PPRROOPPIIEEDDAADDEESS DDEE LLOOSS MMAACCIIZZOOSS RROOCCOOSSOOSS

Tensión: Es la fuerza interna por unidad de área, cuando dicha área tiende a

cero

a.- Tensión Normal: Es la componente normal de la tensión, es decir la

componente perpendicular al plano sobre el que actúa la tensión

b.- Tensión Tangencial o Cortante: Es la componente tangencial de la

tensión, es decir, la componente paralela al plano sobre el que actúa la

tensión.

Deformación- Es el movimiento absoluto o relativo de un punto de un

cuerpo o bien la variación de una dimensión lineal

a.- Deformación Unitaria o Normal: es la deformación por unidad de

longitud en la dirección de la deformación.

b.- Deformación Unitaria Tangencial o Cortante: Es la deformación por

unidad de longitud cuando la longitud sobre la que se produce la

deformación es perpendicular a la dirección de la deformación que se toma

c.- Modulo de Deformación: Es la relación entre la tensión normal y la

deformación normal unitaria para cada material cuando el incremento de la

deformación unitaria es producido por el incremento de la tensión, a esta

propiedad cuando se trata de cuerpos elásticos, se le da el nombre de

modulo de elasticidad o modulo de Young

PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS

Cuando las rocas soportan un peso de una estructura o cualquier carga, estas

están sujetas a deslizamientos, y si están sometidas a un exceso de carga,

pueden experimentar daños, como por ejemplo agrietarse o romperse.

Los posibles efectos de las cargas sobre las rocas, dependen de las

propiedades físicas de estos materiales que deberían ser conocidas por el

ingeniero proyectista de estructuras.

Las propiedades ingenieriles de las rocas que se toman en consideración son:

a. Peso especifico aparente: Esta propiedad es de uso más frecuente en

el estudio de las propiedades físicas de las rocas.

Ga=

Wo= Peso roca seca estufada 24 horas – 105°C

Ww= Peso roca húmeda 48 horas

Wx= Peso seco aparente

b. Peso Especifico Verdadero:

Gv =

A= Cantidad de agua que satura a los poros de la muestra

c.- Porosidad: Es relación existente entre el volumen de espacios o

poros y el volumen total de la muestra.

n =

d.- Absorción (H2O absorbida): Es el agua que llena los poros de una

muestra de roca emergida, puede quedar atraída por la roca o bien

quedar libre, es decir, no sujeta a atracción.

= 100

El condiciones normales el agua solo llena parte del volumen total de poros

Grado de Saturación: Es la relación que existe entre el volumen de poros

llenos de agua y el volumen total de poros y es proporcionalmente menor

que el 100 por ciento

e.- Peso unitario de las rocas: podemos definir el peso unitario de una

sustancia porosa a su estado como seco, saturado (peso al aire con todos sus

poros llenos de agua), parcialmente saturada e inmersa (sumergida y pesada

en el agua) saturada resulta, en general desapersibible. Si una roca tiene

porosidad elevada no puede despreciarse el peso del agua contenida en los

poros

El peso unitario puede calcularse por cualquiera de las siguientes formulas

PESO UNITARIO =

Este peso unitario también se conoce con el nombre de Densidad en seco o P

eso especifico

En el siguiente cuadro podemos apreciar propiedades físicas que

comúnmente se encuentran en todos los ambientes.

Clase de roca

Peso

aparente

Porosidad

%

Absorción

%

Peso Unit.

Seco ppe.

Rocas Ígneas 2.27 10.77 4.86 174.3

Andesita X 2.57 X 3.85 X 1.73 X 160.53

APlita 2.50 4.11 1.67 156.10

Basalto 2.77 22.06 9.97 172.90

X 2.57 X 7.79 X 3.58 X 160.90

Dacita 2.46 3.56 1.44 153.60

Diabasa 2.95 0.17 0.06 184.40

Gabro 3.00 0.00 0.00 1870.30

Granito 2.67 3.98 1.55 166.60

Granito

(fluorita)

2.99 1.67 0.58 1.86.60

Granodiorita 2.70 0.50 0.19 168.50

Sienita

Cuarcifera

2.63 1.54 0.62 164.10

Rocas

Sedimentarias

Brecha (Sienita) 3.10 0.78 0.27 193.3

Brecha (Caliza) 2.28 18.73 8.26 142.1

Silex 2.48 4.10 1.69 155.1

Caliza 2.54 4.36 1.73 158.9

Caliza

dolomítica

2.69 2.08 0.80 167.9

Caliza

dolomítica

2.65 1.06 0.42 166.3

Arenisca 2.58 1.62 0.66 160.9

Arenisca

calcárea

2.31 11.85 5.14 144.5

Arenisca

arcillosa

2.48 6.10 2.48 155.1

Travertino 2.63 1.07 0.42 164.7

Leunaquella 1.19 56.70 47.80 74.0

Rocas

Metamórficas

Gneis 3.12 2.23 0.84 195.0

Mármol 2.73 2.02 0.77 170.2

Mármol

dolomítico

2.84 0.60 0.21 177.2

Cuarcita 2.64 0.46 0.17 164.7

Pizarra 2.77 0.00 0.00 173.0

Una roca de gran peso unitario tiene por lo general una porosidad reducida,

una absorción reducida y peso especifico alto.

RESISTENCIA DE LAS ROCAS

Para estudiar las propiedades de resistencia de una roca hay que

considerar tres tipos de esfuerzo:

a.- ESFUERZO DE COMPRENSIÓN: que es un esfuerzo que entiende al

disminuir el volumen del material rocoso.

B.-ESFUERZOS CORTANTES: cuando tiende a desplazar una parte de la roca

respecto a otra

C.-ESFUERZOS DE TENSIÓN: cuando tienden a formar grietas y fisuras en el

material: por lo tanto tomando en cuenta que el esta clasificación la roca

puede tener resistencia a la comprensión tensión y al esfuerzo constante.

Y la resistencia inicial tensil tanto en las rocas como en los suelos son

despreciables por lo tanto estructural que está sometido a tensión que no se

construyen de material pétreo si no de otros materiales apropiados como el

concreto armado o el acero .Además de las tres fuerzas enunciadas y las

rocas en su condición natural están sometidas a torsión .

NOTA: la resistencia a la compresión de un material tal como la roca es la

fuerza requerida para romper una muestra que está sometida a la carga y no

se halle contenida o sostenida por los lados

r=

Las rocas ígneas algunas areniscas, cuarcitas ofrecen por lo general la más

alta resistencia a la compresión. El basalto sin meteorizar puede alcanzar una

resistencia de 60000 psi sin apoyo lateral.

RESISTENCIA DE LAS ROCAS A LA COMPRESIÓN

Tipo de Roca Resistencia a la

Compresión

Límite de Desviación D %

con respecto al tipo de R

Andesita 18710 – 19750 3360-3510

Basalto 247450-31850 9879-16780

Gneis 9310-15140 0-0

Granito 33200 32

Granito ligeramente

aherado

8250-9400 3820-4820

Caliza 10900 53

Caliza brechosa 860-4960 190-4820

Mármol 30800 90

Arenisca (2 tipos) 10400-6100 46-145

Arenisca 8810-12200 7470-5210

Pizarra biotítica 7750-12010 0-0

Pizarra clorítico-

biótico

5290-1700 0-0

Pizarra de biotita –

sílimanita

1160-4930 0-0

Pizarra de biotita-

silimanita y cuarso

1250-4520 0-2500

Pizarra de techar 30400 5.2

Toba 530 190

La resistencia a la compresión de una roca depende de la inclinación de los

planos de estratificación o lechos, de modo que la mayor resistencia a la

compresión corresponde a los esfuerzos normales a la estratificación. Asi por

ejemplo las cargas verticales que se aplican a los estratos sedimentarios se

comportan de la siguiente manera

L a mayor resistencia de una roca se obtiene cuando el material cementante

es cuarzo ( roca sedimentaria ) o sea sílice secundaria, por lo cual se le

denomina roca “silicificada” o también una combinación de SILICE y MICAS

HIDRICAS de fina re cristalización ( ilita, clorita,etc )

La presencia de fisuras a menudo microscópicas y de juntas o venas ( es decir

ineluciones dentro de la roca más o menos anchas de materiales extraños

disminuye la resistencia a la compresión especialmente si la dirección de las

fisuras coincide con los planos de fractura o fatiga de roca.

ESNASAYOS MICRO SISMICOS

Tipo de Roca Tamaño de Grano Resistencia Total a

la Compresión

(Kg/m2)

Tipo de Ruptura

Granito Grande (basto) 45600 Rotura violenta

Basalto Afanítico 25000 Aplastamiento

Dolomita Medio a grande 34900 Aplastamiento

violento

Brecha Fragmentos

grandes

Caliza Fino a medio 30700 Quebramiento

Arenisca Fino a medio 27900 Quebramiento

violento

Piazarra Medio a basto 12200 Aplastamiento

La saturación rebaja la resistencia de una roca a la compresión esto implica

que cuando más elevada sea la porosidad mayor será la aptitud para la

saturación y por lo tanto más baja la resistencia.

Si se coloca una placa de piedra apoyada sobre dos soportes prácticamente

inmóviles y se somete a la acción de una carga P la placa se curva y se

presenta tensión en la parte inferior y compresión en el lado contrario es

decir la parte superior Si se incrementa gradualmente la carga P la placa se

rompe por falla de Tension este efecto nos hace comprender por qué en

ingeniería civil se prefiere usar placas de hormigón armado en lugar de placas

de piedra.

El fenómeno que se muestra es un ejemplo muy simple pues el desgarre

tangencial de un material pétreo es un fenómeno mucho más complejo.

El coeficiente de fricción cubre no solo la fricción entre la superficie de

desgarre sino también la ruptura de las ligazones entre partículas y otros

trastornos que a menudo se conoce como coeficiente de fricción interna que

mas apropiado se le puede llamr coeficiente de resistencia cortante. E ste

coeficiente es la expresión de la tg de un ángulo de resistencia cortante φ

por lo tanto será:

f=Tan φ

la resistencia tangencial de una roca y de mucho otros materiales como las

arcillas es demasiado complicado como para poder expresarse mediante una

fórmula tan sencilla para estos casos suele utilizarse la siguiente formula

empirica que nos proporciona mejor resultado

f= Tan φ + c

CONCLUSIONES QUE SE DEDUCEN DE LA PRUEBA DE COMPRESION

a.- la resistencia de las rocas a la compresión se incrementa cuando

incrementa la contención lateral

En el terreno esta contención esta ejercida por la expresión lateral de las

rocas contiguas que actúan sobre otras. La causa principal en el terreno de

la presión lateral, es el peor de las cargas sustentada por una roca

determinada esto quiere decir que cuanto más profundo se encuentra la

roca más resistencia a la compresión ofrecerá siempre y cuando se

encuentre perfectamente confinada, es decir que no se pueda escapar o fluir

lateralmente

En un ensayo triaxial la presión lateral la proporciona el fluido contenido bajo

presión en el interior del cilindro

L a resistencia aumenta con la profundidad y disminuye en la superficie

Para cimentaciones profundas todos los valores de resistencia a la

compresión nos ofrecen un margen suficiente de seguridad puesto que los

resultados de los ensayos a la compresión son resultado de trabajo pero sin

compresión lateral.

ELASTICIDAD DE LAS ROCAS

Modulo de Elasticidad de las Rocas:

Principio de Elasticidad: S e dice que un cuerpo es elástico, cuando al

aplicársele una fuerza este se deforma pero al retirar la carga recupera su

tamaño original, sin embargo en la roca rara vez la muestra recupera su

tamaño original después de una operación de carga y descarga sino que

siempre queda una parte residual de la deformación, este tipo de

deformación se denomina plástica o irreversible

Después de una o más operaciones consecutivas de carga y descarga la

muestra puede tornarse elástica .Si al aplicarse la carga la deformación es

ϪL y es proporcional al valor de la misma carga P que la origino se dice

que el material obedece a la ley de hooke o ley de la proporcionalidad

perfecta

Cuando una carga P pequeña mas, más pequeña que produce el

aplastamiento o ruptura, se ocasiona una disminución de altura L de la

muestra prismática de sección cuadrada en sentido vertical en una

medida de ϪL aumentando en cambio su ancho y en sentido horizontal

que pasa de B a E + ϪL por lo tanto el modulo de elasticidad se expresa

mediante la siguiente ecuación:

E= =

Donde E es modulo de elasticidad para cada roca determinada cuando

esta sometida a compresión, y se expresa en Kg/Cm2 o TNM/PL2