MÉTODOS SUGERIDOS PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA COMPRESIVA UNIAXIAL Y DEFORMABILIDAD DE LOS MATERIALES ROCOSOS PARTE ARTE I. Método suge!do "## $# dete%!&#'!(& de $# es!ste&'!# 'o%"es!)# u&!#*!#$ de$ %#te!#$ o'oso +. ALCA ALCANC NCE E Este Este méto método do de ensa ensayo yo está está dise diseña ñado do para para medi medirr la resis esiste tenc ncia ia compresiva uniaxial de una muestra de roca en forma de muestras de especí pecím menes enes de geo geometría tría regula gularr. La prue prueba ba está está dis diseña eñada principalmente para la clasicación de la resistencia y la caracterización de la roca intacta.
,. APARA APARATO TOS S a !na !na má"u má"uin ina a apr apropia opiada da para para apli aplica carr y medi medirr la car carga axia axiall al espécimen. Esta deberá tener la suciente capacidad y capaz de aplic aplicar ar la car carga a una una velo veloci cida dad d "ue "ue cump cumpla lan n los los re"uis e"uisit itos os estab establec lecido idos s en la #ecció #ección n $. #e compr comproba obará rá a inter interva valos los de tiem tiempo po adec adecua uado dos s y debe deberá rá cump cumplir lir con con los los re"ue e"ueri rimi mien ento tos s nacionales aceptados tal como se prescribe en cual"uiera de los dos métodos %#&' E() *ericación de las 'a"uinas de ensayo o +ritis, #tandard --/0 grado % o 1ormas %lemanas 231 4- 55/0 231 4- 55$0 6lase - y 231 4- $//. b !n asient asiento o esféric esférico0 o0 en el caso0 caso0 de la má"uin má"uina a de ensayo ensayo00 si no está cumpliendo con la especicación 57d a continuación0 deberá ser retirado o colocado en una posición blo"ueada0 las bases del testigo deben ser paralelos entre sí. c 8latinos 8latinos de acero acero en forma de discos discos con dureza dureza 9oc:;e 9oc:;ell ll <964= <964= los cuales se colocan en los extremos del espécimen. El diámetro de los platinos debe estar entre 2 y 2 > 5 mm0 donde 2 es el diámetro diámetro del espécimen. El espesor de los l os platos será de al menos -4 mm o 2?$. Las supercies de los discos deben estar sobre una base y su plano debe tener un error de /0//4 mm. d En uno de los dos platin platinos os se incorpo incorporar rará á un asien asiento to esféric esférico. o. El asiento esférico debe ser colocado en el extremo superior de la muestra. Este deberá ser lubricado con aceite mineral de manera "ue después enca@e el peso muerto del cabezal. El espécimen0 los plat platin inos os y el asie asient nto o esfé esféri rico co debe deberá rán n esta estarr cent centra rado dos s con con precisión con respecto uno al otro y a la má"uina de carga. El centro de curvatura de la supercie del asiento debe coincidir con el centro de la base superior del espécimen.
-. PROCEDIMIENTO # Los especímenes de ensayo deben ser cilindros rectos circulares "ue tienen una relación de longitudAdiámetro de 504A$0/ y un diámetro preferiblemente no menos de 1B0 aproximadamente 4( mm. El diámetro del espécimen debe estar relacionada con el tamaño del grano más grande en la roca por la relación de al menos -/) -. b Los extremos del espécimen deberán ser planos con una desviación irregular de /0/5 mm y perpendiculares al e@e del espécimen sin una desviación en más de /0//- radianes 7aproximadamente $04 min o /0/4 mm en 4/ mm. c Las bases del espécimen deberán ser lisas y libre de irregularidades abruptas y de bases paralelas con una desviación de /0$ mm aproximadamente a lo largo del espécimen. d 1o se permite el uso de muestras "ue estén cubiertos con algCn material o "ue tengan algCn tratamiento mecanizado. e El diámetro del espécimen de ensayo debe ser medido con una aproximación de /0- mm0 promediando dos diámetros medidos perpendicularmente entre sí aproximadamente a la altura superior0 la mitad de la altura y la altura inferior del espécimen. El diámetro promedio se utilizará para calcular el área de la sección transversal. La altura de la muestra se deberá determinar con una aproximación de -0/ mm. f Las muestras no deben ser almacenadas0 por más de $/ días0 de tal manera "ue se conserve el contenido de agua natural0 en la medida posible0 y evaluar su condición se encuentra. DEsta condición de ,umedad se presentará de acuerdo con 'étodo sugerido para la determinación del contenido de agua de una muestra de roca 0 'étodo -0 6omité 3#9' en Ensayos de Laboratorio. 2ocumento 1 F 50 8rimera 9evisión. 2iciembre de -GHH 7este volumen. pág. =$. g La carga sobre el espécimen se deberá aplicar continuamente a una velocidad de esfuerzo constante ,asta "ue ocurra la falla después de 4A-/ minutos de ,aber iniciado la carga0 alternativamente la velocidad de esfuerzo debe estar dentro de los límites de /04 A-0/ '8a ?seg. D#e reconoce "ue en algunos casos para algunos materiales se puede desear probar muestras en otras condiciones de ,umedad0 por e@emplo. #aturado o seco a -/4 6. Esta condición se señalará en el informe de ensayo.
, La carga máxima sobre el espécimen se registrará en 1e;ton 7Iilo 1e;ton o 'ega 1e;ton segCn sea el caso dentro del -J.
i El nCmero de especímenes analizadas debe determinarse a partir de consideraciones prácticas0 pero se preeren al menos cinco.
/. CALCULOS La resistencia a la compresiva uniaxial del espécimen debe ser calculada dividiendo la máxima carga soportada por la muestra durante la prueba0 entre el área de la sección trasversal original.
0. PRESENTACION DE RESULTADOS a 2escripción litológica de la roca. b Krientación del e@e de la carga con respecto al espécimen anisotrópico0 por e@emplos planos de estraticación0 foliación0 etc. c uente del espécimen0 incluyendo) !bicación geográca0 la profundidad0 orientaciones0 las fec,as0 el método de muestreo0 ,istoria de almacenamiento0 ambiente. d 1Cmero de especímenes analizados. e 2iámetro y altura del espécimen. f 6ontenido de agua y grado de saturación en el momento de la prueba. g 2uración de la prueba y la velocidad del esfuerzo , ec,a de la prueba y el tipo de má"uina de ensayo. i 'odo de rotura0 por e@emplo0 cizalla0 cliva@e axial0 etc. @ Ktras observaciones o datos físicos disponibles0 tales como gravedad especíca0 la porosidad y la permeabilidad citando el método de determinación para cada uno. : 9esistencia a la compresión uniaxial con tres cifras signicativas0 @unto con el resultado promedio del espécimen. El pascal 78a o sus mCltiplos se utilizarán como la unidad de esfuerzo y resistencia. l 2e ser necesario en algunos casos para analizar el espécimen "ue no cumplan con las especicaciones como se indica más arriba se ,arán constar estos ,ec,os en el informe de la prueba.
PARTE. , Método suge!do "## dete%!&#'!(& $# de1o%#2!$!d#d de %#te!#$es o'osos e& 'o%"e&s!(& u&!#*!#$. +. ALCANCE Este método de ensayo tiene por ob@eto determinar curvas de esfuerzo M deformación0 módulo de Noung y la relación de 8oisson en la compresión uniaxial del espécimen de roca de geometría regular.
,. E3UIPOS a
f !n aparato para el registro de las cargas y deformaciones) preferentemente un registrador BAN capaz de trazar directo las curvas de cargaAdeformación.
-. PROCEDIMIENTO a
@ El nCmero de muestras instrumentados y probados ba@o un con@unto especíco de condiciones se regirá por consideraciones prácticas0 pero se preeren al menos cinco.
/. C4LCULOS a 2eformación axial0 7
∈a
0
y la deformación diametral 7
∈d
0
pueden ser grabadas directamente desde el e"uipo "ue indica la deformación o se pueden calcular a partir de las lecturas de deformación en función del tipo de instrumentos tales como se discute en el párrafo 5 7e. b 2eformación axial se calcula a partir de la ecuación) ∈ a=
∆l l0
2ónde) l 0=medida original delongitud axial Definido a ser positivo para ∆ l=Cambio enlamedida de longitud axial ¿ unadisminucióndetamaño ¿
c La deformación diametral puede ser determinado ya sea por la medición de los cambios en el diámetro de la muestra o mediante la medición de la deformación circunferencial. En el caso de la medición de los cambios en el diámetro0 la deformación diametral se calcula a partir de la ecuación. ∆d ∈ d= d0 2onde) d0
P2iámetro original no deformado de la muestra
∆d
P6ambio de diámetro 7"ue se dene como negativa para un
aumento del diámetro AEn el caso de la medición de la deformación circunferencial
∈c
0 la
circunferencia es 6 P Qd0 por tanto0 el cambio en la circunferencia es R6P QRd. En consecuencia0 la deformación circunferencial0 relaciona con la deformación diametral0 ∈c =
∈d
∈c
0 se
0 por)
∆ C ∆ d = C 0 d0 ∈c =∈d
%sí "ue) 2onde
C 0
y
d0
son circunferencia y diámetro original del
espécimen0 respectivamente.
ig. -. ormato graco de presentación de curvas esfuerzoAdeformación axial y diametral.
d) El esfuerzo de compresión en el espécimen0
σ
0 se calcula
dividiendo la carga 8 de compresión sobre la probeta por la área de sección transversal inicial0 A 0 σ =
P A 0
2onde en este procedimiento de ensayo0 los esfuerzos de compresión y deformaciones se consideran positivas. e ig.- ilustra la gráca típica del esfuerzo axial vs deformaciones axiales y diametrales. Estas curvas muestran un comportamiento típico de los materiales rocosos desde el esfuerzo cero ,asta la resistencia0 σ u . Las curvas completas dan la me@or descripción del comportamiento de deformación de las rocas "ue tienen un comportamiento esfuerzoAdeformación no lineal en niveles ba@os y altos de esfuerzo. f 'odulo axial de Noung0 E 7se dene como la relación entre el cambio de esfuerzo axial a la deformación axial producido por el cambio de esfuerzos de la muestra se pueden calcular usando cual"uiera de los diversos métodos empleados en la práctica de la ingeniería aceptada. Los métodos más comunes0 "ue se enumeran en la gura 50 son los siguientes)
ig.5. 'étodos para calcular el módulo de Noung de la curva esfuerzoA deformación axial 7- 'ódulo tangente de Noung0 E t5 se mide a un nivel de esfuerzo "ue es un porcenta@e @o de la resistencia 7ig. 5a. 8or lo general0 se toma en el nivel de esfuerzo e"uivalente a 4/J de la Cltima resistencia compresiva uniaxial. 75 El módulo promedio de Noung0 E#)5 es determinado a partir de los promedios de las pendientes de más o menos en una porción de línea recta de esfuerzo axial-deformación axial de la curva 7ig. 5b. 7$ El módulo secante de Noung0 Es0 usualmente se mide a partir del esfuerzo cero a un porcenta@e @o de la Cltima resistencia 7ig. 5c0 generalmente a 4/J. El módulo de Noung %xial E se expresa en unidades de esfuerzo es decir pascal 78a0 pero el mCltiplo más apropiado es el gigapascal 7S8a P-/G 8a. g La relación de 8oisson , v 0 puede calcularse a partir de la ecuación v=
v=
− pendientedel esfuerzoaxial −deformacion de la curva
pendientedel esfuerzo diametral− deformacionde lacurva − E
pendientede la curvadiametral
2onde la pendiente de la curva diametral se calcula de la misma manera para cual"uiera de las tres formas discutidas para el módulo de Noung en el párrafo (7f. &enga en cuenta "ue la relación de 8oisson en esta ecuación tiene un valor positivo0 ya "ue la pendiente de la curva diametral es negativa por las convenciones utilizadas en este procedimiento.
, La deformación volumétrica0
∈v
0 para un determinado nivel de
esfuerzo se calcula a partir de la ecuación ∈v =∈a + 2 ∈d
0. PRESENTACI6N DE RESULTADOS El informe debe incluir lo siguiente) 7a ,asta 7@ A*er 8arte -. 7: *alores de la carga aplicada0 el esfuerzo y la deformación como resultados tabulados o como se registra en un gráco. 7l 'ódulo de Noung y la 9elación de 8oisson para cada espécimen en la muestra0 expresado en tres guras signicativas0 @unto con el resultado promedio de la muestra. 7m 'étodo de determinación del módulo de Noung y a "ué nivel de esfuerzo axial o niveles es determinado. 7n #i fuera necesario en algunos casos poner ,acer un ensayo de las muestras "ue no cumplan con las especicaciones anteriores0 estos ,ec,os se señalaran en el informe del ensayo.
REFERENCIA 'étodo de ensayo estándar para los módulos elásticos de especímenes de roca en la compresión uniaxial. %merican #ociety for &esting and 'aterials0 %#&' 2esignación 2 $-(=AH5.
