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GEOLOGÍA
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PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS ROCAS
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS ROCAS
Ing. Mi
Mecánica de rocas es la ciencia teórica y aplicada que estudia el comportamiento mecánico de las
rocas y los macizos rocosos. Sería la rama de la ingeniería dedicada al estudio de la respuesta de las
rocas y macizos rocosos al campo de fuerzas que actúan en su entorno.
Materia de minerales asociados de manera natural que en cantidades considerables forma parte de la masa terrestre.
Sustancia natural, de composición química definida, normalmente sólido e inorgánico, y que tiene una cierta estructura cristalina.
La finalidad de la mecánica de
rocas es conocer y predeci r el comportamiento de las rocas ante la acción de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellas.
Se basa en establecidos para expresar la respuesta de una masa rocosa a las cargas a que está
sometida y una
metodología lógica para la aplicación de estos principios y técnicas a problemas físicos reales
Estas propiedades son de índice cualitativo, permiten predecir el comportamiento
mecánico de los macizos rocosos
• Rocas cristalinas
Ejemplos: Granito, basalto, gneis, caliza, mármol, etc.
Según Goodman, (1980) y considerando su comportamiento mecánico, las rocas se pueden agrupar:
• Rocas clásticas
Ejemplos: Areniscas con varios cementos.
• Rocas de grano muy fino
Ejemplos: Arcillolitas, limolitas, margas, etc.
• Rocas orgánicas
RESISTENCIA
En el estudio de las propiedades de resistencia de una roca hay que considerar, en general, tres clases de esfuerzos:
RESISTENCIA A LA COMPRESION
Compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un solido deformable o medio continuo se caracteriza porque tienden a una reducción de volumen del material.
La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por cizalla o extensional .
RESISTENCIA
En el estudio de las propiedades de resistencia de una roca hay que considerar, en general, tres clases de esfuerzos:
RESISTENCIA A LA COMPRESION
La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por cizalla o extensional
RESISTENCIA A LA TENSIÓN
La resistencia a la tensión es el esfuerzo tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación extensional. Esta propiedad, que es una indicación del grado de coherencia del material para resistir fuerzas “tirantes”, depende de la resistencia de los minerales, del
área interfacial entre granos en contacto.
RESISTENCIA A LA FLEXIÓN
La resistencia a la flexión, o módulo de ruptura, es la resistencia de un material a ser doblado (plegado) o flexurado. La medida de esta propiedad se realiza con barras de material asentadas sobre dos pivotes y aplicando carga sobre el centro de la barra (norma ASTM C99-52).
Cuando los materiales sufren esfuerzos de forma cíclica sin llegar al punto de ruptura, se observa un debilitamiento mecánico de los mismos con el tiempo. Esto puede dar lugar a la fracturación bajo esfuerzos mucho menores que los apropiados para los materiales “frescos” que no han sido
sometidos a esfuerzos. A esta característica de los materiales se le denomina fatiga.
DEFORMIDAD
Cuando sometemos una muestra de roca a una carga esta tiende a cambiar de forma, de volumen o bien dos cosas simultáneamente. En cualquiera de estos tres casos la roca se deforma.
Existen dos tipos de métodos básicos para determinar la deformidad de los macizos rocosos (aplicando la ley de elasticidad):
• Métodos estáticos (ensayos de compresión con gatos). • Ensayos con ondas de sonido.
1. Se aplica una carga sobre la superficie plana de las roca, midiendo la deformidad de la superficial resultante
2. Se realiza el ensayo con uno o dos gatos.
3. Típicas cargas son de 3000 toneladas sobre una placa con una superficie de 1 metro cubico .
DEFORMIDAD
1. L a elasticidad (deformación dinámica) se reduce de la velocidad de propagación de ondas sísmicas.
2. Se aplica ondas longitudinales (de
compresión, P) y ondas transversales ( de corte ,S).
Durante el periodo de aplicación del esfuerzo, éste y la deformación son de hecho inseparables, por lo que se acostumbra estudiar a la
deformabilidad mediante gráficas esfuerzo-deformación
PERMEABILIDAD
Es la propiedad de algunos materiales de permitir el paso de fluidos a través de ellos sin modificar su
estructura interna. Una roca se considera permeable cuando permite el paso de una cantidad
medible de fluido en un espacio de tiempo finito.
Factores que influyen en la
permeabilidad:
•La temperatura
•La estructura
•Estratificación
•Existencia de cavidades
•Fracturas
•Entre otros
La velocidad con la que el fluido atraviesa el material de
pende de tres factores básicos :
•
La porosidad del material.
•
La densidad del fluido considerado, afecta por su
temperatura.
PROPIEDADES ELÁSTICAS
Factores principales de determinación:
• Homogeneidad.
En un material homogéneo, los constituyentes están distribuidos de tal forma
que en un pequeño fragmento separado de cualquier parte del cuerpo deberá tener
constituyentes y propiedades representativas del todo. La homogeneidad depende en gran
medida de la escala y podría ser posible describir una roca masiva de grano muy grueso
dentro de dimensiones limitadas debe ser considerada no homogénea.
• La c ontinuidad.
Es considerada como una referencia a la porosidad y/o a la cantidad de
diaclasas y fallas en un cuerpo rocos particular.. El grado de continuidad afectara su cohesión
y por lo tanto la diferencia distribución de tensiones a través de todo el cuerpo.
• La is otropía.
