 y un juego de rodillos cilndricos 4. Cada par de cuas se diferencian por el ngulo de inclinacin de sus superficies , magnitud que es igual = 45; = 60; y = 70, correspondientemente para cada par. La probeta 5 se coloca en la entalladura entre las cuas 1. El instrumento ensamblado se coloca en la prensa y se lo somete a compresin. A fin de disminuir al mximo la friccin de los rodillos cilndricos 4, se los engrasa a stos abundantemente.

Las probetas 5 se preparan con las mismas dimensiones que para los ensayos a la compresin. Mucha atencin hay que poner en las probetas a fin de que stas adquieran ngulos rectos entre sus lados EC, CD, DG, EG. Cuando se ensaya probetas cilndricas, en sus dos extremos opuestos se efecta rebajes de igual profundidad (5 - 10 mm.) y se los dispone a stos en el sentido de los planos CD, EG.

Cuando el instrumento se carga, se anota la carga bajo la cual se produjo la destruccin de la probeta. Despus se efecta el clculo de las tensiones normales y tangenciales por las frmulas:

DondeP.- carga destructiva, Kg.F.- rea en la seccin de corte de la probeta dada, cm2 .- ngulo de corte del par de cuas empleadas, grad.

FIG. 65: Ensayo de la probeta de roca al corte:a. esquena del instrumento; b. grfica para la determinacin de la cohesin y ngulo de rozamiento interno de la roca.

Ensayos anlogos se efectan con los restantes ngulos de corte. Luego se calcula los valores en n, n, , , para los ngulos de corte y .Cada conjunto de ensayos se efecta no menos de tres veces en diferentes probetas, obtenidas de una misma muestra de roca. Por consiguiente para el ensayo de una muestra de roca se deben preparar no menos de nueve probetas.En estos ensayos se toma como incgnitas las medias aritmticas de las tensiones normales y tangenciales que se determinan en cada caso para un ngulo de corte dado.Con los valores medios obtenidos de n y para los diferentes ngulos de cortes se construye el grfico (Fig. 65 b), donde en el eje de las abscisas se coloca los valores de las tensiones normales y en el eje de las ordenadas el valor de las tensiones tangenciales. Los tres puntos obtenidos se unen por la lnea recta MN. El segmento OM, en el eje de las ordenadas, representa el valor de cohesin C y el ngulo de inclinacin de la recta MN, con respecto al eje de las abscisas, corresponde al valor del ngulo de rozamiento interno de la roca dada.5. RESISTENCIA A LA FLEXIONCon la parte inferior del cuerpo de prueba, apoyada en dos puntos cercanos a los extremos y la parte superior de la muestra de roca, cargada desde el tercio medio del largo de la muestra cilndrica, la resistencia a la flexin o mdulo de ruptura se expresa por:

16 Pmx L

TMR = -------------- 3 d 3Donde:

TMR : resistencia a la flexin (mdulo de ruptura);

P mx : carga mxima en la ruptura,

L : largo de la muestra,

D : dimetro de la muestra.Se ha encontrado que la resistencia a la flexin es dos o tres veces mayor que la resistencia a la traccin.

Ensayo de resistencia a la flexin6. RESISTENCIA BAJO ESTADO TENSIONAL COMPLEJOSe refiere a la aplicacin en simultneo tanto de una tensin axial compresiva como de una presin axisimtrica de confinamiento (p) en una muestra cilndrica de roca. El ensayo es realizado en muestras cilndricas de roca intacta y proporciona los datos para la determinacin de la resistencia de la roca en condiciones tanto saturadas como no saturadas.A partir de la informacin obtenida es posible determinar el mdulo de deformacin (E), el ngulo de friccin interna () y la resistencia cohesiva (c)

En la carga de pico, las tensiones 1 = P/A y 3 = p, donde P es la mxima carga soportable por el espcimen en la direccin del eje y p es la presin media de confinamiento.El efecto de confinamiento (fortalecimiento de la roca debido a la aplicacin de la presin confinante p) es realizado nicamente si la muestra se encuentra sellada por una cubierta de plstico. El procedimiento usual para conducir el ensayo de compresin triaxial es primero aplicar la presin confinante alrededor de todo el cilindro (1 = 3 = p) y entonces aplicar la carga 1 p cuando la presin confinante permanece constante.

Ensayo triaxial en rocaLas condiciones de destruccin de la roca bajo estado tensional complejo, de acuerdo a los datos experimentales obtenidos en los ensayos de las rocas bajo estado tensional simple, se determinan en base a la teora de la resistencia.

Un empleo exacto de la teora de la resistencia es posible solamente en cuerpos isotrpicos y homogneos. Las rocas no son cuerpos isotrpicos ni homogneos: por esta razn se puede hablar solamente para casos especiales, de un empleo aproximado de la teora de la resistencia.Las teoras sobre la resistencia de las rocas que mayor difusin han conseguido son las siguientes: de las tensiones tangenciales mximas de O. Mohr y Griffits.De acuerdo a la teora de las tensiones tangenciales mximas la destruccin de las rocas se produce por efecto de las tensiones de cizallamiento, si stas sobrepasan la resistencia correspondiente de la roca. La condicin para la destruccin de la roca tiene la siguiente frmula:

Donde:

mx.- tensin tangencial mxima;

.- tensin normal mxima;

.- tensin normal mnima;

K.- resistencia de la roca al cizallamiento.

La teora ms simple y difundida para la valoracin de las rocas es la teora de O. Mohr, la cual como demuestra la experiencia, da resultados satisfactorios. Por esto en el estudio de esta teora nos detendremos en forma ms detallada.La teora de O. Mohr ha sido creada en base a la suposicin de que la destruccin de la resistencia depende, solamente de las tensiones principales mxima 1 y mnima 3 (Fig. 66). Esta suposicin no es totalmente exacta, puesto que bajo tensin mltiple, la tensin principal media (tensin entre la mxima y la mnima), tambin influye en la resistencia de la roca, sin embargo la influencia, generalmente no es mayor (no ms de 10 - 15%)De acuerdo con la teora de Mohr, en el cizallamiento las tensiones normales y tangenciales , en cierta superficie AB (Fig. 67) se hallan ligadas por la dependencia funcional:

FIGURA 66: Diagrama de MohrAPB.- lmite de resistencia de la roca caracterstica para cada material

FIGURA 67: Esquema de destruccin de la probeta de roca.

Esta dependencia puede ser representada grficamente por la lnea MN en el sistema de coordenadas cuadrangulares y (Fig. 68 a). En estas coordenadas se puede representar cualquier estado de tensin con la ayuda del diagrama de la curva de Mohr (Fig. 68 b). Si la circunferencia 1 (Fig. 68 c) se encuentra totalmente dentro de la curva MN, entonces ninguna de las tensiones que caracterizan a la circunferencia alcanzan magnitud peligrosa alguna; pero si cualquier parte de la circunferencia 2 sale de los lmites de la curva MN, entonces la roca no puede resistir la tensin y se destruye. El caso de la circunferencia 3 es el estado lmite y tiene el centro en el punto C y es tangente a la curva MN en el punto P. Las circunferencias, tangentes a la curva MN y que corresponden a todas las condiciones posibles bajo las cuales se produce la destruccin pueden ser muchas (Fig. 68 d) y la curva MN que es envolvente de esas circunferencias se denomina envolvente de Mohr.

En base a la experimentacin se puede obtener tres circunferencias con centro C1, O y C2 (Fig. 68 e), las cuales son tangentes a la envolvente y corresponden a la compresin simple Rcop, cizallamiento puro Rciz y traccin uniaxial Rtp. Por las circunferencias construidas se traza la envolvente y se obtiene la curva MN.

FIGURA 68: Diagrama de tensin de las rocasEl carcter exacto de la envolvente de Mohr, hasta el momento es desconocido. En dependencia de las tareas planteadas y de los errores permisibles la envolvente se la considera en forma de parbola, cicloide, combinacin de cicloide con recta e hiprbole. La envolvente de Mohr, en su forma ms simple y lo suficientemente exacta para la resolucin de los problemas prcticos, se la puede considerar en forma de recta (Fig. 69), cuya ecuacin es:

Donde: c.- cohesin de la roca, igual a la tensin tangencial OA, que absorbe la roca, bajo tensin normal igual a cero..- ngulo de rozamiento interno de la roca.

En el campo de las tensiones traccionales (a la izquierda del eje ) la ecuacin de la recta para las rocas no es aceptable, por esto la envolvente recta de la figura 69 en dicho campo se la indica con lnea punteada. En la resolucin de los problemas sobre rocas, ligados con la posibilidad de aparecimiento de tensiones traccionales en el macizo, la ecuacin debe ser sustituida por una ms compleja.La ecuacin de la envolvente de Mohr sirve para la descripcin cuantitativa y la determinacin de las condiciones de destruccin de las rocas resistentes y por esto ella se denomina pasaporte de resistencia de la roca.

FIGURA 69: Pasaporte de resistencia de la rocaPuesto que el lmite de resistencia de las rocas estratiformes no es igual para fuerzas dispuestas paralelas o perpendiculares a su estratificacin, entonces el pasaporte de resistencia para estas rocas debe construirse para las diferentes orientaciones que toman los ejes de las tensiones principales. El contenido fsico de la ecuacin de resistencia consiste en que la destruccin de la roca bajo la accin de las tensiones de compresin (Fig. 67) se produce por efecto del cizallamiento sobre la superficie AB, inclinada con ngulo con respecto al eje de tensin principal mnima. La tensin de cizallamiento , que acta sobre el plano de la superficie es contrarestada por la fuerza de cohesin C y la fuerza de rozamiento sobre la superficie AB, que es igual a la tensin normal , multiplicada por el coeficiente de rozamiento interno . De esta manera en el momento de equilibrio lmite, debe existir la igualdad.

Puesto que el coeficiente de rozamiento interno es igual a la tangente del ngulo de friccin interna , entonces

Por consiguiente, la ecuacin de resistencia caracteriza el estado lmite de la roca en la destruccin de la misma.La teora de la resistencia de Mohr permite, tambin encontrar la direccin de la destruccin de la roca. En la figura 69 la lnea PE forma con el eje el ngulo el cual corresponde al ngulo entre la lnea de accin de la tensin normal (Fig. 67) y la lnea de la tensin principal mxima 1, o lo que es lo mismo, el ngulo entre la superficie AB, sobre la cual se produce el cizallamiento en el proceso de destruccin de la roca y la lnea de accin de la tensin principal mnima 3. El ngulo PCD es igual a 2; entonces el ngulo PBA es igual a 180-2. En el tringulo rectngulo ABP, el ngulo PBA, a su vez, es igual a 90 grados , por eso.

De donde

El coeficiente de cohesin y el ngulo de friccin interna son las caractersticas mecnicas principales de las rocas resistentes. Para las rocas plsticas, por ejemplo, para la arcilla sumamente suave = 0, por eso la ecuacin de resistencia se expresa por una lnea recta, paralela al eje.

O sea, que la resistencia de este tipo de arcilla se determina solamente por la magnitud de su cohesin (Fig. 70).

El estado de tensin de cualquier punto en una roca pulverulenta sometida a carga, como tambin en las rocas consolidadas, se representa por el crculo de Mohr (Fig. 71). El crculo de Mohr se construye con los resultados de la determinacin experimental de la resistencia mxima de la roca al cizallamiento en funcin de la presin normal que acta sobre ella. Cuando la cohesin no existe, la recta OM, que une los puntos encontrados experimentalmente y que corresponde la resistencia lmite de la roca al cizallamiento, se inicia en el punto de origen de las coordenadas. El ngulo de inclinacin de la recta OM con respecto al eje de la abscisa es igual al ngulo de rozamiento interno de las rocas.

FIGURA 70: Pasaporte de resistencia para la arcilla:1. Crculo de tensiones en la traccin; 2. Crculo de tensiones en la compresin simple; 3. Crculo de tensiones en la compresin volumtrica; 4. Envolvente de los crculos de tensiones; 5. Plano de cizallamientoLa ecuacin de la recta tiene la siguiente forma:

Donde:

.- resistencia mxima de la roca al cizallamiento;

.- presin normal;

.- ngulo de rozamiento interno.

FIGURA 71: Crculo de Mohr para las rocas pulverulentasComo puede verse de la figura 71.

La magnitud de cohesin y el ngulo de rozamiento interno de algunas rocas se indican en la tabla 14

TABLA 14

La resistencia de muchas rocas puede ser aproximadamente expresada por el criterio de destruccin de Navie - Kulon, el cual es un caso particular del criterio de Mohr y con el que se demuestra la dependencia de la resistencia, del estado tensional. Esta dependencia puede ser expresada en forma de diagrama de tensiones (Fig. 72). La resistencia a la compresin uniaxial puede ser tomada como constante para cada roca dada. Entonces en el estado tensional complejo, como puede deducirse de la Fig. 72, la tensin mxima destructora es:

Donde:

1.- tensin principal mxima;

Ro.- resistencia a la compresin uniaxial;

.- coeficiente de rozamiento interno de la roca;

3.- tensin principal mnima.

La resistencia de la roca destruida se expresa de la misma manera, pero Ro es cercana a cero y tiene el mismo valor que para la roca monoltica (lnea de puntos en la figura 72).

En 1921 Griffits expres la hiptesis de que la destruccin de la roca es el resultado de la concentracin de las tensiones en los vrtices de las microfsuras, las cuales se hallan dividiendo la roca. Las fisuras ms peligrosas, tienen determinada orientacin en relacin con la tensin aplicada.Bajo la magnitud de las tensiones principales 1 y 3 el criterio de resistencia para las rocas tiene la siguiente forma (Fig. 73)

Donde:

To.- resistencia de la roca a la traccin uniaxial;

La ecuacin de la lnea ABC es:

La lnea CDE es paralela:Bajo compresin uniaxial (3 = 0) obtenemos:

Partiendo del estado de tensin volumtrica, Murell expresa la siguiente relacin.

Lo cual coincide mucho mejor con los datos obtenidos en la prctica.

FIGURA 72: Resistencia De la roca en dependencia de su estado tensional: 1. rocas consistentes; 2. rocas pulverulentas o consistentes pedaceadas

FIGURA 73: Criterio de resistencia de GriffitsLa teora de Griffits est modificada por Max - Klintokom y Jolsh que toman en cuenta el cerramiento de las fisuras en la compresin, despus de lo cual sus superficies pueden experimentar tensiones compresoras y tangenciales debidos al rozamiento.Cuando las fisuras se hallan completamente cerradas la teora de Griffits es anloga a la teora de Mohr con envolvente rectilnea.

La ecuacin de resistencia de la roca se la puede representar en forma de:

Si designamos por f, entonces obtenemos:

El profesor M.M. Protodiakonov denomin a la magnitud f como coeficiente de rozamiento aparente o acrecentado y ms tarde coeficiente de resistencia.El ngulo , que corresponde a la condicin:

ms tarde fue denominada ngulo de resistencia interna de la roca.

El coeficiente de resistencia a grosos - modo corresponde al 0,01 de la resistencia de la roca sometida a compresin simple.

Donde:

Rcp.- resistencia de la roca a la compresin, Kg /cm2

L. J. Barn para la determinacin del coeficiente de resistencia, en base a los resultados obtenidos de los ensayos a la compresin de probetas cilndricas. (Testigos) con altura y dimetro igual a 22 y 32 mm. respectivamente, propuso la siguiente frmula:

Donde: -

Rcp.- lmite de resistencia de la probeta de roca dada, sometida a compresin uniaxial.

El coeficiente de resistencia en forma ms exacta se lo determina por el mtodo de chancado (Fig. 74). Se toma pedacitos de roca con grosor de 30 - 50 mm. y se lo coloca en un vaso metlico; sobre la roca se suelta desde 0,6 m de altura una pesa de 2,4 Kg., la cual tritura los pedacitos de roca. Se efectan 5 15 golpes, luego la roca triturada se pasa por tamiz de 0,5 mm.; el producto obtenido se introduce en el cilindro marcado. Por la altura del pilarcillo de polvo de roca en el cilindro se determina, el coeficiente de resistencia de la roca.

El clculo se efecta por la frmula:

Donde:

n.- nmero de golpes con la pesa;

h.- altura del pilarcillo de polvo en el cilindro; mm.

ltimamente el coeficiente de resistencia de la roca se determina mediante el aplastamiento o fragmentacin de las probetas de roca de forma irregular.

Para el clculo del coeficiente de resistencia de acuerdo con los resultados de este tipo de ensayo, se recomienda la frmula:

Donde:

.- Resistencia convencional de la roca en el aplastamiento de las probetas de forma irregular, la cual a su vez se calcula par la frmula:

P.- carga destructora, Kg.V.- Volumen de la probeta, cm3, determinado con una parte de la divisin de su peso para el peso volumtrico de la roca dada.

FIGURA 74: Instrumento para la determinacin del coeficiente de resistencia de la roca por el mtodo del chancado: a) vista general del instrumento; b) cilindro de medicinINSTRUMENTO: 1. Cilindro metlico; 2. vaso metlico; 3. pesa para chancado.

CILINDRO DE MEDICIN: 4. Cilindro metlico; 5. barra metlica con divisiones a escala.La clasificacin de las rocas por M. M. Protodiakonov se indica en la tabla 15.

CAPITULO V

PRES ION DE LAS ROCAS

1. CONCEPTOS BASICOSEn el macizo rocoso el estado tensional volumtrico de las rocas, ocasionado por la fuerza de gravedad es de equilibrio (Fig. 76). Cuando el macizo de rocas yace suavemente la tensin vertical es:

Las tensiones horizontales se las toma generalmente iguales.

De esta manera, en condiciones normales.

En las zonas tectnicas puede suceder.

Las investigaciones efectuadas en los ltimos tiempos han mostrado que la relacin entre las tensiones verticales y horizontales en la superficie terrestre es diferente para las diferentes zonas del globo terrqueo. As, de acuerdo a los datos de Everlng (1964), en las rocas calizas de Europa Central estas tensiones son casi iguales, lo cual coincide con la hiptesis de Heim. Yast (1958) encontr tensiones horizontales relativamente altas en los yacimientos de hierro de Suecia. En la mina de cobre de White Pine (estado de Michigan E.U.A) a la profundidad de 150 m con respecto a la superficie la tensin vertical calculada de las rocas fue de 42 Kg./cm2 y. las tensiones horizontales medidas en el techo de las cmaras alcanzaron 140 Kg./cm2 y en los sitios cercanos a las fallas geolgicas las tensiones aumentaron hasta 315 Kg./cm2. Cuando se construa la electroestancia Poatina de Tasmania a la profundidad de 150 m, la tensin vertical era de 87 kg./cm2 y las tensiones horizontales de 168 y 196 Kg/cm2 respectivamente. El numero de ejemplos se puede aumentar. Para lo posterior como bsico optaremos la distribucin de las tensiones de acuerdo a la formula ms arriba indicada.

El franqueo de una galera destruye el estado tensional inicial del macizo en cierta zona alrededor de la galera: en el cielo de una galera horizontal de seccin rectangular aparecen tensiones traccionales y en las paredes laterales aumentan las tensiones compresoras. Se forma un nuevo campo de tensiones. El carcter de este depende de la profundidad a la que se encuentra la galera, la forma y relacin de las dimensiones de la seccin transversal, disposicin de la galera con respecto al horizonte y caractersticas de las rocas que rodean a la galera.

FIGURA 76: Esquema del estado tensional de la roca en el macizo.Las denudaciones de roca en la galera comienzan a deformarse. Si estas deformaciones se encuentran dentro de los limites de elasticidad de las rocas, el denudamiento ser estable, pero, si sale del lmite de elasticidad de la roca, el denudamiento ser inestable. El esquema de destruccin paulatina de la roca en el techo de la galera se indica en la figura 77.

Si las rocas son dbiles se produce la destruccin no solo del techo, sino tambin de las paredes laterales de la galera (Fig. 78).

La deformacin de los denudamientos de roca se puede considerar como resultado de la accin sobre ellas, de ciertas fuerzas que aparecen despus de la excavacin de las galeras. Una representacin esquemtica del diagrama de fuerzas cerca de la galera se muestra en la figura 79. Las rocas que se hallan de inmediato rodeando a la galera, se encuentran sin carga, ms all, hacia el interior del macizo se forma una zona de concentracin de tensiones.

La fuerza volumtrica, que ocasiona la deformacin del denudamiento de roca, se denomina presin de las rocas.

A fin de evitar la destruccin de la galera, cuando la denudacin es inestable, en ella se colocan fortificaciones. Con respecto a las fortificaciones, la presin de las rocas, se la considera como carga exterior. Sin embargo en ciertos casos es indispensable considerar conjuntamente el trabajo de las rocas y las fortificaciones.

La presin de las rocas aparece tanto en los yacimientos minerales explotados por mtodos subterrneos como a cielo abierto. En los trabajos a cielo abierto se produce el deslizamiento de los bordes de la Cantera o de los bancos, en ciertos casos se produce el hinchamiento del piso del banco. En los trabajos subterrneos la presin de las rocas ocasiona la destruccin del techo y paredes laterales de las cmaras, el aplastamiento de los pilares entre cmaras y la ruptura de las fortificaciones colocadas en las galeras.

El incremento de la presin de las rocas, generalmente es paulatina y depende de las propiedades de la roca. En la figura 80 se indica la curva caracterstica del desarrollo de la presin con relacin al tiempo para las rocas consolidadas. Al comienzo la magnitud de la presin de las rocas crece rpidamente (segmento a), despus el crecimiento de la presin es lento (segmento b). El segmento a corresponde al momento de asentamiento de la roca sin destruccin de su compactibilidad, el segmento b al proceso de fisuramiento. En dependencia de las caractersticas de las fortificaciones la presin de las rocas puede alcanzar un valor constante (segmento c) o disminuir algo y luego alcanzar un valor constante (segmento c1). El primer caso tiene lugar, cuando las fortificaciones son lo suficientemente rgidas para detener el fisuramiento posterior; el segundo caso, cuando el fisuramiento de la roca se detiene por s mismo como resultado de la formacin de la bveda de equilibrio natural.

La curva de presin de las rocas para las rocas pulverulentas se indica en la figura 81. La formacin de la bveda de equilibrio natural es rpida y la presin de las rocas disminuye bruscamente hasta la magnitud C1.

La presin de las rocas en los segmentos a y b que se desarrolla a lo largo del tiempo T1, se denomina presin no estacionaria o presin primaria de las rocas. La presin de las rocas en el segmento c (o C1) se denomina presin estacionaria o presin secundaria de las rocas.

FIGURA 77: Esquema de destruccin del techo de la galera:

a. la presin en lo fundamental es vertical, el techo se comba y aparecen las primeras fisuras; b. el techo en el centro de la galera se destruye y comienza a formarse cuas de roca, se eleva la presin lateral; c. desde el techo de la galera caen las cuas, comienza la formacin de la bveda, la presin lateral predomina; d. en el techo de la galera se forma la bveda de equilibrio natural, la presin se trasmite a las paredes laterales de la galera.En las rocas resistentes a grandes profundidades, la presin de las rocas puede manifestarse en forma de destruccin repentina del macizo rocoso o de irrupciones de rocas a la galera (disparos de roca y golpes rocosos)

La presin de las rocas no siempre es daina, en algunos casos a ella se la emplea pera el desmenuzamiento previo del carbn en la frente (prensado del carbn), arranque del mineral (autohundimiento controlado), as como tambin para el desplazamiento de fortificaciones mineras especiales.

CAPITULO VI

ESTUDIO DE TALUDES

1. INTRODUCCION

Los fenmenos de inestabilidad de taludes constituyen un tipo de problemas bastante habitual que se tienen en cuenta entre los profesionales relacionados con el mundo de la Geologa, Geotecnia y Minera.Desde la visin econmica, los daos que se producen por deslizamiento de taludes son importantes y altamente costosos. Efectuar una valoracin global del conjunto resulta evidentemente muy complejo.

Sin entrar en valoraciones de tipo cuantitativo por falta de datos basta pensar en el nmero de viviendas daadas por estar cimentadas en laderas inestables, en los gastos de mantenimiento que se producen para mantener en explotacin algunas grandes presas, en los costos de mantenimiento o de cambios de trazado posteriores al comienzo de las obras en autovas, carreteras nacionales o vas frreas, etc., y esto por lo que se refiere a Ingeniera Civil.

En Minera es conocido el dato de una gran explotacin de carbn a cielo abierto en Galicia, para la cual una variacin de 1 grado en la definicin geomtrica de sus taludes de explotacin supone la cantidad de 80 millones de dlares en 1986.

A nivel mundial, en cuanto a daos se refiere, la mayor profusin de informacin proviene de fenmenos individualizados, conocidos por la elevada magnitud de sus consecuencias.

As por ejemplo, en el lmite superior de los efectos producirlos por movimientos indeseados del terreno, el deslizamiento ms desastroso acontecido en la historia europea es el producido en el embalse de Vaiont, en 1963, que provoc una ola de agua. Esta ola sobrepas la presa, y destruy aguas abajo cinco poblaciones, provocando la muerte de entre 2.000 y 3.000 personas.

En Per, en los taludes del monte Huascarn, en los Andes, se produjo una avalancha de tierras como consecuencia de un terremoto, en 1970, que inund un valle en una gran extensin y mat a ms de 18.000 personas.En 1987, en la zona del Reventador, al Oriente de Quito, por efecto de un terremoto, los taludes se deslizaron en masa; como consecuencia de aquello se interrumpi la va, por ms de 6 meses se interrumpi el transporte de petrleo por el oleoducto, se perdieron bienes materiales y principalmente vidas humanas.Sorprendentemente, puesto que es espectacular hablar de records en estos temas, el libro Guiness de Records cita como tal un deslizamiento ocurrido en China, en la provincia de Kansu, con un costo en vidas de 200.000 personas.

En el rea de la Ingeniera, en general, las magnitudes de los deslizamientos son obviamente ms limitadas, de menores dimensiones y consecuencias.

Desde el punto de vista econmico, su importancia global es realmente grande. Se ha citado la cifra relativa a la importancia econmica de la definicin de taludes en minera, dato que conduce ineludiblemente a disear estrictamente sin excesivos conservadorismos este tipo de obras.

Cuando se efecta un diseo excesivamente valiente de un talud y como consecuencia se origina un deslizamiento, los trastornos que se producen en la explotacin de los minerales son evidentes. Hay riesgos de prdidas de vidas humanas o de maquinaria y una reduccin de la produccin, con los costos que ello conlleva.

2. TIPOLOGIA Y DESARROLLO DE LOS MOVIMIENTOS

2.1 Introduccin

En cualquier parte de la superficie terrestre la gravedad empuja continuamente los materiales hacia niveles inferiores. Los problemas que presenta la estabilidad de taludes, tanto naturales como excavados, han sido objeto de anlisis en varios dominios de la actividad humana y con especial atencin en los incluidos en la ingeniera civil.

El trmino ms comnmente usado para designar los movimientos producidos en los taludes es el de deslizamiento. Dicho trmino, de acepcin muy extendida, implica movimientos de taludes formados por diferentes clases de materiales, roca, suelo, rellenos artificiales o combinaciones de los mismos a travs de una superficie de ruptura determinada.

Por la diversidad de inestabilidades que se producen, parece ms adecuado utilizar el trmino movimientos de taludes, para englobar todos los tipos de rupturas que puedan sufrir stos.El objeto de este captulo es reunir una completa descripcin de los factores que condicionan los distintos tipos de movimientos, su influencia en el desarrollo de los mismos y los rasgos morfolgicos ms peculiares que ayuden a la identificacin de las inestabilidades, pasos previos para un detallado anlisis y solucin y/o correccin de las mismas.

2.2. Influencia del tipo de material

La naturaleza intrnseca del material mantiene una estrecha relacin con el tipo de inestabilidad que puede producirse, condicionando y pudiendo estimarse de antemano la susceptibilidad de cada material, a que se desarrolle un movimiento determinado.

Los materiales en los que se producen los movimientos, pueden dividirse en tres grupos:

- Macizos rocosos.

- Suelos.

- Materiales de relleno.

El primer grupo se identifica con los medios rocosos, en los que existen una serie de discontinuidades naturales antes de iniciarse un movimiento. Los suelos constituyen un agregado de partculas slidas con diferente grado de consolidacin, que pueden desarrollarse in situ formando una cobertura de los macizos rocosos o bien pueden haber sufrido un cierto transporte. Como materiales de relleno se consideran los depsitos acumulados debido a la realizacin de determinadas obras o actividades, generalmente compuestos de materiales heterogneos.

2.2.1 Medios rocosos

La diversidad de rocas que forman los macizos rocosos implica una problemtica determinada en su comportamiento ante la estabilidad de los taludes.

Un macizo rocoso constituye un medio discontinuo que esencialmente se compone de bloques slidos separados por discontinuidades. A partir de esta definicin se puede deducir que las propiedades tenso deformacionales de los macizos rocosos son de naturaleza anisotrpica.

El comportamiento del macizo rocoso, generalmente depende de las caractersticas de las discontinuidades (estratificacin, diaclasas, fallas, esquistosidad, lneas de debilidad, etc.) que presenta, as como de la litologa de la roca matriz y su historia evolutiva.

En las discontinuidades debe considerarse el tipo y origen, distribucin espacial, tamao y continuidad, espaciado, rugosidad, orientacin, naturaleza del relleno y presencia de agua.

De la roca matriz ha de conocerse su naturaleza, caractersticas resistentes, meteorizacin, alteracin, etc.

Los diferentes tipos de ruptura que se producen en los medios rocosos generalmente siguen superficies preexistentes, aunque cuando los macizos estn fuertemente fracturados pueden desarrollarse nuevas superficies de corte, similares a las producidas en suelos.

El conocimiento del conjunto de caractersticas mencionadas, constituye el paso previo en el anlisis de estabilidad de taludes naturales y diseo de taludes artificiales a excavar en medios rocosos.

2 .2 .2 Suelos

Las diferencias de comportamiento que presentan estos materiales frente a los rocosos, se deduce de su definicin como: conjunto de partculas slidas, sueltas o poco cementadas, ms o menos consolidadas, de naturaleza mineral, fragmentos de roca, materia orgnica, etc., con fluido intersticial rellenando huecos y que han podido sufrir transporte o desarrollarse in situ.El comportamiento de las masas de suelo se asemeja a las de un medio continuo y homogneo. Las superficies de ruptura se desarrollan en su interior, sin seguir una direccin preexistente.

Suelen diferenciarse estos materiales atendiendo a su gnesis:

- Transportados: coluviones, aluviales, glaciares, etc.

- Desarrollados in situ: eluviales

Existen definiciones de tipo gradacional desde el punto de vista de la ingeniera civil, as:Por las dimensiones de las partculas:- Derrubios: generalmente superficiales con alto contenido de material grueso.

- Depsitos de barro: compuesto por materiales con pocos gruesos y cuya fraccin ms fina puede oscilar entre arenas no plsticas y arcillas de alta plasticidad.

El movimiento de estos materiales depende de las propiedades y caractersticas de sus agregados, para los cuales se debe considerar:

Tamao, .forma y grado de redondez de las partculas ms gruesas.

Proporcin del contenido en arenas y/o arcillas.

Contenido en agua del suelo y ubicacin del nivel fretico, etc.

Toda esta serie de caractersticas confieren a los suelos una resistencia intrnseca que constituye el factor dominante de su estabilidad.

Cuando se desarrollan superficies de ruptura en el contacto suelo roca, las caractersticas de la estrecha franja de contacto difieren de las generales del suelo.

2.2.3 Rellenos

Se agrupan bajo esta denominacin todos aquellos depsitos artificiales, realizados por la demanda de ciertas actividades, como construccin de obra civil (terraplenes, presas de tierra, etc.) o bien como cmulo de materiales de deshecho, sobrantes, estriles, etc.(vertederos y escombreras).

El comportamiento de estos rellenos tiene una gran semejanza con el de los materiales tipo suelo. Los movimientos que se producen siguen la pauta de los que tienen lugar en los suelos, desarrollndose a travs del material, segn una superficie no determinada previamente.

Dicho comportamiento puede modificarse en determinados casos, cuando las caractersticas de los materiales en contacto difieren considerablemente. Tal es el caso de los terraplenes a media ladera, en los que pueden producirse en el contacto de los materiales que constituyen el ncleo y cimiento del terrapln respectivamente. Tambin pueden existir movimientos condicionados por materiales de distintas caractersticas, en el caso de presas de tierra con ncleos inclinados, vertederos no controlados, etc.

3. TIPOS DE MOVIMIENTOS

La inestabilidad de taludes se compone de una serie de movimientos que pueden ser clasificados en base a distintos criterios. Esta clasificacin recoge los tipos de movimientos que se originan con mayor frecuencia, de acuerdo con los mecanismos que se producen en los diferentes materiales y los intervalos de tiempo en que tienen lugar.

3.1. Desprendimientos

Se define como desprendimiento, a la cada prcticamente libre, tanto de masas rocosas como de suelos, separadas de un talud, las que usualmente no son precedidas por ningn movimiento lento. Con frecuencia estas inestabilidades afectan principalmente a bloques aislados y rocas descompuestas que fallan segn los planos ms dbiles, muchas veces resultando catastrficas.Estos fenmenos suelen producirse en zonas constituidas geolgicamente por alternancias sedimentarias de capas resistentes y dbiles.

Fig. 1.1 Desprendimientos

Los mecanismos que pueden conducir a estas inestabilidades, generalmente sucesivos y complementarios, son: meteorizacin o extrusin de capas blandas, concentracin de presiones en el borde y ruptura por flexotraccin.

Las posibilidades de que se produzcan las inestabilidades por socavacin o descalce vienen condicionadas por una serie de factores como: fracturamiento, buzamiento de la serie estratigrfica, inclinacin del terreno y disposicin respecto al buzamiento, resistencia comparativa de los estratos ms rgidos, potencia relativa de los estratos resistentes respecto a los menos competentes.

Existe una gran variedad de formas resultantes de los mecanismos que originan la inestabilidad: basculamiento de bloques, ruptura por su base, deslizamiento de un estrato, etc. (fig. 1.2)

Figura 1.2. Algunas inestabilidades de bloques por descalce (AYALA, 1984)

A continuacin se describe el mecanismo de ruptura previa con traccin, conforme a la figura 1.31) En una serie alternante de rocas dbiles y competentes se empieza a descalzar la capa competente suprayacente por accin de una meteorizacin diferencial.2) Cuando progresa el descalce, se produce una concentracin de presiones en el borde de la roca dbil subyacente. En la roca que constituye la capa poco resistente, puede aparecer una ruptura de la misma por flexotraccin, con basculamiento de bloque. 3) Si la capa es competente y est individualizada en bloques por fracturacin, tambin se produce un basculamiento debido a la excentricidad del peso.4) La concentracin de presiones en el borde de la capa dbil subyacente produce un asentamiento diferencial, pudiendo originar la ruptura en cua de la misma y originndose la cada del bloque por ruptura del pie.

Figura 1.3 Ruptura previa por traccin1. Serie alternante

2. diferente grado de meteorizacin y erosin

3. Basculamiento de la capa superior

4. Ruptura en el pie del bloque

Los fragmentos originados por los desprendimientos presentan recorridos varios, pudiendo el material caer libremente, saltar o rodar en dependencia de la inclinacin del talud (Figura 1.6)

Figura 1.6 Trayectorias del material por desprendimientos

3.2. Vuelcos (toppling)

Son movimientos que implican una rotacin de unidades con forma de columna o bloque sobre una base, bajo la accin de la gravedad y fuerzas ejercidas por unidades adyacentes o por inclusin de agua en las discontinuidades

Estos tipos de movimientos pueden culminar en otros tipos como desprendimientos, deslizamientos, etc. dependiendo de los aspectos geomtricos del material involucrados de acuerdo a la posicin de las discontinuidades

Los vuelcos se pueden considerar exclusivos de medios rocosos, en dependencia de la disposicin estructural de los estratos hacia el interior del talud y un sistema de discontinuidades bien desarrollado. Se puede clasificar en:

a) Vuelco por Flexin.- Se desarrolla bajo un mecanismo compuesto por flexiones seudocontinuas del material, individualizado en columnas, debido a una serie de movimientos acumulados a lo largo de las discontinuidades

Cuando se desencadena el movimiento, por transmisin de la carga en el pie del talud, el mecanismo progresa hacia el interior del macizo rocoso, originando grietas de traccin con profundidad y anchura variante (figura 1.7)

Figura 1.7 Vuelco por flexin

b) Vuelcos de Bloques.- caractersticos por macizos rocosos que contienen sistemas de discontinuidades ortogonales, dando lugar a una geometra de columnas divididas en bloque. El empuje sobre los bloque inferiores origina su desplazamiento y una vez producido, el movimiento progresa hacia la parte superior del talud. Cuando las columnas menos esbeltas son desplazadas hacia afuera del talud, por la carga que efecta las ya giradas, se reinicia el proceso (figura 1.8)

Figura 1.8 Vuelco por bloques

c) Vuelco Mixto.- es una combinacin de los dos anteriormente descritos. Se produce cuando los bloques son alargados, debido a flexiones en el pie del talud e intermovimientos relativos de las distintas uniones (figura 1.9)

Figura 1.9.- Vuelco Mixto

3.3. Deslizamientos Los deslizamientos consisten en un descenso masivo y relativamente rpido, a veces de carcter catastrfico, de materiales, a lo largo de una pendiente, cuando el esfuerzo de corte excede al esfuerzo de resistencia del material. El material se mueve como una masa nica, no como varios elementos que se mueven a la vez. El deslizamiento se efecta a lo largo de una superficie de deslizamiento, o plano de cizalla, que facilita la accin de la gravedad. Esta superficie se crea por la absorcin de agua a una profundidad determinada, lo que implica un cambio de densidad de la capa subyacente que es lo que provoca la existencia de un plano de deslizamiento. Afecta tanto a tierras poco compactas como a rocas. La superficie de deslizamiento aparece sobre un basamento arcilloso saturado de agua. Esta superficie de deslizamiento se crea a lo largo de perodos dilatados de tiempo, el suficiente como para que una determinada capa arcillosa absorba el agua necesaria para permitir el deslizamiento del material superior. Son capas arcillosas las que, generalmente, funcionan como superficies de deslizamiento, por su capacidad para retener el agua. Por la velocidad con que se desarrolla estos movimientos existen dos tipos de deslizamientos o derrumbes que dependen del tipo de materialDeslizamientos lentos.- Son aquellos donde la velocidad del movimiento es tan lento que no se percibe. Este tipo de deslizamiento genera unos pocos centmetros de material al ao. Se identifican por medio de una serie de caractersticas marcadas en el terreno.Deslizamientos rpidos.- Son aquellos donde la velocidad del movimiento es tal que la cada de todo el material puede darse en pocos minutos o segundos. Son frecuentes durante las pocas de lluvias o actividades ssmicas intensas. Como son difciles de identificar, ocasionan importantes prdidas materiales y personales.3.3.1 Deslizamientos rotacionales

Tiene lugar a lo largo de una superficie aproximadamente circular y cncava de naturaleza ms o menos rotacional, alrededor de un eje dispuesto paralelamente al talud, cuya seccin transversal se asemeja a un arco de crculo (figura 1.10)

Figura 1.10. Ruptura circular (HOEK y BRAY. 1977)Este tipo de deslizamiento se suele producir en terrenos homogneos ya sea suelos o rocas altamente fracturadas sin direcciones predominantes de fracturamiento.

El estudio de estabilidad de un talud mediante formas de ruptura circulares ha sido y es altamente utilizado, pues se acerca razonablemente a la realidad en una gran parte de casos.

Las superficies circulares sobre las que se producen los deslizamientos pueden originarse en tres partes diferentes del talud, dependiendo de la resistencia del material, altura e inclinacin del talud (figura 1.11)

Figura 1.11. Diferencia superficies circulares de rupturas

Si la superficie de ruptura o deslizamiento corta al talud por encima de su pie, se denomina superficie de deslizamiento de talud (figura 1.11a)

Si la curva de deslizamiento pasa por la arista inferior del talud, recibe el nombre de superficie de deslizamiento de pie de talud (figura. 1.11b).

Si la curva de deslizamiento pasa por debajo del pie del talud, se denomina superficie de deslizamiento de base de talud (figura 1.11 c)

La velocidad de estos movimientos vara de lenta a moderada, dependiendo de la inclinacin La superficie de deslizamiento, fundamentalmente en la arista inferior del talud (figura 1.12)

Figura 1.12. Deslizamiento rotacional en macizo rocoso muy fracturado3.3.2 Deslizamientos Traslacionales

En este tipo de deslizamiento la masa del material se desplaza hacia afuera y abajo, a lo largo de una superficie ms o menos plana o suavemente ondulada, con pequeos movimientos de rotacin los deslizamientos traslacionales estn controlados por discontinuidades como estratificaciones, esquistosidad, diaclasas, fallas, etc., las cuales influyen en la variacin de la resistencia al corte entre estratos de diferente naturaleza diferente grado de meteorizacin, distintos tipos de relleno en las discontinuidades, etc. en general se desarrollan en macizos rocosos, con discontinuidades bien marcadas (figura 1.13)

Figura 1.13. Deslizamiento traslacional en macizo rocoso

El desarrollo de estos deslizamientos tiende a ser indefinido, siempre que la inclinacin de la superficie de deslizamiento sea lo suficiente grande y la resistencia al corte inferior a la fuerza deslizante.Existen deslizamientos traslacionales formados por la interseccin de dos discontinuidades o superficies de debilidad. Si ambas superficies de inclinan en sentidos diferentes, se denominan cuas directas (figura 1.14a) Cuando la inclinacin es hacia el mismo sentido reciben el nombre de cuas inversas (figura 1.14b)

Figura 1.14. Cua directa con grietas de traccin

Figura 1.14 a.- Cuas Directas

Figura 1.14b. Cua inversa

Cuando coinciden una serie de condiciones estructurales y geomtricas determinadas, en un macizo rocoso, pueden aparecer deslizamientos peculiares denominados Pandeos (buckling) (figura 1.15) Estos tipos de deslizamiento aparecen cuando la estratificacin es subvertical y existe gran diferencia, entre al menos dos de las tres dimensiones que definen geomtricamente la estructura. Si existe una serie de diaclasas seudoortogonales a la estratificacin, pueden producirse pandeos por flexin de placas fracturadas (figura 1.16 y 1.17). Generalmente en los movimientos de tipo traslacional el movimiento se produce de forma rpida

Figura 1.15 Pandeo por flexin de placas lisas

Figura 1.16 Pandeo por flexin de placas fracturadas

Figura 1.17 Pandeo por flexin de placas curvas y fracturadas

3.3.3. Extensiones Laterales

Son movimientos poco frecuentes, que aparecen cuando concurren determinadas caractersticas geolgicas complejas. El movimiento consiste en una extensin lateral controlada por superficies de corte y/o fracturas de tensin. Pueden aparecer sobre macizos rocosos, en los cuales estos movimientos se desarrollan con lentitud (figura 1.18)

Figura 1.18 Extensin lateral en roca3.4 Coladas

Movimientos que se pueden presentar en macizos rocosos estratificados con una disposicin a desarrollar fenmenos de pandeo y que han sufrido un intenso plegamiento. Son poco frecuentes y propios de macizos rocosos no muy competentes, con una estratificacin definida y afectados por plegamientos u otras manifestaciones de comportamiento plstico. Incluyen deformaciones que se distribuyen entre fracturas grandes o pequeas sin aparentemente conexiones entre ellas. Estos movimientos son muy lentos y ms o menos estables, afectando a zonas superficiales o de cierta profundidad (figura 1.19)

Figura 1.19 Colada de Rocas

3.4. Partes de un deslizamiento

En la Figura 1.20 se muestran las partes principales de un tpico deslizamiento rotacional y a continuacin la descripcin de las mismas

Figura 1. 20 esquemas de un deslizamiento rotacional

Escarpe principal.- superficie que se forma sobre el material no deslizado en la periferia del deslizamiento. Se forma a causa del movimiento del material deslizado hacia abajo Escarpe Secundario.- Superficie escarpada que se forma dentro del material desplazado debido a movimientos deferenciales del mismo Cabeza.- Parte superior del material desplazado Coronacin, Puntos ms altos del contacto entre el material desplazado y el escarpe principal Pie de superficie de ruptura.- interseccin de la parte inferior de la superficie de ruptura y la superficie original del terreno Borde del material desplazado.- Limite del material desplazado ms alejado del escarpe principal Punta.- extremo del borde ms distante de la coronacin pie.- cantidad de material desplazado que se apoya sobre el terreno original a partir del pie de la superficie de ruptura Cuerpo Principal.- cantidad de material desplazado , apoyado sobre la superficie de ruptura entre su pie y el escarpe principal Flancos.- laterales del deslizamiento, derecho e izquierdo Cabecera.- material prcticamente in situ, adyacente a la parte superior del escarpe principal Superficie Original del Terreno.- talud existente antes de ocurrir el movimiento. Puede considerarse como tal la superficie de una antiguo deslizamiento estabilizado Superficie de deslizamiento o de Ruptura.- Superficie a travs de la cual tiene lugar el movimiento. Superficie de Separacin.- Superficie que limita el material desplazado del terreno original material desplazado.- Masa de material movida hacia afuera del talud, desde su posicin original Zona de Deflacin.- rea dentro de la cual , el material desplazado se encuentra por debajo de la superficie original del terreno Zona de Acumulacin.- rea en la que el material desplazado se dispone por encima de la superficie original del terreno P. profundidad mxima del deslizamiento medida perpendicularmente al plano del talud L.- Longitud mxima del deslizamiento medida en el plano del talud HD. Altura del deslizamiento medida entre la cabecera y el pie, en una misma seccin LD.- Distancia Horizontal desde el pie de la cabecera, medida en una seccin longitudinal del deslizamiento.3.5. Factores Condicionantes Y Desencadenantes

En los deslizamientos es de gran importancia el reconocimiento de los factores que condicionan la estabilidad de los taludes y aquellos otros que actan como desencadenantes de los movimientos. El conocimiento de ambos factores permite una evaluacin del peligro existente y por tanto las medidas necesarias para evitar o corregir los posibles movimientos.La posibilidad de que se produzcan movimientos en los taludes est condicionada por la estructura geolgica, la litologa, las condiciones hidrogeolgicas y la morfologa propia del rea determinadaLa variacin de una de las condicionantes mencionadas, producida por causas naturales o debidas a la actividad humana, puede traducirse en un incremento o disminucin del esfuerzo de corte cuyo efecto inmediato desencadena la inestabilidad de una masa de material. Se describen a continuacin algunos de los factores ms importantes que influyen en la estabilidad de los taludes

3.5.1. Factores Naturales

3.5.1.1 El Agua

Es el agente natural de mayor coincidencia como factor condicionante y desencadenantes en la aparicin de las inestabilidades. Las corrientes de agua con su poder erosivo y de transporte influyen directamente en la socavacin en el pie de los taludes. El oleaje acta como factor desestabilizador en las zonas costeras.

Las aguas subterrneas ejercen una serie de disoluciones y otros cambios fsico-qumicos que debilitan las caractersticas de resistencia de los materiales.

La lluvia constituye un factor desencadenante de inestabilidad, contribuyendo a aumentar la accin de diversos factores condicionantes como la meteorizacin y accin e las aguas subterrneas.

Los glaciares en su recorrido modelan los valles debido a la presencia de fragmentos rocosos que aumenta el poder abrasivo del hielo, originando escarpadas paredes rocosas

La sismicidad y el vulcanismo ocasionan grandes deslizamientos, avalanchas y desprendimientos.3.5.2 Actividad HumanaLa actividad humana dirigida a procurar recursos naturales constituye una de las causas de mayor incidencia en el movimiento de taludes.3.5.2.1 Excavaciones

Representa uno de los factores desencadenantes ms extendidos, debido a la necesidad de excavaciones en obras civiles como carreteras, tneles, etc. Necesitan de un detallado estudio que garanticen la estabilidad de taludes creados. Las excavaciones producen una variacin del estado de equilibrio, que se traducen en descalces de potenciales superficies de deslizamiento, desequilibrio de masas, etc.3.5.2.2 Voladuras

Estas pueden actuar como desencadenantes de los movimientos disminuyendo la estabilidad de los macizos rocosos. Las ondas de compresin originan la apertura de grietas radiales alrededor de la carga y la de traccin fragmenta el material. Las vibraciones producidas actan como pequeos sismos los cuales amplan la red de fracturamiento preexistente en las rocas, y creando nuevas superficies potenciales de deslizamiento.

3.5.2.3 Actividad Minera

Esta actividad incluye la explotacin de canteras, minera a cielo abierto y minera subterrnea. La explotacin subterrnea de los recursos naturales ha sido causa de movimientos importantes en la superficie. La degradacin que sufren las cmaras y galeras de explotaciones abandonadas puede conducir a hundimientos, que se reflejan en el hundimiento en la superficie del terreno tambin.

3.6. Tcnicas de investigacin

La base de estas tcnicas es el uso de mapas, fotografas areas y terrestres, pudindose tambin utilizar las tcnicas relacionadas con sensores remotos. Todas ellas presentan porciones de la superficie terrestre y muestran detalles sobre las caractersticas geolgicas, magnitud y relaciones espaciales de las formas del terreno.

3.6.1 Mapas

Dentro de este apartado se comentarn algunos aspectos referentes a particularidades, mtodos de trabajo y mtodos (la deteccin de movimientos, en general, para los tipos de mapas que pueden ser usados en reconocimientos generales de deslizamientos y roturas en taludes.Se har referencia a la utilizacin de mapas topogrficos, geolgicos, geotcnicos y especficos, cuyo estudio constituye uno de los primeros pasos a seguir en investigaciones de deslizamientos.Los mapas ofrecen una representacin bidimensional del terreno y de los aspectos con l relacionados. La naturaleza y calidad de la informacin sobre deslizamientos existentes, o reas susceptibles al deslizamiento, que se puede obtener a partir de ellos depende del tipo de mapa, escala, detalle, etc.La ventaja principal de la utilizacin de mapas es su fcil manejo y el contar con una escala de trabajo uniforme para realizar estudios regionales o incluso nacionales, mientras que su mayor inconveniente es que, a menos que sean puestos al da peridicamente o que no ocurra ningn cambio en los aspectos recogidos por los mapas, stos quedan anticuados en poco tiempo, al no recoger los cambios operados tras su publicacin.a) Mapas topogrficos

Los mapas topogrficos son un elemento esencial e imprescindible en cualquier tipo de estudios geolgicos, ya que presentan en detalle (segn la escala) la configuracin (tamao, forma y rasgos) de la superficie de la tierra permitiendo medidas de distancias horizontales y elevaciones verticales a partir de las curvas de nivel. En las escalas ms comnmente usadas de 1:25.000, 1:50.000 v 1:200.000, las curvas de nivel se presentan cada 10 m, 20 m y 100 m, respectivamente.

b) Mapas GeolgicosLos mapas geolgicos aportan datos referentes a descripcin de suelos y rocas, depsitos superficiales, alteracin y meteorizacin, contactos y lmites geolgicos, zonas de fractura y cizalla, juntas y todo tipo de discontinuidades estructurales, as como la historia geolgica de la zona.

Los mapas hidrogeolgicos aportan datos acerca de las condiciones hidrogeolgicas generales prevalecientes en un rea (como acuferos, pozos artesianos, movimiento subterrneo del agua, caudales, datos de anlisis qumicos del agua, permeabilidades, lmites de aguas potables y salinas, etc.), sobre las propiedades hidrogeolgicas de los materiales y sobre la existencia de manantiales y filtraciones.c) Mapas Geotcnicos

Los mapas geotcnicos aportan informacin sobre las propiedades geotcnicas de las formaciones geolgicas, es decir datos acerca de parmetros geomecnicos y de las propiedades resistentes de los materiales, aparte de los datos geolgicos necesarios para caracterizar las diferentes unidades establecidas.

d) Mapas Especficos

Se tendrn mapas especficos o zonas susceptibles de deslizamientos a diferentes escalas en funcin del rea de estudio.

3.6.2. Fotografa Area

Su uso es gran utilidad porque permite la interpretacin de rasgos y estructuras geolgicas gracias al detalle que muestran de la superficie terrestre.

El uso de la fotografa area ha demostrado ser una de las mejores tcnicas para el reconocimiento de deslizamientos.

3.6.3. Sensores Remotos

Como sensores remotos se consideran las imgenes de satlites y las imgenes infrarrojas.

3.7. Causas generales de los deslizamientosToda inestabilidad es consecuencia de la ruptura de las condiciones de equilibrio lmite en un talud. Las causas de que se supere este equilibrio pueden ser intrnsecas al material (propiedades resistentes bajas, existencia de discontinuidades desfavorablemente orientadas o meteorizacin en un macizo rocoso, presencia de capas de material blando e incompetente, etc.) o extrnsecas, es decir, toda fuerza externa que se ejerza sobre el material aumentando las fuerzas desestabilizadoras que tiendan a la ruptura.La mayor parte de los deslizamientos son provocados por un factor desencadenante extrnseco (cambio en la geometra, variacin de las condiciones hidrogeolgicas, aplicacin de cargas estticas o dinmicas, etc.) en materiales que, en cierto modo, estaban predispuestas a la ruptura, es decir, que presentaban propiedades resistentes bajas.Sin embargo, hay que pensar que todo material, por resistente que sea, siempre se puede romper si le son aplicadas fuerzas externas desestabilizadoras suficientes como para vencer sus propiedades resistentes, o si su geometra es variada de tal forma que no soporte su peso propio (por ejemplo, la erosin a que se ven sometidos los pies de los acantilados marinos).La accin de un fenmeno determinado que provoca el deslizamiento es, generalmente, la gota de agua que colma el vaso y, aunque se achaque a ste la causa definitiva de la rotura, sta no habra ocurrido a no ser por las condiciones previas del material (o por otros factores extrnsecos que ya lo estaban afectando).

Entre las propiedades inherentes a los materiales, y que determinan su estabilidad, se encuentran la cohesin, la friccin y la densidad (consecuencias de la litologa e historia geolgica sufrida), pudiendo provocar la variacin de alguna de estas propiedad