PETROLOGIA - MECÁNICA DE ROCAS

1. PETROLOGIA - MECÁNICA DE ROCAS TEMA 2. CONTINUACION

2. ROCA-MACIZO ROCOSO ROCA: es una porción de suficiente entidad de la litosfera terrestre o de cualquier cuerpo planetario en la que se mantienen sus propiedades en toda su superficie. Rocas: son agregados naturales duros y compactos de partículas minerales con fuertes uniones cohesivas permanentes que habitualmente se consideran un sistema continuo. TIPOS: Polimineral: asociación o agregado de dos o más minerales, normalmente cristalizados. Monomineral: constituida por una sola especie minera mineral, siempre que tenga entidad volumétrica suficiente o morfológica. Es una asociación de cristales de una especie mineral. Dentro de del concepto de roca podemos incluir al hielo, el carbón y el petróleo.

3. ROCA-MACIZO ROCOSO • MACIZO ROCOSO: consideramos no sólo el material que lo constituye (Matriz Rocosa) sino también sus discontinuidades, alteraciones, propiedades en conjunto, etc. Puede estar constituido por varias rocas asociadas. • Macizo rocoso: Matriz rocosa (material) + Discontinuidades + capa alterada (regolito) + Agua • La Roca debe ser homogénea e isótropa. Concepto geológico. • El Macizo rocoso es heterogéneo y anisótropo. Concepto Ingenieril.

4. Suelos • Suelo: Agregados naturales de granos minerales unidos por fuerzas de contacto (cohesión) normales y tangenciales a las superficies de las partículas adyacentes (débiles), separables por medios mecánicos de poca energía o por agitación en agua. • Autoctonos: regolitos o coluviales. • Alóctonos: han sufrido erosión, transporte y sedimentación: sedimentos. • En ingeniería lo que no es roca es suelo. • En ingeniería suelo es aquel material que es rippable.

8. 2.- CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DE LAS ROCAS. • Las rocas son homogéneas en su composición (dentro de un rango de variabilidad) en toda su superficie e incluso en todo su volumen. Normalmente presentan discontinuidades que hacen que presenten cierto grado de inhomogeneidad. Por el contrario, el macizo rocoso siempre es inhomogeneo. • Las discontinuidades son superficies o planos de debilidad que separan bloques de matriz rocosa o roca intacta o roca sana. • Las discontinuidades suelen ser más abundantes en la superficie de la roca o del macizo rocoso y disminuir hacia el interior.

9. 2.- CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DE LAS ROCAS. • Tipos de discontinuidades: • Microscópicas: diferencia en el tamaño de grano de los minerales, diferente ordenación de los mismos, microfisuras, etc. • Macroscópicas: de gran tamaño. Fundamentalmente son planos de debilidad o de rotura de las rocas que se originan al consolidarse las mismas o por esfuerzos posteriores dirigidos (tectónicos) o por la orientación o disposición de cierto tipo de minerales. En general se denominan discontinuidades. Hay varios tipos: • Fisura: rotura no abierta. • Diaclasa: rotura abierta pero sin movimiento o desplazamiento. • Fractura o falla: Rotura abierta con desplazamiento. • Plano de estratificación (R. sedimentarias). • Esquistosidad (R. metamórficas).

10. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LA MATRIZ ROCOSA. Propiedades. Goodman 1980

11. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LA MATRIZ ROCOSA. Goodman 1980 • 1.- Densidad: es la masa por unidad de volumen ρ = m / v. • Peso específico es el peso`por unidad de volumen • Pe (γ) = m.g/v luego m = Pe.v/g • Sustituyendo: • ρ = m / v = Pe. v /g.v = Pe/g = γ/g • La unidad normal es el KN/m3. • Las rocas de la corteza tienen un Pe medio de 26 KN/m3. • Gravedad específica (G) o peso específico relativo de un sólido es el cociente entre su peso específico (γ) y el peso específico del agua (γw). Siendo γw = 9.8 KN/m3 • G = pe/pew G = γ/ γw

14. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 2.- Porosidad. (n) • Es la relación entre el volumen de huecos (Vh) y el volumen total de la roca (Vt). • n = (Vh/Vt)x 100. Se expresa en %. • En general alta, salvo rocas formadas en profundidad, alta Presión. • Varía con la profundidad dentro de la roca o macizo rocoso. • Primaria y secundaria. • Grado de saturación (S): es el cociente entre el volumen de huecos con agua (Vhw) y el volumen total de huecos. S = (Vhw / Vt) x 100

17. R. Ígneas y Metamórficas Calizas Conglomerados

21. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 3.- Durabilidad o Alterabilidad. • Es la permanencia en el tiempo de todas las propiedades de la roca. • Es la medida de la estabilidad física y química de la roca.

25. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 4.- Resistencia: • Es el esfuerzo máximo que puede soportar una roca sin romperse. • R. Compresión. • Uniaxial: resistencia a la compresión simple. • Triaxial: resistencia con presión confinante. • R. Tracción. • E. Franklin • E. Brasileño

26. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 4.- Resistencia: • R. Compresión. • Uniaxial: resistencia a la compresión simple. • Triaxial: resistencia con presión confinante. Definida por: F • σc = ----------- A • Siendo: σc = Resistencia a la compresión. F = fuerza aplicada hasta la rotura A = Sección inicial de la muestra normal a la dirección de la fuerza.

27. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 4.- Resistencia: • R. Compresión. • Uniaxial-Triaxial: El mismo ensayo mide la deformabilidad de la roca y se obtiene el módulo elástico y el coeficiente/módulo de Poisson. • El valor del módulo Elástico estático es Tensión • E = ---------------------------------- Deformación unitaria • El valor del módulo de Poisson es Deformación transversal • υ = ---------------------------------------- Deformación longitudinal

28. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 4.- Resistencia: • R. Tracción. • E. Franklin • E. Brasileño • P • σtb = -------------- • π R H • Siendo: • σtb = Resistencia a la Tracción. • P = Carga de rotura • R = Radio de la sección transversal de la probeta. • H = Longitud de la probeta

30. Valoración de los resultados del ensayo brasileño

31. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 5.- Permeabilidad o conductividad hidráulica (k). • Es la menor o mayor facilidad que presenta un material para ser atravesado por el agua. • Equivale a una velocidad. m/día ó cm/s • Ley de Darcy: Q = k A h/l = k A i • Q = caudal. • A = sección. • h = diferencia de altura. • l = recorrido del agua. • h/l = gradiente hidráulico. • No tiene por que coincidir con la porosidad.

32. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 5.- Permeabilidad o conductividad hidráulica (k). • No tiene por que coincidir con la porosidad, aunque normalmente lo hacen. • Excepción: pizarras y arcillas alta n y baja k. • A la inversa no se cumple. Todas las rocas con alta k tienen alta n. Excepción: • La permeabilidad de una roca está relacionada • Porosidad • Conductos • Disoluciones • Grietas de contracción: basaltos. • Fisuras, diaclasas, etc

38. 3.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS. • 6.- Velocidad sónica. • No intríseca. Depende no solo de la mineralogía sino de la presencia de planos de debilidad, composición, estructura, etc. • Mide la velocidad con la que una onda sónica atraviesa la roca. • Índice de calidad de la roca de Fourmaintreaux : IQ = 100 x (VI/VI*) • VI = velocidad de las ondas p en la roca sana (testigo). • VI* = Velocidad de las ondas p en la matriz rocosa (campo).

41. SEMINARIOS DE GEOTECNIA Y RIESGOS NATURALES D9H 3. Ripabilidad / voladura • Bancos de menos de 30 cm • Tres familias de discont. por m3

42. SEMINARIOS DE GEOTECNIA Y RIESGOS NATURALES Onodera If = (Vc / V1) 2 3. Características geomecánicas • Velocidad “P”, caract. Geotéc. • Índices de fisuración • Módulos dinámicos • Características de materiales a remover • Índices de fisuración • Velocidad “P”, características Geotécnicas

43. SEMINARIOS DE GEOTECNIA Y RIESGOS NATURALES Coon 1968 Deere et al 1967

44. SEMINARIOS DE GEOTECNIA Y RIESGOS NATURALES Filaho y Rodrigues 1986

45. SEMINARIOS DE GEOTECNIA Y RIESGOS NATURALES FASE DE PROYECTO Relación con las Clasificaciones Geomecánicas

47. SEMINARIOS DE GEOTECNIA Y RIESGOS NATURALES FASE DE EJECUCIÓN Adaptación de Caract. Geómecánicas

48. 4.- TEXTURA Y ESTRUCTURA. • Textura: Tamaño, forma y disposición de los minerales que constituyen las rocas. • En el caso de las rocas magmáticas está relacionada con la profundidad y velocidad de cristalización. • Por el tamaño: • Textura afanítica < 0.05 mm. • Textura de grano fino 0.05 a 1 mm. • Textura de grano medio 1 a 5 mm. • Textura de grano grueso 5 a 10 mm. • Textura pegmatítica > a 10 mm Otras Texturas: T. tabular: todos los cristales son de igual tamaño T. porfídica: cristales grandes (fenocristales) englobados en matriz de cristales más pequeños. T. escoriácea o vesicular: típica de la escoria volcánica. Presencia de cavidades o vacuolas rellenas de gas. Piedra pómez.

49. 4.- TEXTURA Y ESTRUCTURA. • Estructura: • Características macroscópicas de la roca: Consideramos forma de los estratos, su disposición espacial, grandes discontinuidades, etc.