Comportamiento Mecanica de Las Rocas

COMPORTAMIENTO MECANICA DE LAS ROCAS 2.PROPIEDADES MECANICAS Las propi edades mecáni cas definen l a capaci dad del ma mat er i al para resi st i r acci onesext ernas o i nt ernas quei mpl i can l a apl i caci ón def uer zassobreelmi smo mo. mpre si ón,t ensi ón(  fl ón Esenci al ment e, est as f uer zas son decomp o ext ensi ón fle ) , exi  y  y mpact o. dei 2.1.RESISTENCIA A LA COMPRESION

Lar esi st enci aal acomp mpresi ón esl acarga( opeso)poruni daddeáreaal aqueel mat eri al f al l a( se romp mpe) porf ract uraci ónporc Fi gura 6) . Est a i z al l aoe x t e ns i o nal( propi edad esmu muy i mport ant een l a mecáni ca de mat er i al es,t ant o en si t uaci ón no confinada( i . e. ,uni )como moconfinada( i . e. ,t ) .Dadoquel osmat eri al escerca ax i al r i axi al de l a superfici et err est re, i ncl uyendo l os edi fici os, suel en est ar some met i dos a condi ci ones no confinadas,consi deraremo mos excl usi vame mente est a si t uaci ón.En est e st enci aal a comp mpr esi ónuni axi al( ongi t udi nal caso,l aresi i . e. ,l )semi mi deen una uer zocomp mpresor( prensahi drául i caquer egi st raelesf σl )apl i cadosobreunaprobet a orma maci ón l i neal( dema materi alenunadi recci ón delespaci o,yl adef εl )i nduci daenesa mi sma madi recci ón.

Fi g ur a6.De sar r o l l odef r ac t ur ase xt e ns i o nal e sydec i z al l ac o mo mor e sul t adode compr esi ón.

Es i mport ant ei ndi carque l os r esul t ados obteni dos en l os experi mentos de resi st enci aal acomp mpresi ónparaunmi smo moma mat er i aldependedel af ormayt ama mañode l a pr obet a.Así ,l os pri sma mas y ci l i ndr os l argos pr esent an menoresresi st enci as a l a comp mpresi ónquel oscubosconl a mi sma maáreadesecci ón,yest osasuvezmenoresque l os pri sma mas y ci l i ndros cor t os ( con al t uras menores que sus l ados o radi os) . I gual ment e,l a resi st enci aal a comp mpr esi ón depende de l at asa de apl i caci ón de l a car ga,de f orma quea mayor esvel oci dades de comp mpr esi ón mayoreselval orde l a

resi st enci a.La met odol ogí a exper i mentalpuede segui rl a norma ASTM D314886, según l a cual l as probet as de muest ra serán ci l í ndri cas, con una rel aci ón al t ura/di ámet ro comprendi da ent r e 2. 5 y3 ( e. g. ,10 cm de al t ura por4cm de di ámet ro) . Deben ensayar se al menos 5 probet as por cada t i po de mat er i al , mant eni endo l at asa deapl i caci ón del a carga const ant e( ent r e0. 5 y1MPa/s) .Por ot ra part e,hay que evi t aruna mal a col ocaci ón de l a probet a en l a prensa,para asegurarunadi st ri buci ónhomogéneadelesf uer zocompresor . Elesfuerzoesi gualal af uerz aapl i cadaporsecci ónosuperfici e:

donde:Fles l a f uer za apl i cada l ongi t udi nal ment e, expr esada ennewt onsen el 2 si st emamks( N=kg· m· s) ,di nasenelsi st emacgsoki l ogramos-f uerz aen el si st emat écni co sl asecci ón del apr obet a( m2)y Se σle s el esf uer zo l i neal expresado enPa( N/m2) , di nas/cm2  okg/m2  ( l as di mensi onesdelesf uer zosonl asmi smasquel asdepresi ón) . Dadoquel af uerz aesunvect or ,t ambi énl oeselesf uerz o.Así ,dadoqueelsi gno del af uer zaset omanegat i voporconveni ocuandoescompr esi va,yposi t i vocuando est ensi onal ,elesf uerzocompresoresnegat i voyelt ensoresposi t i vo. ormaci ón l i neales i Ladef gualalcambi o de l ongi t ud experi ment ado por l a l ongi t udori gi naldel apr obet a:

donde:l m)esl al ongi t udori gi nal 0( ( m)esl al ongi t udfinal l 1  ( m)eseli ncrement odel ongi t uddel apr obet a. ∆l Puest oquealcompri mi rl essi empremayorquel lyl  son negat i vos( posi t i vosparael 0  1, caso det ensi ón) .Elval ordeεl  ( queesadi mensi onal )esgener al ment emuypequeño paramat eri al espét reos( delordende0. 01ymenores) . La def ormaci ón i nduci da sobreun cuerpo debi da a l a acci ón deun campo de c a p ást i ca.Ladef f uerz asext eri orespuedeserelásti o l ormaci ónesel ást i cacuandoel cuerpor ecuper asuf ormayvol umeni ni ci al esunavezcesadal aacci ón del asf uer zas ext ernas.En caso cont rari o,l a def ormaci ón es pl ást i ca ( est o es,sil a def ormaci ón per si st e en part e) . El que l a def ormaci ón sea el ást i ca o pl ást i ca depende de l a natural ezadelcuerpo,del at emperat ura,ydelgradoyt asa( vel oci dad)dedef ormaci ón alque ha si do somet i do. A t emperat ura const ant e,l os mat eri al es se comport an normal ment ecomoel ást i coscuandol osesf uer zosapl i cadosson pequeños,sibi en se t ornan pl ásti coscuandol osesf uerz ossuperanunci ert ol í mi t e. Para est udi arelcomport ami ent o mecáni co de l os mat eri al es,serecurre a l a experi ment aci ón somet i endo a l os mi smos a esf uer zosprogresi vosy r egi st rando l a def ormaci ón r esul t ant e.Est os dat os seexpr esan en di agramasσlεl   como l os del a Fi gura7,dondet omal af ormadecurvassi mi l ares( en f orma)al asobt eni dasen l os ensayosdesucci ón capi l ar .Enl aFi gura7puedeapreci arseun t ramodel acurvaσlonde el esf uer zo es di r ect ament e proporci onal a l a def ormaci ón. Est e εld

ey deHooke, que apl comport ami ento const i t uye l al i ca sol o para pequeñas í mi t e de proporc i onal i dad, def or maci ones, hast a un l í mi t e denomi nadol represent ado enl a Fi gura7 porelpunt oa.En est et ramo,elcomport ami ent o del mat eri ales el ást i co,est o es,sise di smi nuye elesf uer zo apl i cado l ent ament e,se recorr eelmi smot ramodel acurvaen sent i docont rari o,hast aal canzarelpunt ode ori gen donde elesf uerzoy l a def ormaci ón son nul os.La proporci onal i dad ent re el o esf uer zoy l a def ormaci ón en elt ramo del al eydeHookepermi t edefini relmódul deYoungomódul o de el ast i ci dad ( . Est e módul o es l a const ant e de E) proporci onal i dad,demaner aque:

donde elmódul o de el ast i ci dadEes posi t i vo ( σlyεls on negat i vos)y pr esenta l as mi smasdi mensi onesqueelesf uer zoya queεlesadi mensi onal .Elval ordelmódul o deYoungescaracterí st i coparadi st i nt osmateri al es,porl oquepuedeut i l i zarsepara compararl ascaract erí st i casmecáni casdel osmi smos.

Fi g ur a7.Cur v ae s f ue r z o de f o r mac i ó npar ac o mpr e s i ó n,c o ni l us t r ac i ó ndel o st r amo s el ás t i c oypl ás t i c o.

Para def ormaci ones superi oresall í mi t e de proporci onal i dad,exi st e un ci ert o t ramodel a curvaσlεld ondeelcomport ami ent odelmat eri alesel ást i co,aunqueno exi st e proporci onal i dad ent r e elesf uerzo y l a def ormaci ón.Ell í mi t e en elque el í mi t e el ást i co, comport ami ent o del mat er i al dej a de ser el ást i co se denomi nal represent adoporelpunt o   del acurvaenl aFi gura7.  b  Alaument arelesf uerzoysuperarseell í mi t eel ást i co( punt ob) ,l adef ormaci ón   aumenta rápi dament e y esen part e permanent e.Así ,sisedi smi nuyeelesf uer zo apl i cadol ent ament eapart i rdelpunt oc  del acurva,ser ecorr eráelt rayect oi ndi cado poruna flecha de punt os hast a al canzarelpunt o donde elesf uer zo esnul o,pero exi st eunaci ert adef ormaci ónpermanent e( elcuerponor ecuperasul ongi t udori gi nal ) . o de  Al aument ar el esf uerzo se l l ega final ment e al punt od, denomi nad p o unt ruptura, donde el cuer po experi ment a unaf ract uraci ón cat ast rófica por ci zal l a ofisuraci ón ext ensi onal . Est e punt o de rupt ura define, en t érmi nos del esf uer zo st enci aa l acompr esi ón  compresi vo,l aresi ( R) . La r esi st enci aal a compresi ón de l os mat er i al es de const rucci ón es muy  vari abl e,osci l andodesdemat eri al es: •

muydébi l es  ( <70kg/cm2)

•

débi l es( 70200kg/cm2)

moder adament er esi st ent es  ( 200-700kg/cm2) uer t es( •  f 700-1400kg/cm2)hast a 2 muyf uer t es  • ( >1400kg/cm ) . •

Lasrocasnatural esson rel ati vament eresi st ent esal acompresi ón ( notant oal a t ensi ón yflexi ón) ,aunquel asr ocassedi ment ari asson l asmásdébi l esdebi dosobre t odo a su mayor porosi dad y var i abl e gr ado de cement aci ón, al i gual que l os hormi gones( Tabl a3) .Aunquenopuedegener al i zar seelef ect odelt amañodegrano, puededeci rseque,en gener al ,l aresi st enci aa l acompr esi ón aument aamedi daque aument a elt amaño de grano de l osmat er i al es,a i gual dad de ot rasvari abl escomo composi ci ónmi neral ,est ruct ura,porosi dad,cement aci ón,et c. Tabl a 3. Resi st enci aal a co mpr esi ón de al gunas r oc as y mat e r i al e sdec o n s t r uc c i ó n( mo di fic a dodeWi nkl e r ,1973) . 2 6 ( Mpa) kg/m · 10  kg/c m2· 103 Gr ani t o 97 310 10 32 1. 0 3. 2 Si eni t a 186 434 19 44 1. 9 4. 4 Gabr o,di abasa 124 303 13 31 1. 3 3. 1 Basal t o 110 338 11 34 1. 1 3. 4 Cal i za 14 255 1 26 0. 1 2. 6  Ar eni sc a 34 248 4 25 0. 4 2. 5 Gnei ss 152 248 15 25 1. 5 2. 5 Cuar c i t a 207 627 21 64 2. 1 6. 4 Már mol 69 241 7 25 0. 7 2. 5 Pi zar r a 138 207 14 21 1. 4 2. 1 Hor mi gón 5. 5 69 1 7 0. 1 0. 7

Lar esi t enci aal acompr esi ón derocasut i l i zadaenmonument osgranadi nosson ( val oresobt eni dosen secoporGuardi a Ol medo etal . ,1986 ,r  A t ey De t er i or oen l os ver si dad de Mo nume nt o sGr anadi no s .Cat e dr al ,Chanc i l l e r í ayP al ac i odeCar l o sV.Uni Granada,140p. ) T abl a 4.Re s i s t e nc i aal ac o mp r e s i ó n de r o c a s ut i l i z adas e n monument osgr anadi nos( Guar di aOl medoetal . ,( 1986) . 2 Cal c ar e ni t a: 75500k g/c m T r a v e r t i no : 400700k g/c m2 Congl omer ados: 200kg/cm2 Cal i z adeSi e r r aEl v i r a: 600900k g/c m2 Már moldeMacael : 680980kg/cm2 Se r pe nt i ni t a: 400700k g/c m2

Las rel aci ones entre esf uer zo y def ormaci ón i l ust radas enl a Fi gura7 son i deal es,yaquerepresent an uncomport ami ent oest ri ct ament eel ást i coparaelmat eri al en elt ramo l i nealde l a curva corr espondi ent ea l al ey deHooke.No obst ant e,l os mat er i al es real es muest ran rel aci ones esf uer zodef ormaci ón más compl i cadas,no si gui éndose est ri ct ament el a rel aci ón del i neari dad.Est o si gni fica que l as curvas ás t i c os,c as i e l ás t i c os,se mi esf uer zodef ormaci ón pueden present ar t ramosel e l ás t i c osynoe l ás t i c os( o pl ást i cos) . Los t i pos de curvas para mat eri al es casi el ást i cos,semi el ást i cosyno-el ást i cosserepresent anenl aFi gura8. Porotr ol ado,l osmateri al espueden cl asi ficarsecomof rági l esydúct i l es( Fi gura eri al es f rági l es( 9) .Losmat como elvi dri o)serompen cuando sesupera ell í mi t e eri al esdúct i l es( el ást i co,( b y d son muy cer canos) ,mi ent ras que l osmat comoel acerooelcobre)presentanunt ramodecomport ami ent opl ást i coampl i o. Los mat eri al es pét r eos pueden caract eri zarse,en general ,como f rági l es baj o condi ci ones de t emperat ura ambi ental( sibi en a al t as presi ones y t emperat uras presentan t ramospl ást i cosmásampl i os,Fi gura9) .Ladef ormaci ón permanent eent r e ell í mi t eel ást i coyelpunt oderupt uraenl osmateri al eshet erogéneoscomol ospét reos se ver i fica a baj as t emper at uras medi ant e unami cr of ract uraci ónf rági l . Est ami cr of ract uraci ónse produce sobr et odo en eli nt eri or de l os mi ner al es que f orman l asr ocas,af avordesussi st emadeexf ol i aci ón,oent r emi cr oporos.Elgrado demi cr of ract uraci ón, que es cont rol ado por l as car act erí st i cast ext ural esy est ruct ural es de l os mat eri al es ( e. g. , t amaño de gr ano, por osi dad, razóncl ast os/matri z,cement aci ón,et c. ) ,defineen gran medi dal af ormadel acurva esf uerzodef ormaci ón.Así ,puedegeneral i zarsequel osmat eri al espét reoscont amaño degranofinoti endenasercasi el ást i cos,mi ent rasquel osdegranogruesoti endena sersemi el ást i cos,si empr ea i gual dad de ot r os f act ores.Respect o de l a porosi dad, mat er i al es compact os y poco porosos t ender án a un comport ami ent o casi el ást i co osemi el ást i co,mi ent ras l os mat er i al es muy porosos y poco o moderadament e coher ent es ( est o es, escasament e cement ados, como l ascal careni t asbi ocl ásti casut i l i zadas en l a const rucci ón de edi fici os hi st óri cos de Granadaomort er osdecal )t i enden aun comport ami ent osemi el ást i coo pl ást i co.El comport ami ent osemi el ast i coopl ást i coi ndi caun rápi doaument odel adef ormaci ón en l ospri mer osi ncr ement osdeesf uer zo,l ocualseexpl i caporacomododel acarga porelmovi mi ent or el at i vodel osgranos( gruesos)delent ramadoy/odef ormaci ón de

l osporos,pasándoseacont i nuaci ónaunasi t uaci ónenquel atasadedef ormaci ónes menor ,est o es,derecuper aci ón mecáni ca,en l a que elesf uer zoy l a def ormaci ón aumentan más o menos propor ci onal ment e una vez elentramado de gr anos ha adqui ri doci ert acompact aci ón ( Fi gura8) . Comopuedededuci rsede l oant er i or ,elmódul odeYoungsól opuededefini rse en ri gor cuando l os mat eri al es el ást i cos,ya que l a pr oporci onal i dad l i nealent re esf uerz oydef ormaci ón noseveri ficaen l osmateri al escasi el ást i cos,semi el ásti cosy pl ást i cos.A pesardeel l o,est emódul opuedecal cul arseparapart esdet ermi nadasde l ascurvasesf uer zodef ormaci ón,aunquesi n elconoci mi ent odesusf ormasest edat o si rvedepoco.Noobst ant e,cuandol osmat eri al essonf rági l es,ysucomport ami ent oes el ást i co o casiel ást i co,elmódul o deYoungy l ar esi st enci aal a compr esi ón nos permi t ent enerunai deabast ant eapr oxi madadel ascurvasesf uer zodef ormaci ón,ya queen est osmateri al esell í mi t edeproporci onal i dad,ell í mi t eel ásti coyelpunt ode rupturacasisoncoi nci dent es.En est oscasos,elmódul odeYoungser ámuyut i lpara eval uarelcomport ami ent o mecáni co de l os mat eri al esant el a acci ón de esf uer zos compresi vosdet i pouni axi al . Las ani sot ropí as est ruct ural es de l os mat eri al es, t al es como super fici es de est rati ficaci ón of ol i aci ón,i nt roducen l ógi cament eani sot r opí as mecáni cas.Dadoque est as superfici es i nt r oducen debi l i dadesmecánci as( i . e. ,l os materi al es se f racturan porext ensi ón y ci zal l a más f áci l ment ea f avorde l as mi smas) ,l a resi st enci aal a compresi ón yelmódul odeel ast i ci dad di smi nuyen sielesf uerzopri nci palmayor( i . e. , compresor ,σ1) es paral el o u obl i cuo ( cer cano a 45º )a t al es super fici es. La resi st enci aa l a compresi ón de mat er i al es ani sót r opos es máxi ma cuando l as superfici esest án ori ent adasperpendi cul arment ealesf uer zopri nci palmayor .Est oes i mport ant een l a est abi l i dad del as est ruct uras en l os edi fici osyen l ost rabaj os de rest auraci ón que i mpl i quen sust i t uci ón de pi ezas por mat eri al es est ruct ural ment e anisótropos.

Fi g ur a8.Cur v ase s que mát i c ases f ue r z o de f o r mac i ó npar amat e r i al e sc as i e l ás t i c o s ( e . g. ,bas al t o s,g r ani t o sdegr anofino ) ,s emi e l ás t i c o s( e . g. ,c al i z as ,ar e ni s c as ,már mo l e s) ypl ás t i c o s( mo r t e r o sdec al ,mo r t e r o sdeye so ) .

Fi g ur a9.De f o r mac i ó nf r ág i lydúc t i lbaj oc o mpr e s i ó n,t o r s i ó nye xt e ns i ó n(σ 1,σ 2 yσ 3,son l o se s f ue r z o spr i nc i pal e smay or ,i nt e r me di oyme no r ,r e s pe c t i v ame nt e ) .L asfle c h as mar c a nl ast e nde nc i asene lc o mpo r t ami e nt odel o smat e r i al e salv ar i arl apr e s i ó n,l a t e mpe r at ur a,l apr e s i ó ndeflui do sl o c al i z ado se nl o spo r o syl at as adede f o r mac i ó n.

Comosehai ndi cadomásarri ba,l apr esenci adeaguaeneli nt eri ordelsi st ema por oso de un mat er i alal t er a sus propi edadesmecáni cas.Est e ef ect o sedebe dos causas:1)aldesarr ol l o depr esi oneshi drául i cas en l osporosrel l enos deagua que af ectan al osesf uerzosi nt ergranul ar es( i . e. ,cont act osdegranos) ,y2)al aal t eraci ón de l as propi edades de super fici e de l os gr anos ( mi ner al es) . Est o puede causar

i nest abi l i dadal ol argodesuperfici esmásdébi l esydi smi nui rl ar esi st enci aal aci zal l a of ri cci ón,pr oduci éndoseunareducci ón másomenossi gni ficati vadesur esi st enci aa l acompresi ón. La razón ent re l os coefici ent es de r esi st enci aal a compresi ón delmat eri al ent edeabl andami ent o,esunamedi sat uradoenaguayseco,denomi nadocoefici da delef ect odelaguasobr el aresi st enci aal acompresi ón:

donde:Ks  eselcoefici ent edeabl andami ent o( adi mensi onal ) Pa)esl ar esi st enci aal acompresi óndelmateri alsat uradoen aguay Rs( ( Pa)esl aresi st enci aal acompr esi ón delmat eri alseco. Rd  Para al gunos mat er i al es muy por osos f áci l ment eempapabl es,est e coefici ent e t i endea 0,ya queRs  t i ende a 0,mi entras queot ros mat er i al espoco porososcomo  vi dri os o aceros elcoefici ent e de abl andami ent ot i ende a 1,est o es,ret i enen sus propi edadesmecáni cas ant el a presenci a de agua.Los mat er i al esconcoefient esde abl andami ent omayor esde0. 8 secal i fican der esi st ent esmecáni cament er espect ode l a acci ón delagua.Los mat er i al es con coefici ent esmenoresde 0. 8 nunca deben exponer sea l a acci ón del a humedad ( e. g. ,zócal os deel ement os const ruct i vosque suf r eni nfil t raci ón capi l ar) ,yen casodeexponer se,debenai sl arsedel ahumedadcon  barr erasi mpermeabl esot rat arseconproduct oshi drof ugant es. 2.2.RESISTENCIA A LA TENSION

Lar esi st enci aal at ensi ón eselesf uerz ot ensi onalporuni daddeáreaal aqueel mat eri alf al l a( se rompe)porf ract uraci ónext ensi onal .Est a propi edad,que es una i ndi caci ón del grado de coher enci a del mat eri al para r esi st i rf uerzas “ t i rant es” , depende de l a resi st enci a de l os mi ner al es,delárea i nt erf aci alent re granos en cont actoydelcement oi nt ergranul arei nt ragranul ar. Exi st en di st i nt as t écni cas para medi rl ar esi st enci aal at ensi ón, t ant o en mat er i al es pét r eos como en mort er os, cement os y hormi gones. En elensayo de t racci ón di rect a,qui zás elmás apropi ado,seut i l i zan probet as ci l í ndri cas con una razón l ongi t ud/di ámet r o de2 a2. 5.Los ext remos de l as probet as sei nt roducen ( y peganconr esi naepoxi )enunascápsul asqueest án uni dasacadenasquet ransmi t en elesf uer zot ensi onalsi ni nt roduci rcomponentesdet orsi ón.La norma ASTM D2936 regul al osmét odosycondi ci onesexperi ment al esest eensayo. Los concept os, defini ci ones y cont rol es de l a def ormaci ón i nt roduci dos ant eri orment e para l a resi st enci aal a compr esi ón pueden serext endi dos si n más probl ema a l a resi st enci aal at ensi ón. Respect o de l os mat er i al es pét r eos de const rucci ón,puede general i zarse que,para un mat er i aldado,l a magni t ud de l a resi st enci aal atensi ón suel eserdeunorden demagni t udmenorquel aresi st enci aa l a compresi ón.Enl a Tabl a5 sepresentan val ores de r esi st enci aal at ensi ón para al gunasrocasmedi dosconl at écni cadet racci óndi rect a.

Tabl a 5. Resi st enci a a l a t ensi ón ( Mpa) de al gunas r oc as ( de T o ul o uk i anyHo ,1981) . Bas al t o 8. 6 Congl omer ado 29. 7 Cal i z as 4. 2 5. 8  Ar eni sc a 1. 1 1. 7  Ar eni sc ac al c ár ea 4. 3 Es qui s t o s 3. 1

2.3.RESISTENCIA A LA FLEXION

Laresi st enci aal aflexi ón,omódul oderuptura,esl ar esi st enci adeunmat eri al aserdobl ado( pl egado)oflexurado.Lamedi dadeest apr opi edadser eal i zaconbarras demat eri alasent adassobredospi vot esyapl i candocargasobreelcent r odel abarra ( normaASTM C9952) .Lar esi st enci aal aflexi ón( Sm)vi enedadaporl aexpresi ón:

donde:P( Pa)esl acargaapl i cada m)esl adi st anci aent rel ospi votesy l( 3 ( m)eseldi ámet rodel apr obet a d  sil aprobet aesci l í ndri ca,yporl aexpresi ón:

donde:b( m)eselanchodel asecci óndel apr obet ay ( m)esell argodel aprobet a h  sil apr obet aespri smát i ca. Paraun mat eri alpét r eodado,elval orderesi st enci a al aflexi ón escercanoal dobl edesuresi st enci aal at ensi ónmedi daconelmét ododet racci óndi r ect a. 2.4.FATIGA

Cuandol osmat eri al essuf r en esf uerzosdef orma cí cl i casi nl l egaralpunt ode rupt ura,seobser vaun debi l i t ami ento mecáni code l osmi smoscon elt i empo.Est o i mpl i ca una pér di da de sus propi edades mecáni cas, que puede dar l ugar a l af ract uraci ónbaj oesf uer zosmuchomenoresquel osapropi adosparal osmat eri al es “ f r escos”quenohan si dosomet i dosaesf uerz os.Aest acaracterí st i cadel osmateri al es at i ga. sel edenomi n  af Sehaencont radoquel acausaf undament aldelf al l oporf ati gadel osmat eri al es pét reos es l ami cr of ract uraci ón.Los experi mentos l l evados a cabo sugi er en una evol uci ón epi sódi ca par a l a f at i ga. I ni ci al ment e, se pr oduce unami crof ract uraci ónent rel oscont act osdegranoyen eli nt eri ordel oscri st al esa f avor de l os pl anos de exf ol i aci ón y superfici es de part i ci ón de l os mi smos. A

cont i nuaci ón,exi st eunperi ododeaqui escenci a,conescasadef ormaci ónadi ci onal .En elúl t i moest adi o,l asmi crof racturascoal escen,perdi éndosecoherenci a ei ni ci ándose elf al l o( f racturaci ón)delmateri al .No obst ant e,t ambi én parecequel af ati ga esun procesocont i nuo,di si pándosel aener gí aen f ormademi cr of racturashast aelpunt oen quesesuperaunni velcrí t i coenelqueocurr eelf al l o. La mayorpart e de l os procesosde det eri oro de t i po mecáni co que suf ren l os materi al es pét reos en l os edi fici os sedeben alf al l o porf ati ga,ya quel os esf uerz os gener adosnosuel en super arl a resi st enci aal acompresi ón,t ensi ón oflexi ón del os mat eri al es“f rescos” .Noobst ant e,t ambi én hayquetenerencuent aelef ect odeotros procesosf í si cosy quí mi cosdeal t er aci ón,quemodi fican l as propi edadesmecáni cas ori gi nal esdel osmat eri al es,general ment er educi endosuspr opi edadesmecáni cas. Las rocasson mat er i al escon el evada resi st enci a al a compresi ón yen menor medi da a l a flexi ón y l at ensi ón.Por est a razón son mat er i al es apropi ados para el ement osconst ruct i vost al escomo muros,parament os,col umnas,et c. ,quesuf r en i mport ant escargascompr esi vas,ynot ant oparael ement osconst ruct i vosquesuf ren i mport ant es esf uer zost ensi onal esy de flexi ón, como l os gener ados en est ruct urasadi nt el adasoarqui t rabadas.Porest a razón,l al uzdel osarqui t rabesno puedeserel evada. La r esi st enci a al at ensi ón esunapropi edad part i cul arment ei mport ant edesde elpunt odevi st adel ospr ocesosdeal t eraci ón demat eri al espét reosdeconst rucci ón. Est o esdebi do t ant oal a exi st enci a depr ocesos deal t eraci ón cí cl i cos que generan i mport ant esesf uerz ost ensi onal escapacesdeproduci rf al l osmecáni cos( f ract uraci ón) por f at i ga en l os mat er i al es, como al hecho de ser l a propi edad mecáni ca cuant i t at i vamente más defici ent e en l os mi smos.Ent re l os procesos de det eri oro mecáni co por gener aci ón de esf uer zost ensi onal escabe dest acar l os cambi os  vol umé t ri cos que suf ren l os mat eri al es alsuf ri r vari aci ones de t emperat ura, l a f ormaci ón dehi el oyl a cri st al i zaci ón ehi drat aci ón/deshi drat aci ón desal essol ubl es eneli nt eri ordelsi st emaporosodel osmat eri al es.

Fi gur a10.Acc i onesmecáni casenelsi st emaadi nt el ado( modi ficadodeOr t egaAndr ade, 1993)

2.5.DUREZA

Ladurez aesl ar esi st enci adel osmat eri al espararesi st i rl apenet raci ón deot ro cuerpo.Paraelcasodemi ner al es,l adurezasehaconsi der adocl ási cament ecomol a resi st enci aquepresent aunmi neralaserr ayadoporot romi neralomat eri al .F.Mohs deduj o empí ri cament e una escal a cual i t at i va basada en l as durezas rel at i vas de di st i nt os mi ner al es que ha si do muy ut i l i zada como cri t eri o de cl asi ficaci ón y de det ermi naci ón.Est aescal aescomosi gue: Durez a

Mi ner al

Dureza

Mi ner al

1__________Tal co

6__________Ort osa

2__________Yeso

7__________Cuarzo

3__________Cal ci t a

8__________Topaci o

4__________Fl uori t a

9__________Cori ndón

5__________Apati t o

10_________Di amant e

Cadaunodeest osmi ner al esescapazderayaral ossi t uadosant esqueélenl a escal a,yasuvezesr ayadoporl osquevi enendespués.Lamedi dadel adur ezasuel e sercual i t ati va( aunquehaymét odosdedet ermi naci ónpr eci sa)est abl eci éndoseenuna pri meraapr oxi maci ón en baseal ossi gui ent escri t eri os:sil auñarayaalmi nerall a dur ezaesmenorde2. 5;siunanavaj arayaalmi ner all adur ezaesmenorde5. 5;siel mi neralrayaalvi dri ol adurez aesi gualomayorde7.Así ,elcuarz osedi f erenci adel a cal ci t aenqueaquelrayaalvi dri oyést ano. Est apropi edad esvect ori al ,esdeci r ,dependedel adi recci ón en queseapl i que en un mi ner al , debi do a l a di f er ent e di st ri buci ón de enl aces cri st al i nos en l as est ruct uras mi neral es.Asíporej empl o,l adi st ena( Al i O5)esun mi ner alde hábi t o 2S pri smát i coquepr esent aunadur ezade4 al ol argodesu el ongaci ón mayoryde6. 5 perpendi cul arment ea l a mi sma.En gener al ,l os mi ner al espr esentan dur ezas más  baj asensuperfici esdeexf ol i aci ónr espect odeot rasdi recci ones.Encual qui ercaso,l a dur eza depende delt i po de enl aces at ómi cos present es,de l a est ruct ura y de l a composi ci ón.A i gual dad deotr osf act ores,l osmi ner al escon est ruct urasmásdensas son más dur os( e. g.elaragoni t ot i eneuna dureza de4 yl a cal ci t a de3) ,yl osque presentan el ement osmáspequeñosson másduros( e. g.elcori ndón ( Al i eneuna 2O3)t +3 dur ezade9yl ahemat i t es( Fe2O3)de6,presentandoelAl   unradi oi óni code0. 57Å +3  yelFe   de0. 67 Å) .En general ,l osmi ner al esquepresentan mol écul asde( OH)ode agua( H2O)t i enendurezasbaj as,l ocualesdebi doaqueenl asest ruct urashi dratadas exi st enenl acesdébi l esent reest asmol écul asyelr est odel osát omos,comoen elcaso delyeso( CaSO4· 2H2O)yelt al co( Mg3Si OH) . 4O10( 2)  Apl i cadasa l osmat eri al espét reos,est a pr opi edad esi mport ant epara eval uar l atr abaj abi l i dad,conut ensi l i osdei mpact oyabrasi vos,del osmat eri al esenl acant era  yenl aobra.Exi st enmuchosmé t odosdeeval uarl adureza:l aresi st enci aalrayado,a ndent aci ón,a l ón,alrebot ey ali mpact o.La gr l ai aabrasi   an compl ej i dad de l os materi al espét r eosnopermi t eunacorr el aci ón cl araent r el osdi st i nt osparámet r osde resi st enci a mecáni ca y dedur eza,aunqueen gener al ,l a dureza de l os mat eri al es aumenta a medi da quel aresi st enci aa l acompresi ón aumenta.Dado quel asrocas son materi al esf rági l es,present adébi lomoderadaresi st enci aali mpact o,porl oque abl es  son mat eri al estrabaj con her rami entas de i mpact o.Est o permi t een l a mayor part e de l os casos un buen acabado. Lo mi smo puede deci rse de su  buenat rabaj abi l i dadporpul i do,part i cul arment een r ocascomocal i zasymármol es,

aunque exi st en r ocas rel at i vament e duras ( i . e. ,aquel l as que pr esentan abundant e cuarzo,comocuarci t asygrani t os)queresi st enbi enl arayayl aabrasi ón.

RESPUESTA ANTES ESFUERZOS

Respuestas De Los Materiales Ante Los Esfuerzos Se denomina deformación al cambio de posición , forma o volumen que experimentan las rocas sometidas a esfuerzos. Las rocas, al igual que cualquier otro  material, se deforman ante la acción de esf uerzos externos. Estudiando la deformación de una roca, se  pueden saber cómo han sido los esfuerzos qu e la  produjeron y, por tanto, reconstruir la act ividad tectónica pasada en una región.

Tipos de Deformaciones Los materiales pueden experimentar tres tipos de deformaciones:

•

Elástica: Deformación elastica o reversible el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación En este tipo de deformación! el sólido! al variar su estado tensional

" aumentar su energ#a interna en forma de energía potencial elástica! solo pasa por cambios termodin$micos reversibles

•

Plástica: Deformación pl$stica o irreversible Modo de deformación en que el material no regresa a su forma original despu%s de retirar la carga aplicada Esto sucede porque! en la deformación pl$stica! el material experimenta cambios termodin$micos irreversibles al adquirir ma"or energ#a potencial el$stica La deformación pl$stica es lo contrario a la deformación reversible

•

Por rotura: &na deformación! por rotura! discontinua e irreversible! cuando se supera cierto valor Las fallas representan el e'emplo ma"or de deformación r#gida

Cambios en el comportamiento de las rocas &n trozo de granito! de m$rmol o de caliza tienen un comportamiento r#gido! " si se someten a un esfuerzo suficientemente alto! se fracturan La ma"or#a de las rocas no parecen tener un comportamiento pl$stico (in embargo! cualquier tipo de roca puede encontrarse plegada en la naturaleza! por tanto las rocas tambi%n tienen un comportamiento pl$stico siempre que se den ciertas circunstancias )omo todos los materiales! las rocas se comportan de manera diferente al cambiar las condiciones f#sicas o qu#micas en las que se encuentra: temperaturas o presiones altas! presencia de agua! etc En conclusión* a altas temperaturas " en presencia de agua! las rocas pueden tener un comportamiento pl$stico

Comportamiento plástico (e denomina comportamiento pl$stico perfecto o de (aint +enant! al de los materiales que no se deforman en absoluto ,asta que el esfuerzo aplicado alcanza un cierto valor &na vez alcanzado ese valor o esfuerzo de cesión! el cuerpo se deforma de manera continua ,asta que el esfuerzo sea retirado o disminu"a! en cu"o caso! la deformación alcanzada permanece! es decir! el cuerpo no se recupera en absoluto En el comportamiento pl$stico! la deformación no es proporcional al esfuerzo! si no al tiempo* al contrario que en otro tipo de comportamiento! la deformación no es totalmente recuperable! sino que es permanente

Montañas Zagros (Irán). Las formaciones salinas! debido a su ba'a densidad " a su comportamiento pl$stico! tienden a ascender ,acia la superficie arqueando e incluso perforando las rocas supra"acentes! dando lugar a estructuras diap#ricas

Dirección y buzamiento Los esfuerzos a los que se ven sometidas las rocas ,acen que los estratos abandonen su disposición ,orizontal original -ara indicar la orientación de un estrato que ,a perdido la ,orizontalidad se utilizan dos medidas: la dirección " el buzamiento

•

Dirección:  es el $ngulo que forma una l#nea ,orizontal que est% incluida en la superficie del estrato .,orizontal de plano/! con el norte geogr$fico 0orma una ,orizontal contenida en el estrato con la l#nea norte1sur -or e'emplo si este $ngulo mide 234 se indicar$ 523E.norte 234 este/

•

Buzamiento: es el $ngulo que forma la l#nea de m$xima pendiente de un estrato con un plano ,orizontal* esta l#nea de m$xima pendiente es perpendicular a la ,orizontal de plano Es necesario indicar el sentido del buzamiento Es el espacio en el que se desplazar#a una bola situada sobre el estrato