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Propiedades Índice MSc. Jorge Dueñas Facultad de Geología Geofísica y Minas UNSA www.unsa.edu.pe Email: [email protected]

2019

Macizo Rocoso + Roca intacta Propiedades de resistencia

-UCS -Intercepto cohesivo (c) -Angulo de fricción (°) -Tracción indirecta -Carga puntual

Propiedades elásticas

-Modulo de Young (E) -Poisson

= Discontinuidad Propiedades de resistencia

-Resistencia al corte (t) -Intercepto cohesivo (c) -Angulo de fricción (°)

Propiedades elásticas

-Modulo de rigidez (Ks,Kn)

Condición de las discontinuidades

Macizo rocoso

Propiedades de resistencia

-Método de H&B -Intercepto cohesivo -Angulo de fricción

Propiedades elásticas

-Modulo de Young

-Orientación (Dip/ Dipdir) -Frecuencia (ff) -Espaciamiento (S) -Rugosidad -Persistencia -Tipo de relleno -Tamaño de bloque -RQD

Método Directo e Indirecto

Estimaciones (empíricas)

1

Macizo Rocoso!

Roca intacta

Interpretación de las Propiedades de la Roca • Cuando está involucrado en construcciones civiles: fundaciones, taludes, túneles, cortes en vias, etc. • Dos niveles de clasificación de la roca:  

Roca Intacta (origen, tipo, edad, minerales) Macizo rocoso (discontinuidades)

• Data combinada de ensayos en campo y en laboratorio

2

Clasificación de la Roca Intacta • Tipo de Roca • Formación y Edad Geológica •

Clasificación de Rocas por su Origen Sedimentary Types Grain

Metaphorphic

Igneous Types Intrusive Extrusive

Clastic

Carbonate

Foliated Massive

Conglomerate

Limestone

Gneiss

Breccia

Conglomerate

Sandstone

Limestone

Schist

Siltsone

Chalk

Phyllite

Shale

Calcareous Mudstone

Slate

Aspects Coarse

Medium

Fine

Mudstone

Marble

Quartzite

Granite

Pegmatite

Volcanic Breccia

Diorite

Tuff

Diabase

Amphibolite

Rhyotite

Basalt Obsidian

3

Era

Period Quaternary

Epoch

Holocene - Recent Pleistocene Pliocene

Cenozoic

Escala Tiempo Geológico

Miocene Tertiary

Oligocene Eocene Paleocene

Cretaceous Mesozoic

Silurian Ordovician Cambrian

38 million 54 million 65 million

230 million

Permian

Devonian

5 million 26 million

185 million

Triassic

Paleozoic

10,000 2 million

130 million

Jurassic

Carboniferous

Time Boundaries (Years Ago)

Pennsylvanian Mississippian

265 million 310 million 355 million 413 million 425 million 475 million 570 million

Precambrian

3.9 billion

Earth Beginning

4.7 billion

FHWA-NHI Subsurface Investigations

Ciclo Petrológico

4

Clasificación Geológica vs Geomecánica

Clasificación Geológica

Clasificación Geomecánica

Propiedades de la Roca Intacta

5

Propiedades Índice de la Roca Intacta • Gravedad específica de sólidos, Gs • Peso Unitario, g • • • • •

Porosidad, n Velocidades ultrasónicas (Vp y Vs) Resistencia Compresiva, qu Resistencia a la tensión, T0 Módulos elásticos, ER (a 50% de qu)

Clasificación Geológica de las rocas • Caracterizar ciertos parámetros de la roca que tiene que ver con su resistencia

• Estas características se pueden relacionar con las del macizo rocoso

• Desde el punto de vista genético:   

Ígneas Sedimentarias Metamórficas

• Desde el punto de vista textural:    

Textura cristalina Textura clástica Rocas de granos muy finos Rocas orgánicas

• Comportamiento Mecánico:    

Elástico y frágil Plástico Viscoso Isótropo o anisótropo

6

Clasificación Geológica de las rocas

• Descripción incluye: • • •

• • • •

Textura Composición Tipo de cementación en las discontinuidades Diaclasamiento Contenido de humedad Poros Etc.

Componentes de la Roca (Fases)

Sólidos

Aire

Vacíos

Idealización

Agua

Sólido

Roca

Roca Idealizado

7

Componentes de la Roca (Fases) Volúmen

Masa

Volúmen

Masa 0

e

wGs

1

S : Solido

Partícula

W: Liquido A: Aire

Agua Aire

wGsrw

Gsrw

Propiedades Índice

Porosidad: Indica la proporción entre la parte vacía de la roca (poros) y la parte sólida. Las porosidades normalmente fluctúan entre 0 y 40%.

n

VP V  Vs volumen de poros   VT VT volumen total

8

Propiedades Índice La porosidad generalmente disminuye al aumentar la profundidad o la presión. Su relación puede ser expresada por una función exponencial o una función logarítmica (Schon, 1996)

Donde no es la porosidad inicial a la profundidad z = 0; y A y B son factores empíricos en función de la compresibilidad de las rocas. Jelic (1984) deriva la siguiente relación de areniscas con una porosidad inicial de no = 0,496

Z es la prof. en Km

Porosity n versus mean grain diameter d50 for Bentheim Sandstone (from Schon, 1996)

Relaciones Volumétricas Índice de vacíos e (en decimal, 0.65)

e

Volumen de vacíos (Vv ) Volumen de sólidos (Vs )

Porosidad n (en porcentaje 100%, 65%)

n

Vse e  Vs (1  e) 1  e

n

Volume de vacíos (V v ) Volúmen total del suelo (Vt )

Grado de Saturación S (en porcentaje 100%, 65%)

S

Volumen total de vacios que contienen agua (Vw ) 100% Volumen totaldevacios(Vv )

9

Propiedades Índice Densidad: Se define como la masa por unidad de volumen de un material. La densidad de las rocas se puede determinar utilizando el método sugerido por ISRM (1979 c). La densidad de las rocas depende de la composición mineral, la porosidad y del material de relleno en los vacíos. La Tabla de abajo muestra los valores típicos de la densidad para diferentes tipos de rocas intacta.

Propiedades Índice Como se ha descrito anteriormente, la porosidad disminuye con el aumento de la profundidad, la densidad de las rocas aumenta con la profundidad. Polak y Rapoport (1961) publicaron la siguiente relación simple entre la profundidad y densidad.

Donde z es la profundidad; PZ0 es la densidad de la roca a una profundidad z0; y A es un factor empírico relacionado con la capacidad de compresión de la roca.

10

Densidad y Peso Unitario • La masa es una medida de la

inercia de un cuerpo, o su "cantidad de materia". La masa no cambia, asi se mueva a otros lugares.

• El peso es la fuerza, la fuerza

de la gravedad que actúa sobre un cuerpo. El valor es diferente en diferentes lugares (segunda ley de Newton F = ma)(Giancoli, 1998)

Masa Volumen Peso Masa  g Peso unitario, g   Volumen Volumen Densidad , r 

g : aceleración de la gravedad

g  r  g  r  9.8 m Agua, g  9.8 kN

• La unidad de peso unitario se

utiliza con frecuencia más que la densidad (por ejemplo, en el cálculo de la presión de sobrecarga).

Gs 

sec 2

m3

rs rs  g g s   rw rw  g g w

Propiedades Índice Gravedad específica: 



Es la densidad del material de interés dividida por la densidad del agua  medida adimensional Densidad del agua es 1g/cm3, lo que hace que, cuando se mide en estas unidades (o equivalentemente en ton/m3), el valor de la densidad y gravedad específica sea el mismo.

g

peso volumen

G

densidad del material densidad del agua

Gs 

rs rs  g g s   rw rw  g g w

11

Relaciones de Peso • Densidad del suelo

• Contenido de agua w (100%) Masa del agua ( M w ) w 100% Masa de los sólidos del suelo ( M s )

• •

a. Densidad Seca

• rd 

Para algunos suelos orgánicos w>100%, • hasta 500 % Para arcillas “moles”, w>100%

b. Mojado o Densidad humeda (0%