Mecanica de Las Rocas

7/24/2019 Mecanica de Las Rocas

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Mecnica de la deformacin de las rocas.

Consideraremos algunos conceptos previos para luego introducirnos de lleno

en la mecnica de rocas.

1.1. Definiciones Generales.

1.1.1. Roca

1Agregado slido formado por uno o varios minerales, que se encuentra

ocupando grandes reas de la corteza terrestre.

En mecnica de rocas se a!la en mucas ocasiones de roca o roca intacta

para a!lar de un elemento "trozo, !loque, pro!eta# de roca que no presenta

discontinuidades perci!idas.

En la naturaleza las rocas aparecen mu$ com%nmente influenciadas por

distintos caracteres geolgicos estructurales $ discontinuidades de variado

origen geolgico, como la estratificacin, esquistosidad, pliegues, fallas, $

&untas o diaclasas. Al con&unto de estas discontinuidades que atraviesan la roca

se le suele denominar estructura del macizo rocoso.

1.1.'. (acizo Rocoso

As) pues un macizo rocoso estar definido por la roca $ la estructura, que a su

vez contendr planos de estratificacin, fallas, &untas, pliegues $ otros

caracteres estructurales. *os macizos rocosos son por tanto discontinuos $pueden presentar propiedades eterog+neas $o anistropas tales como la

elasticidad, temperatura, conductividad, velocidadde propagacin de la luz, etc

1 Ramrez, P. y Leandro, P. (2004). Mecnica de rocas.UniersidadPoli!"cnica de Madrid. #s$a%a. P&. 2

Macizo rocoso (Derecha) sobre la que se han marcado las discontinuidades observables in-situ, para una mejor ilustracin se han llevado a un fondo blanco (zquierda)


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1.'. -ropiedades mecnicas de las rocas

1.'.1. Clasificacin geomecnica de las rocas

*as rocas son con&untos de agregados mono o poliminerales, estos forman la

litosfera adems se presentan consolidados, cementados, aglomerados o decualquier otra forma de modo que dan lugar a un material de cierta resistencia.*as rocas se an originado de la siguiente forma

A partir de una corteza slida con los materiales procedentes de zonas

ms profundas de la /ierra "(agma#. Cuando los magmas ascienden azonas superiores se solidifican formando as) rocas volcnicas oplutnicas "0eg%n la rapidez de cristalizacin#.

En ciertas zonas, al acumularse los sedimentos, se produce un

undimiento del fondo marino, con el consiguiente aumento de presin $

temperatura de los mismos. Como consecuencia, los minerales, que ensuperficie estn en equili!rio pasan a ser inesta!les a medida que vanganando profundidad, produci+ndose recristalizaciones. Este procesoorigina las rocas metamrficas.

1.'.'. Algunas caracter)sticas !sicas de las rocas

*as rocas como la ma$or)a de los slidos, se caracterizan por tener una seriede propiedades !sicas, tales como densidad, umedad, porosidad grado desaturacin $ permea!ilidad.

1.'.'.1. Densidad

En funcin de cmo se encuentre la roca, se puede distinguir ladensidad natural $ la densidad seca.

*a densidad natural o %meda es la relacin entre la masa de una rocaen su estado natural, es decir, con un cierto porcenta&e de umedad.Cuando la muestra de roca se a secado previamente en una estufa auna temperatura de 112C, su densidad se denomina seca.

1.'.'.'. 3umedad

0e define la umedad de una muestra como la relacin, e4presada enporcenta&e, entre la cantidad de agua contenida en la roca "que seevapora a 112 C# $ la masa de la muestra seca.

1.'.'.5. -orosidad

*a porosidad de una roca es el volumen de poros e4presado en tantopor ciento del volumen total.En las areniscas los poros se pueden ver a simple vista, en otras slo

son visi!les con el microscopio tales como el granito.


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1.'.'.6. Grado de 0aturacin "0r.#

El porcenta&e de poros ocupado por el agua se denomina grado desaturacin.Cuando la roca est seca 0r7 $ cuando est saturada 0r71.

1.'.5. Rotura frgil de las rocas

*as microgrietas, poros e inclusiones de una roca pueden, en un campo llenode tensiones, dar nacimiento a nuevas grietas. 0i +stas crecen de modonota!le al interactuar unas con otras, se puede producir la rotura de laestructura.

1.'.5.1. Rotura a traccin de un slido frgil

*a microgrieta ms larga $ ms favora!lemente orientada

"perpendicularmente a la direccin de la traccin# se propagainesta!lemente cuando las tensiones de traccin en sus e4tremose4ceden la resistencia de la roca.

1.'.5.'. Rotura de un slido frgil a compresin

(edidas de microrruidos demuestran que las microgrietas empiezan apropagarse cuando la tensin a4ial de compresin en una pro!eta no allegado a%n a la mitad de la carga de rotura.

!na presin de con"namiento peque#a puedelibrarse de un crecimiento inestable de lasmicro"suras verticales esto hace que la probeta serompa a lo lar$o de un rea oblicua.

%l comportamiento de la roca depende de lastensiones que se le apliquen, la compresin simpleusualmente $enera $rietas en la misma direccin que


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1.'.5.5.

2Comportamiento de las rocas a

compresin

8no de los pro!lemas ms importantes de la mecnica de rocas es el dedeterminar las propiedades mecnicas de +stas cuando se allan en uncampo tensional compresivo, lo cual se consigue principalmentemediante los ensa$os de compresin simple $ tria4ial. 9ada ms aplicarla tensin ciertas fisuras $ poros comienzan a cerrarse, lo cual generauna deformacin inelstica $ la curva tensin deformacin muestra unaconcavidad dirigida acia arri!a. A continuacin la pendiente de ladeformacin lateral comienza a disminuir, de!ido a que se formannuevas microfisuras su!verticales en la roca, especialmente cerca de la

periferia de la pro!eta, en su zona central.

&uando se ejerce sobreuna roca una tensindesviadora decompresin se obtienenresultados

2 Ramrez, P. y Leandro, P. (2004). Mecnica de rocas.UniersidadPoli!"cnica de Madrid. #s$a%a. P&. '1

&uando la presin de con"namiento esrelativamente $rande, el crecimiento de lasmicro$rietas se torna dif'cil la probeta se deformade un modo pseudo-dctil


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1.'.5.6. /ensin efectiva, incamiento $ altera!ilidad de las rocas.

/ensin efectiva

'/odas las rocas poseen poros $ fisuras que pueden o no

estar unidos: aunque en la ma$or)a de las rocas la porosidades mu$ peque;a. Cuando esto ocurre el agua $ el aire puedencircular por ellos $ producir cam!ios en el comportamiento dela roca, principalmente en su deforma!ilidad $ resistencia. Encaso contrario, la influencia del agua se reduceaprecia!lemente. *as rocas sedimentarias $ las volcnicasson, en general, las ms porosas $ en ellas suelen e4istirpeque;os canales que comunican unos poros con otros. Encam!io en las rocas plutnicas la porosidad suele ser peque;a"inferior al 1< apro4.# $ no e4isten dicos canales pero a$microfisuras.

3incamiento

0e denomina incamiento al incremento del volumen de unaroca de!ido a un ascenso de la umedad, favorecido por unamodificacin del estado tensional, normalmente una distensino rela&acin. *a compresin necesaria para impedir que dicoincamiento tenga lugar puede ser grande. Este fenmenotam!i+n se puede producir por cam!ios qu)micos, por e&emplo,al transformarse la anidrita "Ca 0=6# en $eso "Ca 0=6'3'=#.

1.'.5.>. Criterios de rotura

8n criterio de rotura es una relacin entre tensiones, esta permitepronosticar la resistencia de una roca sometida a un campo tensional.En general, los criterios de rotura se refieren a la resistencia de picoaunque tam!i+n se pueden emplear para la resistencia residual. *oscriterios de rotura ms utilizados en mecnica de rocas son los de (or?Coulom! $ 3oe@?roBn "1#.

Criterio de rotura de (or?Coulom!

4-ara este criterio la resistencia al corte de las rocas tiene doscomponentes coesin $ friccin, siendo esta %ltimadependiente de la tensin efectiva normal so!re el plano derotura. 0eg%n esta teor)a la resistencia al corte que puede

' Pos!lado $or erza&*i (1+2'). Soil Mechanics in Engineering Practice

4 Coulom!, C. A. "1F#. Essai sur une application des regles des maximis et minimis a quelquelsproblemes de statique relatifs, a la architecture.(em. Acad. Ro$. Div. 0av., vol. , pp. 5655.


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desarrollar una roca en un plano que forma un ngulo ! con latensin principal menor, se puede e4presar mediante lafrmula

Donde

t 7 resistencia al cortec 7 coesin

Hn7 tensin efectiva normal

f 7 ngulo de friccin

Criterio de rotura de 3oe@?roBn "1#

-ropuesto inicialmente para ser utilizado en el dise;o dee4cavaciones su!terrneas en macizos rocosos resistentes.*as propiedades de las rocas que se inclu$en en el mismocuando se aplica para determinar su resistencia en losensa$os de la!oratorio, son las siguientes

Resistencia a compresin simple "ci#

Constante de material rocoso "m i#

A estos dos parmetros a$ que a;adir otros dos ms, inclusoun tercero cuando el macizo rocoso a sido alterado porvoladuras o por rela&acin tensional.*a ecuacin de 3oe@?roBn para los materiales rocosos, osea, las pro!etas de la!oratorio es la siguiente

Donde

1H 7 tensin efectiva principal m4ima

5H 7 tensin efectiva principal m)nima

'. -liegues

-oe, #, /. /arranza orres, /. y /orm, . (1+0). %l criterio de rotura de*oe+-ron (%d. //).

= c

+ Hn /an")


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8n pliegue son especies de ondas presentes en las rocas de la corteza.Estas alcanzan un ma$or desarrollo en las rocas sedimentarias,metamrficas e volcnicas ")gneas#.*os pliegues presentes en estas estructuras pueden llegar a tenercent)metros "micropliegues# o por el contrario llegan a medir @ilmetros

"megapliegues#.'.1. Causas de la formacin de pliegues

3-rocesos /ectnicos.

Causado por Compresin 3orizontal, su!ida del magma,tensin superficial, intromisiones salinas. -ero la ma$or causason las fuerzas en el coque de las placas tectnicas

-rocesos no tectnicos.

3acemos referencia a los pliegues que se forman alrededor delas superficies donde interviene la gravedad

'.'. -artes de un pliegue

En un pliegue a$ que tener en cuenta sus componentes $a que ellos nosvan a definir sus caracter)sticas "Estructura, forma, etc.#: adems de quenos servir para una posterior clasificacin.

'.'.1. Carnela.

0on las l)neas que unen los m4imos puntos de curvatura. *as carnelasson aquellas zonas donde los estratos cam!ian de !uzamiento "ngulo que

forma la m4ima pendiente con la superficie del estrato#.

'.'.'. Ilancos.

0on las partes laterales del pliegue, es por eso que podemos a!lar deflanco dereco e izquierdo. Este se e4tiende desde el plano a4ial asta elpr4imo "Del siguiente pliegue#.

'.'.5. -lano A4ial

Es un plano imaginario el cual es secante a las carnelas pertenecientes al

pliegue. Este plano var)a entre si es inclinado o recto: gracias a esto lospliegues pueden ser rectos, inclinados o tum!ados "plano a4ial orizontal#.

'.'.6. E&e de pliegue

Riera, -. (2001). 0eolo$'a 0eneral. PU/P. Lima. P&. '0

3 /asas se&n M. P. illin&s

Ro5as, 6. (200). Deformaciones, plie$ues fallas. Uniersidad deconce$cin. /*ile. 7rc*io dis$oni8le en P9:


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Es la interseccin entre el plano a4ial con la superficie del terreno. Estal)nea une los puntos donde el pliegue es ms punzante

'.'.>. Cresta de un pliegue

Es la l)nea topogrfica ms alta de un anticlinal $ ms !a&a de un sinclinal.El nom!re plano anticlinal ace alusin a la unin de todas las crestas.

'.'.F. Jergencia.

Es la m4ima pendiente formado por el plano a4ial $ la superficie delterreno.

'.'.. uzamiento

Es el ngulo que forma la l)nea de m4ima pendiente "Ilanco# de unasuperficie de un estrato. "K e4plicado previamente#.

'.5. /ipos de pliegues

-odemos clasificar los pliegues de diversas maneras

'.5.1. -or su forma.

+Anticlinal. 0on conve4os orientados siempre acia arri!a, aunque

algunas veces puede invertirse su posicin por causas puramentetectnicas.*os estratos que componen las rocas son ms antiguos concada metro que se acercan al n%cleo.

+ Riera, -. (2001). 0eolo$'a 0eneral. PU/P. Lima. P&. '10

%n el $ra"co mostradonotaremos que el buzamiento la ver$encia son n$ulossuplementarios. %s decir1

2er$encia 3 uzamiento 4 56/7


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0inclinal. 0on los estratos ms ale&ados del n%cleo por lo tanto son los

ms &venes. Estos pliegues soncncavos acia arri!a, aunque al igualque los anteriores, puede invertirse su posicin por causas tectnicas.

(onoclinal. Definido Como el con&unto de pliegues que presentan una

misma direccin $ con un ngulo uniforme.

Lsoclinal. Denominamos isoclinal a una reunin de pliegues que presentanflancos paralelos es decir la misma inclinacin, el mismo ngulo $ lamisma direccin.

En cofre. 0on pliegues cu$os flancos son casi rectos $ la carnela

paralela a la orizontal.

A!anico. Es un estrato formado en un sector por un anticlinal $ en la otra

parte por un sinclinal. Es decir am!os flancos estn volcados.

Ca!r)o o Cevron. 0us carnelas tienen forma de punta "presenta un

ngulo# $ sus flancos apro4imadamente planos.

8ipos de plie$ue se$n su forma1 9nticlinal (9rriba izquierda), :inclinal (9rribaderecha), Monoclinal (Medio izquierda), soclinal (Medio derecha), 9banico (nferiorizquierda) %ncofrado (nferior derecha)


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'.5.'. 10Lnclinacin del plano a4ial

0im+trico o Recto. 0us flancos presentan !uzamiento seme&ante, adems

su plano a4ial es vertical $ es !isectriz del ngulo formado por sus dosflancos. /am!i+n es llamado pliegue normal

Asim+trico o Lnclinado. Este presenta plano a4ial inclinado $ los ngulosde los flancos son diferentes. Asimismo el plano a4ial no divide el ngulointerflanco.

Jolcado. Estrato en el que su plano a4ial a originado que am!os flancos

se inclinen en la misma direccin: generalmente el ngulo interflanco nose divide en partes iguales.

Recum!ente o /um!ado. En este caso el plano a4ial a llegado a

colocarse de forma orizontal.

'.5.5. 3undimiento del e&e

-liegue 3orizontal. Como su

mismo nom!re lo dice supliegue es casi orizontal.

-liegue con 3undimiento

suave. *a inmersin de sue&e de pliegue oscila entre1M $ 6>M.

-liegue con undimiento

empinado. En este caso elundimiento de su e&e de pliegue se encuentra los 6>M $ M.

-liegue Jertical. Este pliegue se caracteriza porque su e&e de pliegue es

mu$ apro4imado a uno vertical.

10 Riera, -. (2001). 0eolo$'a 0eneral. PU/P. Lima. P&. '12


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'.5.6. *a configuracin de un pliegue

Descrita por el nulo interflanco. Cuando los pliegues presentan el mismongulo. De!ido a la variacin de las longitudes relativas de las curvas de la

carnela $ de los flancos de los pliegues.

-liegue A!ierto. -liegue en el que el ngulo entre flancos est

comprendido entre 1' $ 2

-liegue Cerrado. El ngulo entre flancos se encuentra entre M $ 5M

-liegue estreco. Cuando el ngulo inter es menos que 5M

-liegue angular. =curre cuando el radio de curvatura de la carnela es

peque;o con respecto a los flancos -liegue redondeado. =curre cuando el radio de curvatura es grande a

comparacin de los flancos.

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