mecanica rocas2

MECMECNICA DE NICA DE ROCAS. 2ROCAS. 2

Factores que influyen en el comportamiento Factores que influyen en el comportamiento de las rocas.de las rocas.LitologLitologaa..

Las rocas presentan una estructura Las rocas presentan una estructura mineral determinada en funcimineral determinada en funcin de los n de los componentes atcomponentes atmicos (elementos). Su micos (elementos). Su respuesta ante el esfuerzo serrespuesta ante el esfuerzo ser diferente diferente segsegn la composicin la composicin mineral que tenga.n mineral que tenga.

Se muestra el comportamiento de un mrmolsometido a dos velocidades de deformacin diferentes (A y B), un granito (C) y una piroxenita (D), en ensayos de corta duracin a diferentes temperaturas. Los puntos al final de las curvas implican que se alcanz el lmite de rotura y las flechas, que este lmite no fue alcanzado en el experimento.

Puede observarse que a temperatura ambiente (25C) el granito tiene un esfuerzo de cesin superior (20 Kbars) al de la piroxenita (15 Kb) y al del mrmol (46 Kb), pero tiene un campo de deformacin plstica ms limitado. A temperaturas mayores, el mrmol muestra endurecimiento por deformacin mientras que el granito sufre debilitamiento por deformacin desde que se supera el esfuerzo de cesin. Por otra parte, a 300C, p.ej., granito y piroxenita se rompen despus de sufrir una elongacin algo menor del 10% mientras que el mrmol exhibe un comportamiento mucho ms dctil, con elongaciones superiores al 15% sin rotura.

Factores que influyen en el comportamiento Factores que influyen en el comportamiento de las rocas.de las rocas.

TemperaturaTemperatura.. El aumento de

temperatura disminuye el campo de la deformacin elstica, aumentando en cambio el de deformacin plstica. El esfuerzo de rotura disminuye pero la deformacin que se consigue antes de la rotura aumenta mucho. A temperaturas elevadas, puede que la roca no llegue a romper nunca, ni siquiera despus de una deformacin muy grande, comportndose siempre de manera dctil.


Presencia de fluidosPresencia de fluidos.. La presencia de fluidos influye de

una forma parecida a como lo hace la temperatura, disminuyendo los esfuerzos lmite de elasticidad (o de cesin) y el de rotura. Comparar las curvas para 900C en seco (dry) y para 950C en hmedo (wet), es decir, con agua en estado de vapor.

Aunque la composicin de los fluidos en la naturaleza puede ser muy variada, el agua suele ser siempre el componente mayoritario de los mismos. Sin embargo, en el caso de los fluidos, el campo de deformacin plstica no suele aumentar, sino disminuir, debido a que a altas temperaturas los fluidos suelen ser gaseosos y la existencia de gases a presin favorece la fracturacin de las rocas.


PresiPresin confinanten confinante.. Al aumentar, aumenta el campo elstico y el esfuerzo de

cesin, pero tambin lo hace el esfuerzo de rotura y el campo plstico, de forma que a grandes presiones las rocas tienden a comportarse muy dctilmente. Como la presin y la temperatura aumentan con la profundidad en la Tierra, las rocas profundas suelen ser ms dctiles que las prximas a la superficie.


Velocidad de deformaciVelocidad de deformacinn..

Cuanto mayor es la velocidad de deformacin la roca se comporta ms fuerte, siendo su esfuerzo lmite de cesin y el de rotura mayores.

ClasificaciClasificacin de las rocas en funcin de las rocas en funcin n de su resistencia a la deformacide su resistencia a la deformacin.n.

CARACTERCARACTERSTICAS FSTICAS FSICAS Y MECSICAS Y MECNICAS NICAS DE LA MATRIZ ROCOSA. DE LA MATRIZ ROCOSA. GoodmanGoodman 19801980

1.1.-- Densidad: es la masa por unidad de volumen Densidad: es la masa por unidad de volumen = m / v.= m / v.

Peso especPeso especficofico es el peso por unidad de volumen es el peso por unidad de volumen Pe (Pe () = ) = m.gm.g/v luego m = /v luego m = Pe.vPe.v/g/g Sustituyendo:Sustituyendo: = m / v = = m / v = PePe. v /. v /g.vg.v = = Pe/gPe/g = = /g/g La La unidadunidad normal normal eses el KN/m3.el KN/m3. Las Las rocasrocas de la de la cortezacorteza tienentienen un un PePe mediomedio de 26 de 26

KN/m3.KN/m3. GravedadGravedad especespecficafica (G) o peso (G) o peso especespecficofico relativorelativo

de un de un sslidolido eses el el cocientecociente entreentre susu peso peso especespecficofico (() y el peso ) y el peso especespecficofico del del aguaagua ((ww). ). SiendoSiendo ww = 9.8 KN/m3= 9.8 KN/m3

G = G = pepe/pew/pew G = G = / / ww

CARACTERCARACTERSTICAS FSTICAS FSICAS Y MECSICAS Y MECNICAS.NICAS.

2.2.-- Porosidad. (n)Porosidad. (n) Es la relaciEs la relacin entre el volumen de huecos (n entre el volumen de huecos (VhVh) y ) y

el volumen total de la roca (el volumen total de la roca (VtVt).). n = (n = (VhVh//Vt)xVt)x 100. Se expresa en %.100. Se expresa en %. En general alta, salvo rocas formadas en En general alta, salvo rocas formadas en

profundidad, alta Presiprofundidad, alta Presin.n. VarVara con la profundidad dentro de la roca o a con la profundidad dentro de la roca o

macizo rocoso.macizo rocoso. Primaria y secundaria.Primaria y secundaria. Grado de saturaciGrado de saturacin (S): es el cociente entre el n (S): es el cociente entre el

volumen de huecos con agua (volumen de huecos con agua (VhwVhw) y el ) y el volumen total de huecos. S = (volumen total de huecos. S = (VhwVhw / / VtVt) x 100) x 100

Porosidad en rocas y en sedimentos. Porosidad en rocas y en sedimentos. Porosidad conectada y no conectada.Porosidad conectada y no conectada.

Conglomerados CalizasR. gneas y Metamrficas

Porosidad y profundidad.Porosidad y profundidad.


3.3.-- Durabilidad o Alterabilidad.Durabilidad o Alterabilidad.

Es la permanencia en el tiempo de todas las Es la permanencia en el tiempo de todas las propiedades de la roca.propiedades de la roca.

Es la medida de la estabilidad fEs la medida de la estabilidad fsica y qusica y qumica mica de la roca.de la roca.


4.4.-- Resistencia: Resistencia: Es el esfuerzo mEs el esfuerzo mximo que puede soportar ximo que puede soportar

una roca sin romperse.una roca sin romperse. R. CompresiR. Compresin.n.

UniaxialUniaxial: resistencia a la compresi: resistencia a la compresin simple.n simple. TriaxialTriaxial: resistencia con presi: resistencia con presin confinante.n confinante.

R. TracciR. Traccin.n. E. Franklin E. Franklin E. BrasileE. Brasileoo


4.4.-- Resistencia: Resistencia: R. CompresiR. Compresin.n.

UniaxialUniaxial--TriaxialTriaxial: El mismo ensayo mide la : El mismo ensayo mide la deformabilidaddeformabilidadde la roca y se obtiene el mde la roca y se obtiene el mdulo eldulo elstico y el stico y el coeficiente/mcoeficiente/mdulo de dulo de PoissonPoisson..

El valor del mEl valor del mdulo Eldulo Elstico eststico esttico es tico es TensiTensinn

E = E = --------------------------------------------------------------------DeformaciDeformacin unitarian unitaria

El valor del mEl valor del mdulo de dulo de PoissonPoisson es es DeformaciDeformacin transversaln transversal

= = --------------------------------------------------------------------------------DeformaciDeformacin longitudinaln longitudinal


4.4.-- Resistencia: Resistencia: R. TracciR. Traccin.n.

E. Franklin E. Franklin E. BrasileE. Brasileoo

PP tbtb = = ----------------------------

R HR H Siendo: Siendo: tbtb = Resistencia a la Tracci= Resistencia a la Traccin.n.P = Carga de roturaP = Carga de roturaR = Radio de la secciR = Radio de la seccin transversal de la probeta.n transversal de la probeta.H = Longitud de la probetaH = Longitud de la probeta

DDbilbil22MediaMedia55FuerteFuerte1010

Muy fuerteMuy fuerte3030ResistenciaResistenciatbtb en en MPaMPa

Valoracin de los resultados del ensayo brasileo


5.5.-- Permeabilidad o conductividad hidrPermeabilidad o conductividad hidrulica ulica (k).(k).

Es la menor o mayor facilidad que presenta un Es la menor o mayor facilidad que presenta un material para ser atravesado por el agua. material para ser atravesado por el agua.

Equivale a una velocidad. m/dEquivale a una velocidad. m/da a cmcm/s/s Ley de Ley de DarcyDarcy: Q = k A h/l = k A i: Q = k A h/l = k A i

Q = caudal.Q = caudal. A = secciA = seccin.n. h = diferencia de altura.h = diferencia de altura. l = recorrido del agua.l = recorrido del agua. h/l = gradiente hidrh/l = gradiente hidrulico.ulico.

No tiene por que coincidir con la porosidad.No tiene por que coincidir con la porosidad.


5.5.-- Permeabilidad o conductividad hidrPermeabilidad o conductividad hidrulica ulica (k).(k).

No tiene por que coincidir con la porosidad, aunque No tiene por que coincidir con la porosidad, aunque normalmente lo hacen. normalmente lo hacen. ExcepciExcepcin: pizarras y arcillas alta n y baja k.n: pizarras y arcillas alta n y baja k.

A la inversa no se cumple. Todas las rocas con alta k A la inversa no se cumple. Todas las rocas con alta k tienen alta n. Excepcitienen alta n. Excepcin: n:

La permeabilidad de una roca estLa permeabilidad de una roca est relacionadarelacionada PorosidadPorosidad ConductosConductos

DisolucionesDisoluciones Grietas de contracciGrietas de contraccin: basaltos.n: basaltos.

Fisuras, diaclasas, Fisuras, diaclasas, etcetc


6.6.-- Velocidad sVelocidad snica.nica. No No intrintrsecaseca. Depende no solo de la mineralog. Depende no solo de la mineraloga a

sino de la presencia de planos de debilidad, sino de la presencia de planos de debilidad, composicicomposicin, estructura, etc.n, estructura, etc.

Mide la velocidad con la que una onda sMide la velocidad con la que una onda snica nica atraviesa la roca. atraviesa la roca.

ndice de calidad de la roca de ndice de calidad de la roca de FourmaintreauxFourmaintreaux : : IQ = 100 x (VI/IQ = 100 x (VI/VIVI*)*) VI = velocidad de las ondas p en la roca sana (testigo).VI = velocidad de las ondas p en la roca sana (testigo). VI* = Velocidad de las ondas p en la matriz rocosa VI* = Velocidad de las ondas p en la matriz rocosa

(campo).(campo).

TEXTURA Y ESTRUCTURA.TEXTURA Y ESTRUCTURA.

Textura: Textura: TamaTamao, forma y disposicio, forma y disposicin de los minerales n de los minerales que constituyen las rocas.que constituyen las rocas.

En el caso de las rocas magmEn el caso de las rocas magmticas estticas est relacionada con relacionada con la profundidad y velocidad de cristalizacila profundidad y velocidad de cristalizacin.n.

Por el tamaPor el tamao:o: Textura Textura afanafanticatica < 0.05 mm.< 0.05 mm. Textura de grano finoTextura de grano fino 0.05 a 1 mm.0.05 a 1 mm. Textura de grano medioTextura de grano medio 1 a 5 mm.1 a 5 mm. Textura de grano gruesoTextura de grano grueso 5 a 10 mm.5 a 10 mm. Textura Textura pegmatpegmatticatica > a 10 > a 10 mmmmOtras Texturas:Otras Texturas:

T. tabular: todos los cristales son de igual tamaT. tabular: todos los cristales son de igual tamaooT. porfT. porfdica: cristales grandes (dica: cristales grandes (fenocristalesfenocristales) englobados en ) englobados en matriz de cristales mmatriz de cristales ms peques pequeos.os.T. T. escoriescoriceacea o vesicular: to vesicular: tpica de la escoria volcpica de la escoria volcnica. nica. Presencia de cavidades o vacuolas rellenas de gas. Piedra Presencia de cavidades o vacuolas rellenas de gas. Piedra ppmez. mez.

TEXTURA Y ESTRUCTURA.TEXTURA Y ESTRUCTURA.

Estructura: Estructura: CaracterCaractersticas macroscsticas macroscpicas de la roca: picas de la roca:

Consideramos forma de los estratos, su Consideramos forma de los estratos, su disposicidisposicin espacial y grandes n espacial y grandes discontinuidades.discontinuidades.

Casos a), b) y c): el revestimiento se ve sometido a presiones ms o menos uniformes. En el a) se suelen formar techos planos que hacen que la seccin real del tnel se aparte de la terica.Casos d), e) y f): se produce concentracin de presiones en algn punto concreto del tnel. En d) en el hastial derecho. En e) en la bveda. En el caso f) se producen en el hastial izquierdo. En el caso e), adems, si la potencia de las capas es reducida, centimtrica, pueden formarse en la bveda chimeneas y tiene tendencia a formar hastiales planos.

Casos a) e)

Normalmente adems de las juntas de estratificacin suelen estar presentes familias de fracturas o diaclasas. La presencia de ambas acentan los problemas que se presentan en los casos anteriores, debidas nicamente a la estratificacin.

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