Fundamento Mecánica de Rocas

Semestre Otoño 2015

Daniela González Guerradaniela.gonzalez91@inacapmail.cl

Ensayos

• Carga puntual (Franklin)• Martillo de Schmidt • Tracción Indirecta• Triaxial• Ensayo brazileño

• Para conocer el comportamiento mecánico de un macizo rocoso se utilizan las propiedades mecánicas:– Deformidad– Resistencia

Deformabilidad• Se produce cuando un material está sujeto a

un esfuerzo

A comportamiento elástico; B comportamiento plastoelástico; C comportamiento elastoplástico; (heterogenea)D comportamiento plasto-elastoplástico

Tensión vs esfuerzo

Elasticidad de las rocas• Deformación recuperable instantáneamente al

remover el esfuerzo – analogía: resorte

• Homogeneidad• Isotropía• Continuidad

• Materia rocoso elástico: grano fino, masivo y compacto (rocas extrusivas)

• Menor elasticidad: Rocas igneas de grano grueso y sedimentos compactos de grano fino (semi elasticas)

Conceptos previos• Ley de Hooke• Modulo de Young

Tensión deformación• Para estudiar el comportamiento mecánico de

los materiales, se recurre a la experimentación sometiendo a esfuerzos progresivos y registrando la deformación resultante. Estos datos se expresan en diagramas Tensión- deformación - ley de Hooke

a: límite de proporcionalidad,

Será elástico si se disminuye el lentamente el esfuerzo aplicado

Ley de Hooke• Establece que el alargamiento unitario (ε) de

un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada

• Un material isotrópico homogéneo elástico obedece la Ley de Hooke

• σ = E * εE (Módulo de Young): mide la “firmeza” del material bajo experimentos de elongación

Modulo de Young• Parámetro que caracteriza el comportamiento

de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza.

E=σ/ε

• Recordemos… • Esfuerzo (σ)= F t / At• Deformación unitaria (ε )= Δl / Lo

Por lo tanto E: F*Lo At* Δl

Lo

At

At: área transversalFt: Fuerza perpendicular a At

Lf

Δl

Ft

Factores de plasticidad y rigidez de las rocas

• La temperatura• La presión confinante• Contenido en fluido de la roca. (humedad

disminuye la rigidez de las rocas y aumenta su plasticidad)

• El tiempo de actuación de la fuerza (ductil-fragil)

• Composición y estructura de la roca

Resistencia• “La resistencia de los macizos rocosos es función

de la resistencia de la matriz rocosa, de las discontinuidades y de las condiciones geoambientales a las que se encuentra sometido el macizo, como las tensiones naturales y las condiciones hidrogeológicas”

• La resistencia del macizo rocoso queda expresada en términos de las propiedades resistentes que el mismo posea, cohesión C y ángulo de rozamiento interno Ø.

Resistencia• Se consideran 3 clases de esfuerzo:• Compresión (reducción del volumen)• Tensión (fracturas en el material)• Cortantes (desplazamiento una con respecto a

la otra)

RESISTENCIA A LA COMPRESION

• Es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por cizalla o extensional

d: : punto de ruptura

• Al aumentar el esfuerzo se llega finalmente al punto d, denominado punto de ruptura, donde el cuerpo experimenta una fracturación catastrófica por cizalla o fisuración extensional. Este punto de ruptura define, en términos del esfuerzo compresivo, la resistencia a la compresión (R).

• la resistencia a la compresión aumenta a medida que aumenta el tamaño de grano de los materiales, a igualdad de otras variables como composición mineral, estructura, porosidad, cementación, etc.

RESISTENCIA A LA TENSION

• es el esfuerzo tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación extensional.

• es una indicación del grado de coherencia del material para resistir fuerzas “tirantes”

Va a depende de la resistencia de los minerales, del área interfacial entre granos en contacto y del

cemento intergranular e intragranular.

RESISTENCIA A LA FLEXION

• Es la resistencia de un material a ser doblado (plegado) o flexurado.

RESISTENCIA A LA FLEXION