Juan Pablo Cooper Weinstein Ingeniería Civil de Minas Geomecánica – Geomecánica – Sr Carlos González Universidad Pedro de Valdivia – Valdivia – La Serena
Angulo de Fricción Es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, el cual es un concepto básico de la física: Coeficiente de rozamiento = Tan φ Depende de varios factores, algunos son: Tamaño
de los granos Forma de los granos Distribución de los tamaños de granos Densidad
Angulo de Fricción Es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, el cual es un concepto básico de la física: Coeficiente de rozamiento = Tan φ Depende de varios factores, algunos son: Tamaño
de los granos Forma de los granos Distribución de los tamaños de granos Densidad
agn u e ngu o e fricción • Se refiere al ángulo de resistencia al rozamiento, depende del estado actual de la tensión en el cuerpo rocoso. • Geográficamente se representa con un ángulo de la tangente en los círculos de Mohr construidos por el último estado de tensión. • El valor de φ decrece gradualmente con el aumento del valor de la tensión σ . • Si se excede el régimen estático (inicio de la deformación plástica) • φ = 0 y el valor del ángulo de fricción interna se denota con el valor φ0 asociado con valor de tensión σ = 0.
La tracción de círculos Rt y compresión de círculos R d en el circulo de Mohr, es reemplazada por la tangente de ambos ángulos La magnitud de los ángulos de fricción interna vienen dados por:
Propiedades geomecánicas de la roca matriz
Resistencia al cortante de Macizos Rocosos
Se analiza asumiendo que la roca se comporta de acuerdo a Mohr-Coulomb.
La roca puede ser intacta o fracturada. Para ensayos de roca intacta se utiliza el ensayo de Compresión Simple, en el cual se obtiene el ángulo de fricción y cohesión de las rocas.
Como la resistencia no es lineal, las características de resistencia dependen del nivel de fuerza normal y La compresión uniaxial es el ensayo más apropiado para la caracterización de rocas ígneas intactas.
El carbón es una de las rocas que presenta menor resistencia a la compresión.
Valores típicos de parámetros de resistencias para rocas
Valores típicos de resistencias de rocas en N/mm2 y ensayos de compresión Uniaxial
Ángulos de fricción típicos de rocas
Para
la correcta interpretación, es importante que se realice una descripción muy clara de la discontinuidad antes y después de la falla.
Se
sugiere tomar fotografías utilizando luz reflectora para enfatizar la aspereza , se debe indicar la naturaleza y mineralogía de las superficies y materiales dentro de la discontinuidad.
Los
perfiles importantes.
de
aspereza
son
muy
Aspereza • La aspereza de las superficies de roca tiene un efecto significativo sobre el ángulo de fricción. • Estas irregularidades de la superficie (asperitas) produce un entrelace entre las superficies de las fracturas que incrementa la resistencia al deslizamiento. Las Asperitas pueden ser consideradas en su forma más simple como una serie de dientes de sierra. • La resistencia al cortante puede considerarse:
Donde i es la inclinación de los dientes de sierra. Las Asperitas pueden cortarse con una subsecuente reducción del ángulo de fricción a altos niveles de esfuerzo de compresión. Una fractura rugosa que inicialmente tiene un ángulo de fricción φ + i conocida como resistencia pico, disminuye su ángulo de fricción, a un ángulo de fricción residual. Cuando las paredes de la discontinuidad se encuentran inalteradas, el ángulo de fricción residual es igual al ángulo de fricción pico.
El ángulo de fricción residual φr para la mayoría de las rocas varía generalmente, entre 25 y 30 grados.
Para cuantificar la relación entre el ángulo de fricción total (φ + i), la resistencia de la roca y la presión normal; Barton (1976) definió la siguiente ecuación :
JRC = Coeficiente de rugosidad de la junta Σj = Resistencia a la compresión de la roca en la superficie de la fractura σ = Esfuerzo normal efectivo. ´
Barton consideró que la resistencia la cortante de las discontinuidades son la suma de tres componentes: a.Un componente de fricción básico dado por φr . b.Una componente geométrica, controlada por la rugosidad JRC. c.Una componente de la falla de las asperitas, controlada por σj / σ . ´
Las Condiciones de resistencia al cortante depende de las condiciones geológicas. De acuerdo a Wyllie y Norrish(1996):
• Fractura rellena Si el relleno es de arcilla el ángulo de fricción tiende ha ser bajo.
• Fractura lisa Una fractura lisa y limpia no posee cohesión y la fricción depende de las características de la superficie de la roca.
• Fractura rugosa La fractura rugosa limpia no tiene cohesión. Al aumentar la presión normal, las asperezas son progresivamente cortadas y el ángulo de fricción disminuye .
• Roca dura fracturada La superficie de corte queda parcialmente intacta y en discontinuidades y la resistencia al cortante posee una superficie curva. A presiones normales altas los fragmentos de roca se pueden desmoronar y el ángulo de fricción disminuye. La forma de la envolvente de falla depende del grado de fracturación y de la resistencia de la roca intacta • Roca intacta débil Poseen una cohesión alta, similar a la de una roca dura fracturada. En rocas los ángulos de fricción pueden alcanzar valores de hasta 70 grados. Al existir una fracturación demasiado extensiva, el valor de la fricción de la masa rocosa baja considerablemente.
Software geotécnico GEO5; programa de análisis y diseño geotécnico • El software incluye programas que resuelven un problema geotécnico específico. Además de las tareas comunes en ingeniería geotécnica, el conjunto también incluye aplicaciones muy sofisticadas para el análisis de túneles, daños en edificios, estabilidad de taludes en roca, etc.
