propiedades de la matriz rocosa

5/21/2018 Propiedades de La Matriz Rocosa

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TEMA N 2

PROPIEDADES FSICAS Y MECNICAS DE LAS ROCASCaractersticas del medio rocoso.

Propiedades fsicas de la matriz rocosa y mtodospara su determinacin.

Propiedades mecnicas de las rocas.

Resistencia a compresin simple, resistencia atraccin, resistencia a compresin triaxial.

Velocidad de ondas.

Clasificacin de las rocas y de los macizos rocosos.Meteorizacin de los materiales rocosos.

Permeabilidad y circulacin de los fluidos.


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Caractersticas del medio rocoso.DEFINICIN: cuando se estudia el medio rocoso, se asume generalmenteun comportamiento homogneo, continuo, istropo, elstico y lineal. ( estoes irreal)

1. La gran variedad en la composicin qumica de los agregadosheterogneos de cristales y partculas amorfas, pueden caracterizar elmedio rocoso.

2. La Fbrica o Petrofbrica de las rocas es consecuencia de su gnesis e

historia geolgica, ofrecen diferentes direcciones de anisotropa pororientacin de cristales y granos, o por foliacin o esquistosidad.

3. La Alteracin y Meteorizacin por procesos qumicos y fsicos, modifica lacomposicin de la roca, dando lugar a nuevos minerales con propiedadesdiferentes.

4. La fracturacin y el origen de la misma, influyen en las caractersticas delmedio rocoso.


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Propiedades Fsicas de la matriz

RocosaINTRODUCCIN: para la descripcin e identificacin cuantitativa de laspropiedades bsicas de las rocas, se usan los llamados PROPIEDADES

NDICES.PROPIEDADES INDICES. Se dividen en 2:

1.-Propiedades de identificacin y clasificacin:

a.-Composicin Mineralgica.b.-Fabrica y Textura.c.-Tamao del grano.d.-Color.e.-Porosidad.f.-Peso especifico.g.-Permeabilidad.h.-Durabilidad.i.-Alterabilidad.


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Rocosa

2.-Propiedades Mecnicas

a.-Resistencia a la Compresin Simpleb.-Resistencia a la Traccin.c.-Velocidad de las ondas Snicas.d.-Resistencia.

e.-Deformabilidad.


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Rocosa

POROSIDAD. Se define como la relacin entre el volumen ocupado porlos huecos o poros en la roca (Vv) y volumen total de la roca (V).

n= Vv/ V (%)

Es la propiedad que mas interviene o afecta las caractersticas resistentes y mecnicasde las rocas.

Es inversamente proporcional a la resistencia y a la densidad; es directamenteproporcional a la deformabilidad (Modulo de Elasticidad y Poisson), ya que estoaumenta las zonas de debilidad.

Decrece a medida que aumenta la profundidad y la edad de las rocas.

Valores normales de la porosidad es 15 a 30 %.


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Propiedades Fsicas de la matrizRocosa

POROSIDAD EFICAZ: Se define como la relacin que existe entre elvolumen de poros interconectados y el volumen total de la muestra. Sinembargo, esta porosidad se puede obtener con la siguiente formula:

ne=(Wsat - Wseco)/(w* V)Wsat : peso de la muestra saturada.

Wseco: peso de la muestra seca.

w: peso especfico del agua.

V: volumen de la muestra.

Es usual encontrar rocas que sus poros no estn conectados, por lo que la porosidadreal ser mayor que la eficaz.

INDICE DE POROS:se define como la relacin entre el volumen ocupado por loshuecos (Vv) y el volumen de las partculas slidas (Vsol).

e= Vv /Vsol


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RocosaPESO ESPECIFICO: tambin es llamado peso unitario, se define por el pesode la muestra (Wm) por unidad de volumen de la muestra (Vm).

= Wm/Vm

Tambin se puede obtener el Peso especifico por la siguiente formula:

=*gDonde la densidad de la roca y g es la gravedad.

No se debe confundir el peso especifico con la densidad.


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RocosaPERMEABILIDAD: se define como la capacidad de transmitir agua en un roca.Esta se mide por el coeficiente de permeabilidad o de conductividad hidrulica(k) y se define por la siguiente formula:

k=K(w/ )w: peso especfico del agua.

: viscosidad del agua.

Tambin es empleada la Ley de Darcy, que relaciona la cantidad de flujo (Q)con el gradiente hidrulico de presin durante el flujo por la unidad de longitudy la formula es la siguiente:

Q=k*i*A


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RocosaDURABILIDAD: se define como la resistencia que presenta la roca ante losprocesos de alteracin y desintegracin. Esta propiedad ndice tambin esconocida como alterabilidad, en otras palabras, esta propiedad mide latendencia a la rotura de los componentes o de las estructuras de la roca.

La durabilidad puede estar afectada por procesos de hidratacin, disoluciny oxidacin. Esta propiedad aumenta con la densidad y se reduce con el

contenido de aguaProcedimiento: esta propiedad se evala mediante el ensayo de sequedad-humedad-desmoronamiento es llamado SDT (Slake Durability Test). Este ensayo consiste ensometer al material fragmentado a ciclos standares de humedad-sequedad-

desmoronamiento de 10 minutos de duracin en el Laboratorio. Se trabaja con elmaterial retenido en el tambor con la medida antes indicada, se seca y se pesa y sevuelve a repetir el ciclo. Generalmente se trabaja con 2 Ciclos y la nomenclatura usadaen estos 2 ciclos son ID1 y ID2, dependiendo de la durabilidad estos valores varan entre0 a 100%


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RocosaLa Formula para calcular la Durabilidad es:

ID=Peso Seco despus de uno o dos ciclos/ Peso Inicial de la muestra

Para El caso de las Arcillas se

recomienda usar esta tabal devalores


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RocosaPROPIEDADES MECNICAS.

RESISTENCIA A COMPRESIN SIMPLE:es llamada tambin resistencia

uniaxial y se define como el esfuerzo mximo que soporta la roca sometida acompresin uniaxial, la cual se determina a travs de una probeta cilndricasin confinar en el laboratorio


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Rocosa


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Rocosa


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RESISTENCIA A COMPRESIN SIMPLE: La probeta rocosa y/o mineral a

ser ensayada debe tener la siguiente relacin:L/D = 2Donde:L = Longitud de la probeta (cms).D = Dimetro de la probeta (cms).

FACTOR DE CORRECCIN DE PROTODYAKONOV:Cuando la relacin de L/D = 2, se puede aplicar el factor deCorreccin de Protodyakonov, cuya relacin matemtica es la siguiente:

Donde:do = Resistencia Compresiva uniaxial con L/D = 2.dc = Resistencia Compresiva uniaxial con L/D ? 2.

L = Longitud de la Probeta.D = Dimetro de la Probeta.


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RocosaFACTOR DE CORRECCIN DE PROTODYAKONOV:

Cuando la relacin de esbeltez es L/D = 2, se puede aplicar el factor de Correccinde Protodyakonov, cuya relacin matemtica es la siguiente:

)/2(7

8

LD

O

C

+=

O= Resistencia Compresiva uniaxial con L/D = 2.

C

= Resistencia Compresiva uniaxial con L/D = 2.L = Longitud de la Probeta.D = Dimetro de la Probeta.


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RocosaFACTOR DE CORRECCION DE OVERT DUVALL: Cuando la relacin deesbeltez es L/D = 2, se puede aplicar el factor de correccin dado por Overt Duvall

1981 (Rock Mechanics and the desing of Structures in Rock):

O= Resistencia Compresiva uniaxial con L/D = 2.

C

= Resistencia Compresiva uniaxial con L/D = 2.L = Longitud de la Probeta.D = Dimetro de la Probeta.

)/222.0(778.0 LD

O

C

+=


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RocosaPROPIEDADES MECNICAS.ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA METODO BRASILERO:El ensayo consiste en someter a una probeta cilndrica (disco de roca y/o mineral) a una

carga lineal compresiva actuando a lo largo de su dimetro. El resultado de esteesfuerzo compresivo es una tensin horizontal y un esfuerzo compresivo variable. Laprobeta rocosa y/o mineral se suele romper en la mayora de los casos separndose endos mitades segn el eje de carga diametral


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Rocosa


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ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA METODO BRASILERO:La probeta rocosa y/omineral a ser ensayada debe tener la siguiente relacin: L/D = 0.5Donde:L = Longitud de la probeta (cms).D = Dimetro de la probeta (cms).

t= 2P/DLDonde:

t= Resistencia a la traccin indirecta de la roca y/o mineral en (Kg/cm).P = Carga ltima de rotura de la probeta (Kg).D = Dimetro de la probeta (cm).L = Longitud de la probeta (cm). = Constante.


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Propiedades Fsicas de la matrizRocosa

PROPIEDADES MECNICAS.

VELOCIDAD DE LAS ONDAS SONICAS: este ensayo permite medir la velocidad delas ondas elsticas longitudibales y transversales (Vp y Vs) al atravesar una probeta deroca seca o saturada. La velocidad de la onda esta relacionada con las caractersticasmecnicas del material, su resistencia y su Deformabilidad y a partir de ellas se calculanlos mdulos de deformacin elsticos dinmicos: Edy d El ensayo consiste en trnsmitirondas longitudinales mediante compresin ultrasonica y medir el tiempo que tardandichas ondas en atravesar la probeta.

La velocidad de la onda de corte Vs es aproximadamente 2/3de la velocidad de lasondas longitudinales VP..

La finalidad de realizar este ensayo es la de calcular los mdulos elasticos dinmicos

del macizo rocoso Edy d


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VELOCIDAD DE LAS ONDAS SONICAS:


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DETERMINACIN DEL MODULO DE YOUNG Y POISSON.

E= /

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0,2 0,4 0,6ax

(%)

ax

( MPa)

P

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0,2 0,4 0,6

ax

(%)

ax

( MPa)

P

E= /

0

10

20

30

40

5060

70

80

90

100

0 0,2 0,4 0,6ax (%)

ax

( MPa)

P

E= /


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DETERMINACIN DEL MODULO DE YOUNG Y POISSON.

E= /

= 45 MPa / (0.205 - 0.1) = 0.428 x 103 MPa

= t/

t= 0.05 / (0.205 - 0.1) = 0.476

-20

0

20

40

60

80

100

-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

ax(%t (%)

ax

( MPa)

P/2

P

= 90 MPa


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RocosaCLASIFICACIN DE LAS ROCAS CON FINES GEOTCNICOS

1.-Aportan informacin sobre la composicin mineralgica, textura y la fabrica de lasrocas.

2.-Aportan informacin sobre la isotropa y la anisotropa estructural de la roca.


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La Primera clasificacin se refiere a la resistencia a la compresin simple. Estabasada en trminos cualitativos a partir de valores que se obtienen del ensayo.


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Otra clasificacin usada en rocas es el mdulo relativo que consiste en la relacin

entre mdulo de elasticidad y la resistencia la compresin simple (E/C)


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RocosaCLASIFICACIN DE LAS ROCAS CON FINES GEOTCNICOS.

Otra clasificacin relacionada a la clasificacin de las rocas, es el grado demeteorizacin o de alteracin de la roca o matriz rocosa. Es importante estudiar lameteorizacin debido a que aumenta la porosidad, la permeabilidad y ladeformabilidad del material rocoso y a su vez disminuye la resistencia.


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RocosaCLASIFICACIN DE LOS MACIZOZ ROCOSOS.

La clasificacin de los macizos rocosos esta basado en los siguientes factoresque determinan su comportamiento mecnico:

1.-Propiedades de la matriz rocosa.

2.-Frecuencia y tipos de discontinuidades, que definen el grado e fracturamiento,el tamao y formas de los bloques del macizo, sus propiedades hidrolgicas.

3.-Grado de meteorizacin o alteracin.4.-Estados de las tensones en situ.

5 presencia del agua.

Las clasificaciones mas importantes son:1.-RMR de Bieniawski.

2.-La q de Barton.

3.-Romana.

4.-RQD.


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RocosaCLASIFICACIN DE LOS MACIZOZ ROCOSOS.

Otras clasificaciones empleadas son

1.-INDICE DE VELOCIDAD RELATIVA: este ndice relaciona las velocidades delas ondas longitudinales medida en situ en el macizo rocoso con la velocidadmedida en probetas de matriz rocosa en el laboratorio (Vsitu/Vlab)


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RocosaMETEORIZACIN DE LOS MATERIALES ROCOSOS. La meteorizacin de lasrocas estn controlados por condiciones climticas y sus variables detemperatura, humedad, precipitaciones, regimenes de vientos, entre otros. Estas

variables, determinan el tipo y la intensidad de as transformaciones fsicas yqumicas que afectan los materiales.

Las acciones de origen fsico producen facturacin mecnica de las rocas. Entreestas tenemos:

1.-Gelifraxin.

2.-Insolacin: En climas ridos y la diferenciade temperatura enperiodoscortos detiempo, producen tensiones en las rocas por dilatacin y contraccion de las rocas.

3.-Formacion de sales.

4.-Hidratacin. Caso de las arcillas.

5.-Capilaridad. Especialmente en inrales laminados, micas y yesos.


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RocosaMETEORIZACIN DE LOS MATERIALES ROCOSOS.

Las acciones de origen qumico producen facturacin mecnica de las rocas.Entre estas tenemos:

1.-Disolucin.

2.-Hidratacin.

3.-Hidrolisis.

4.-Oxidacin y reduccin.

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