Study of the frictional behaviour of planar saw-cut rock surfaces towards a methodology for tilt testing and its application to case studies
- Autores: Ignacio Pérez Rey
- Directores de la Tesis: Leandro Alejano Monge (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidade de Vigo ( España ) en 2019
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Lamas (presid.), Elena Alonso Prieto (secret.), Diego Mas Ivars (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Métodos Matemáticos y Simulación Numérica en Ingeniería y Ciencias Aplicadas por la Universidad de A Coruña; la Universidad de Santiago de Compostela y la Universidad de Vigo
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Investigo
- Resumen
Los macizos rocosos están típicamente formados por rocas incluyendo también una serie de discontinuidades de origen geológico, las cuales tienen a regir su comportamiento.
Este hecho se comenzó a comprender y a tener en cuenta en el ámbito de la investigación a medida que fue evolucionando la mecánica de rocas y la ingeniería de los macizos rocosos. En consecuencia, en los años 60 y 70 del siglo pasado, se comenzó a tratar de una manera más rigurosa el papel fundamentalmente mecánico jugado por estas discontinuidades. Esta es la razón por la que en aquel momento, junto con otros avances relevantes, se propuso un criterio bastante preciso para la determinación de la resistencia al corte de las juntas de roca, cristalizado en lo que se conoce como el enfoque de Barton-Bandis (Barton & Bandis 1982).
Esta formulación propuesta por Barton y Bandis (1982) se utiliza normalmente de manera eminentemente práctica, para calcular la resistencia tangencial de las discontinuidades de roca. Necesita cinco parámetros de entrada, concretamente, el ángulo de fricción básico derivado el ensayo de inclinación o tilt-test, el coeficiente de rugosidad de la junta (JCR), la resistencia a la compresión de la junta (potencialmente derivada del número de rebotes del martillo Schmidt en roca fresca y la escala, además de una variable, la tensión normal a la que está sometida la junta. De estas entradas, el ángulo de fricción básico es el que a menudo tiene mayor impacto en la resistencia tangencial de la discontinuidad. Sin embargo, el procedimiento para estimarlo, típicamente basado en ensayos de inclinación o tilt tests, ha sido poco estudiado.
Hasta el momento, se han desarrollado una gran cantidad de criterios de resistencia tangencial para discontinuidades rocosas. Se ha realizado un esfuerzo relevante en la estimación de los parámetros de entrada concernientes a la rugosidad o topografía de la junta. Sin embargo, la componente de fricción básica (típicamente el ángulo de fricción básico) ha sido particularmente menos estudiado. Además, una estimación incorrecta de este parámetro puede llevar a una mala interpretación de la resistencia al corte de las discontinuidades de roca, con un impacto potencialmente significativo en el diseño en el ámbito de la mecánica de rocas e ingeniería de los macizos rocosos.
Con tase em las razones anteriormente mencionadas, esta tesis de doctorado está destinada a estudiar en profundidad lo que se conoce como ángulo de fricción básico de las discontinuidades de roca, así como la naturaleza e influencia de varios parámetros experimentales (como el tiempo, el desgaste, la velocidad de inclinación, la geometría de las probetas o la micro-rugosidad) en relación a los resultados de los ensayos de inclinación. Para ello, se llevaron a cabo varios programas experimentales que abordan uno o algunos de estos parámetros para cuantificar su impacto en el ángulo de fricción básico. Se utilizaron también técnicas estadísticas para interpretar los resultados de algunos conjuntos de valores. Además, en colaboración con otros organismos y universidades, se llevó a cabo un programa experimental (considerado como un estudio de referencia o benchmark experiment) para verificar cómo los diferentes procedimientos seguidos en diferentes laboratorios afectan a los resultados.
Este estudio comparativo experimental, llevado a cabo en distintos países, demostró que los ángulo de deslizamiento obtenidos mediante ensayos de inclinación en superficies de roca serradas y realizados en diferentes laboratorios, tienden a ser similares cuando las condiciones del ensayo están suficientemente controladas. Entre los antedichos factores, se prestó atención al desgaste de la superficie. a los procedimientos de corte, a la distancia de deslizamiento de la probeta, al procedimiento de limpieza de la superficie y a la potencial vibración producida por la máquina de ensayos, ya que éstos podrían tener influencia sobrios resultados. A partir de la base establecida mediante este estudio, se consideró apropiado intentar avanzar hacia la estandarización del ensayo de inclinación mediante el control de los factores experimentales más importantes que afectan a los resultados.
Con base en los estudios experimentales desarrollados previamente, esta tesis se propone como un nuevo trabajo de apoyo para el desarrollo de una metodología sugerida (o Suggested Method, denominación establecida por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas e Ingeniería de Rocas o ISRM) para el ensayo de inclinación (Alejano et al. 2018), concebida para proporcionar un procedimiento sencillo con el que obtener un valor del ángulo de fricción básico suficientemente reproducible.
Como fase final, el conocimiento desarrollado alrededor de este parámetro se ha aplicado exitosamente al estudio y evaluación de un caso real dentro del ámbito de la mecánica de rocas, donde se evalúa la estabilidad frente al deslizamiento y al vuelco, de una estructura natural en roca graníticas (comúnmente denominada bolo), conocida como la 'Pena do Equilibrio'.
