Pruebas de Resistencia de Las Rocas

 

PRUEBAS DE RESISTENCIA DE LAS ROCAS ¿Por qué ensayar las rocas? Las rocas son materiales muy duros y se requiere conocer su competencia para poder hacer uso de esa competencia

1. ROCA Material compuesto de uno o varios minerales como resultado final de los diferentes  procesos geológicos. geológicos. El conc concepto epto de roca no ssee relaciona necesariamente necesariamente con la forma compacta o cohesionada; también las gravas, arenas, arcillas, o incluso el petróleo, son rocas. Las rocas están sometidas a continuos cambios por las acciones de los agentes geológicos, segn un ciclo cerrado !el ciclo de las rocas", llamado ciclo litológico, en el cual intervienen incluso los seres vivos.

!. CLASI"ICACI#N DE LAS ROCAS

 

$. CARACTERISTIC CARACTERISTICAS AS "%SICO&'EC(NICAS "%SICO&'EC(NICAS

). E*ALUACI#N IN SITU DE RESISTENCIA DEL 'ATERIAL ROCOSO

 

+. *ALORACI#N DE ROCAS

,. CARACTERISTICAS DE LA ROCA INTACTA Los maci#os rocosos son cuerpos esencialmente anisotrópicos, ya que están compuestos habitualmente por diversas especies de minerales que han sufrido procesos tectónicos cr crea eand ndoo supe superf rfic icie iess de di disc scon onti tinu nuida idad; d; sin sin em emba barg rgoo pa para ra po pode derlo rlo ca cara ract cter eri# i#ar  ar  mecá me cáni nica came ment nte; e; gene general ralme ment ntee se recu recurre rre a en ensa saya yarr mues muestr tras as no norm rmalm almen ente te si sinn discontinuidad. Estas pruebas tienen la finalidad de determinar las propiedades f$sicas y mecánicas de la ro roca ca inta intact cta, a, es de deci cirr si sinn qu quee la roca roca se en encu cuen entr tree af afec ecta tada da po porr el elem emen ento toss geoestructurales !fallas, fracturas" o factores geológic geológicos os que alteren ssus us propiedades; propiedades;  por tanto sus valores valores son mayo mayores res que la del ma maci#o ci#o rocoso.

-. ENSAOS IN&SITU Estos ensayos se reali#an al interior del tnel y consiste en%

 

-.1. %n/0ce /e res0senc0a 2anual 3IR'4 es una prueba de campo que se efecta con la ayuda de una picota de geólogo y un cuchillo de bolsillo.

&on estos implementos se pueden determinar el rango apro'imado de la resistencia a la comprensión uni a'ial !(&" de la roca la identificación de campo, descripción, as$ como el grado de resistencia

-.!. Prue5as Esclero2ér0ca Esclero2ér0ca )ara las pruebas de campo debe de utili#arse un esclerómetro o martillo tipo *+ con energ$a de impacto de -./ 0g. Mediante la siguiente ecuación; se consigue la correspondencia del rebote !1" obtenida con el martillo *L para el cual se debe utili#ar el ábaco de la fig. +2 3.

 6

Conoc0/o RN

RL = - 3.4 + (0.83 RN) + 0.0029 (RN) 2

6

Conoc0/o RL

RN = 4.5 + (1 + 113 113 RL) - 0.0025 (R)2

 

7. ENSAO DE ROCAS EN EL LABORATORIO 4 Ensayos $ndice de los materiales de roca intacta para su identificación y clasificación 4 &aracter$sticas de resistencia y stiffness 4 )otencial de degradación, durabilidad 4El programa de medicina, de rocas, consiste en determinar las propiedades f$sicas y mecánicas de la roca intacta, as$ como el estudio petrográfica de la roca, para poder evaluar y calificar su condiciones geomecánicas.

7.1. Esu/0o 8ero9r: 8ero9r:;0cas. ;0cas. Esta Estass se re real ali# i#an an en labo labora rato tori rios os es espe peci cial ali# i#ad ados os !5+ !5+6E 6EMM MME7 E7"" pa para ra en enco cont ntra rar  r  caracter$sticas macroscópicas y microscópicas.

7.!. Pro80e/a/es ;n 34 Es el agua que llena a los poros de una muestra de roca sumergida en agua, y es la relación porcentual del peso del agua absorbida, respecto al peso de la muestra seca.

 

& = Peso s!"ur!#o s!"ur!#o $ Peso seco x 100  

Peso seco

E@e28lo En el siguiente cuadro se muestra un e?emplo del resultado de las propiedades f$sicas obtenidas de una muestra representativa%

Ø mm.

Volume Longitud n mm. cm.3

34.80

30.50

39.10

P. natural Gr.

P. seco Gr.

P. saturado Gr.

8.5

8.45

8.

P.E. (δ) Kg./m

Absorción %

3

Poro s %

2.53

0.2

0.2

7.$. Pro80e/a/es 'ec:n0cas. Las pruebas para determinar las caracter$sticas mecánicas de la roca, nos ayudan a comprender el comportamiento ddee estas, al medir y evaluar los eefectos fectos que se originan a ser sometidas al esfuer#o provocado. 9 &ontinuación detallamos los ensayos y pruebas que deben utili#arse.

A. %n/0ce /e res0senc0a a la car9a 8unual 3Is4 Este ensayo se e?ecuta mediante de la modalidad de carga diametral o *ensayo de compresión de @ran0lin este $ndice es una indicación ra#onable de la resistencia a la comprensión !(&" y se calcula mediante las siguientes relaciones% *s = P c 2

Aonde% 5s

B Cndice de carga de punto.

)

B &arga necesaria para romper el espécimen.

A

B Aiámetro del ncleo !mm".

Luego la resistencia a la comprensión un$ a'ial se calcula por%

 

,  = (14 + 0.15 ) *s

La carga que se requiere para romper r omper un ncleo de roca con este método, es apro'imadamente la muestra sometida al esfuer#o de compresión un$ a'ial.

A. Ensayo /e co28rens0>n s028le o un< a0al 3C4. 8e define como% la fuer#a por unidad de área requerida para romper una muestra que esta sometida a esfuer#o un$ a'iales !no confinado" y viene e'presado en unidades de fuer#a sobre el área. El ensa ensayo yo se real reali# i#aa con con prob probet etas as cil$ cil$nd ndric ricas as,, so some meti tida dass la lass mism mismas as a ca carg rgas as comprensivas a'iales cada ve mayor hasta producir la rotura. Las velocidades de carga aplicada deben de estar dentro del rango recomendable de / a 3-n 0>n r/u los /e elas0c0/a/ elas0c0/a/ 3E4 Es la la rel relac ación ión eentr ntree la pos posici ición ón un$ un$ a'ial a'ial relación de la deformación longitudinal de la muestra !EL".

 = ,l  

L

!(l" y la

 

J K/.HG M)a

EL B 9L L

decremento longitudinal

Longitud

 µ  & Relac0>n /e 8os0c0>n 3 4 Es el conciente de la relación de las deformaciones diametral ! EA " y longitudinal longitudinal ! EL ", bba?o a?o una carg cargaa un$ a'ial !(l"

 µ   

 = 

 

L

J -.3/

Las fórmulas presentadas son para cuerpos Elásticos 5deales que nos son precisamente las rocas, por consiguiente, se debe utili#ar el Modulo 7a 7angencial ngencial al /- de la carga de rotura, siguiendo de esta manera los criterios de Aeere, para poder normali#ar la elección de los módulos de deformación !figura +2 G". 8egn este concepto el autor da a conocer la clasificación de acuerdo al modulo relativo, como se muestra a continuación%

 

E8@NE1OP8 )15+&5)9LE8 E+ EL AEQ5L579M5E+7P

2500

2000

1500

1000

C = Cohesión Ø = Angulo de fracción interna. I = 1 = 96 kg./c2 II = c= 1!"! kg/c2 # 2 = $% III  

III

500





II





c I

500

1000

1500

2000

2500

&'()&*+, -,*A #./c 2%

7E+89=P8 AE &P+879+7E8 ELR875&98

 

9L

$000



 

A  = deforación longitudinal A  = eforación diaetral

9A

Clase

Descr08c0>n

'o/ulo rela0o

S M

Modulo 1elativo Elevado Modulo 1elativo

L

Medio Modulo 1elativo

/--- D /- --

Aonde% E B Modulo de Elasticidad B K/.HG M)a. ( & a /-  B 1esistencia a la comprensión 8imple al /- B H-.J M)a. 8egn este criterio se tiene que%   !odulo "elati#o =

  

,  ! 50

B K/.HG B I3 M)a 90.

@armer clasifica los módulos de deformación de acuerdo al módulo 7angencial 5nicial !Ei", el que se calcula por la e'presión siguiente y cuyos valores están consignados a continuación%

&i = $50 3 , C g. /c2

Luego Ei B /- ' 3IGI.-

B JGJ,IK- >a?a >a?a

I.G

M)a

3I3.-

M)a

I.H

M)a

-

M)a

GK

6rados

K/,HG

M)a

1esistencia

-.3/

(c : 5s

!/-"

-.

9blandamiento

!0a"

-.H

Aébil

 

C

Modulo 1elativo

!Et"

Módulo 7a 7angencial ngencial

!Ei"

I3 J.GK ' 3-

Elevada ieniaXs0i !Cndice 1M1". Estos sistemas semi cuantitativos, son las técnicas emp$ricas me?or conocidas para evalua eva luarr la est estabi abilid lidad ad de las obras obras subte subterrán rránea eass y los ele eleme mento ntoss de sosten sostenimi imient entoo necesarios. La clasificación geomecánica se utili#a para la identificación y comparación de los maci#os rocosos atravesados durante la e'cavación, procediendo a la obtención de su correspondiente $ndice de calidad. Este $ndice se obtiene a través de la observación de una serie de parámetros y dándole sus correspondientes observación. En definitiva se trata de cuantificar la calidad de los maci#os rocosos atravesados, de forma que pueden ser comparados, #onas ubicadas en distintos puntos del tnel. Los datos deben de obtenerse en el mismo frente de e'cavación, siendo por tanto representativos del estado del maci#o rocoso en el punto donde se sita la e'cavación.

MRA"ICO ES"UERO  DE"OR'ACION

 

16000

& &

1200

!00

c  = 1!"! kg/c2 & = 45.29" kg/c2  = 0.15 1   = 50 de



"00



 

500 2500

1000

1500

DE"OR'ACI#N UNITARIA 322224

E

B

Moduló de Elasticidad.

B

1elación de )oison.

EA

B

Aeformación Aiametra tral.

EL

B

deformación Longitudinal.

 µ 

1.1. Clas0;0cac0>n /e Baron  %n/0ce Q

2000

c



 

>arton establece su calificación a partir de un $ndice *T, que se obtienen de J  parámetros procedentes de la observación del maci#o rocoso, para lo que establece sus correspondientes valuaciones !tabla +V J". Este $ndice *T viene e'presado por la siguiente e'presión%

7 =*7

8 r 8 :   n a

'*(

Aonde%

1TA B )orcenta?e )orcenta?e de ncleos que se recuperan en tam tamaZos aZos de 3-cm. o mas, del larg largoo total del barreno. [n

B +umero de sistemas de fisuras ras.

[r

B Es eell num numeero de rugo rugosi siddad ddee la las fra fracctura turas. s.

[a

B +umero de alterac ración de las fis fisuras.

[X

B@ @ac acto tore ress ddee red reduc ucci ción ón po porr agu aguaa eenn llas as fisu fisura ras. s.

81@ 81 @

B @a @act ctoor de red reducc ucción ión por por esf sfue uer# r#os os.. 8in emba mbarg rgoo, este este $n $ndi dicce pu pueede

considerarse como función de tres parámetros que son medidas apro'imadas de% 1T+ n

B

tamaZo de los bloques.

[r

B

la resistencia al esfuer#o constante inter bloques.

B

los esfuer#os activos !estado tensional"

 a

[X '*(

El rango de variación de este $ndice, oscila entre -.--3 y 3.--- dando origen a H categor$as de maci#os rocos como son%

 

*T entre -.--3 D -.-3

% roca e'cepciona e'cepcionalmente lmente mala.

*T entre entre -.-3 D -.3 % roca e'tremadame e'tremadamente nte mala. *T entre -.3 D 3

% roca muy mala.

*T entre 3 D G

% roca mala.

*T entre G D 3-

% roca media.

*T entre 3- D G-

% roca buena.

*T entre G- D 3--

% roca muy buena.

*T entre entre 3-- D G-- % roca e'tremadame e'tremadamente nte buen buena. a. *T entre G-- D 3---

'U BUENA

% roca e'cepciona e'cepcionalmente lmente buena.

BUENA

REMULAR

'ALA

'U

 

'ALA

1000 "00

100 "0

10 "

1

0.1

0.01

0.00 1

1000

90

!0

40

60

50

"0

$0

INDICE MEO'EC(NICO DE 'ACIO ROCOSO

R'R& BIENIASI 1.!. Clas0;0cac0>n /e B0en0asG0  %n/0ce R'R

20

10

 

El valor de *1M1 se obtiene por la suma de cinco parámetros los que tienen su correspondiente valuación valuación !tabla +V K" y son% 3. resistencia de la roca r oca inalterada. . 1TA . 8eparación 8eparación entre las discontinuidade discontinuidades. s. G. Estado de las discontinuidades. /. )resencia de agua. E'iste un Jto parámetro que es el a?uste en la valuación que considera la disposición de  ?untas respecto ala ala e'cavación e'cavación.. Las categor$as de roca en función del valor del 1M1, están designado como siguen% 1oca muy buena

1M1 entre

I3 D 3--

1oca buena

1M1 entre

J3 D I-

1oca media

1M1 entre

G3 D J-

1oca mala

1M1 entre

3 D G-

1oca muy mala

1M1 menor que -

)ara evaluar el maci#o con esta clasificación >ieniaXs0i, planteo correlacionar su $ndice *1M1 con el de >arton !T", y después de anali#ar más de 3-- casos los correlaciono mediante la siguiente e'presión% RR = 9 L  + 44

&on

r

B -.HG

Esta correlación, sin embargo tiene un margen de \3I para un limite de confian#a del H- !ver fig. +V /". 9 continuación se muestra un e?emplo para el empleo de esta correlación. Entre la progresiva - F K/ D - F KG se obtuvo en el mapeo los siguientes valores% T B -.I, 1M1 B /K aplicando la formula de correlación se tiene% 1M1 BH Ln T F GG B H Ln !-.I" F GG

 

1M1 !teórico"BG Este valor de 1M1 !teórico" esta dentro del l$mite de confian#a del H-.

1.$. Clas0;0cac0>n a/o8a/a 8or el e@e28lo 8egn el e?emplo estas clasificaciones !T, 1M1" finalmente es adecuada para la obra, agrupando las rocas en tres categor$as o tipos de rocas, siguiendo los criterios por Aeere. Las caracter$sticas adoptadas para la valuación de la calidad de las rocas son%

Roca 08o I rocas generalmente duras y moderadamente fracturadas. Las fracturas son discontinuas e irregulares y con superficie cerradas e inalteradas. El 1TA mayor de H- valores de 1M1 en cima de J- y T mayore mayoress de J. La roca con calidad T ig igual ual o mayo ma yorr a J, para para un diám diámet etro ro de J. J.GG-m. m. se au auto to so sopo porta rta y no re requ quie iere re so sopo port rtee sistemático, requiriendo ocasionalmente pernos puntuales para estabili#ar eventuales cuZas.

Roca 08o II El maci#o rocoso esta sano ha ligeramente meteori#ado, es de resistencia dura a media, afectando por discontinuidades con despla#amiento amplios o moderados !-. D m" y co !-. conn tra tra#a #ass con contin tinas as.. )eque )equeZas Zas #on #onas as de cortes cortes y fal fallas las peque pequeZas Zas a medianas. Las diaclasas tienen superficies inalteradas a ligeramente meteori#adas y:o con signos de desli#amiento. desli#amiento. Las fracturas !?untas" son frecuentes plana planass y continas. Los valores valores del 1TA están en el rang rangoo de / D H- , el 1M1 entre G3 D J- y T entre -.G D J.

Roca 08o III El ma maci ci#o #o roco rocoso so esta esta frac fractu tura rado do o ci ci#a #all llad adoo y mode modera rado do a completamente meteori#ado, de resistencia media a ba?a. Las fracturas están abiertas y rellenas con material arcilloso. Las #onas de fallas tienen rellenos de% material arcilloso, milonita, o roca muy fracturada o triturada. Los valores de *T están entre -.--3 D -.G y el 1M1 con valores inferiores a G-. En el cuadro +V  se muestra un resumen de las evaluaciones de los  sistemas de clasificación empleados%

Cua/ro N !

 

Clas0;0cac0>n /e Roca a/o8a/a 8ara la o5ra Qaluación de la calidad 8istema *T de maci#os rocosos D  sistema clasificación

de

8istema 1M1

I

II

III

J J-

- .G 4 J G3 D J-

-.--3 D -.G -- 4 G-