Fundamentos de Geomecánica
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28-08: Introducción
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04-09: Esfuerzos Planos
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11-09: Ayudantía Esfuerzos Planos
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18-09: Fiestas Patrias
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25-09: Esfuerzos en tres dimensiones
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02-10: Análisis de deformación
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09-10: Teoría de Elasticidad y Soluciones Elásticas
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16-10: PEP 1
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1. ¿QUÉ ES LA MECÁNICA DE ROCAS? Una definición ampliamente aceptada de mecánica de rocas, es la ofrecida por el US National Committee on Rock Mechanichs en 1964, y subsiguientemente modificada en 1974: Mecánica de Rocas es una ciencia teórica y aplicada del comportamiento mecánico de la roca y de los macizos rocosos, es una rama de la mecánica preocupada por la respuesta de la roca y de los macizos rocosos al campo de fuerzas y su ambiente físico. La mecánica de rocas forma parte de la geomecánica, la cual esta preocupada de la respuesta mecánica de todos los materiales geológicos, incluyendo los suelos. La mecánica es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.
2. OBJETIVOS DE LA MECÁNICA DE ROCAS Caracterización del Comportamiento Mecánico de la Roca Intacta, Discontinuidades Geológicas y Macizo rocoso. Análisis de Esfuerzo, Deformaciones y Energía Almacenada para Macizos Rocosos en condiciones Estáticas y/o dinámicas. Diseño y Evaluación de Estabilidad de Excavaciones Superficiales y/o Subterráneas en el Macizo Rocoso.
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3. MACIZO ROCOSO COMO UN MATERIAL TIPOS DE MATERIAL & MODELOS GEOMECÁNICOS
r 2 r
r 2 r 1
r 1
Material Isotrópico r ( q ) = r 0
Material Anisotrópico r 1 r ( q )
q
r 2
Material Direccional r
=
r ( q )
Material Homogéneo
Material Heterogéneo
Material Continuo
Material Discontinuo
Modificado de Karzulovic (2001)
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COPORTAMIENTOS ESFUERZO-DEFORMACIÓN
Tomado de K arzulovic (2001)
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Tomado de K arzulovic (2001)
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Tomado de K arzulovic (2001)
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4.
DEFINICIONES ROCA INTA CTA
VOLUMEN DE ROCA DE TAMAÑO “PEQUEÑO” PERO REPRESENTATIVO DE LA PETROFÁBRICA DE LA ROCA CONSIDERADA, SIN MOSTRAR IRREGULARIDADES NI DEFECTOS TALES QUE INFLUYAN EN SU COMPORTAMIENTO MECÁNICO “PROPIO”, ESPECIALMENTE EN LO QUE DICE RELACIÓN CON LA CINEMÁTICA DE SU RUPTURA. SE ENTIENDE COMO VOLUMEN “PEQUEÑO” EL DE UNA PROBETA TÍPICA DE LABORATORIO, O SEA DEL ORDEN DE 10-4 A 5-3 m3 (PROBETAS DE 42 A 150 mm DE DIÁMETRO Y DE 84 A 300 mm DE ALTO). SE ENTIENDE POR IRREGULARIDADES LA PRESENCIA DE CUERPOS QUE PUEDAN AFECTAR EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LA PROBETA (POR EJEMPLO CLASTOS DE TAMAÑO GRANDE, AMÍGDALAS, VETILLAS, ESTRUCTURAS SELLADAS, ETC.) SE REFIERE A LOS BLOQUES DE ROCA NO FRACTURADOS QUE SE GENERAN ENTRE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES EN UN MACIZO ROCOSO. ESTOS TROZOS O PEDAZOS DE ROCA PUEDEN IR DESDE UN RANGO DE POCOS CENTÍMETROS A VARIOS METROS EN TAMAÑO Y SU COMPORTAMIENTO GENERALMENTE ES ELÁSTICO E ISOTRÓPICO; HOEK, KAISER Y BAWDEN (1998).
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POR DEFECTOS SE REFIERE A HUECOS, FRACTURAS U OTRO TIPO DE DISCONTINUIDADES EN LA MATERIA ROCOSA (POR EJEMPLO: POROS, VESÍCULAS, FRACTURAS, ESTRUCTURAS ABIERTAS, ETC.). RESPECTO A LA DEFINICIÓN DE “ROCA INTACTA’’ ES CONVENIENTE NOTAR LO SIGUIENTE:
INCLUYE ROCAS A LTERADAS, POR LO QUE UN “MISMO TIPO’’ DE ROCA INTACTA INCL UYE NO SÓLO EL MISMO TIPO DE ROC A (LITOL OGÍA ), SINO QUE TA MB IÉN EL MISMO TIPO Y EL MISMO GRA DO DE A LTERAC IÓN. ESTÁ IMPL ÍCITAM ENTE AS OCIAD A AL CO MPORTAMIENTO MECÁNICO DEL VOL UMEN DE ROCA CONSIDERADO.
LA ROCA INTAC TA ES, EN GE NERA L, HOM OGÉNEA PE RO, DEPEND IENDO DE SU PETROFR ÁBICA , PODRÁ SER ISOTRÓPICA O A NISOTRÓPICA
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ESTRUC TURA S GEOL ÓGICA S
DISCONTINUIDADES PLANAS QUE ATRAVIESAN LA ROCA Y CUYA GENÉSIS ESTÁ ASOCIADA A UNO O MÁS PROCESOS GEOLÓGICOS. PUEDEN SER DE DISTINTOS TIPOS: LAMINACIONES, PLANOS DE ESTRATIFICACIÓN, FISURAS, DIACLASAS, FALLAS, ETC. PUEDEN ESTAR ABIERTAS O SELLADAS. SU PRINCIPAL CARACTERÍSTICA ES QUE CONSTITUYEN PLANOS DE DEBILIDAD O DE MENOR RESISTENCIA QUE LA ROCA. USUALMENTE, EN EL MACIZO ROCOSO APARECEN AGRUPADAS EN FAMILIAS O SISTEMAS. SU EXTENSIÓN O PERSISTENCIA PUEDE VARIAR MUCHO Y DEPENDIENDO DEL VOLUMEN QUE INTERESE , ALGUNAS PODRÁN TRTATARSE EN FORMA ESTADÍSTICA MIENTRAS QUE OTRAS DEBERÁN CONSIDERARSE INDIVIDUALMENTE.
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MA CIZO ROCOSO
VOLUMEN IMPORTANTE DE ROCA QUE SE ENCUENTRA INTERSECTADO, TOTAL Y/O PARCIALMENTE, POR ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS; LAS CUALES DEFINEN NUMEROSOS “SUB-VOLÚMENES” O “BLOQUES DE ROCA” QUE, EN CONJUNTO, CONFORMAN EL MACIZO ROCOSO. POR LO TANTO, PUEDE SEÑALARSE QUE EL MACIZO ROCOSO ESTÁ CONFORMADO POR UN CONJUNTO DE BLOQUES (LOS MÁS PEQUEÑOS CORRESPONDEN A “ROCA INTACTA”), CUYAS GEOMETRÍAS Y DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS QUEDA DEFINIDA POR LAS ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS. LUEGO, PARECE EVIDENTE QUE EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DEL MACIZO ROCOSO DEPENDERÁ DE LOS SIGUIENTES FACTORES:
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS BLOQUES QUE LO CONSTITUYEN (ROC A INTAC TA) PROPIEDADES ESTRUCTURAS ROCOSO
DE LAS DEL MACIZO
INTERA CCIÓN DEL CO NJ UNTO DE BLOQUES
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EFECTO DE ESCALA CORRESPONDE AL CAMBIO QUE EXPERIMENTAN LAS MAGNITUDES DE LAS PROPIEDADES DE UNA MUESTRA DE ROCA EN LA MEDIDA QUE AUMENTA EL VOLUMEN O TAMAÑO DE LA MISMA.
a d i d e M d a d e i p o r P
Volumen de Roca Ensayado
Cunha, A. P. (1990): “Scale Effects in Rock Mechanics”
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PROBETA DE ROCA INTACTA
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MACIZO ROCOSO A ESCALA “ 0” -1 ( 10 m3 < Vol < 100 m3 )
AUMENTA EL EFECTO DE ESCALA
MACIZO ROCOSO A ESCALA “ 1” ( 100 m3 < Vol < 10 1 m3 ) MACIZO ROCOSO A ESCALA “ 2” ( 101 m3 < Vol < 102 m3 )
Tomad o de Karzulov ic (2001)
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