Asignatura: Mecánica de Rocas 4to curso grado de ingeniería geolóca de la UCMDescripción completa
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27/11/2014
4º CURSO DE INGENIERÍA GEOLÓGICA
MECÁNICA DE ROCAS
Resistencia de las discontinuidades
RESISTENCIA DE LAS DISCONTINUIDADES • Repaso de conceptos importantes sobre las discontinuidades en los Macizos Rocosos • Criterios de Rotura: Mohr‐Coulomb, Patton • Criterio Empírico de Barton y Choubey • Ensayos de campo (tilt test, esclerómetro) • Ensayos de laboratorio: Corte directo • Ensayos in situ: Corte directo
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Repaso La resistencia del macizo rocoso está condicionada por la resistencia de la matriz rocosa y la de las discontinuidades (más las condiciones hidrogeológicas, u)
º
ñ
resistencia
Isótropo
Anisótropo
Isótropo
Repaso
resistencia
Isótropo
Anisótropo
Isótropo
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Repaso Isótropo
Anisótropo
Isótropo
resistencia
Isótropo
Anisótropo
Isótropo
Resistencia Roca intacta vs Discontinuidades Roca intacta Discontinuidad
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Ensayo de corte directo (portátil para campo)
Célula de Hoek para corte directo en rocas
Ensayo de corte directo (laboratorio)
Hoek (2009) Practical Rock Engineering
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Ensayo de corte directo Constante a lo largo del ensayo
Fn
Fn
Plano de dis.
FT
FT Variable
Ensayo en discontinuidades Planas y Lisas τ
Resistencia Pico
τ τ τ
3 2
1
Resistencia Residual N3 = 30 kg N2 = 20 kg N1 = 10 kg
Desplazamiento Horizontal, DH
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Criterio de rotura al corte de Mohr‐Coulomb
Resistencia al corte,
p = C+ n tg p (n3,3) (n2,2)
r = n tg r p
(n1,1)
C
r
Tensión Normal n
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Ensayo en discontinuidades Planas y Rugosas
González de Vallejo, L.I. et al. (2002) Ingeniería Geológica, Prentice Hall, Madrid.
*/*n = tg
* = cos i - n sen i /n = tg(+i) *n = n cos i + sen i
Discontinuidades Planas y Rugosas Dilatancia
Corte de la rugosidad
Cabalgamiento de las rugosidades
r González de Vallejo y Ferrer (2011) Geological Engineering, Taylor and Francis. London.
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Discontinuidades Planas y Rugosas Criterio bilineal de Patton n
c*
= n tan(r+ i) para n Bajos = c* + n tan r para n Altos ( = n tan r Discontinuidad Plana Lisa ) c*- cohesión aparente (sólo para valores de esfuerzo normal altos)
Importancia de la Dilatancia • Dilatancia: Aumento de volumen en la rotura al corte de una discontinuidad rugosa (Patton). • En el medio natural confinado (ej, túnel, n altos) la dilatancia no es posible, esto implica que las discontinuidades presenten una mayor resistencia al corte. • En medio no confinado (ej, talud, n bajos) es al contrario.
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Importancia de la Dilatancia
Brady and Brown (1994) Rock Mechanics. Chapman and Hall. Cambrigde.
Dilatancia permitida
Dilatancia NO permitida
Más fácil la rotura
Más difícil la rotura
Importancia de la Orientación de Corte (anisotropía)
González de Vallejo, L.I. et al. (2002) Ingeniería Geológica, Prentice Hall, Madrid.
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Criterio empírico de Barton y Choubey En la naturaleza esta zona es transicional
r González de Vallejo y Ferrer (2011) Geological Engineering, Taylor and Francis. London.
Criterio empírico de Barton y Choubey
JRC = Joint Roughness Coefficient . Coeficiente de rugosidad de la discontinuidad JCS = Joint wall Compression Strenght. Resistencia a compresión simple de la pared de la discontinuidad r = ángulo de rozamiento residual de la discontinuidad
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Criterio empírico de Barton y Choubey
No contempla la cohesión El ángulo de rozamiento interno es variable con el esfuerzo normal n Sólo es constante cuando es el residual (discont. lisa)
Criterio empírico de Barton y Choubey Componente resistente de la rugosidad Componente geométrica de la rugosidad
φr
i
PARA JCS/n 50
Obtención de φr Ángulo de rozamiento residual: el ángulo de rozamiento en superficies lisas en condiciones naturales. Se obtiene en ensayos o a través de:
R: Rebote del esclerómetro sobre una superficie fresca sin meteorizar r: idem sobre la discontinuidad en su estado natural
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Obtención de φb Ángulo de rozamiento básico: Se corresponde con el ángulo de rozamiento residual en superficies lisas frescas, sin meteorizar.
Obtención de JRC (escala de laboratorio)
RUGOSA
LISA
PULIDA
Se puede obtener de tablas (literatura) o del ensayo de inclinación de testigos de roca fresca (tilt test en testigos frescos)
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Clases de Rugosidad en campo
Escala centimétrica Escala métrica
Ejemplos
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Obtención de JRC (escala de campo)
https://www.rocscience.com/educ ation/hoeks_corner
Peine de Barton (rugosímetro, perfilómetro)
http://enriquemontalar.com/el‐perfilometro‐y‐la‐rugosidad‐de‐la/
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Obtención de JRC (campo)
Tilt test en bloques Se obtiene un ángulo (α) que pude asimilarse al ángulo de rozamiento de pico (φp)
Obtención de JCS
Importante: El peso específico de la roca debe estar en kN/m3; y el JCS se obtiene en MPa.
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Efecto escala en la Resistencia
González de Vallejo, L.I. et al. (2002) Ingeniería Geológica, Prentice Hall, Madrid.
El aumento del tamaño de la superficie ensayada implica una importancia relativa menor de las componentes de la rugosidad. También implica un comportamiento relativamente menos rígido y más plástico.
Ensayo de corte directo in situ
González de Vallejo, L.I. et al. (2002) Ingeniería Geológica, Prentice Hall, Madrid.
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Corrección Factor Escala
L0=10 cm JRC0 y JCS0 = medidas en laboratorio 10 x 10 cm Ln= longitud en campo (cm) JCSn