Universidad Nacional de Cajamarca FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERIA GEOLOGICA MECANICA DE ROCAS.

Transcripción

1 Universidad Nacional de Cajamarca FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERIA GEOLOGICA MECANICA DE ROCAS. Reinaldo Rodríguez C. Abril

2 CAPITULO I INTRODUCCION 1.Generalidades 2.Definiciones 3.Campos de Aplicación 4.Características Determinables de las Rocas 5.Clasificación de las Rocas por su Origen o Génesis 6.Clasificación Geológica o Litológica 7.Clasificación Ingenieril 2

3 INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE ROCAS El estudio de la Mecánica de Rocas, es esencialmente el estudio de la acción de las fuerzas actuando sobre los macizos rocosos. Algunas condiciones importantes, son asociadas con las rocas sometidas a esfuerzos, las cuales propician la formación del fenómeno de fracturamiento causada por los esfuerzos, deformación y la formación de la energía resultante. 3

4 El estudio de la mecánica de rocas principalmente trata del análisis de las cargas o las fuerzas aplicadas a los macizos rocosos y los efectos internos de estos; los cuales pueden ocasionar: deformaciones, Fracturas y roturas o el deslizamiento. 4

5 Los principales efectos de interés para el geólogo y geofísico son: Los cambios de las formas que pueden ocurrir. Dichos cambios de interés son los aspectos dinámicos de las variaciones en volumen y forma. Por ejemplo: Las ondas sísmicas y sus efectos. 5

6 Para el ingeniero de Minas y Geotécnico, Su preocupación principal esta en la fenomenología que influencia la predicción de las fracturas y los deslizamientos con algunos cambios en el volumen y las formas de las rocas. Entonces, el estudio de la mecánica de rocas abarca: El análisis de las cargas o las fuerzas que están siendo aplicadas a las rocas. El análisis de los efectos internos en términos de los esfuerzos, deformaciones y la energía almacenada. Finalmente el análisis de las consecuencias de estos efectos internos como discontinuidades, diaclasas, fracturas, fallamiento, deslizamientos o simplemente las deformaciones de las rocas. 6

7 CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA MECÁNICA DE ROCAS Las aplicaciones de la mecánica de rocas a nivel mundial son : Diseño de túneles, piques, frontones, cruceros, casas de fuerza para operaciones subterráneas. Diseño de taludes para minería a tajo abierto, canteras, presas, etc. Estudio de los procesos de conminución. 7

8 Diseño para trabajos mineros subterráneos, tales como: métodos de explotación, Tajeos, cámaras, pilares, etc. Sostenimiento para galerías principales, tajeos y otros sistemas de sostenimiento. Diseño para operaciones por hundimiento, por ejemplo para conseguir el hundimiento inicial, un eficiente acarreo y evitar los efectos perjudiciales de la subsidencia. 8

9 Diseño para instalaciones de defensa subterráneas, para soportar las ondas de choque producidas por los disparos primarios. así por ejemplo, los efectos de los esfuerzos y el movimiento de la deformación dinámica. Diseño de cimentaciones para diques, presas, canales. Diseño de cimentaciones de obras estructurales. Evaluación de los daños producidos por estallamiento de rocas. Diseño optimo de las mallas de perforación y voladura y el tipo y la cantidad de las mezclas explosivas comerciales a ser usadas. 9

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11 CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES Y DETERMINABLES DE LAS ROCAS PARA OPERACIONES MINERAS Y/O CONSTRUCCIÓN De la revisión de las aplicaciones para efectuar trabajos de ingeniería haciendo uso de la ciencia de la mecánica de rocas, se mencionan las siguientes propiedades, que son las mas importantes : 11

12 Resistencia compresiva uniaxial de la roca Esta propiedad indica, si la roca es suficientemente resistente o débil con respecto a la aplicación de una carga. Se sabe que hay correlación entre el modulo de deformación de la roca, su esquistosidad y la resistencia compresiva. 12

13 Características de deformación antes del fallamiento de la roca Esta propiedad indicará si el deslizamiento natural del material podría estar en el rango esperado y en los niveles de esfuerzos menores que los que son requeridos para causar la falla. En casos extremos estos podrían también, indicar la posibilidad del esponjamiento del macizo rocoso. 13

14 SISTEMA DE ESTRUCTURAS 14

15 SISTEMAS DE ESTRUCTURAS 15

16 SISTEMAS DE ESTRUCTURAS 16

17 BLOQUE TIPICO EN INFRAESTRUCTURA MINERA 17

18 Las características del fallamiento de la roca La naturaleza del fallamiento del material por ruptura o por deslizamiento tiene una influencia determinante en el factor de seguridad que es usado o calculado para ser utilizado en trabajos de diseño, así como para las precauciones que deben ser tomadas en cuenta durante las operaciones. 18

19 La densidad, homogeneidad e isotropía de la formación El origen de la formación de las rocas gobierna con mayor magnitud, si el macizo rocoso en la naturaleza es generalmente isotrópico o anisotrópico. Desde el punto de vista de la mecánica es necesario conocer que tipo de macizo rocoso existe en la zona de trabajo. 19

20 La continuidad de la roca La cual puede o no puede causar problemas. Las propiedades del macizo rocoso son de gran importancia. Ya sea que la roca sea dividida en bloques de gran tamaño o en fragmentos pequeños, la continuidad será de mayor importancia que las propiedades mismas de la roca. 20

21 Roca en bloque Basalto Roca fracturada 21

22 CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS POR SU ORIGEN O GÉNESIS La clasificación geológica de las rocas, de acuerdo a su origen ha sido el método mas común de describir a cualquier tipo de roca. Es importante examinar este método de clasificación desde un punto de vista funcional con respecto a la ciencia de la mecánica de rocas. Este sistema de clasificación es el siguiente: 22

23 Rocas Sedimentarías Esta clasificación esta definida por el mecanismo de depositación de los sedimentos que determinan finalmente la textura y estructura final. También se les puede considerar desde el punto de vista mecánico, químico y orgánico. 23

24 Rocas Sedimentarías 24

25 Rocas Sedimentarías H. GAVILANES,

26 Rocas Sedimentarías CALIZA ARENISCA 26

27 Rocas Sedimentarías 27

28 Rocas Sedimentarías 28

29 Rocas Ígneas : ácidas, intermedias y básicas Intrusivas : Cristalizadas lentamente a altas temperaturas. Hipabisales : Cristalizadas a profundidades intermedias. Extrusivas : Cristalizadas en superficie bajo condiciones de presión atmosférica. 29

30 Rocas Ígneas H. GAVILANES,

31 Rocas Ígneas INTRUSIVAS GRANITO TONALITA 31

32 Rocas Ígneas MONZONITA SIENITA 32

33 Rocas Ígneas DIORITA GABRO 33

34 Rocas Ígneas EXTRUSIVAS RIOLITA DACITA 34

35 Rocas Ígneas LATITA TRAQUITA 35

36 Rocas Ígneas ANDESITA BASALTO 36

37 Rocas Metamórficas Son productos del metamorfismo, el proceso modifica la composición mineralógica y la estructura, por cambios de presión y temperatura. Los procesos básicos son : Grado de Metamorfismo, Zonas metamórficas, Facies metamórficas. 37

38 Rocas Metamórficas H. GAVILANES,

39 Rocas Metamórficas FILITA 39

40 Rocas Metamórficas GNEIS 40

41 Rocas Metamórficas MARMOL PIZARRA 41

42 Rocas Metamórficas CUARCITA FILITA PLEGADA 42

43 CLASIFICACIÓN GEOLÓGICA O LITOLÓGICA La información estructural, que es a menudo obtenida mediante mapeo geológico por supuesto provee información muy importante. Por lo tanto, se debe mencionar que el trabajo realizado por los ingenieros geólogos para la determinación de una clasificación del macizo rocoso es muy importante en el modelo geológico. 43

44 Una descripción mas detallada de la roca, la cual incluiría datos litológicos, Químicos, mineralógicos y petrográficos, va a contribuir con una información mas detallada para los propósitos de la mecánica de rocas. El análisis petrográfico y petrológico, podría incluir información acerca de la textura y origen, lo mismo que la composicion de los minerales, la cual podría proveer información importante geológicamente. 44

45 Por ejemplo, de una manera indirecta la magnitud de la resistencia y la naturaleza de las propiedades de deformación pueden ser deducidas de este análisis. Así se tiene, que las micro-fracturas pueden ser detectadas en los cristales de cuarzo en un granito, las cuales serian significativas con respecto a la resistencia del granito. Sin embargo, este seria un método de alto costo para obtener tal información, cuando pruebas directas de resistencia podrían dar los mismos resultados y a un costo menor. 45

46 CLASIFICACIÓN INGENIERIL Creado por Deere (1968) y se basa en la propiedad ingenieril de la resistencia a la Compresión Uniaxial 46