Esfuerzos distensivos
Criterios de rotura
La resistencia de la matriz rocosa isótropa se puede evaluar mediante los criterios de rotura de MohrCoulomb y de Hoek y Brown. La principal diferencia entre ambos es que el primero es un criterio lineal y el segundo no lineal.
Criterio de Mohr-Coulomb
Expresa la resistencia al corte a lo largo de un plano en un estado triaxial de tensiones, obteniéndose la relación entre los esfuerzos normal y tangencial actuantes en el momento de la rotura.
Criterio de Hoek y Brown
Para evaluar la resistencia de la matriz rocosa, es más adecuado un criterio no lineal, donde la representación gráfica de la rotura es una curva de tipo cóncavo. Es un criterio empírico de rotura no lineal válido para evaluar la resistencia de la matriz rocosa isótropa en condiciones triaxiales.
Triaxial
Procedimiento para medir la resistencia al esfuerzo cortante.
Rocas sedimentarias
Se forman en la superficie de la tierra por procesos de erosión y alteración de rocas preexistentes.
Rocas Metamórficas
Se produce por el contacto directo entre rocas y aumentos de temperaturas en formaciones adyacentes.
Rocas Ígneas
Son aquellas que se forman en zonas profundas de la corteza.
Modulo de Young
Es, por tanto, un ensayo para la clasificación de la roca por su resistencia y para la determinación de su deformabilidad.
Deformabilidad
Es la propiedad que tiene la roca para alterar su forma como respuesta a la actuación de fuerzas. La deformación será permanente o elástica.
El módulo de Young, E, define la relación lineal elástica entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida en la dirección de aplicación del esfuerzo.
Ensayos de laboratorio de resistencia y deformabilidad
Los métodos experimentales para determinar la resistencia y la deformabilidad de las rocas son independientes del criterio de rotura. Los ensayos de laboratorio de compresión uniaxial, compresión triaxial y tracción. Los ensayos de laboratorio se realizan sobre probetas cilíndricas de roca.
Ensayo uniaxial o de compresión simple
Permite determinar en laboratorio la resistencia uniaxial no confinada de la roca, o resistencia a compresión simple, y sus constantes elásticas.
Ensayo de compresión triaxial
Representa las condiciones de las rocas in situ sometidas a esfuerzos confinantes, mediante la aplicación de presión hidráulica uniforme alrededor de la probeta.
Factores que afectan a los resultados del ensayo de compresión triaxial
— Aumento de la resistencia de pico (aunque generalmente no es un incremento lineal).
— Transición de comportamiento frágil a dúctil en la probeta y en los mecanismos de deformación.
— La regíón correspondiente al pico de la curva se alarga y suaviza.
Ensayos de resistencia a tracción
Consiste en medir directamente la resistencia a tracción uniaxial de un cilindro de roca. Para ello se sujeta firmemente por sus extremos la probeta y se aplica una fuerza traccional uniaxial en la dirección de la mayor longitud de la probeta, hasta conseguir su rotura.
Ensayo de tracción indirecta o brasileño
Consiste en medir la resistencia a tracción uniaxial de una probeta de roca indirectamente, asumiendo que la rotura se produce por tracción cuando la roca se somete a un estado de esfuerzos biaxial.
Velocidad de ondas sónicas
Permite medir la velocidad de las ondas elásticas longitudinales y transversales, Vp y Vs, al atravesar una probeta de roca seca o saturada.
Limitaciones de los ensayos de laboratorio
El tipo y número de ensayos a realizar depende, principalmente, de la finalidad de las investigaciones y del tipo de proyecto; el tamaño, número y lugar de procedencia de las muestras a ensayar depende del problema de ingeniería geológica.
— Representadvidad.
Las muestras que se ensayan corresponden a puntos aislados del macizo rocoso, no siendo representativas.}
— Escala
Se ensayan pequeñas porciones de material, a partir de las cuales se pretende la caracterización y la predicción del comportamiento.
— Velocidad
Los procesos de deformación y rotura se reproducen en laboratorio generalmente en unos pocos minutos, mientras que en la naturaleza estos procesos pueden ser el resultado de condiciones y acciones a lo largo de periodos muy dilatados de tiempo.
Discontinuidades
Las superficies o planos de discontinuidad de los macizos rocosos condicionan de una forma definitiva sus propiedades y comportamiento resistente, deformaciones e hidráulico.
La orientación relativa de las discontinuidades con respecto a una instalación u obra de ingeniería excavación, cimentación, etc.) puede suponer que el terreno sea o no estable.
La resistencia al corte de las discontinuidades es el aspecto más importante en la determinación de la resistencia de los macizos rocosos duros fracturados.
Tipos de discontinuidades
discontinuidad hace referencia a cualquier plano de separación en el macizo rocoso, pudiendo tener origen sedimentario, como las superficies de estratificación o laminación, diagenètico o tectónico, como las diaclasas o las fallas.
— Diaclasas de origen tectónico asociadas a plegamientos y a fallas.
— Diaclasas en rocas ígneas formadas por contracción durante o después del emplazamiento del cuerpo ígneo.
— Diaclasas de relajación debidas a una reducción de la caiga litostática.
Los planos de estratificación
Son las superficies que limitan los estratos en las rocas sedimentarias.
Las superficies de laminación
Son discontinuidades sistemáticas que aparecen en las rocas sedimentarias, correspondiendo a los planos que limitan las láminas.
Los planos de esquistosidad
Aparecen en rocas que han sufrido una deformación importante, disponiéndose perpendicularmente a la dirección compresiva del máximo acortamiento
Las superficies de contacto litológico
Son planos singulares de separación entre diferentes fitologías de un macizo rocoso.
Meteorización
Es la alteración de los minerales debido a reacciones químicas de los minerales de las rocas.
Carácterísticas de las discontinuidades
Diferentes familias de discontinuidades en un macizo rocoso se incluyen las siguientes carácterísticas y parámetros geométricos: orientación, espaciado, continuidad o persistencia, rugosidad, abertura, relleno, filtraciones y resistencia de las paredes.
Resistencial al corte de los planos de discontinuidad
La resistencia al corte de las discontinuidades depende fundamentalmente de la fricción de los planos y, en menor cuantía, de la cohesión.
Criterio de Barton y Choubey
Permite estimar la resistencia al corte en discontinuidades rugosas.
Con la relación de Barton y Choubey se obtienen 0ángulos de rozamiento muy altos para tensiones de compresión muy bajas sobre la discontinuidad.
Discontinuidades con relleno
Un aspecto definitivo es el tipo de relleno, que, en términos generales, puede sen
— Arcilloso.
— Brechas o fragmentos angulares rocosos con mayor o menor proporción de matriz arcillosa.
— Materiales cristalizados (calcita, yeso, etc.).
Ensayo de laboratorio de resistencia al corte
Determina la resistencia al corte de pico y residual en discontinuidades en función de los esfuerzos normales aplicados sobre el plano, y consiste en aplicar esfuerzos tangenciales a una muestra de roca que contiene la discontinuidad a ensayar hasta provocar el desplazamiento relativo entre las dos partes.
La célula de Hoek
Es un aparato de corte portátil para la realización de ensayos en campo o en laboratorio, con el mismo procedimiento descrito anteriormente.
Permeabilidad y presión de agua
La permeabilidad de una discontinuidad depende de su abertura y tipo de relleno. La abertura está condicionada por el estado de esfuerzos del macizo; portanto, la permeabilidad es también función de los es-fuerzos in situ.
Resistencia y deformabilidad de macizos rocosos
Es función de la resistencia de la matriz rocosa y de las discontinuidades, siendo ambas extremadamente variables, y de las condiciones geoambientales a las que se encuentra sometido el macizo, como las tensiones naturales y las condiciones hidrogeológicas.
Según el grado de fracturación del macizo, su comportamiento y propiedades resistentes quedarán definidas por:
— La resistencia de la matriz rocosa (isótropa o anísótropa).
— La resistencia al corte de una familia de discontinuidades.
— La resistencia al corte de 2 ó 3 familias de discontinuidades (siempre que sean representativas en el macizo).
— La resistencia global de un sistema de bloques rocosos con comportamiento isótropo.