σ σ σ 5.5. Resistencia del macizo rocoso

Transcripción

1 5.5. Resistencia del macizo rocoso TEMA 5 Criterios de rotura para macizos rocosos Criterio de Mohr-Coulomb τ = c + σ n tg φ τ : resistencia al corte c : cohesión del macizo rocoso σ n : tensión normal φ : ángulo de fricción interna Criterio de Hoek y Brown σ 3 1 = 3+ c m + σ c σ σ σ s σ 1 y σ 3 : tensiones principales mayor y menor en rotura σ c : resistencia a compresión simple (roca matriz) m y s : constantes (dependen del macizo rocoso: GSI o RMR) Características del macizo rocoso Macizo rocoso masivo sin discontinuidades Macizo rocoso con una o dos familias de discontinuidades Macizo rocoso con tres o más familias de discontinuidades ortogonales Criterio de rotura Hoek y Brown (roca matriz) Mohr-Coulomb Barton-Choubey Hoek y Brown (macizo rocoso) Datos necesarios m i y σ c de la roca matriz c y φ de la junta φ b, JRC, JCS de la junta m y s del macizo rocoso

2 Resistencia de las discontinuidades TEMA 5 Resistencia al corte / cizalla Tensiones en un ensayo de corte directo: σ n τ : tensión tangencial σ n : tensión normal τ τ σ n Esquema de ensayos: in-situ en el laboratorio Las dimensiones de la muestra son muy importantes!!

3 La resistencia al corte de las discontinuidades depende fundamentalmente de la fricción de los planos y, en menor cuantía, de la cohesión. Rugosidad Cementación-cohesión Existen dos tipos de ensayo de corte directo: 1. en discontinuidades planas 2. en discontinuidades rugosas

4 Resistencia al corte en discontinuidades planas TEMA 5 Condiciones: La superficie de discontinuidad tiene que ser completamente plana. Las muestras tienen que estar sujetadas a una tensión normal. Puede haber una cementación en la discontinuidad Tensión - Deformación: τ τ p rotura / pico discontinuidad cementada τ res residual discontinuidad no cementada Ley de Mohr-Coulomb: Tensión máxima (pico): ε τ p = c p + σ n tan φ p τ p : resistencia al corte de pico c p : cohesión de la discontinuidad σ n : tensión normal φ p : ángulo de fricción de pico de la discontinuidad Tensión residual (c = 0): τ res = σ n tan φ res τ res : resistencia residual al corte σ n : tensión normal φ res : ángulo de fricción residual En general: φ res < φ p

5 Resistencia a corte en discontinuidades rugosas Tipos de rugosidad (descripción cualitativa): Escalonada Ondulada Plana

6 Dilatancia: Desplazamientos tangenciales y normales durante un corte directo Cuantificación del efecto de la rugosidad: Patton (1966) Barton (1976) Barton y Choubey (1977) Ladanyi y Archambault (1972) etc.

7 Método de Patton: Influencia de la rugosidad: φ p = φ b + i φ b : ángulo de fricción básico de la discontinuidad (20-40º) i: ángulo que forma la irregularidad con respecto al plano de discontinuidad (0 40º) Existen diferentes tipos de i: 1. primer orden 2. segundo orden TEMA 5 Resistencia de pico (considerando c = 0): τ p = σ n tan (φ b + i)

8 => Barton (1973) ha demostrado que los resultados de Patton están relacionados con la tensión normal (σ n ) que actúa sobre las juntas.

9 Método de Barton y Choubey: Resistencia al corte de pico = σ tan φr + log τ n JRC 10 JCS σ n φ r : ángulo de fricción residual JRC: coeficiente de rugosidad de la junta (puede ser 0 si la junta es plana y lisa) = (joint roughness coefficient) JCS: la resistencia a la compresión simple de las paredes de la discontinuidad = (joint wall compression strength) Resistencia de la discontinuidad depende de tres componentes: 1. una componente friccional (φ r ) 2. una componente geométrica (JRC) 3. una componente de asperidad (JCS/σ n ) Además: φ r y JCS dependen del grado de meteorización Estimación del ángulo de fricción residual, φ r : Las paredes de la discontinuidad no están meteorizadas: φ r ángulo de fricción básico (φ b ) Las paredes de la discontinuidad están meteorizadas: se puede calcular φ r con el martillo de Schmidt: o φ = ( φ 20 ) 20( r / R) r b + r: rebote del martillo en superficie meteorizada R: rebote del martillo en superficie sana

10 Barton y Choubey (1977) han recopilado una serie de datos por el ángulo de fricción básico : Tipo de roca φ b [ o ] Gres Limolita Conglomerado 35 Creta 30 Caliza Basalto Granito (grano fino) Granito Pórfido 31 Pizarra 27 Gneis Esquisto Determinación del parámetro JCS: Las paredes de la discontinuidad no están meteorizadas: JCS = σ c (ensayo de compresión simple o carga puntual) Las paredes de la discontinuidad están meteorizadas: JCS < σ c (martillo de Schmidt) log 10 JCS = γ roca r r: rebote del martillo en superficie meteorizada γ roca : peso específico de la roca (kn/m 3 ) El martillo permite obtener valores de JCS entre 20 y 300 MPa

11 Determinación del coeficiente JRC (joint roughness coefficient) TEMA 5 según el perfil de la rugosidad de la junta:

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