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4.1 CONCEPTOS
Resistencia: Corresponde a la capacidad de una estructura para
soportar cargas, por lo tanto, el
criterio establece que la resistencia real del material que
interesa debe ser superior a la resistencia
requerida, con lo que obtendr un factor de seguridad mayor a la
unidad y cuya magnitud final
depender del tipo de estructura y criterio de diseo
aplicado.
Falla: Corresponde a la ruptura o colapso completo de una
estructura, o bien que las deformaciones
han sobrepasado un lmite permisible, de tal modo que dicha
estructura es incapaz de realizar sus
funciones; el trmino falla es utilizado, comnmente, incluyendo
los trminos Fractura y Flujo.
Fractura: Es el resultado de la aplicacin de cargas, de
compresin o traccin, a un material
predominantemente frgil, sin apreciable fluencia. Este indicador
muestra el punto de falla del material
bajo las condiciones de solicitacin aplicadas. El trmino
fractura implica la aparicin de distintas
superficies de separacin en el cuerpo.
Deformacin: Corresponde a un cambio de posicin no relativo de
cada punto de un cuerpo al ser
solicitado por un sistema de cargas, donde las dimensiones de
ste cambian respecto a las originales,
pudiendo generarse valores residuales que alteren la forma y
propiedades fsicas del material
ensayado.
Flujo: Este trmino es utilizado para sealar la no restriccin de
ocurrencia de deformacin plstica.
CAPTULO IV: LEYES CONSTITUTIVAS
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4.2 RELACIONES DE ESFUERZO DEFORMACIN
El resultado de la aplicacin de un sistema de cargas a un cuerpo
en equilibrio es su deformacin. La
magnitud de esta deformacin depende del comportamiento mecnico
del material que constituye el
slido y de las magnitudes de las cargas aplicadas. Esta relacin
de causa efecto normalmente
expresada por la Relacin Constitutiva entre esfuerzo, deformacin
y los parmetros que caracterizan
el comportamiento mecnico del material del slido.
Las relaciones constitutivas son determinadas desde datos
experimentales. En general, los
especmenes del material de inters son sometidos a ensayos de
compresin o traccin, registrndose
las cagas y deformaciones correspondientes. Con los datos
obtenidos se construye un grfico cuya
curva es la denominada Curva de Esfuerzo-Deformacin.
El comportamiento de los materiales reales ms all del rango
elstico es denominado inelstico. Por
lo tanto, se requiere una contraparte a la teora de elasticidad
para completar el comportamiento
mecnico de un material sometido a la accin de cargas.
Muchas teoras inelsticas han sido desarrolladas principalmente
para describir el comportamiento
mecnico de materiales slidos como: dctil, plstico y viscoso. Si
bien estas teoras han sido
desarrolladas para describir el comportamiento mecnico de
materiales de ingeniera como metales,
plsticos, caucho, Fibras sintticas, etcesas teoras bajo ciertas
condiciones pueden ser aplicadas a
las rocas.
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Existen varios tipos de materiales en Ingeniera cuyo
comportamiento puede ser descrito por relaciones
constitutivas relativamente simples y caracterizado por medio de
su Curva de Esfuerzo-Deformacin.
Tres ejemplos clsicos de modelos idealizados de materiales son
el Elstico, Plstico y Visco-Elstico.
ELSTICO:
En el caso linealmente elstico se tiene un factor de
proporcionalidad, pendiente de la curva, que
relaciona el esfuerzo y la deformacin, sta es la conocida Ley de
Hooke.
)1.4(E
En el caso de elasticidad No Lineal se tendr:
)2.4(f
4.3 MODELOS DE COMPORTAMIENTO
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)3.4(td
d
VISCOSO:
El comportamiento de flujo viscoso tambin genera una deformacin
no recuperable o permanente,
pero es dependiente del tiempo.
Donde es una constante
)4.4(td
du
n
Donde u y n son parmetros caractersticos del material
PLSTICO:
En el caso perfectamente plstico se asume que los esfuerzos
generan una deformacin permanente,
no recuperable. Cuando se sobrepasa el lmite elstico el material
se deforma permanentemente y lo
continuar haciendo a ese nivel de solicitacin.
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COMPORTAMIENTO MECNICO DE UN MATERIAL
Gonzlez de Vallejo et al (2002).
ACERO ESTRUCTURAL:
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MODELOS DE COMPORTAMIENTO IDEAL
Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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4.4 DETERMINACIN DE PROPIEDADES CONSTITUTIVAS
a) Ensayo en Compresin No Confinada:
UCS = (Carga Mxima de Ruptura / rea Seccin Transversal
Probeta)
Modos de Falla y Control de la Ruptura
Para probetas de roca en compresin no confinada se
tienen tres modos de falla caractersticos:
Normal (tensin + corte)
Corte
Flujo Plstico
Jumikis (1983)
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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Goodman (1989) Lambe & Whitman (1969)
1lb/plg2 = 6.9 KPa
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
1Kg/cm2 = 100 KPa
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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-0.0004 -0.0002 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001
Deformacin Unitaria (Microstrain)
0
10
20
30
40
50
Esfu
erz
o (
MP
a)
Ensayo en Compresin No ConfinadaMdulos Elsticos EstticosMuestra
GDRB-DDH-747-116-118-05
Deformacin Axial
Deformacin Diametral
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EVALUACIN DE PARMETROS ELSTICOS
PROBETA CON STRAIN GAUGE INSTALADA
MONTAJE DEL ENSAYO
PROBETAS POST ENSAYO
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
b) Ensayo en Compresin Triaxial:
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PRESIONES DE CONFINAMIENTO PARA ENSAYOS TRIAXIALES
CU50 < 100 MPa 100 MPa < CU50 < 150 MPa 150 MPa <
CU50 < 200 MPa
0.05 CU50 0.05 CU50 0.05 CU50
0.10 CU50 0.10 CU50 0.10 CU50
0.20 CU50 0.15 CU50 0.15 CU50
0.30 CU50 0.20 CU50 0.20 CU50
0.40 CU50 0.30 CU50 0.25 CU50
0.50 CU50 0.40 CU50 0.30 CU50
0.35 CU50
REF. : Primer Taller Geotcnico Interdivisional Estndares para la
Caracterizacin Geotcnica de Rocas, Estructurasy Macizos Rocosos
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0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
Esfuerzo Normal, N (MPa)
0
25
50
75
100
125
150
175
Es
fue
rzo
Ta
ng
en
cia
l,
(M
Pa
)
Ensayos Triaxiales
Unidad Veta
3 : 4.0 MPa
3 : 7.5 MPa
3 : 14.0 MPa
3 : 22.0 MPa
3 : 28.0 MPa
3 : 36.0 MPa
Ensayos Triaxiales
Unidad Veta
3 : 4.0 MPa
3 : 7.5 MPa
3 : 14.0 MPa
3 : 22.0 MPa
3 : 28.0 MPa
3 : 36.0 MPa
DATOS INICIALES ENSAYOS DE COMPRESIN TRIAXIAL
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DATOS FILTRADOS ENSAYOS DE COMPRESIN TRIAXIAL
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
Esfuerzo Normal, N (MPa)
0
25
50
75
100
125
150
175
Es
fue
rzo
Ta
ng
en
cia
l,
(M
Pa
)
Ensayos Triaxiales
Unidad Veta
3 : 4.0 MPa
3 : 7.5 MPa
3 : 14.0 MPa
3 : 22.0 MPa
3 : 28.0 MPa
3 : 36.0 MPa
Ensayos Triaxiales
Unidad Veta
3 : 4.0 MPa
3 : 7.5 MPa
3 : 14.0 MPa
3 : 22.0 MPa
3 : 28.0 MPa
3 : 36.0 MPa
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c) Ensayo de Resistencia a la Traccin:
Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
OTRAS CONSIDERACIONES:
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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Gonzlez de Vallejo et al (2002).
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RECOMENDACIONES ENSAYOS DE LABORATORIO
1. USO DE NORMAS ISRM, ASTM Y LOS ESTNDARES PARA LA
CARACTERIZACIN GEOTCNICA
DE ROCAS, ESTRUCTURAS Y MACIZOS ROCOSOS-CODELCO CHILE.
2. EN EL CASO DE LOS ENSAYOS DE RESISTENCIA EN COMPRESIN NO
CONFINADA (UCS):
PARA CADA UNIDAD LITOLGICA ENSAYAR 12 A 15 PROBETAS PARA LOGRAR
UN MNIMO DE 10
MEDICIONES DEL UCS, ESTO PERMITIR TAMBIN OBTENER VALORES DE LOS
PARMETROS
ELSTICOS E Y n.
NORMALIZAR LOS RESULTADOS RESPECTO AL DIMETRO NOMINAL DE 50 MM,
SEGN:
DONDE:
CU50 : ES LA RESISTENCIA EN COMPRESIN NO CONFINADA DE LA
ROCA INTACTA, NORMALIZADA A 50 MM.
CUX : ES LA RESISTENCIA EN COMPRESIN NO CONFINADA, DE LA
PROBETA ENSAYADA.
X : ES EL DIMETRO DE LA PROBETA PREPARADA POR EL
LABORATORIO.
CALCULAR LOS PARMETROS ESTADSTICOS DE LA BASE DE DATOS.
0,20
UXU50 50
XC C
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3. EN EL CASO DE LOS ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA TRACCIN :
PARA CADA UNIDAD LITOLGICA ENSAYAR 12 A 15 DISCOS PARA LOGRAR UN
MNIMO DE 10
MEDICIONES DE LA RESISTENCIA A LA TRACCIN.
NORMALIZAR LOS RESULTADOS RESPECTO AL DIMETRO NOMINAL DE 50 MM,
SEGN:
DONDE:
TI50 : ES LA RESISTENCIA EN TRACCIN INDIRECTA DE LA ROCA
INTACTA, NORMALIZADA A 50 MM.
TID : ES LA RESISTENCIA EN TRACCIN INDIRECTA, DE LA
PROBETA ENSAYADA.
D : ES EL DIMETRO DE LA PROBETA PREPARADA POR EL
LABORATORIO.
CALCULAR LOS PARMETROS ESTADSTICOS DE LA BASE DE DATOS.
4. EN EL CASO DE LOS ENSAYOS DE RESISTENCIA EN COMPRESIN
TRIAXIAL :
SE DEFINE EL RANGO DE PRESION DE CONFINAMIENTO, ALCANZANDO
VALORES MXIMOS CERCANOS
AL 50% DEL UCS.
PARA CADA UNIDAD LITOLGICA ENSAYAR AL MENOS 5 PROBETAS PARA CADA
PRESIN DE
CONFINAMIENTO.
CALCULAR LOS PARMETROS ESTADSTICOS DE LA BASE DE DATOS PARA CADA
RANGO DE
CONFINAMIENTO.
50
D Log0,42-
T
TLog
I50
ID
