resistencia de macizos rocosos - materias.fi.uba.armaterias.fi.uba.ar/6408/210 resistencia de...
TRANSCRIPT
Resistencia demacizos rocosos
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
William Gibson: [email protected]
Alejo O. Sfriso: [email protected]
Índice
• Roca intacta y macizo rocoso
• El criterio de Hoek-Brown
• Resistencia de las discontinuidades
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
2
Materiales ingenieriles
3
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Materiales hechos por el hombre
Materiales naturales
Materiales aeroespaciales
Hormigón Acero
Rellenos de suelo
Suelos
Macizos rocosos
Control en la fabricación
No control
Macizo rocoso vs roca intactaR
esis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
4
Las propiedades mecánicas del macizo rocoso están controladas por
• Roca intacta: el agregado mineral sin discontinuidades
• Discontinuidades
Problemas de escala
5
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Las estructuras (o fracturas) introducen anisotropía y problemas de escala para determinar resistencia de macizos
Macizo rocoso vs roca intacta: un problema de escala
• Las muestras y testigos que se pueden ensayar no representan el problema a escala real
• La escala real no se puede ensayar en un laboratorio
6
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Falla en gran escala
7
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
En los problemas de falla de gran escala se puede asumir uncomportamiento homogéneo
Falla en pequeña escala
8
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
En los problems de falla en escalas menores el material predomina el comportamiento de bloques: no es un medio continuo
Resistencia de macizo rocoso
• Tenemos mínimo (o nulo) control de las propiedades del macizo
• Lo que podemos ensayar (muestras) no representa el macizo rocoso
• El macizo, por su tamaño, no lo podemos ensayar
¿Qué podemos hacer?
• Medir la resistencia de la roca intacta
• Estimar la resistencia a escala de macizo considerando la presencia de fracturas
9
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Roca intacta: resistencia a la compresión simple
La resistencia a la compresiónsimple (uniaxial) es el valormás característico de la rocaintacta
Se mide con la misma técnica que las probetas de hormigón
10
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
(Bieniawski 1973)
Resistencia típica del hormigón
Roca intacta: ensayo de carga puntual
En el ensayo de carga puntual de toma un fragmento irregular de roca y se lo somete a compresión con dos puntas
�� =�
��
El resultado correlaciona con la resistencia a compresión simple
�� ≅ 24 �� ��
Permite una estimación expeditiva deresistencia sobre testigos de sondeos
11
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Roca intacta: ensayos de resistencia a la tracción
• Resistencia a la tracción directa
• Resistencia a la tracción por flexión
• Ensayo brasileño �� =��
���
12
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
(Singh 1989)
Comportamiento de roca intacta en TX
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
• En rocas duras, la rigidez no depende de la presión
• La descarga (antes delpico) es elástica
• Una vez alcanzado elpico, la roca se rompe
– Bajas tensiones: la muestra se desarma
– Altas tensiones: se comporta como un suelo
13
Comportamiento de roca intacta en TX
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
(Bienawski, 1972)
Arenisca
14
Resistencia roca intacta
• Ensayos tradicionales en testigos (compresión simple, triaxiales, brasileño)
• Envolvente no lineal
15
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Índice
• Roca intacta y macizo rocoso
• El criterio de Hoek-Brown para roca intacta
• Resistencia de las discontinuidades
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
16
El criterio de Hoek-Brown
Criterio empírico de falla definido por dos parámetros �� y ��
• �� se mide en ensayo de compresión simple
• �� se mide en ensayos triaxiales
17
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
s3
s1
�� = �� + �� �� ⋅��
��+ 1
�.�
sc
Estimaciónde ��
�� tiene rangoscarácterísticos enfunción del tipode roca
18
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
El criterio de Hoek-Brown para macizos rocosos
Envolvente definida por cuatro parámetros ��, �� , � y �
Incorpora la cantidad de fracturas en el macizo rocoso y la condiciónde esas fracturas
19
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
�� = �� + �� �� ⋅��
��+ �
�
El criterio de Hoek-Brown para macizo rocoso en función de GSI y D
20
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
�� = �� exp ��� − 100
28 − 14�
� = exp ��� − 100
9 − 3�
� =1
2+
1
6�����/�� − ����/�
�� = �� + �� �� ⋅��
��+ �
�
El criterio de Hoek-Brown para macizo rocoso en función de GSI y D
21
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
�� = �� exp ��� − 100
28 − 14�
� = exp ��� − 100
9 − 3�
� =1
2+
1
6�����/�� − ����/�
�� = �� + �� �� ⋅��
��+ �
�
El criterio de Hoek-Brown(evolución histórica)
Origen en falla frágil de vidrios
Asume comportamiento isotrópico
No tiene un fundamento físico
22
Cara
cte
riza
ción d
e m
aci
zo
s ro
coso
s Hoek (1968)
�� ≥ −3�� → �� − ��
�
�� + ��= ��
�� ≤ −3�� → �� = −1
8��
Hoek-Brown (1980)
�� = �� + �� � ⋅��
��+ �
�.�
Hoek-Brown (2002)
�� = �� + �� � ⋅��
��+ �
�
s3
s1
sc
Resistencia macizo vsroca intacta
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
(Hoek 2004)
Estos índices caracterizan al macizo
23
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Rigidezmacizo vsroca intacta
24
Estos índices caracterizan al macizo
RocLab: use con precaución
25
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
(AFTES 2003)26
Cara
cte
riza
ción d
e m
aci
zo
s ro
coso
s
Discusión
La estimación de la resistencia de macizos rocosos se hace combinando ensayos de laboratorio y métodos de Clasificación de Macizo Rocosos (principalmente GSI)
Macizos rocosos distintos pueden tener el mismo GSI => la misma resistencia !!!!
El sistema funciona pero claramente puede ser mejorado
27
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Discusión
Los parámetros deresistencia y rigidez se estiman empleandoun índice (p.ej. GSI)
• ¿Es verdad que doblealteración es igual adoble fracturamiento?
• ¿Cuanta informaciónse pierde en el proceso?
• ¿Podemos hacerlas cosas mejor?
28
Cara
cte
riza
ción d
e m
aci
zo
s ro
coso
s
Meteorización QSI
# familias
Tipo de matriz
RQDDiscontinuidades
Rugosidad micro
Rugosidad macro
Rellenos Alteración
RMR90
RMR89
GSI
Rigidez Resistencia Dilatancia
30% RQD, 30% meteor, 40% relleno
80% alteración, 20% QSI
50% relleno, 50% rugosidad
Índice
• Roca intacta y macizo rocoso
• El criterio de Hoek-Brown
• Resistencia de las discontinuidades
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
29
Caracterización de discontinuidades
30
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Caracterización de discontinuidades
(Hoek 2006)31
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
32
Resistencia de discontinuidadesC
ara
cte
riza
ción d
e m
aci
zo
s ro
coso
s
Modelo de Barton-Bandis
33
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
� = �� � tan
�� +
���� ⋅ log��
����
��
���� = ����
��
��
��.�� ����
���� = ����
��
��
��.�� ����
�� = 10��
Modelo de Barton-Bandis
34
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
� = �� � tan
�� +
���� ⋅ log��
����
��
���� = ����
��
��
��.�� ����
���� = ����
��
��
��.�� ����
Lj
Lr
Lj
Criterios de Jennings y Cording-Jamil
Jennings: interpolación lineal
� =��
�� + ��
� = � ⋅ �� + 1 − � ⋅ ��
�� =
2��(1 − �)sin (2�)
+ �� 1 + cot � � tan(��) + 1 − � tan ��
1 − tan � � tan �� + (1 − �) tan ��
Cording-Jamil: falla escalonada
� =�
���� + �� tan � + �
�� =
2�� ⋅���
sin 2(� − �)+ �� 1 + tan � + � cot(� − �)
1 − tan � + � tan � − �35
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Lj
d
Lj
tan i=d/Lj
Criterios de Jennings y Cording-Jamil: validación experimental
36
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
(Prudencio y Hormazábal 2012)
Los parámetros deben escalarse para el tamaño del problema
(Alejano 2005)37
Cara
cte
riza
ción d
e m
aci
zo
s ro
coso
s
Resumen
El cálculo de la resistencia de macizos rocosos introduce un problema de escala
• Los ensayos de laboratorio dan parte de la respuesta
• Hay que complementarla con información de Clasificación de Macizos Rocosos
• “Experimentos” de gran escala proporcionan información invaluable para el retro-análisis
38
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Resumen
Normalmente la minería se puede dar el “lujo” de los “experimentos” debido a las condiciones de acceso restringido y al alto nivel de monitoreo
El carácter temporal de las excavaciones permite un diseño mas agresivo
• F-439-33 Failure 18th June.avi
• Wall failure.mpg
39
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
Bibliografía
• Básica
– Goodman, R (1989) Introduction to Rock Mechanics. 2da Ed. Wiley
– Goodman, R (1993) Engineering Geology. Wiley
• Complementaria
– Hoek, E (2002) Practical Rock Engineering. www.rocscience.com
– Brady, B y Brown, E. Rock mechanics for underground mining. Kluwer Ac. Publ
Resis
ten
cia
de
ma
cizo
s r
oco
sos
40