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7/13/2019 Chapter 1_Rocks.pptx

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1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE

INGENIERA DE MINAS MECANICA DE ROCAS

INRODUCCIN A

LA INGENIERIA DE

ROCAS II

ING. FRANKLIN R. MONTOYA TOROVERERO

Cajamarca, Abri !"#$


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2

El estudio de la mecnica de rocas trata del

anlisis de las cargas o las fuerzas aplicadas alos macizos rocosos y los efectos internos deestos; los cuales pueden ocasionar:deformaciones, Fracturas y roturas o el

deslizamiento.

Algunas condiciones importantes, sonasociadas con las rocas sometidas a

esfuerzos, las cuales propician la formacindel fenmeno de fracturamiento causada porlos esfuerzos, deformacin y la formacin dela energa resultante.


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MODELOS

MODELOS GEOLOGICO

MODELOS GEOMECANICO

MODELOS MATEMATICO


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!

"odelo#eolgico

"odelo#eomecnico

"odelo"atemtico

Caractersticas de lamuestra de rocaintacta.

Descripcin de lasdiscontinuidades.

Caracterizacin delmacizo rocoso.

Sondaes.

!idro"eolo"a.

M#todos "eo$sicos.

Litolo"a.

Meteorizacin.

Estructuras "eol"icas.

Caractersticas"eomec%nicas de lasdiscontinuidades.

Clasi&caciones"eomec%nicas.

Estado de las tensiones

de los macizos rocosos. 'esistencia de los

macizos rocosos.

Calidad del macizorocoso.

(ropiedades mec%nicasde las discontinuidades.

Tensiones naturales.

(ropiedades mec%nicasde los materiales.

An%lisis detensiones.

'elaciones tenso)de$ormacionales.

Dise*o dee+ca,aciones.

Dise*o de lossistemas desostenimiento.

E-uilirio limite.

Modeloscontinuos.

Modelosdiscontinuos


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$


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%


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&


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'


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(

'ESISTENCIA EN COM('ESION /NIA0IAL


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1)

Teoras de Fallas o Criterios deRotura


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11



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12


d ll i i d


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1


T d F ll C it i d


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1!



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1$


16/81

1%


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1&


18/81

1'


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1(

ESTADOS TENSIONALES


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2)


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21


22/81

22

CLASI1ICACIONES GEOMECANICAS


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2

CLASI1ICACIONES GEOMECANICAS

'2D


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2!

'2D


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'M'


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2%

'M'34


27/81

2&

2 56A'TON7


28/81

2'

2 56A'TON7


29/81

2(


30/81

)


31/81

1


32/81

2


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2 56A'TON7


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!

2 56A'TON7


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$


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%

-A/ 0E A-0A0 0E */A


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&

*einaldo *odrguez

'+2+1$

-A/ 0E A-0A0 0E */A

-A3FA4 #E/"E5A


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'

*einaldo *odrguez

'+2+1$

-A3FA4 #E/"E5A

Ensayos Geotcnicos


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(

Ensayos Geotcnicos

-a aplicacin de la "ecnica de rocas es deimportancia fundamental, para solucionarlos di6ersos pro7lemas 8ue se presentanen los di6ersos macizos rocosos.

0e7e considerarse el comportamiento de laroca in9situ, y la interrelacin entre las

discontinuidades geolgicas, lascaractersticas tensin9deformacin y suspropiedades geomecnicas del macizorocoso, como la resistencia a traccin y a

compresin simple.

Ensayos Geotcnicos


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!)

-as propiedades mecnicas caracterizan lareaccin de las rocas frente a la aplicacin de un

campo de fuerzas y dependen de: La naturaleza del macizo rocoso

Los defectos de la roca

La metodologa del ensayo.-as propiedades mas importantes del macizorocoso 8ue de7en ser estudiadas cuando sedisean estructuras de cimentacin y

eca6aciones su7terrneas, son: Propiedades Fsicas,

Propiedades Elsticas,

Propiedades de resistencia de laroca

Ensayos Geotcnicos


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!1

Densidad(orosidadAsorcin(esos espec&cos

(ropiedades1sicas

ara determinar las principales propiedadesmecnicas de la matriz rocosa y del macizorocoso, se de7en realizar los siguientes ensayos

de -a7oratorio.compresin unia+ialcompresin tria+ialcorte directocar"a puntualreote con martillosc8midttraccin m#todo rasileroconstantes el%sticas9 etc.

(ropiedadesMec%nicas

Ensayos Geotcnicos


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!2

(ropiedades de la 'esistencia de la'oca

En todo diseo de eca6aciones ocual8uier o7ra ingenieril, se determinanlas constantes elsticas y las propiedades

de resistencia de la roca.

Aparte de la composicin mineralgica,dureza de los minerales y la dura7ilidad

de la roca; eisten otros factores 8ueafectan las propiedades mecnicas delmacizo rocoso, entre los cuales tenemos :

Ensayos Geotcnicos


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!

(ropiedades de la 'esistencia de la'oca

*esistencia interna de las partculasminerales indi6iduales

/rientacin de los cristales y granos

minerales en relacin a la carga aplicada ysu7secuente deformacin lateral ydeslizamiento ensines in9situ

Ensayos Geotcnicos


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!!

-a resistencia de la roca puededeterminarse tanto en especmenes de

roca intacta en el la7oratorio como enensayos in situ.

-os principales ensayos en el -a7oratorio

de "ecnica de *ocas, son:

1. *esistencia compresi6a? arga untual

? *esistencia a la compresin uniaial? *esistencia a la compresin triaial2. Ensayo de cizallamiento directo. *esistencia a la traccin

!. *esistencia a la @ein

Ensayos Geotcnicos


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!$

Ensayos deCompresin

Ensayos Geotcnicos


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!%

Car"a (untual

El e8uipo para elEnsayo de argauntual, consiste

en un e8uipoidrulico porttil,con un 7astidor decarga de gran

rigidez y unospunzones cnicosfcilmenteaBusta7les a las

dimensiones del

Ensayos Geotcnicos

Ensa:o de Compresin


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!&

>iene por Dnalidad medir laresistencia a la compresin

uniaial de una muestra deroca en forma de testigoscilndricos de geometraregular. El ensayo esprincipalmente orientado a

la clasiDcacin de rocas deacuerdo a su resistenciacompresi6a y caracterizacinde la roca intacta.

-a resistencia a lacompresin es normalmentedeDnida como el esfuerzonecesario para romper unespCcimen cilndrico de roca

sin conDnamiento lateral.

Ensa:o de Compresinunia+ial

Ensayos Geotcnicos


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!'

Sonda

Sacatesti"os de'ocas

Ensayos GeotcnicosCortadora Diamantina


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!(

Cortadora Diamantina

Testi"os paraEnsa:os

Ensa:o de Compresin


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$)

Ensa:o de Compresinunia+ial


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$1

Ensayos Geotcnicos


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$2

>am7iCn, se puede decir 8ue, este ensayo

consiste en aplicar cargas compresi6as aialescada 6ez mayores, a pro7etas cilndricas derelaciones -+0 2, asta producir rotura.

-a resistencia a compresin simple


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$

Protodyakonov

ropuso 8ue para aproimar los resultadoso7tenidos a los estndares de -+0 2 seapli8ue la siguiente relacin matemtica:

c *esistencia compresi6a uniaial con -+02o resistencia compresi6a uniaial con -+0

20 0imetro de la ro7eta

L

D

oc

27

8

+

=

Ensayos Geotcnicos


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$!

>ericamente, el ngulo


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0A>/3

EsfuerzoCompresivo

Uniaxial

; < =>>> (SI

EsfuerzoConnante

? < >

Angulo entre elplano de falla yel plano principalmayor

< @>

Angulo de

Friccin

< ?>

Encontrar 9

< ;>>> (si < ;B?.>

En,ol,

ente

deMo

8r)

Coulom

.

Ensayos Geotcnicos


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$%

Ensayo de CompresinTriaxial

Ensayos Geotcnicos


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$&

En todo tipo de situaciones, por lo general laroca se encuentra conDnada a tensionestriaiales.

Este ensayo tiene por Dnalidad conseguir lacondicin de falla, para un estado de tensiones

deDnido.uando se disean o7ras de ingeniera oeca6aciones superDciales o su7terrneas enciertas estructuras rocosas, se tendr 8ue

com7inar esfuerzos 9 , para 8ue el diseo seencuentre en zona segura, estimndoseDnalmente un cierto factor de seguridad.

Este ensayo permite o7tener otros parmetros

importantes de la roca, como: El ngulo de

Ensayos Geotcnicos

- i i l


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$'

-a mima carga aial yla presin deconDnamiento ser6irn

para graDcar loscorrespondientescrculos de "or, apartir de los cuales sepodr trazar la cur6aen6ol6ente,determinndose elngulo de friccininterna y la coesin de

la roca intacta.


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Ensayos Geotcnicos


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%1

Ensayos Geotcnicos


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%2

Ensayos Geotcnicos


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%

Ensayo deCizallamiento Directoo Corte Directo

Ensayos Geotcnicos


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%!

asi siempre la roca falla a tra6Cs de lasdiaclasas o planos de de7ilidad. uando una rocase encuentra conDnada o suBeta a tensiones en

6arias direcciones, dicas tensiones puedendescomponerse en dos direcciones principales:Ina normal a la superDcie potencial de falla y laotra tangencial a la superDcie.

Este ensayo tiene por Dnalidad reproducir en ella7oratorio aproimadamente lo 8ue ocurre en laroca in situ, de tal forma 8ue se pueda e6aluarentre 8ue rangos 6aria el ngulo de friccinresidual para un tipo de roca determinado.

Ensayo de Cizallamiento Directo oCorte Directo

Ensayos Geotcnicos


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%$

6

6

A

A

< Es$uerzo normal

< Es$uerzo de corte

< Desplazamiento

A < Tapa o molde deconcreto

6 < Testi"o de roca

Dise*o del Ensa:ode Corte Directo


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Ensayos GeotcnicosMA!"#A $E %&'(E $"'E%(&


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%&

En esta ma8uina porttil se eBecuta el ensayo decorte directo so7re discontinuidades, cuyo o7Beti6oes la determinacin de los parmetros

friccionantes : oesin JcK y ngulo de friccinJFiK 7sica y residual.

3e puede

apreciar lama8uina decorte directo,constituida pordos gatas

idrulicas, unacaBa metlicapara los moldesde concreto, consus respecti6osaccesorios.

Ensayos Geotcnicos


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%'

Ensayos Geotcnicos


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%(

Ensa:o de Traccin Indirecta

5M#todo 6rasilero7

Ensayos Geotcnicos


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&)

Ensa:o de Traccin Indirecta 5M#todo6rasilero7

El ensayo consiste en someter a una pro7etacilndrica


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&1

( < Car"a de roturaD < Di%metro de laproetaL < Lon"itud de la

proeta

DLt

=


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&2

(

(

Dise*o del Ensa:ode Traccin IndirectaM#todo 6rasilero

Ensayos Geotcnicos


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&


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&!


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&$

METODOS N/ME'ICOS /TILIHADOSEN GEOMECANICA


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&%

EN GEOMECANICA

3E 0N0E E 0/3 A>E#/*A3

"E>/0/3 0E />/*/: IA"E>E E- />/*/ 0E- /OPE>/ 0EE3>I0/ 3E 0N0E E E-E"E>/3 Q E- >E*/* 0E- "AR/ *//3/.0FE*EA3:- *ESIE*E IA"E>E 0E- />/*/ 0E- /OPE>/ 0E E3>I0/ 3EA

0N03/ E E-E"E>/3 , /* -/ SIE E3FIE*R/ /"I>A/A- E/30E*A0/ "E/*.

- /30E*A E- "AR/ *//3/ /"/ I "E0/ F>/, -A3/0/E3 0E />/*/ IE0E 3E* IA"E>E E3EFA0A3E E- "AR/

"E>/0/3 0E 0/"/: "E>/0/ 0E E-E"E>/3 F>/3 /0/ 0E-A3 0FE*EA3 F>A3 I/.

- *ESIE*E I "AQ/* E3FIE*R/ /"I>A/A- A*A -A 0N3/ 0E-"AR/ *//3/ E E-E"E>/3 .

- -A3 /03/E 0E />/*/ 0EOE E3>A* E-EPA0A3 0E -A3IE*FE >E**E3>*E 0E -A 3IE*FE 0E- */O-E"A A 3E*

E3>I0A0/, A F 0E EN>A* E**/*E3 /E*E>E3 / -A

ME(&$&) #!ME'"%&) E#*E&ME%A#"%A


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&&

*E&ME%A#"%AEstructura del M+todo de Elementos Finitos

MEF En el anlisis 7idimensional, la estructura es di6idida enelementos 8ue pueden ser triangulares, rectangulares o

regiones de cuatro lados, 8ue pueden ser rectos o cur6os.

3e asume 8ue los elementos estn conectados en ciertospuntos llamados /0/3. A8u se calculan losdesplazamientos.

-os nodos pueden estar localizados en los lados o en elinterior de los elementos. En el interior de los elementosse calculan las tensiones.

A los elementos 8uetienen nodos en loslados as como en sus6Crtices se lesdenominanE-E"E>/3

A*AO/-/3, y

ME(&$&) #!ME'"%&) E#*E&ME%A#"%A


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&'

*E&ME%A#"%AEstructura del M+todo de Elementos Finitos

MEF -a unin de 6arios elementos para7licos constituyen la"A--A 0E E-E"E>/3 F>/3.

"ientras mayor es el numero de elementos para7licos,mayor ser el ni6el de eactitud.

-a malla no re8uiere ser uniforme, es decir, los elementos

no re8uieren ser de la misma forma o dimensin. -a Lnica regla por

seguir es 8ue donde seesperenconcentraciones

criticas de tensiones,los elementos seanmas pe8ueos, poreBemplo la 7ase de untalud o la periferia deuna eca6acin

APL"%A%"-# $EL ME(&$& $E ELEME#(&) F"#"(&) E# LA$E(E'M"#A%" $EL )&)(E#"M"E#(& E# !#A E%A/A%"


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&(

$E(E'M"#A%" $EL )&)(E#"M"E#(& E# !#A E%A/A%")!0(E''A#EA

Reinaldo

Rodrguez C.

O6ETIJO: E6aluar la deformacin de la


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')

eca6acin con y sin sostenimiento.DATOS ING'ESADOS : 0atos del material,geometra de la eca6acin y condiciones de

contorno.DATOS DE SALIDA :ampo de tensiones, campode deformaciones y campo de desplazamientos.

'ES/LTADO A(LICANDO (!ASE


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