"LA MECNICA DE ROCAS Y SU APLICACINEN EL DISEO DE EXCAVACIONES

SUBTERRNEAS"

Parte 1

DESCRIPCIN DEL CURSO

El curso de Mecnica de Rocas constituye una parte fundamental en el diseo de estructuras construidas sobre y dentro del macizo rocoso.

La primera parte del curso presenta los conceptos bsicos en los que se basa la Mecnica de Rocas y que se aplican tanto a la minera como a la construccin civil.

La aplicacin de los fundamentos de Mecnica de Rocas en el diseo de excavaciones subterrneas y del diseo del sostenimiento se presenta en la segunda parte del curso.

El curso es complementado con sesiones de laboratorio donde se demuestra cmo se obtienen las propiedades fsicas y mecnicas de las rocas.

OBJETIVOS

Aplicar los fundamentos tericos de la Mecnica de Materiales al caso particular de medios rocosos en los que se practican excavaciones subterrneas.

Se trata de identificar y explicar los conceptos bsicos sobre los que se fundamenta la Mecnica de Rocas.

Se inicia desde la recoleccin de informacin geolgica geotcnica, para as caracterizar al macizo, la determinacin de sus propiedades fsicas y mecnicas y los conceptos de esfuerzos in-situ e inducidos.

Con la informacin recopilada es posible construir los modelos geomecnicos sobre los cuales se basa el diseo de los diversos tipos de excavaciones practicadas en el macizo rocoso.

PROGRAMA

1.0 Introduccin: La Roca como material de ingeniera Conceptos y definiciones de roca y macizo

rocoso. Tipos de excavaciones subterrneas. Planeamiento de diseo de excavaciones

subterrneas.

Mecnica de Rocas

La mecnica de rocas es la ciencia, terica y aplicada, del comportamiento mecnico de las rocas y del macizo rocoso.

Es aquella parte de la mecnica que estudia la reaccin de la roca y del macizo rocoso a los cambios de esfuerzos presentes en su ambiente fsico.

Geomecnica

Es una disciplina ms amplia que estudia la reaccin a los cambios de esfuerzos de todos los materiales geolgicos, incluyendo los suelos

Es la disciplina que integra a la ingeniera geolgica, mecnica de rocas y mecnica de suelos.

Geotecnia

Conceptos y definiciones de roca y macizo rocoso

Tipos de excavaciones subterrneas

Por su uso Minero Construccin Civil

Por su duracin Temporal Permanente

Planeamiento de diseo de excavaciones subterrneas

2.0 Recoleccin de Informacin Geolgica y Geotcnica

La recoleccin de informacin geolgica geotcnica.

Mtodos de investigacin geolgica de campo su procesamiento e interpretacin y su empleo en el diseo de excavaciones subterrneas.

La recoleccin de informacin geolgica geotcnica

Geologa regional y local Geomorfologa Hidrogeologa Geologa Estructural

Investigacin geolgica de campo

Mapeo de Lnea de Detalle Mapeo de Celdas Mapeo de Arco Rebatido

3.0 Propiedades Fsicas y Mecnicas y Comportamiento de la Roca y el Macizo Rocoso

Ensayos de laboratorio Ensayos de campo Resistencia del macizo rocoso.

Propiedades Fsicas Contenido de agua o humedad w = Ww x 100 (%)

Ws Grado de saturacin S = Vw x 100 (%)

Vv Porosidad n = Vv (%)

V Relacin de vacos e = Vv

Vs Peso especfico = W = (Ws + Ww) (kg/m3)

V V Peso especfico seco d = Ws (kg/m3)

V Peso especfico de slidos s = Ws (kg/m3)

Vs

Propiedades Fsicas- Reflejan la estructura interna de las rocas- Relaciones volumtricas y gravimtricas - Las ms importantes: porosidad y peso

especfico- La presencia de poros en la estructura de la

roca es un indicador de baja resistencia y alta deformacin.

- Generalmente altos valores de densidad concuerdan con bajos valores de porosidad

Permeabilidad La mayor o menor capacidad con que el agua

fluye a travs de la roca Esta facilidad depende a su vez de las

propiedades fsicas de la roca Entonces nos indica el grado de interconexin

entre los poros y discontinuidades de la roca.Q = v = k i A

v: velocidadk: coeficiente de permeabilidadi: gradiente hidrulico

Propiedades MecnicasRESISTENCIA A LA COMPRESIN (c)

c = P A

P: fuerza aplicada en la rocaA: rea sobre la cual es

aplicada la fuerza P

UNIDADES DE MEDIDA

( Kg/cm ) ( Ton/m ) ( MPa )

P(+)

P(+)

A

Propiedades MecnicasRESISTENCIA A LA TRACCIN (t) t = P / A UNIDADES DE MEDIDA

( Kg/cm ) ( Ton/m ) ( MPa )

P(-)

P(-)

A

Propiedades Mecnicas MODULO DE YOUNG (E):

Constante de proporcionalidad representa la rigidez del material. E = c

yUNIDAD DE MEDIDA : ( Kg/cm )

(MPa)

MODULO DE POISSON () :Relacin entre deformacin radial y deformacin axial.

= x y

UNIDAD DE MEDIDA : adimensional

E

v

Propiedades Mecnicas

CORTEEsfuerzo generalmente aplicado sobre discontinuidades

ANGULO DE FRICCIONEl ngulo que acta sobre las discontinuidades y hace que permanezcan sin desplazarse

Ensayos de Laboratorio

Las propiedades obtenidas en el laboratorio dependen de las condiciones en las que se realiza el ensayo

Por esta razn los ensayos se realizan siguiendo normas: ASTM

ISRM

Ensayos de Laboratorio

Compresin Simple Traccin Directa Traccin Indirecta Carga Puntual Corte Directo Compresin Triaxial

Propiedades Elsticas ( E , )

Ensayo de Compresin Simple

El testigo debe cumplir con las siguientes caractersticas:

Testigos cilndricos con relacin L/D = 2 Bases paralelas entre s y perpendiculares

al eje del cilindro Superficies pulidas y sin recubrimientos

Ensayo de Compresin Simple

El ensayo consiste en aplicar una carga de compresin en forma continua y constante sobre un testigo cilndrico de dimetro D hasta producir su ruptura.

= P / A A = D

4

Ensayo de traccin directa La probeta es

adherida en ambos extremos a bases metlicas mediante resina.

El ensayo consiste en aplicar una carga de traccin continua y constante sobre la probeta hasta producir su ruptura.

t = P / A

P(-)

P(-)

Ensayo de Traccin Indirecta o Brasilero

Los testigos son discos de roca cortados con una relacin L/D de 0.5

Se determina la resistencia a la traccin aplicando una carga de compresin sobre el dimetro de un disco de roca.

Resulta una alternativa al ensayo de traccin directa.

Ensayo de Traccin Indirecta o Brasilero

t = 2 PLD

donde:P: carga de ruptura D: dimetro del

disco de roca L: espesor del disco

de roca

Carga Puntual

Los testigo requieren de poca preparacin.

Se obtiene el ndice de Resistencia (I 50 )

Se usa para estimar la resistencia a la compresin uniaxial

c = 24 I 50 Es usado tambin en

campo

Ensayo de Corte Directo

Se ejecuta con la caja de ensayo porttil de Hoek.

Tiene como finalidad encontrar el valor del ngulo de friccin residual (r) en discontinuidades.

Compresin Triaxial Determinar el esfuerzo

de compresin de un testigo cilndrico sometido a una presin de confinamiento

Los valores de 1 y 3encontrados en el ensayo nos permiten determinar crculos de Mohr.

Ensayo de Propiedades Elsticas

Se instalan estampillas elctricas (strain gages) sobre la superficie cilndrica del testigo como sensores de la deformacin axial y diametral

Durante el ensayo se registra la carga de compresin, la deformacin axial y diametral experimentada por la probeta mediante un software

Ensayo de Propiedades Elsticas

Determinar el Modulo de Young y la relacin de Poisson a partir de un ensayo de compresin simple

Se mide la deformacin axial y transversal de la roca mediante strain gages.