RugosidadRelacionado directamente con la resistencia al cizalle (corte) de la discontinuidad. La rugosidad aumenta la resistencia al cizalle de una discontinuidad.El trmino se relaciona a la ondulacin o sinuosidad (gran escala) y a la rugosidad (pequea escala)En terreno se usa o rugosmetro o la comparacin con perfiles estndar.

Gonzlez de Vallejo, 2002RugosidadOndulacin o Sinuosidad

JRC(Barton & Choubey, 1977)

Resistencia al Cizalle de Discontinuidades en Roca

Experimentalmente, se encuentra que la resistencia al corte entre superficies lisas de mineral o roca, sigue una ley linear del tipo:

= So + m s (Jaeger, 1959)

So: Resistencia inherente a la superficie de contacto, equivalente a la cohesin en mecnica de suelos.s: stress normal a la superficie.m: coeficiente de friccin.

El coeficiente de friccin no es constante, a bajo stress normal suele ser mayor. Tambin influye la humedad.

En el caso esttico, t representa la resistencia para comenzar a deslizar. Sin embargo, cuando hay deslizamiento a velocidad constante, el coeficiente de friccin es distinto al esttico, tpicamente menor y depende de la velocidad de deslizamiento.

Determinacin experimental de la resistencia al corteEnsayos de corte directo (varios tipos)Ensayo de bloques simtricos.Ensayo de torsin.Ensayos triaxiales.

Resistencia al Cizalle de discontinuidades (Hoek)

Criterio de FallaTpicamente, una curva esfuerzo de corte vs. desplazamiento en una superficie planar tendr un peak y luego una resistencia residual (Fig. A). Una serie de ensayos resulta en una envolvente de fractura del tipo Mohr-Coulomb: t = cp + s tan fp, Resistencia peak t = s tan fr Resistencia residual

Influencia del aguaSi la discontinuidad est hmeda, la resistencia puede disminuir por la lubricacin producida en la superficie.Dependiendo del material, la incorporacin de agua en la roca puede a su vez producir cambios en los valores de c y f. En especial en rocas con alto contenido de arcillas. Si hay una presin de agua (ej. hidrosttica), entonces el stress normal se reduce a un stress efectivo y t = c + (s-u) tan f

Influencia de la rugosidadLas discontinuidades naturales no son lisas, sino presentan asperidades. Una discontinuidad rugosa tendr una resistencia al cizalle mayor que una lisa en la misma roca. Al cizallarse, las asperidades se irn a su vez puliendo y la resistencia se aproximar a la de la superficie lisa.

Modelo de Patton Patton (1966) model una discontinuidad con asperidades, usando un ngulo nico que representa la asperidad. Los componentes de las fuerzas de corte y normal se pueden expresar como:S*= S cos i N sen i; N*= N cos i + S sen i

Asumiendo solo friccin, se puede probar que la relacin de fuerzas normal y de corte en la discontinuidad es:

S= N tan (f + i) (Ley de Patton)

El efecto de las asperidades se mantiene solo con stresses normales bajo un cierto umbral sobre el cual el trabajo requerido para cizallar las asperidades es menor que el trabajo requerido para sobrepasarlas.

Criterio Bilinear de PattonBajo el umbral, tp=s tan (fb + i)Sobre el umbral, tp=Cj + s tan fr

fb: Angulo de friccin interna puro o bsico del materialCj: Cohesin aparente derivada de las asperidades

Otros estudios han intentado suavizar la curva bilinear de Patton, basados en modelos experimentales. Ej: Jaeger (1971)

Modelo de BartonEn un modelo emprico, Barton (1976) determin la resistencia al corte de las discontinuidades como:

t = sn tan [JRC log10 (JCS/sn) + fb] El modelo considera cambios en la resistencia con el stress normal y la rugosidad. Efectos de cohesin aparente estn incorporados en la frmula.

Barton (cont.)JRC: Joint Roughness Coefficient.JCS: Joint Compressive Strength.JRC: Expresin del nivel de rugosidad de la discontinuidad, se obtiene por comparacin con una tabla. Hay correcciones por efectos de escala.JCS: Resistencia de la discontinuidad, se puede obtener de ensayos con martillo de Schmidt. Si la pared es fresca, JCS es similar a compresin uniaxial de la roca (UCS). t = sn tan [JRC log10 (JCS/sn) + fb]

JRC(Barton & Choubey, 1977)

Clculo de JCS con Martillo de Schmidt

Efectos de escala en JRC(Barton, 1982)

Ajustes de escala JRC y JCSBarton & Bandis (1982) propusieron los siguientes ajustes:

Donde JRCn, JCSn se refieren a muestras in situ para bloques de tamao Ln, y JRC0, JCS0 se refieren a muestras de laboratorio de tamao 100 mm (L0).

Relleno

La presencia del relleno gobierna el comportamiento de la discontinuidad, por lo que deben ser reconocido.Las caractersticas que deben ser descritas son: su naturaleza, espesor o anchura, resistencia al corte y permeabilidadRellenos comunes: arcillas, xidos de hierro, salbanda de falla, suelos, calcita.

Efectos del rellenoSi la discontinuidad est rellena por materiales blandos (ej: arcillas) y el espesor del relleno es superior a la amplitud de las asperidades, la resistencia pasa a ser controlada por el material de relleno, pudiendo bajar drsticamente.

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