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
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