Aplicación del módulo de Young

Primero nos permite relacionar la respuesta de los materiales a distintos esfuerzos y su posible comparación con distintos materiales. puede afectar por ejemplo:

En la aplicación en las obras Cuando la roca es soporte de otras estructuras: cimentaciones de edificios, presas etc

Cuando la roca constituye la estructura: excavaciones de túneles, taludes etc

Cuando la roca es material de construcción: material de préstamo, terraplenes, rellenos etc

Cuando el macizo rocoso es excavado o se construye sobre él, se modifican las condiciones iniciales de este, la respuesta a estos cambios es la deformación o la ruptura o ambos. El conocimiento de las deformaciones y las tensiones que puede llegar a soportar el macizo rocoso en estas nuevas condiciones, permite evaluar su comportamiento mecánico y abordar el diseño de estructuras y obras de ingeniería

La relación entre ambos parámetros describe el comportamiento de los macizos rocosos, el que depende de las propiedades físicas y mecánicas y de las condiciones a los que están sometidos en la naturaleza.

Entonces nosotros vemos que el módulo de Young y coeficiente de poisson no permite conocer el comportamiento del material y en base a eso realizar las distintas obras de ingeniería.

La deformación y el esfuerzo están relacionadas entre sí por el módulo de Young (E) y el coeficiente de Poisson (v), que son dos constantes elásticas e independientes propias de cualquier material homogéneo e isótropo. Su uso es para determinar laelasticidad de la masa rocosa y la respuesta de la roca ante los esfuerzos inducidos

Taludes

Las tensiones naturales pueden jugar un papel importante en la estabilidad de los taludes rocosos. La liberación de tensiones que puede suponer la excavación de un talud puede originar tal decompresion que el material se transforma y fragmenta por las zonas mas debiles y pasa a comportarse como un suelo. Este efecto se ha comprobado en explotaciones mineras de Cordoba en taludes lutiticos sometidos a elevadas tensiones internas, fragmentandose la ≪formacion rocosa ≫ hasta quedar convertida en un material granular con fragmentos centimetricos (con varios metros de espesor desde la superficie del talud), dando lugar al desmoronamiento de taludes.El estado tensional de un talud depende de su configuración geometrica y del estado de tensiones del macizo rocoso previo a la excavacion.

En la Figura 9.9 se presenta un ejemplo de la distribucion de los esfuerzos litostaticos despues de realizar una excavacion. En excavaciones profundas, las elevadas tensiones que se generan en zonas singulares como el pie del talud pueden dar lugar a condiciones de desequilibrio, llegando incluso a producirse deformaciones plasticas. Tambien en la cabecera del talud se generan estados

tensionales anisotropos con componentes traccionales que provocan la apertura de grietas verticales.

Si un macizo rocoso esta sometido a tensiones de tipo tectonico, al realizarse una excavacion tiene lugar la liberacion y redistribucion de las mismas; esta modificacion del estado tensional previo contribuye a la perdida de resistencia del material. Las discontinuidades y las zonas con estructuras compresivas (por ejemplo pliegues) pueden convertirse en zonas de debilidad por la aparicion de tensiones distensivas o traccionales. El efecto de relajacion que produce la excavacion puede dar lugar a desplazamientos en el macizo rocoso, al tender a un nuevo estado de equilibrio,

generandose grietas o aperturas de los planos de discontinuidad, que juegan un papel importante en las fases iniciales de los procesos de inestabilidad. Este reajuste es funcion tambien del tipo, estructura y resistencia del macizo, y disminuye con el tiempo. El estado tenso-deformacional de un macizo rocoso debe ser considerado en los analisis de estabilidad si puede afectar a su comportamiento y propiedades resistentes, sobre todo en excavaciones profundas (a partir de 50 m). Un aspecto importante es la relación entre las tensiones verticales y horizontales, K = o J o v.

En funcion de su resistencia, dos macizos rocosos sometidos a igual caiga vertical, pueden soportar muy distintos empujes horizontales. Fenomenos geológicos como la erosion o los procesos neo tectonicos pueden contribuir a la variación de las relaciones entre aH y uv en una zona.

Metodos tenso-deformacionales

Estos metodos constituyen una alternativa a los metodos

de equilibrio limite, siempre y cuando su utilizacion

este justificada y sea apropiada para el analisis

del talud considerado. Su principal ventaja es que

consideran las relaciones tension-deformacion que

sufre el material durante el proceso de deformacion y

rotura, siendo estas relaciones las que dan la pauta de

su comportamiento y las que controlan su resistencia.

Ante unas determinadas cargas, el terreno se deforma

en funcion de sus propiedades resistentes y deformacionales,

siguiendo su ley de comportamiento hasta

alcanzar, en su caso, la rotura, a la vez que se van

generando diferentes estados tensionales en las distintas

zonas del talud. Los metodos tenso-deformacionales

permiten modelizar esta evolucion a partir del modelo

geometrico representativo de la estructura,

estratigrafia e hidrogeologia del talud o ambito de estudio

considerado (debiendose aplicar unas determinadas

condiciones de contomo al modelo), de la aplicacion

de la ley de comportamiento adecuada del

material y de las propiedades resistentes y deformacionales

de las diferentes fitologias involucradas en el

modelo. La resolucion de las ecuaciones de la elasticidad

o plasticidad (u otro modelo de comportamiento)

mediante el metodo de los elementos finitos, u

otro metodo matematico, aporta los valores de los

desplazamientos, deformaciones y tensiones que se

van generando en todo el modelo analizado, proporcionando

la naturaleza y magnitud de los desplazamientos

del material compatibles con el estado de

equilibrio del talud.

A diferencia de los metodos de equilibrio limite,

que consideran unicamente las fuerzas que actuan sobre

uno o varios puntos de la superficie de rotura, y que suponen que la rotura se produce de forma instantanea

y que la resistencia se moviliza al mismo tiempo

a lo largo de toda la superficie, los metodos tension-

deformacion analizan el proceso de deformacion

en cada uno de los puntos seleccionados del modelo;

estos metodos permiten evaluar, asi mismo, la influencia

de los diferentes parametros en el estado de

estabilidad del talud, como tensiones naturales del terreno,

fuerzas dinamicas, presiones de agua, etc.

El conocimiento de la ley o leyes de comportamiento

que siguen los materiales es fundamental para

la modelizacion, asi como la determinacion de los valores

de sus parametros resistentes y deformacionales,

lo que constituye la principal limitacion de este tipo

de metodos.

Los diferentes programas de ordenador disponibles

proporcionan salidas graficas con los desplazamientos,

tensiones, deformaciones, etc., del talud, que permiten

deducir las zonas con riesgo de inestabilidad y

b s mecanismos y modelos de rotura, pudiendo tambien

proporcionar el valor del coeficiente de seguridad

(que no es exactamente igual que en los metodos

de equilibrio limite, al no definirse concretamente una

superficie de rotura). En las Figuras 9.47 y 9.48 se

muestran ejemplos de los resultados obtenidos del

analisis tenso-deformacional de taludes.

Tuneles

Las tensiones actuantes sobre una excavacion subterranea

son de dos tipos: naturales e inducidas. Las primeras corresponden al estado de esfuerzos naturales como consecuencia de los procesos tectonicos, gravitacionales, etc., y el segundo tipo responde a la redistribucion de tensiones como consecuencia de la excavacion. Para disenar una excavacion subterranea se necesita conocer la magnitud y la direccion de las tensiones naturales, tanto para el calculo de los sostenimientos como para analizar la seccion y el proceso constructivo. Si las tensiones alcanzan valores muy altos, este factor constituye un riesgo que puede ocasionar

fenómenos de explosion de roca o deformaciones importantes de costosa solucion. El estudio de las tensiones y los metodos para su medida han sido descritos en el

Apartado 3.7 del Capitulo 3.

Los tuneles o las explotaciones mineras bajo el efecto de tensiones muy altas pueden presentar riesgos de colapso, explosiones de roca y grandes deformaciones (Figura 10.35). En funcion de la relacion entre la magnitud de las tensiones y la resistencia uniaxial oci de la roca, la respuesta del macizo a los esfuerzos puede ser la siguiente:

— Deformacion elastica con roturas de tipo fragil, caracteristica de rocas duras en tuneles, en

general, profundos: riesgo de explosion de roca y de tajamientos.

— Deformacion plastica tipica de rocas blandas: riesgo de plastificacion y otras deformaciones. En el caso de roturas fragiles con riesgo de explosión de roca se pueden producir accidentes, precisando la excavacion de medidas especiales de sostenimiento, por lo que es importante prever esta situacion. Uno de los criterios empiricos para evaluar la estabilidad en tuneles profundos en rocas de resistencia muy

alta es el de Hoek y Brown (1980):

av/ac! =v(1-v)= 0,1: excavacion estable.

av/aci = v(1-v)=0,2-0,3: riesgo de lajeamiento.

ov/aci > 0,5=v(1-v) : riesgo de explosion de rocas.