Apuntes Mecanica Rocas
Páginas: 10 (2472 palabras)
Publicado: 13 de mayo de 2012
ESFUERZOS ALREDEDOR DE EXCAVACIONES SUBTERRANEAS
INTRODUCCION
Los esfuerzos que existen en un macizo rocoso inalterado están relacionados con el peso de los estratos suprayacentes y con la historia geológica del macizo rocoso. El cerro está constituido por un campo de esfuerzos el cual se altera por el desarrollo de las excavaciones subterráneas lo que da como resultado una redistribuciónde esfuerzos hacia las cajas de la excavación manteniendo estable la excavación o bien en el proceso de redistribución de los esfuerzos se inestabiliza el sector, a causa de que se excede en las resistencias naturales del macizo rocoso, lo que se puede manifestar por el cerramiento gradual de la excavación, derrumbes de techo o cajas, o en ocasiones estallido de rocas (rock – burst).
Esteestudio se limita a la teoría elástica, lo que en términos prácticos significa estudiar el diseño de rocas metálicas competentes, es decir, rocas elásticas. Este término se utiliza para describir materiales en los que el trabajo que se aplica sobre su cuerpo es totalmente recuperable una vez que las fuerzas o esfuerzos que causan la deformación han cesado.
El propósito fundamental en el diseño deun proyecto de estructura subterránea, es el aprovechamiento al máximo de la capacidad portante de la roca. Con esta finalidad, se debe procurar que el desequilibrio producido en el macizo rocoso por la excavación sea mínimo, de tal manera de lograr un consumo mínimo de elementos de sostenimiento (anclajes, pernos, cerchas, vigas, hormigón, otros). El logro en mayor o menor medida del objetivopropuesto depende, además de las condiciones geológicas y tectónicas de la zona, de la adecuada toma e interpretación de datos geológicos recopilados con vistas a la elaboración del modelo geomecánico en el que estará basado el diseño de la cavidad.
En la Tabla 1, se indican las diferentes etapas que deben cubrirse en el diseño y construcción de estructuras subterráneas en roca, según Hoek-1980. Ladecisión que debe tomarse, cuando existe la probabilidad de inestabilidad, depende del grado de seguridad requerido por la cavidad, de la categoría de la excavación y de las limitaciones económicas y prácticas, que son las condicionantes del ingeniero.
COMPONENTES DE LOS ESFUERZOS
Esfuerzos en superficies
[pic]
Los signos convencionales adoptados dependen de ladirección en que actúa la fuerza componente y de la dirección de la normal hacia la superficie sobre la que actúa
ESFUERZO EN UN PUNTO
[pic]
Para definir completamente el estado de tensión que actúa sobre este elemento, se necesita conocer las magnitudes de las componentes del esfuerzo en un punto: (x, (y, (z, (xy, (xz, (yz
[pic]
(12 = (23 = (31 = 0
ESTADO BIDIMENSIONAL DEL ESFUERZOLa dificultad del cálculo que implica el estudio de un problema tridimensional del esfuerzo puede reducirse muchas veces a un examen de la distribución bidimensional del esfuerzo en uno de los planos principales. A pesar de que tal simplificación no se justifica del todo, el análisis bidimensional del esfuerzo puede proporcionar una indicación útil sobre la naturaleza de las distribucionestridimensionales de los esfuerzos.
(z
x
y
z
Consideremos un cubo de roca que se cargaverticalmente con un esfuerzo axial mediano (z, como se muestra en la figura. Supongamos que la roca esta libre para deformarse lateralmente y que se comporta elásticamente (roca tenaz). La dimensión vertical disminuirá una cantidad w, mientras que las dimensiones laterales aumentarán una cantidad u.
La deformación lineal vertical en el cubo se define como la deformación por unidad de longitud (longitud...
INTRODUCCION
Los esfuerzos que existen en un macizo rocoso inalterado están relacionados con el peso de los estratos suprayacentes y con la historia geológica del macizo rocoso. El cerro está constituido por un campo de esfuerzos el cual se altera por el desarrollo de las excavaciones subterráneas lo que da como resultado una redistribuciónde esfuerzos hacia las cajas de la excavación manteniendo estable la excavación o bien en el proceso de redistribución de los esfuerzos se inestabiliza el sector, a causa de que se excede en las resistencias naturales del macizo rocoso, lo que se puede manifestar por el cerramiento gradual de la excavación, derrumbes de techo o cajas, o en ocasiones estallido de rocas (rock – burst).
Esteestudio se limita a la teoría elástica, lo que en términos prácticos significa estudiar el diseño de rocas metálicas competentes, es decir, rocas elásticas. Este término se utiliza para describir materiales en los que el trabajo que se aplica sobre su cuerpo es totalmente recuperable una vez que las fuerzas o esfuerzos que causan la deformación han cesado.
El propósito fundamental en el diseño deun proyecto de estructura subterránea, es el aprovechamiento al máximo de la capacidad portante de la roca. Con esta finalidad, se debe procurar que el desequilibrio producido en el macizo rocoso por la excavación sea mínimo, de tal manera de lograr un consumo mínimo de elementos de sostenimiento (anclajes, pernos, cerchas, vigas, hormigón, otros). El logro en mayor o menor medida del objetivopropuesto depende, además de las condiciones geológicas y tectónicas de la zona, de la adecuada toma e interpretación de datos geológicos recopilados con vistas a la elaboración del modelo geomecánico en el que estará basado el diseño de la cavidad.
En la Tabla 1, se indican las diferentes etapas que deben cubrirse en el diseño y construcción de estructuras subterráneas en roca, según Hoek-1980. Ladecisión que debe tomarse, cuando existe la probabilidad de inestabilidad, depende del grado de seguridad requerido por la cavidad, de la categoría de la excavación y de las limitaciones económicas y prácticas, que son las condicionantes del ingeniero.
COMPONENTES DE LOS ESFUERZOS
Esfuerzos en superficies
[pic]
Los signos convencionales adoptados dependen de ladirección en que actúa la fuerza componente y de la dirección de la normal hacia la superficie sobre la que actúa
ESFUERZO EN UN PUNTO
[pic]
Para definir completamente el estado de tensión que actúa sobre este elemento, se necesita conocer las magnitudes de las componentes del esfuerzo en un punto: (x, (y, (z, (xy, (xz, (yz
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(12 = (23 = (31 = 0
ESTADO BIDIMENSIONAL DEL ESFUERZOLa dificultad del cálculo que implica el estudio de un problema tridimensional del esfuerzo puede reducirse muchas veces a un examen de la distribución bidimensional del esfuerzo en uno de los planos principales. A pesar de que tal simplificación no se justifica del todo, el análisis bidimensional del esfuerzo puede proporcionar una indicación útil sobre la naturaleza de las distribucionestridimensionales de los esfuerzos.
(z
x
y
z
Consideremos un cubo de roca que se cargaverticalmente con un esfuerzo axial mediano (z, como se muestra en la figura. Supongamos que la roca esta libre para deformarse lateralmente y que se comporta elásticamente (roca tenaz). La dimensión vertical disminuirá una cantidad w, mientras que las dimensiones laterales aumentarán una cantidad u.
La deformación lineal vertical en el cubo se define como la deformación por unidad de longitud (longitud...
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