7/25/2019 Diapositiva Mecnica de Rocas

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Mecnica de Rocas

1.1. Se ocupa del estudio terico y prctico de las propiedades y comportamiento

mecnico de losmateriales rocosos y de su respuesta ante la accin de fuerzas

aplicadas en su entorno.

2.2.Definiendo.. Anisotropa Es el conjunto de presencia de planos de debilidad de

orientaciones preferentes como lo son la estratificacin, laminacin, fami lias dediaclasa, etc. Los macizos poseen esta cualidad.

3.3.DiscontinuidadEs cualquier plano de origen mecnico que independiza yseparaa los bloques de matriz rocosa que pertenecen aun macizo rocoso. Por lo general

los planos dediscontinuidades presentan nula resistencia a la traccin. La

presencia de discontinuidades(fallas, juntas, diques, etc.) ofrece una variedad

decaractersticas en el macizo, pues al estar fungiendo comoseparaciones de los

bloques estos sus caractersticas ycomportamientos estn condicionados porlanaturaleza, frecuencia y orientacin de los planosdiscontinuos.

4.4.Macizo, masa o medio rocosoEl macizo es un conjunto debloques de matriz

rocosa ytambin de las discontinuidadesque afectan a este.Mecnicamente son

medios Matriz Rocosadiscontinuos anistropos y Material rocoso que

seheterogneos. Posee una encuentra exento deresistencia a la traccin nula.

discontinuidades tambin entre estas, se pueden encontrar bloques de roca

intactas aisladas. A pesar de que la matriz es considerada un elemento continuo sucomportamiento es anistropo y heterogneo.

5.5.Analiza los procesos asociados a ladeformacin de las rocas. Efecto de

producen la fuerza en las rocas.Su objetivo: Conocer y predecir el comportamientodel macizo rocoso ante la accin de fuerzas internas y externas que se ejercen

sobre l.

6.6.Aplicaciones geotcnicas de la descripcin y caracterizacin de macizos

rocosos: Cimentacin de edificios. Estabilidad de taludes: escavados o

naturales. Construccin de muros y anclajes, escolleras. Terraplenes,

pedraplenes y presas de tierra. Excavaciones a cielo abierto o superficiales.

Excavaciones subterrneas y tneles. Obtencin de materiales de construccin

(balasto, macadam, ridos, piedra natural). Mejora geotcnica de terrenos.

Control de filtraciones y drenajes.

7.7.El Material Rocoso Constituye la Estructura mbitos de Aplicacin de laMecnica de RocasLas Rocas se La Roca es el Emplean Soporte de comoOtraMateriales de EstructurasConstruccin

8.8.Los distintos mbitos de aplicacin de la mecnica de rocas se pueden agrupar

en: Aquellos que el material rocoso constituye la estructuraexcavacin galeras

excavacin de tneles taludes

9.9.Aquellos en que la roca es el soporte de otra estructuras cimentacin de edificios

cimentaciones de presas

10.10.Aquellos en los que las rocas se emplean como materiales de construccin

pedrales escolleras rellenos

11.11.Las masas rocosas, aparecen en lamayora de los casos afectadaspordiscontinuidades o superficies dedebilidad que separan bloques dematriz

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rocosa o roca intactaconstituyendo en conjunto losmacizos rocosos. La finalidad de

la mecnica de rocas es conocer y percibir el comportamiento de lo materiales

rocosos ante la actuacin de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre

ellos.12.12.Mecnica de rocas Terica : Geologa: petrologa, geologa estructural,

estratigrafa, mineraloga. Fsica de las rocas: resistencia de materiales, energade deformacin. Prctica: Ingeniera geolgica: prever comportamiento de las

rocas y prevenirlos (taludes, cimentaciones, tneles) Minera Recursos

energticos Sismicidad

13.13.Cuando se excava un macizo rocoso o se construyen estructuras sobre ella se

modifican las condiciones iniciales del medio rocoso, el cual responde a estos

cambios deformndose y/o rompindose.

14.14.A nivel de macizo rocoso las deformaciones y roturas se suelen producir a favor

de los planos de discontinuidad.

15.15.A nivel microscpicolas partculas minerales sufrendesplazamientos y

pueden generarplanos de fractura como respuestaal nuevo estado de tensiones.

16.16.El conocimiento de las tensiones y las deformaciones que puede llegar a

soportar el material rocoso su comportamientomecnico y abordar el diseo deestructuras y obras de ingeniera. La relacin entre ambos parmetros describe el

comportamiento de los diferentes tipos de rocas y macizos rocosos, que dependede las propiedades de los materiales y de las condiciones a que estn sometidos

en la naturaleza.

17.17.Las propiedades fsicas controlan las caractersticas resistentes y

deformaciones de la matriz rocosaSon el resultado de la gnesis, condiciones y

procesos geolgicosy tectnicos sufridos por las rocas a lo largo de su historia.18.18.Recordando.. Densidad Las propiedades Fsicas de las Rocas Composicin

Mineralgica AlterabilidadPorosidad Estructura y fbrica Dureza Permeabilidad

19.19.Caracterizacin del macizo rocosoLos aspectos que deben describirse en el

camposon: Identificacin Meteorizacin o Alteracin Resistencia a

compresin simple20.20.IdentificacinLa identificacin de visu de una roca se establece apartir de su

composicin y de su textura orelaciones geomtricas de susminerales.Observaciones generales sobre el macizo rocoso: Composicin

mineralgica Forma y tamao de los granos Color y Transparencia Dureza

21.21.Control geolgico dela propiedades de lamatriz rocosa y delmacizo rocoso.22.22.ResistenciaLa resistencia de la matriz rocosa puede serdeterminada por

ensayos simples de campocomo: Ensayo de carga puntual ( PLT) El martillo de

Schmidt

23.23.MeteorizacinEI grado de meteorizacin de la roca es unaobservacin

importante en cuanto quecondiciona de forma definitiva sus

propiedadesmecnicas. Segn avanza el proceso demeteorizacin aumentan

laporosidad, permeabilidad y deformabilidad delmaterial rocoso, al tiempo que

disminuye suresistencia.

24.24.DiscontinuidadesLas discontinuidades condicionan de una formadefinitiva las

propiedades y el comportamientoresistente, deformacional e hidrulico delosmacizos rocosos. La resistencia al corte de lasdiscontinuidades es el aspecto

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ms importanteen la determinacin de la resistencia de losmacizos rocosos duros

fracturados, y para suestimacin es necesario definir lascaractersticas y

propiedades de los planos dediscontinuidad.

25.25.La descripcin y medida de estos parmetrospara cada familia debe serrealizada en campo: Espaciado Rugosidad Resistencia de las paredes

Abertura Relleno26.26.Espaciado

27.27.Rugosidad La descripcin y medida de la rugosidad tiene como principal

finalidad la evaluacin de la resistencia al corte de los planos. Puede ser

determinada de forma emprica Mtodos ms precisos: Mtodo de Discos

Perfiles Lineales

28.28.Relleno Las discontinuidades pueden aparecer rellenas de un material de

naturaleza distinta a la roca de las paredes. Descripcin necesaria para el campo:

Espesor o Anchura Resistencia al Corte Permeabilidad Naturaleza

29.29.AberturaEs la distancia perpendicular que separa lasparedes de la

discontinuidad cuando no existerelleno .

30.30.La respuesta mecnica esta en funcin de otros factores como lascondiciones

hidrogeolgicas, las condiciones ambientales, el clima y los fenmenosmeteorolgicos; que actan sobre el medio geolgico y dan lugar a los procesos de

alteracin y meteorizacin, modificando las propiedades iniciales de las rocas ymacizos rocosos.

31.31.Como vemos el estado y comportamiento mecnico delos macizos rocosos son

resultado de la combinacin de todos estos factores, con diferente grado de

importancia para cada situacin.As, en medios superficiales, la discontinuidad y

los procesos de meteorizacin jugaran un papel muy importante en elcomportamiento mecnico de los macizos, mientras que en profundidad ser el

estado tensional preexistente el mayor condicionante de la respuesta mecnica.

32.32.Las obras de ingenieramodifican el estado tensionalen un tiempo muy corto

ypueden tener lugarinteracciones mutuas entre laliberacin o redistribucin delos

esfuerzos naturales y lasestructuras.33.33.Parmetros de la mecnica de rocas Deformabilidad del macizo rocoso

Relacin entre esfuerzo y deformacin Resistencia Condiciones que producen suruptura Estado del esfuerzo en condiciones iniciales Estado del esfuerzo bajo las

solicitaciones aplicadas Problemas estticos y dinmicos debido al flujo de agua

34.34.Propiedades de la mecnica de rocasLas propiedades ms importantes son:Deformacin Resistencia

35.35.Deformacin La roca tiende a cambiar de forma o volumen al aplicarle una

fuerza. El esfuerzo y la deformacin van juntas por lo que se estudia la

deformacin mediante grficas del esfuerzo en funcin de la deformacin.

36.36.Clasificacin de las rocas con respecto a su resistencia a la compresin

37.37.Resistencia Esfuerzo de compresin: tiende a reducir el volumen del material

Esfuerzo de tensin: crea fracturas en el material Esfuerzo cortante:

desplazamiento de una parte de la roca.

38.38.Determinacin de las propiedades mecnicasConsiste en aplicar a lospedazos

de roca cargasaxiales sin confinamiento(figura 6.6 a). Los pedazossongeneralmente cilindrosde 2.5 a 7.5 cm dedimetro y de altura igual ados dimetros

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7/25/2019 Diapositiva Mecnica de Rocas

4/7

39.39.Pruebas TriaxialesSimulan el estado de esfuerzos en el que seencontraba la

roca en el campo. El estado deesfuerzo es factible de representar con los

esfuerzosnormales principales (, , ), los cuales sonortogonales entre s. En

los ensayos triaxiales, porsimplicidad, los esfuerzos y permanecenconstantes.

40.40.Ensayo de tensin directaEnsayo de tensin indirecta41.41.Desde comienzos de los aos 70 se ha extendido el uso de sistemas de

calificacin y clasificacingeotcnica de macizos rocosos, los que emplean

unndice de calidad geotcnica para calificar el macizo rocoso, de acuerdo a esta

calificacin o rating, clasificarlo segn su calidad geotcnica.

42.42.Actualmente los sistemas de calificacin y clasificacingeotcnica de macizos

rocosos ms usados en la industria minera son los siguientes:

43.43.Sistema de Bieniawski o calificacin del macizo rocoso segn el ndice RMR

(Bieniawski, 1973)Permite hacer una clasificacinde las rocas in situ, estimar

eltiempo de mantenimiento ylongitud de un vano. Consta de un ndice de calidad

RMR (Rock Mass Ratting), independiente de la estructura, y de un factor de

correccin Se utiliza usualmente en la construccin de tneles, de taludes y de

cimentaciones.44.44.Clasifica La resistencia a compresin simple de la roca. El RQD (Rock

Quality Designation). Es el porcentaje de recuperacin de testigos de ms de 10cm de longitud (en su eje) sin tener en cuenta las roturas frescas del El mtodo de

clasificacin de proceso de perforacin respecto Bieniawski se desarroll para de

la longitud total del sondeo. estimar la fortificacin de La separacin entre las

diaclasas y tneles en funcin del ndice RMR de calidad su estado. La presencia

de agua fretica. definido geotcnica, como:45.45.RMR = P(UCS) + P(RQD) + P(s) + P(JC) + P(WC)P(x) Es el puntaje asociado

al parmetro x.UCS Es la resistencia en compresin uniaxial de la roca intacta, y

el puntaje asociado a la misma puede variar de 0 (si UCS < 1 MPa) a 15 (si UCS >

250 MPa).RQD Es la designacin de la calidad de la roca definida por Deere et al.

(1967), y el puntaje asociado a la misma puede variar de 3 (si RQD < 25%) a 20 (si90 < RQD 100).}S El espaciamiento entre las estructuras, y el puntaje asociado

al mismo puede variar de 5 (si s < 60 mm) a 20 (si s > 2 m).JC Es la condicin delas estructuras, y el puntaje asociado a la misma puede variar de 0 (en el caso de

estructuras continuas y abiertas ms de 5 mm, o con rellenos arcillosos blandos de

potencia mayor a 5 mm) a 30 (en el caso de estructuras discontinuas, muyrugosas, cerradas y sin alteracin de su roca de caja).WC Es la condicin de

aguas, y el puntaje asociado a la misma puede variar de 0 (en el caso de

estructuras con flujo de aguas que se traduce en un gasto de ms de 125 lt/min en

un tramo de tnel de 10 m de longitud, o donde la presin del agua excede el 50%

del esfuerzo principal mayor) a 15 (en el caso de estructuras completamente

secas).

46.46.Sistema de Laubscher o calificacin del macizo rocoso segn los ndices RMR

y MRMR El mtodo de clasificacin de Laubscher (1975) se desarroll como una

variante del mtodo de Bieniawski orientada a aplicaciones mineras, definiendo la

calidad geotcnica del macizo rocoso in situ mediante un ndice IRMR 1, que luego

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7/25/2019 Diapositiva Mecnica de Rocas

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se modifica para definir un ndice de calidad geotcnico-minera, MRMR (Mining

Rock Mass Rating).

47.47.El ndice IRMR se define como: IRMR = P(BS) + P(JS) + P(JC) JC es la

condicin de las estructuras, definida en trminos de su rugosidad a escalaintermedia y menor, de la alteracin de la P(x) es el puntaje asociado al parmetro

x. roca de caja, y de la potencia y competencia del material de relleno (si lo hay). Elpuntaje asociado a JC vara de 4 (estructuras planas y BS es la resistencia en

compresin uniaxial de pulidas, con rellenos potentes de salbanda y los bloques de

roca que conforman el macizo fuerte alteracin de la roca de caja) a 40 rocoso; la

cual depende de la resistencia de (estructuras ondulosas en varias la roca intacta

(denominada IRS en el direcciones, bien trabadas, sin alteracin de mtodo de

Laubscher), y la presencia de la roca de caja y con rellenos de vetillas. El puntaje

asociado a BS puede variar competencia similar a la de la roca de caja). de 0 (si

BS = 0 MPa) a 25 (si BS 160 MPa). JS es el espaciamiento de las estructuras

abiertas, que incluye una correccin para tomar en cuenta la presencia de uno o

dos sets de estructuras selladas (e.g. vetillas) con rellenos de resistencia menor a

la de la roca de caja. El puntaje asociado a JS vara de 3 (3 sets de estructuras con

un espaciamiento de 0.1 m) a 35 (1 set de estructuras con un espaciamiento de 2m).

48.48.Sistema de Barton o calificacin del macizo rocoso segn el ndice QEl mtodode clasificacin de Barton et al. (1974) se desarroll para estimar la fortificacin de

tneles en funcin del ndice Q de calidad geotcnica, definido como: Donde el

primer cociente corresponde a una estimacin del tamao de los bloques que

conforman el macizo rocoso, el segundo cociente corresponde a una estimacin de

la resistencia al corte entre bloques, y el tercer cociente representa lo que Barton etal. (1974) denominan esfuerzo activo. Los parmetros que definen estos

cocientes son:

49.49.Ja Joint Alteration Number, este coeficiente esta asociado a la condicin o

grado de alteracin de las estructuras presentes en el macizo rocoso que puede

variar de 0.75 vetillas selladas en roca dura con rellenos resistentes y nodegradables y a 20 estructuras con rellenos potentes deRQD La designacin de la

calidad arcilla. de la roca definida por Deere, que puede variar de 0 en macizosrocosos de muy mala Jw Es un coeficiente asociado a la condicin calidad y a 100

en macizos de aguas en las estructuras presentes en rocosos de excelente calidad.

el macizo rocoso Joint Water Reduction Factor, que puede variar de 0.05 flujonotorio de aguas, permanente o que noJn Un coeficiente asociado al nmero de

decae en el tiempo y a 1, estructuras secas sets de estructuras presentes en el o

con flujos mnimos de agua. macizo rocoso Joint Set Number. Este puede variar

de 0.5 en macizo masivo o con pocas estructuras y a 20 en roca totalmente

disgregada o triturada. SRF Stress Reduction Factor es un coeficiente asociado al

posible efecto de la condicin de esfuerzos en el macizo rocoso , que puede variar

de 0.05Jr Coeficiente asociado a la rugosidad concentraciones importantes de

esfuerzos de las estructuras presentes en el en roca competente y a 400 potencial

macizo rocoso o Joint Roughness ocurrencia de estallidos de roca. Number.

Puede variar de 0.5 para estructuras planas y pulidas. A 5 en estructuras pocopersistentes espaciadas a ms de 3 m.

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7/25/2019 Diapositiva Mecnica de Rocas

6/7

50.50.Todos estos sistemas se desarrollaron con el propsito de evaluar la condicin

de estabilidad y requerimientos de fortificacin de excavacionessubterrneas, y

califican el macizo rocoso considerando bsicamente tres parmetros:

51.51.Parmetro A: En general no se explicita si se trata de una definicin entrminos de esfuerzos efectivos o totales que definen un esfuerzoLa resistencia de

los bloques activo, pero comnmente de roca que conforman el se supone que setrata de macizo rocoso (la esfuerzos efectivos. resistencia de la roca, no del macizo

rocoso), en trminos de su magnitud absoluta o bien en trminos de su magnitud

relativa respecto al estado tensional in situ e inducido.

52.52.Parmetro B La blocosidad del macizorocoso, definida en formaindirecta

mediante variablesasociadas al grado defracturamiento y/oespaciamiento de

lasestructuras del macizo rocoso.

53.53.Parmetro C: La condicin de las discontinuidades que definen los bloques y, al

mismo tiempo, la condicin de contacto entre stos. Definida considerando una

serie de variables geolgico- geotcnicas de tipo cualitativo. El mtodo del ndice

de resistencia geolgica se desarroll con el propsito de escalar la resistencia del

macizo rocoso, definida de acuerdo al criterio de Hoek-Brown. Conforme con esto,

este mtodo solo considera los parmetros B (blocosidad del macizo rocoso) y C(condicin de las discontinuidades) e ignora el parmetro A, ya que la resistencia

de la roca es parte de la informacin de entrada en el criterio de Hoek-Brown.54.54.Conforme con lo anterior, puede sealarseque estos mtodos se han

desarrolladosuponiendo que el macizo rocoso seencuentra fracturado o

intersectado pordiscontinuidades que definen bloques Por lo tanto, el caso de

unque, implcitamente, no conforman un macizo rocoso masivoconjunto masivo.

corresponde a una condicin extrema para estos mtodos y, por lo tanto, a vecesdifcil de calificar con el detalle suficiente que permita diferenciar entre distintos

tipos litolgicos.

55.55.Mtodo del ndice de resistencia geolgica, GSI (Hoek, 1994) El ndice de

resistencia geolgica GSI, fue desarrollado por Hoek (1994) para subsanar

losproblemas detectados con el uso del ndice RMR para evaluar la resistencia demacizos rocosos segn el criterio generalizado de Hoek-Brown

56.56.Este ndice de calidad geotcnica se determina en base a dos parmetros quedefinen la resistencia y la deformabilidad de los macizos rocosos:RMS es la

estructura del macizo rocoso, definida en trminos de su blocosidad y grado de

trabazn. JC Es la condicin de las estructuras presentes en el macizo rocoso.57.57.La evaluacin del GSI se hace por comparacin del caso queinteresa con las

condiciones tpicas, y el mismo puede variar de0 a 100, lo que permite definir 5

clases de macizos rocosos: Macizos de calidad MUY MALA (Clase V, 0 GSI

20). Macizos de calidad MALA (Clase IV, 20

7/25/2019 Diapositiva Mecnica de Rocas

7/7

No considera la resistencia en compresin uniaxial de la roca intacta, ya que

alevaluar la resistencia del macizo se incluyen los parmetros que definen el

criterio deHoek-Brown (si se incluyera se contara dos veces).3.- No considera el

espaciamiento entre estructuras, ya que ste est implcitamenteincluido al evaluarla blocosidad del macizo rocoso (a mayor espaciamiento el macizo esms masivo y

a menor espaciamiento es de mayor blocosidad).4.- No considera la condicin deaguas porque el criterio de Hoek-Brown se define entrminos de esfuerzos

efectivos (si se incluyera se contara dos veces).El ndice GSI debe definirse en

un rango y no como un valor especfico. En la prctica esusual definir un rango de

unos 15 puntos.

59.59.Primer procedimientoSe calcula midiendo y sumando el largo de todos los

trozos .A partir de los testigos obtenidos en la exploracin.Medida del RQD en

testigos de Exploracin 150Se deben incluir los discos del ncleo ocasionados =

Suma de la longitud de testigos superiores a 10 cm = Longitud total de sondeo

60.60. (RQD) Rock Quality Designation Desarrollado por Deere entre 1963 y 1967

Varios tipos de procedimientos

61.61.Segundo procedimiento Comprende el clculo del RQD en funcin del nmero

de fisuras por metroRQD Determinado en el campo por el rea de Geotecnia,en untramo longitudinal de pared expuestaRQD = 100 (-0.1 ) x (0.1 1 + ) Donde: = Nro.

De Fisuras / Espacio62.62.Tercer procedimiento Comprende el clculo del RQD en funcin del nmero de

fisuras por metro cbicoEjemplo:si una fisura corta al eje x y al eje y, la contaremos

bien en el eje x oen el eje y pero no en ambos.Para tener una mayor precisin,

mediremos una longitud adecuadaen cada eje y luego hallaremos el nmero de

fisuras en un solo metro, haciendo una regla de 3simple. Jv(eje)=(# de fisuras /longitud del eje) (Jv)== Joint Volumtric number (Detail line)

63.63.Porcentaje de RQD Comparativa RQD Rock mass quality