Resistencia y Deformacion Del Macizo Rocoso[1]

INDIC

................................ ..................... ..................... ...................... ..................... ........................................... ................................. 3 I.- INTRODUCCION..................... II.- RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO................................3 ............................... ..................... ..................... ...................... ............5 5 1.1.- Naturaleza dis!"ti"ua de las r!as..................... ................................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................... ......... 6 a# R!tura $!r trai%"& ..................... '# R!tura $!r es(uerz! !rta"te&...........................................................................6 ............................... ...................... ..................... ..................... ..................... ........................ ..............6 6 # R!tura $!r !)$resi%"&.................... ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................................. ...................... 7 d# R!tura $!r *e+i%"&.................... ............................... ..................... ..................... ...............7 ....7 1.,.- E"sa!s de resiste"ia  de(!r)a'ilidad .................... ................................ ..................... ..................... ...................... ..................... ................ ......8 8 1..- E"sa! u"ia+ial  tria+ial ..................... ................................ ..................... ..................... ...................... ..................... .................8 .......8 II.- ENSAYO COM/RESI0N SIM/LE..................... ,.1.- RESISTENCIA A LA COM/RESI0N....................................................................10 ,.,.- Fat!res ue a(eta" al e"sa! de !)$resi%" u"ia+ial ............................11 III.- ENSAYO DE COM/RESI0N TRIA2IAL....................................................................12 .1.- DESCRI/CI0N DE LA MUESTRA .......................................................................13 ............................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................. ....... 14 .,.- E3UI/O..................... ..- E3UI/O /ARA A/LICAR Y MEDIR LA CAR4A A2IAL .......................................14 .5.- E3UI/O /ARA /ARA 4ENERAR Y MEDIR LA /RESI0N DE CONFINAMIENTO........14 ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .......................15 .............15 .6.- /ROCEDIMIENTO /ROCEDIMIENTO.................... .............................. ..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ........................ .............15 15 .7.- C8LCULOS.................... I9.- ENSAYO DE TRACCI0N INDIRECTA /OR EL M:TODO BRASILERO....................15 ................................ ..................... ..................... ................................................. ....................................... 17 9.- ENSAYO DE FLE2I0N...................... ................................ ..................... ..................... ....................................... ............................ 19 9I.- ENSAYO DE CORTE DIRECTO..................... 7.1.- DESCRI/CION DE LA MUESTRA .......................................................................20 ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...........20 20 7.,.- /RE/ARACI0N DE TESTI4OS.................... ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................. ........20 20 7..- DESCRI/CION DE E3UI/O..................... ................................ ..................... ..................... ..................... ............................... ..................... 20 7.5.- M83UINA DE ENSAYO..................... . 7.6.- MEDIDOR DE DES/LAZAMIENTOS.............................................................21 ............................... ..................... ..................... ...................................... ............................ 21 7.7.- DESCRI/CION DE ENSAYO..................... 9II.- ENSAYO DE CONSTANTES EL8STICAS ;M0DULO DE YOUN4 Y RELACI0N DE ................................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................................... ......................... 22 /OISSON#...................... ................................ ..................... ..................... ................................................. ....................................... 22 <.1.- DEFINICI0N Y USO...................... ............................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................. ....... 23 <.,.- E3UI/O..................... ................................ ..................... ..................... ...................... ....................... ............ 23 <..- /RE/ARACI0N DE TESTI4OS..................... ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .......................24 .............24 <.5.- /ROCEDIMIENTO /ROCEDIMIENTO.................... .............................. ..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ........................ .............24 24 <.6.- C8LCULOS....................

1

9III.- De(!r)a'ilidad del )aiz! r!!s! e"sa!s =i" situ> de la de(!r)a'ilidad de(!r)a'ilidad ..................... ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................................... ................................ 25 ?.1.- Relai%" e"tre el M%dul! de de(!r)ai%" =i" situ>  RMR ........................27 ............................... ..................... ..................... ...........................28 ................28 ?.,.- ENSAYO CON ONDAS DE SONIDO.................... ................................ ..................... ................................ ......................29 29 E@aluai%" de E est !" !"das ss)ias& .....................

2

9III.- De(!r)a'ilidad del )aiz! r!!s! e"sa!s =i" situ> de la de(!r)a'ilidad de(!r)a'ilidad ..................... ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................................... ................................ 25 ?.1.- Relai%" e"tre el M%dul! de de(!r)ai%" =i" situ>  RMR ........................27 ............................... ..................... ..................... ...........................28 ................28 ?.,.- ENSAYO CON ONDAS DE SONIDO.................... ................................ ..................... ................................ ......................29 29 E@aluai%" de E est !" !"das ss)ias& .....................

2

I.- INTRODUCCION El comportamiento mecánico de las l as rocas está denido por s! resistencia " s! de#orma$ilidad. %a resistencia& como se 'a denido anteriormente& es el es#!er(o )!e soporta !na roca para determinadas de#ormaciones. C!ando la resistencia se mide en pro$etas de roca sin connar se denomina resistencia a compresi*n simple& " s! +alor se emplea para la clasicaci*n ,eot-cnica de las rocas. %a resistencia es #!nci*n de las #!er(as co'esi+as " #riccionales del material además de otros #actores e/trnsecos al material rocoso.

II.- RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO C!ando se e/ca+a !n maci(o rocoso o se constr!"en constr!"en estr!ct!ras so$re ella se modican las condiciones iniciales del medio rocoso& el c!al responde a estos cam$ios de#ormándose "o rompi-ndose.

Fiura N1

 ni+el de maci(o rocoso las de#ormaciones " rot!ras se s!elen prod!cir a #a+or #a+o r de los planos de discontin!idad.

3

Fiura N,

 ni+el microsc*pico las partc!las minerales s!#ren despla(amientos " p!eden ,enerar planos de #ract!ra como resp!esta al n!e+o estado de tensiones.

Fiura N

Fiura N5 %as propiedades #sicas controlan las caractersticas resistentes " de#ormaciones de la matri( rocosa. on el res!ltado de la ,-nesis& condiciones " procesos ,eol*,icos " tect*nicos s!#ridos por las rocas a lo lar,o de s! 'istoria.

4

1.1.- Naturaleza dis!"ti"ua de las r!as  %as propiedades del maci(o rocoso están casi siempre determinadas por las discontin!idades %o importante en mecánica de rocas es lo )!e no es roca 

E/cepciones

 Constr!cciones a ,ran pro#!ndidad  3000 m para rocas d!ra:  ;ocas $landas rocas salinas& "eso& ar,ilitas& limolitas& dep*sitos terciarios )!e se comportan como s!elos:

Las $r!$iedades Fsias de las R!as Fiura N 7

Composici*n ineral*,icaorosidad

ermea$ilidad

ltera$ilidad

Densidad

Estr!ct!ra " #á$rica

5

D!re(a

%os $r!es!s de r!tura )ar!s%$ia son m!" comple %os $r!es!s de r!tura )ir!s%$ia se p!eden a,r!par en #ract!raci*n o #ormaci*n de s!percies li$res apert!ra de !na ,rieta con el e#ecto de concentraci*n de tensiones en los e/tremos de la s!ra: " desli(amiento por e#ecto de !na solicitaci*n cortante& !n plano retic!lar& o !na $anda de planos desli(a o desli(an& dando !n salto de !na +arias distancias retic!lares:. ?n #en*meno similar p!ede prod!cirse a escala de la roca matri( c!ando se prod!ce !n desli(amiento de !na cara de !na s!ra respecto a la otra de$ido a !na solicitaci*n cortante.

a# R!tura $!r trai%"& e prod!ce c!ando la disposici*n " estr!ct!ra del maci(o 'ace )!e !na cierta secci*n de la roca est- sometida a !na tracci*n p!ra o casi p!ra.

Fiura N<

R!tura $!r trai%". a: aredes rocosas de +alles m!" estrec'os. $: ;ot!ra escalonada de tal!des. c: ;ot!ras de estratos con+e/os

'# R!tura $!r es(uerz! !rta"te& i se prod!ce c!ando !na cierta s!percie de la roca está sometida a es#!er(os cortantes s!cientemente altos para )!e !na cara de la s!percie deslice respecto a la otra.

Fiura N?

6

;ot!ra por es#!er(os cortantes. a: Desmonte en roca $landa. $:  @ec'o de ,alera so$re 'astiales r,idos. de los maci(os

# R!tura $!r !)$resi%"& e presenta en +olAmenes de roca comprimidos intensamente. En realidad& se prod!cen ,rietas de tracci*n a escala microsc*pica " planos de corte )!e pro,resan delimitando el +ol!men roto por Bcompresi*n.

Fiura N

;ot!ra por compresi*n. a: enetraci*n de !n p!n(*n. $: Car,a de '!ndimiento de !n pilote

d# R!tura $!r *e+i%"& e se prod!ce c!ando !na cierta secci*n de la roca está sometida a =e/i*n. En realidad la secci*n está sometida a !nas tensiones normales +aria$les " se rompe por la (ona de las tracciones " a ca!sa de esta solicitaci*n.

Fiura N1

 Rotura por flexión. a) Ménsula rocosa. b) Dintel 

7

1.,.- E"sa!s de resiste"ia  de(!r)a'ilidad  e presenta $ásicamente los ensa"os disponi$les en el %a$oratorio de ecánica de ;ocas& para determinar las propiedades " caractersticas importantes de m!estras de rocas& )!e serán !sadas para nes propios de la in,eniera en ,eneral& "a sea en relaci*n a la in,eniera ci+il para la constr!cci*n de tAneles& cimentaciones " esta$ili(aci*n de tal!des& como en la in,eniera de minas o ,eol*,ica& en el c!al la mecánica de rocas 'a sido considerada tradicionalmente como !n as!nto li,ado primordialmente a la se,!ridad& lo )!e es m!" importante para la red!cci*n de cada de rocas& e+itando o minimi(ando los daos al personal " a los e)!ipos& como tam$i-n es in=!"ente en los aspectos econ*micos de las operaciones mineras. Es por tanto )!e !n la$oratorio para los ensa"os de mecánica de rocas es importante como 'erramienta tecnol*,ica dentro de !n proceso para la toma decisiones acertadas " el me
1..- E"sa! u"ia+ial  tria+ial Ensa"o tria/ial en materiales rocosos con medici*n de las de#ormaciones a/iales En+ol+ente de rot!ra tpica dia,rama  +s.. F: 45  %a ma"or parte de la in#ormaci*n o$tenida en los ensa"os de la$oraGtorio está relacionada #!ndamenGtalmente con las caractersticas de tensi*n " de#ormaci*n de los materiales pro$ados.. %os ensa"os )!e se e
Cuadr! N1

8

II.-

ENSAYO COM/RESI0N SIM/LE Este ensa"o permite determinar en el la$oratorio la resistencia !nia/ial no connada de la roca& o resistencia a la compresi*n simple& Fc. Es !n ensa"o para la clasi#icaci*n de la roca por s! resistencia. %a relaci*n entre los es#!er(os aplicados en el ensa"o es %a resistencia a compresi*n simple de las piedras )!e se !tili(an como re+estimientos o como pa+imentos& se determinan so$re #ormas paralelepip-dicas& en l!,ar de #ormas cilndricas& )!e es lo 'a$it!al para determinar la resistencia a compresi*n simple de c!al)!ier material& como por e
9

Entre los platos de la prensa se sit!ará el dispositi+o de compresi*n Ji,!ra:& en el c!al !no de los platos de presi*n estará montado so$re !na r*t!la& con el n de repartir de #orma !ni#orme la car,a " adaptarse al posi$le no paralelismo de las $ases. Cada pro$eta& pre+iamente secada& se coloca en el dispositi+o de compresi*n& el c!al a s! +e( estará colocado entre los platos de la prensa.  contin!aci*n& se somete a !n es#!er(o contin!ado de compresi*n& con !na +elocidad de car,a de& por e
5.1.

;CEDIIEN@

i.

Conce$ir !na idea ,eneral de la roca en c!anto a s! litolo,a " estr!ct!ras.

ii.

Identicar las m!estras.

iii. edir las dimensiones de la m!estra para +alidar si condiciones del ensa"o.

satis#ace las

i+. e rec!$re la m!estra con !na mem$rana c!"o n el de e+itar )!e al momento de #allar la roca no salten #ra,mentos " daen a personas ! o$
  11

será

má)!ina )!ede paralelo

Fiura

N

+i. ?na persona se encar,a de medir la presi*n a la c!al esta siendo sometida la m!estra mediante !n man*metro conectado directamente a la prensa 'idrá!lica& la presi*n de$e ser medida a cada instante "a )!e al momento de #allar& la a,!
+iii.

?na +e( #alle el testi,o se retira " se anali(an las condiciones " modo de r!pt!ra

,.1.- RESISTENCIA A LA COM/RESI0N %a #orma de la rot!ra +ara con la nat!rale(a de la piedra " #orma de la pro$eta. %as rocas d!ras " compactas se rompen& di+idi-ndose en prismas rectos de secci*n irre,!lar& siendo s!s ,eneratrices paralelas al sentido de los es#!er(os& " a +eces salen pro"ectados con ,ran +iolencia& siendo con+eniente rodear los platillos con !na tela metálica. %as piedras $landas se rompen se,An planos )!e pasan por las aristas de las $ases& #ormando !n án,!lo menor de 50  con la direcci*n de la presi*n& desprendi-ndose prismas tr!ncados. %as pro$etas cilndricas o prismáticas se rompen por res$alamiento so$re !n plano o$lic!o& #ormando !n án,!lo apro/imadamente de 45  con la direcci*n de los es#!er(os. i las m!estras no son c!$os per#ectos& se recomienda calc!lar la resistencia a compresi*n simple e)!i+alente& ;ce mediante la e/presi*n

Donde ;c M resistencia a compresi*n simple o$tenida en el ensa"o. $ M anc'!ra de la pro$eta. ' M alt!ra de la pro$eta. En el caso de rocas anis*tropas con planos de sedimentaci*n o es)!istosidad& se de$en 'acer dos determinaciones de la resistencia a compresi*n simple& !na en la direcci*n perpendic!lar a estos planos " otra en la direcci*n paralela a estos planos.

Cuadr! N,

Fiura N1,

11

,.,.- Fat!res ue a(eta" al e"sa! de !)$resi%" u"ia+ial Fiura N1

#ricci*n alta

#ricci*n media

sin #ricci*n

 a: Distri$!ci*n de tensiones en la pro$eta se,An condiciones de #ricci*n placas Geometría de la probeta  – forma:  normalmente cilíndrica  para evitar concentraciones:

 – caras paralelas y perpendiculares al eje (±0.001 rad = 0.05 mm/50 mm)  – sin irreularidades (! 0." mm)  – relaci#n altura – di$metro (%/d)  %/d pe&ue'o  estado triaial de tensiones  %/d rande  pandeo  normalmente %/d * +.5 a "

I"*ue"ia de la @el!idad de a$liai%" de la ara e" el !)$!rta)ie"t! te"si%"-de(!r)ai%"

Fiura are"isa )r)!l

N15 ra"it!

aliza

12

Te)$eratura& e" e"eralG $ara te)$eraturas )a!res se !'tie"e" 

resistencias menores



ri,ideces menores



comportamiento más dActil

+alores recomendados 20OC H 2OC 50P '!medad C!r+as tensi*nde#ormaci*n de !n ,ranito a +arias temperat!ras " a !na presi*n de connamiento de 5 Kilo$ars 500 a:

Fiura N16

III.- ENSAYO DE COM/RESI0N TRIA2IAL ?n testi,o de roca se ensa"a en !na prensa tria/ial& a la )!e se da !na presi*n de cámara p. %a pro$eta se rompe $a
Fiura N17

13

En !n ensa"o de compresi*n tria/ial la car,a a/ial " s! es#!er(o principal correspondiente sim!lan el es#!er(o principal ma"or )!e actAa en la corte(a F1:& mientras )!e la tensi*n radial prod!cida por la presi*n 'idrá!lica representa el es#!er(o principal menor F. C!ando se indica !n +alor de resistencia a la compresi*n tria/ial& 'a$rá )!e mencionar necesariamente la presi*n de connamiento p: )!e se aplic* d!rante el ensa"o. ara encontrar !na relaci*n entre F1 H#F:& donde F  es la presi*n de con#inamiento " F 1 la resistencia a la compresi*n tria/ial& 'a$rá )!e reali(ar +arios ensa"os& en cada !no de los c!ales se aplicarán di#erentes presiones de con#inamiento. Cada par de +alores F 1 " F sir+en para constr!ir dos tipos de ,rácos.  El primer tipo representa el l!,ar ,eom-trico de la relaci*n e/istente entre F 1 " F ,!ra 1:.El se,!ndo tipo de ,ráco nos permite constr!ir los crc!los de o'r en los e
Fiura N1<

Fiura N1?

.1.- DESCRI/CI0N DE LA MUESTRA i. %os testi,os de$en ser cilndricos circ!lares con !na relaci*n lon,it!dGdiámetro %D: entre 2 " 2.5. %a relaci*n entre el diámetro del testi,o " el diámetro del ,rano más ,rande de la roca de$e ser como mnimo de 10 a 1 ii. %a s!percie del testi,o de$e ser lisa " li$re de irre,!laridades a$r!ptas& con todos s!s elementos alineados sin des+iarse más de 0.5 mm a lo lar,o del testi,o. iii. %as $ases de$en ser paralelas entre s& sin des+iarse más de 0.025 mm " perpendic!lares con respecto al e
14

.,.- E3UI/O El e)!ipo consiste de tres partes ?na celda tria/ial& !n e)!ipo de car,a " !n e)!ipo para ,enerar presi*n de connamiento. Celda tria/ial ,!ra 3:. El c!erpo de la celda de$e tener dos cone/iones !no para la entrada del aceite " otro para la salida del aire.G ?na c'a)!eta impermea$le " =e/i$le de ca!c'o )!e de$e tener el mismo diámetro )!e el del testi,o. El testi,o )!edará dentro de la c'a)!eta totalmente rodeado por el aceite sin )!e -ste penetre en la roca.G Dos platinas con asientos es#-ricos " d!re(a ;ocKQell 58 R;C se colocan a am$os lados del testi,o. El diámetro de las platinas será de D " el espesor de por lo menos D3 donde D es el diámetro del testi,o.

..- E3UI/O /ARA A/LICAR Y MEDIR LA CAR4A A2IAL i. ?na prensa )!e p!ede aplicar " medir la car,a a/ial so$re el testi,o& con !na capacidad de car,a de 100 toneladas " )!e c!mpla con los re)!erimientos dela Norma @ E4 " Sritis' tandard 1610. ii. El $lo)!e de asiento es#-rico de la má)!ina de$e ser retirado. %as caras de car,a de la má)!ina de$en estar paralelas entre s.

.5.- E3UI/O /ARA 4ENERAR Y MEDIR LA /RESI0N DE CONFINAMIENTO 

?na $om$a 'idrá!lica capa( de mantener constante la presi*n de con#inamiento F: con no más del 2P de des+iaci*n del +alor deseado

Fiura N1 Celda tria+ial 

?n man*metro )!e permite o$ser+ar " re,istrar )!e la presi*n de connamiento se manten,a constante.

Fiura N,

15

.6.- /ROCEDIMIENTO i. %a celda es ensam$lada con el testi,o instalado en la c'a)!eta " entre las platinas. El testi,o& las platinas " los asientos es#-ricos de$en estar alineados entre s. %os asientos es#-ricos estarán li,eramente l!$ricados con ,rasa o aceite.G %a celda tria/ial se llena con aceite permitiendo )!e el aire sal,a por la cone/i*n de escape. Nos ase,!ramos )!e la c'a)!eta no ten,a s!ras ni '!ecos en de cada ensa"o& de manera )!e el aceite no penetre en el testi,o.G %a celda se instala en el e)!ipo de aplicaci*n de car,a normal. ii. e esta$lece la presi*n de connamiento en el ni+el predeterminado " se mantiene constante& entonces se aplica la car,a normal. El má/imo +alor de car,a a/ial " s! correspondiente presi*n de connamiento se re,istran. iii. e repite el procedimiento para otro +alor de presi*n de connamiento.

.7.- C8LCULOS i. %a resistencia a la compresi*n F1: se calc!la di+idiendo el má/imo +alor de la car,a aplicada al testi,o " el área de la secci*n trans+ersal del testi,o. ii. %as presiones de connamiento con s!s correspondientes +alores má/imos de resistencia a la compresi*n se ,racanT el +alor de presi*n de connamiento en las a$scisas " el +alor de resistencia a la compresi*n en las ordenadas ,!ra1:. iii. e
I9.- ENSAYO DE TRACCI0N INDIRECTA /OR EL M:TODO BRASILERO E/iste !n m-todo para determinar la resistencia a tracci*n indirecta Ensa"o $rasileo: so$re pro$etas cilndricas& )!e tam$i-n se p!ede !sar para pro$etas cA$icas o prismáticas. En el caso de la pro$eta cilndrica se le somete a !na #!er(a de compresi*n aplicada en !na $anda estrec'a " en toda s! lon,it!d. El res!ltado de la #!er(a de tracci*n orto,onal res!ltante ori,ina )!e la pro$eta rompa a tracci*n. En la ,!ra 2.8.1.5 p!eden +erse los dispositi+os de ensa"o para pro$etas cilndricas " prismáticas. %as $andas de apo"o son de $ras prensadas de densidad V 900 3 W,m3 " dimensiones& anc'o a M 10 mm.& espesor t M 4 mm " !na lon,it!d s!perior a la lnea de contacto de la pro$eta. %as $andas de apo"o solo de$erán !sarse !na +e(. D!rante el ensa"o de$e ase,!rarse )!e la pro$eta permanece c!ando comien(a la car,a " d!rante la aplicaci*n de esta el plato 'a de estar paralelo con el in#erior. e selecciona !n incremento de constante dentro del ran,o& por e
centrada s!perior tensi*n

%a car,a se aplica sin $r!s)!edades " se incrementa contin!amente& en la +elocidad seleccionada& 'asta )!e no soporte !an car,a ma"or. 16

%a +elocidad de car,a re)!erida en la má)!ina de ensa"o se calc!la mediante la #*rm!la

D*nde ; M Xelocidad de incremento de car,a& en neQtons por se,!ndoT % M %on,it!d de la pro$eta en milmetros Ji,!ra:T d M Dimensi*n de la secci*n trans+ersal de la pro$eta en milmetrosT s M Incremento de tensi*n& en me,apascales por se,!ndo neQtons por milmetro c!adrado por se,!ndo:.

Fiura N,1

17

La resiste"ia a la trai%" i"direta @ie"e dada $!r la (%r)ula&

Dis$!sii%" e"eral del e"sa! de trai%" i"direta  detalles de la r!tura.

9.- ENSAYO DE FLE2I0N En el ensa"o de =e/i*n o =e/oGtracci*n !na pro$eta en #orma de $arra con secci*n rectan,!lar o circ!lar es =e/ionada por la acci*n de !n momento =ector. En el p!nto de aplicaci*n de la car,a la (ona s!perior está sometida a compresi*n& mientras )!e la (ona in#erior está sometida a tracci*n Ji,!ra 8a: Coca " ;osi)!e& 1992:. Entre am$as& 'a" !na capa )!e no e/perimenta compresi*n& tracci*n ni +ariaci*n de lon,it!dT -sta se denomina Capa ne!tra isarenKo et al.& 1979:. De$ido a )!e d!rante la =e/i*n !na pro$eta está sometida tanto a es#!er(os de tracci*n como de compresi*n& la ma,nit!d de la resistencia a =e/i*n es ma"or )!e la resistencia a tracci*n Callister& 1995:. %a tensi*n má/ima& o tensi*n a la rot!ra en este ensa"o de =e/i*n& se denomina resistencia a la #le/i*n o m*d!lo de rot!ra& FJ. Ysta es !na propiedad mecánica importante para los materiales p-treos. or e
o$tener a partir de dos tipos de ensa"os tres p!ntos o car,a concentrada& " c!atro p!ntos o momento constante. %a distri$!ci*n de es#!er(os 'acen )!e& en el ensa"o de tres p!ntos& la secci*n des#a+ora$le para la rot!ra sea p!nt!al coincidiendo con el p!nto so$re el )!e se e
Fiura N,, %os

re)!erimientos de la @ C880 incl!"en las si,!ientes especicaciones de má)!inas " preparaci*n de m!estras I. %a má)!ina o aparato de ensa"o de$e ser capa( de aplicar car,as a a compresi*n as como de =e/i*n mediante !n accesorio de =e/i*n a 4 p!ntos. Este accesorio de incl!ir rodamientos para soportar los $lo)!es ase,!rando )!e la cara es aplicada +erticalmente so$re la m!estra. %a distancia entre los p!ntos de apo"o " los p!ntos de car,a de$e ser in+aria$le con !na tolerancia de ZG 0.05 p!l,adas 1.27 mm:. 19

I. %as m!estras de$en ser serradas " li
condicionamiento las m!estras p!eden ser ensa"adas en seco o 'Amedo

X. !estras secas 48 'oras a 140 H 4O Ja'ren'eit 60 ZG 2.2 Celsi!s: XI. !estras 'Amedas de$en ser inmersas en a,!a d!rante 48 'oras a 72 H 4O Ja'ren'eit 22.2 ZG 2.2 Celsi!s: •

Es la resiste"ia de u" )aterial a ser d!'lad! ;$lead!# ! *e+urad!.

,

Fiura N,

9I.ENSAYO DE CORTE DIRECTO El ensa"o de corte directo tiene como nalidad encontrar el +alor del án,!lo de #ricci*n resid!al U r: en testi,os de roca )!e 'an sido pre+iamente #ract!rados. Este ensa"o se p!ede aplicar en rocas d!ras o $landas " en testi,os de roca )!e conten,an planos de #alla o discontin!idades nat!rales o articiales. Es necesario distin,!ir dos conceptos án,!lo de #ricci*n interna " án,!lo de #ricci*n resid!al. El án,!lo de #ricci*n interna actAa mientras la roca no 'a #allado mientras )!e el án,!lo de #ricci*n resid!al actAa c!ando se 'a prod!cido la #alla.

Fiura N,5

Donde se calc!la el es#!er(o normal " es#!er(o de corte de la si,!iente manera

20

σ 

 N 

=

 A

, τ 

=

 F   A

Donde σ 

& Es#!er(o normal

τ 

 Es#!er(o de corte

N es la #!er(a normal aplicada. J #!er(a 'ori(ontal aplicada  área de la secci*n trans+ersal de la pro$eta Con#orme a como se +an o$teniendo los res!ltados se p!ede ir reali(ando la ,ráca del es#!er(os +s el despla(amiento para s! posterior análisis.

Fiura N,6

7.1.LA

DESCRI/CION DE MUESTRA ?n diseado

molde especialmente para )!e enca
7.,.- /RE/ARACI0N DE TESTI4OS i. e p!eden emplear testi,os cilndricos o $lo)!es de roca de ,eometra re,!lar. El testi,o de$e tener las dimensiones adec!adas para )!e p!eda ser colocado en el molde. %os testi,os no re)!ieren de nin,An tratamiento s!percial ni estar s!
21

iii. e prepara !na me(cla de arena& cemento " a,!a de secado rápido " resistencia media. %a proporci*n en +ol!men de arenaGcemento es de 3 a 2 " se emplea 700 ml de a,!a para la preparaci*n de !n molde. i+. e coloca el s!
7..- DESCRI/CION DE E3UI/O 7.5.- M83UINA DE ENSAYO Este e)!ipo consiste de !na ca
%a #!er(a aplicada por el pis*n +ertical es transmitida por medio de !na $om$a 'idrá!lica de operaci*n man!al " es re,istrada en !n medidor de #!er(a con escala ,rad!ada en 0.25 WN " con capacidad de medir #!er(as 'asta 11 WN. %a #!er(a aplicada por el pis*n 'ori(ontal es transmitida por medio de !na $om$a 'idrá!lica de operaci*n man!al " es re,istrada en !n medidor de #!er(a con escala ,rad!ada en 0.1 WN " con capacidad de medir #!er(as 'asta 5.5 WN. Estas #!er(as de$erán estar alineadas con el centro del plano de corte.

Fiura N,7

22

. MEDIDOR DE DES/LAZAMIENTOS.

7.6.-

?n aditamento para medir el despla(amiento 'ori(ontal direcci*n de aplicaci*n de la #!er(a cortante: con escala ,rad!ada en 0.01 mm con !n crc!lo de ,rad!aci*n de 100 !nidades con capacidad de medir 'asta 25 mm.

7.7.- DESCRI/CION DE ENSAYO i. e re,istra el diámetro o las dimensiones de la (ona esco,ida para calc!lar el área de desli(amiento. ii. e 'acen las cone/iones 'idrá!licas de la manera como se il!stra en el es)!ema de la ,!ra 5. iii. e coloca el testi,o encaps!lado en la me(cla: en la parte in#erior de la ca
23

9II.- ENSAYO DE CONSTANTES EL8STICAS ;M0DULO DE  YOUN4 Y RELACI0N DE /OISSON# <.1.- DEFINICI0N Y USO El *d!lo de [o!n, E: " la relaci*n de oisson \: estiman el comportamiento de los es#!er(os " las de#ormaciones en el maci(o rocoso. Estos +alores se emplean ,eneralmente en el diseo de e/ca+aciones en roca !tili(ando m-todos de cálc!lo n!m-rico. %a elasticidad es !na propiedad )!e se as!me posee todo material ideal " )!e al,!nas rocas presentan en ma"or o menor ,rado " para lo c!al de$en tenerse en c!enta tres #actores principales 'omo,eneidad& isotropa " contin!idad G G G

Romo,eneidad es !na medida de la contin!idad #sica de !n c!erpo )!e depende de la escala& p!diendo !na roca masi+a de ,rano no ser considerada como 'omo,-nea Isotropa es !na medida del comportamiento del material en di#erentes direcciones. El ,rado de isotropa de !na roca denirá las di#erentes reacciones de -sta a la acci*n de #!er(as e/ternas o internas. Contin!idad se reere a la cantidad de diaclasas& #allas " espacios porosos )!e poseen las rocas. Como "a sa$emos !n material se comporta elásticamente c!ando l!e,o de retirarla la car,a aplicada rec!pera s! estado inicial& es decir la de#ormaci*n es directamente proporcional al es#!er(o aplicado. Esta constante de proporcionalidad es el m*d!lo de elasticidad o de [o!n, E:. E M F ] a E M m*d!lo de elasticidad K,cm 2: F M es#!er(o aplicado K,cm2: ]a M de#ormaci*n !nitaria a/ial mmmm:

En !n sentido mecánico& el m*d!lo de elasticidad representa la ri,ide( del material. El +alor de E permite clasicar a las rocas de la si,!iente manera 





;oca c!asiGelástica ara +alores de E entre 6 " 10 / 10 4 a& son por lo ,eneral de ,rano no& masi+o " compacto. ;oca semiGelástica ara +alores de E entre 2 " 7 / 10 4 a& se caracteri(an por ser de ,rano ,r!eso en las rocas ,neas " de ,rano no& porosidad $a
El !so del m*d!lo de elasticidad para denir la relaci*n es#!er(oGde#ormaci*n es s*lo !na apro/imaci*n& "a )!e las rocas m!estran #rec!entemente caractersticas mecánicas no lineales. El otro parámetro importante en la teora de la elasticidad es la relaci*n de oisson. \:& la c!al representa la relaci*n in+ersa entre la de#ormaci*n en la direcci*n del es#!er(o aplicado " la de#ormaci*n )!e oc!rre en !na direcci*n perpendic!lar a -sta. e e/presa por

24

\ M ]d ]a \ Mrelaci*n de oisson ]dM de#ormaci*n !nitaria en la direcci*n perpendic!lar a la car,a aplicada ]aM de#ormaci*n !nitaria en la direcci*n a la car,a aplicada

<.,.- E3UI/O i. El e)!ipo es el mismo )!e se !tili(a en el ensa"o de compresi*n simple " de$e c!mplir con los re)!erimientos de la práctica @ E4 o la norma Sritis' tandard 1610.G ara medir las de#ormaciones se !tili(an medidores de de#ormaci*n de resistencia el-ctrica strain ,a,e:. %a lon,it!d de los strain ,a,e es por lo menos 10 +eces el diámetro del ,rano más ,rande de la roca ii. ?n so#tQare re,istra las car,as " de#ormaciones además de )!e ,ráca directamente las c!r+as Es#!er(o +s. De#ormaci*n.

Fiura N ,<. Eui$! $ara deter)i"ar las !"sta"tes elstias

<..- /RE/ARACI0N DE TESTI4OS i. %os testi,os de$en ser cilndricos circ!lares con !na relaci*n lon,it!dGdiámetro %D: entre 2 " 2.5. e p!eden !tili(ar testi,os con diámetros entre 22 " 61 mm. %a relaci*n entre el diámetro del testi,o " el diámetro del ,rano más ,rande dela roca de$e ser como mnimo de 10 a 1.

Fiura N,? ai. %a s!percie del testi,o de$e ser lisa " li$re de irre,!laridades a$r!ptas&con todos s!s elementos alineados sin des+iarse mas de 0.5 mm a lo lar,o del testi,o. 25

$i. %as $ases de$en ser paralelas entre s& sin des+iarse más de 0.025 mm " perpendic!lares con respecto al e
<.5.- /ROCEDIMIENTO i. El testi,o se coloca en la má)!ina de ensa"os " se 'acen las cone/iones el-ctricas necesarias con la comp!tadora. ii. %a '!medad p!ede tener !n e#ecto si,nicante en la de#ormaci*n del testi,o& c!ando sea posi$le& se de$e conser+ar las condiciones de '!medad& 'asta el momento del ensa"o. ?n e/ceso de '!medad p!ede crear pro$lemas de ad'esi*n de los strain ,a,es entonces se re)!erirá !n cam$io en las condiciones de '!medad del testi,o seco: iii. %a car,a so$re el testi,o de$e ser aplicada de #orma contin!a " con !na ra(*n constante de manera )!e la #alla oc!rra entre 5 " 10 min!tos desp!-s de 'a$erse iniciado la aplicaci*n de la car,a. i+. %as car,as " las de#ormaciones a/iales " diametrales son Directamente re,istradas por el so#tQare a partir de las lect!ras contin!as de los strain ,a,es instalados so$re el testi,o.

<.6.- C8LCULOS %a de#ormaci*n !nitaria a/ial ]a: " la de#ormaci*n !nitaria diametral ]d: son re,istradas directamente por el so#tQare a partir de las lect!ras de los strain ,a,es. a: %os +alores de es#!er(os " de#ormaciones a/iales " diametrales se de$erán di$!
Fiura N,

26

$: El m*d!lo a/ial de [o!n, E: de !n esp-cimen& p!ede ser calc!lado empleando c!al)!iera de los si,!ientes m-todos *d!lo tan,ente Et: Es medido a !n ni+el determinado de car,a& e/presado como !n porcenta
•

*d!lo promedio Ep: Es denido mediante la inclinaci*n promedio de las partes relati+amente rectas de la c!r+a es#!er(oGde#ormaci*n a/iales.

Fiura N,

*d!lo secante Es: Es ,eneralmente medido desde el es#!er(o inicial cero 'asta !n +alor de es#!er(o pre
Fiura N

27

9III.- De(!r)a'ilidad del )aiz! r!!s! e"sa!s =i" situ> de la de(!r)a'ilidad E/isten dos tipos de m-todos $ásicos para determinar la de#orma$ilidad de los maci(os rocosos aplicando la le" de la elasticidad:

6

Mt!d!s estti!s

ensa"os de compresi*n con ,atos  placas de car,a: ^

M%dul! de de(!r)ai%" estti!G E est

M%dul! de de(!r)ai%" =i"-situ> 6

Mt!d!s di")i!s

ensa"os con ondas de sonido: ^

M%dul! de de(!r)ai%" di")i!G E di"

E"sa!s de !)$resi%" !" at! J $laa de ara 6

6

6

6

e aplica !na car,a so$re !na s!percie plana de la roca& midiendo la de#ormaci*n s!percial res!ltante. e reali(a el ensa"o con !no o dos ,atos.  @picas car,as son de 300 toneladas so$re !na placa con !na 2 2 s!percie de 1 m " 720 ton. so$re 1.2 m . !c'as +eces se lle,a a tensiones 2 de 100 K,cm . %a pro#!ndidad a#ectada por el ensa"o es más o menos el diámetro de la placa.

El res!ltado es !n m*d!lo de de#ormaci*n ,lo$al del maci(o rocoso

28

Fiura N1

i la roca es 'omo,-nea " is*tropa& se p!ede aplicar la sol!ci*n de So!ssines) 1. para determinar el asentamiento má/imo del maci(o rocoso $a
P ( 1 −v ) ωo = π ∗ Eest ∗r wo

despla(amiento normal de la s!percie



car,a normal concentrada

+

Coeciente de oisson 29

Eest *d!lo de de#ormaci*n BinGsit! r

radio de la placa

?.1.- Relai%" e"tre el M%dul! de de(!r)ai%" =i" situ>  RMR para ;; V 50

Eest H ,K RMR - 1 1979: ;RMR  1#J5 Eest H 1

para ;; _ 50

Roca Granito Gneis Cuarcita i!arra Gres com#acto Ca$i!a masi%a 'arga

se,An SieniaQsKi

se,!n era#im " ereira 1983:

2 Eest (kg/cm ) 5 3 – 5 x 10 5 2.5 – 4 x 10 5 4 - 5.5 x 10 5 0." - 3.5 x 10 5 2 - 3 x 10 5 2 – & x 10 5 0.05 - 10

30

9al!res t$i!s del M%dul! de de(!r)ai%" =i" situ>&

Fiura N,

%os

ensa"os de compresi*n con ,ato m!estran )!e el m*d!lo del maci(o rocoso *d!lo de de#ormaci*n Bin sit!: es siempre in#erior al m*d!lo estático *d!lo de Elasticidad o *d!lo de [o!n,& E: determinado en el la$oratorio a partir de testi,os de roca matri(.

l a!mentar el ,rado de diaclasado de la roca& el *d!lo de de#ormaci*n Bin sit! del maci(o se red!ce a !na pe)!ea #racci*n del *d!lo de elasticidad determinado a partir de m!estras en la$oratorio.

?.,.- ENSAYO CON ONDAS DE SONIDO 6

El *d!lo de elasticidad de#ormaci*n dinámica: se ded!ce de la +elocidad de propa,aci*n de ondas ssmicas

6

e aplica ondas lon,it!dinales de compresi*n&  p: " ondas trans+ersales de corte& s:

Fiura N

Correlaci*n con parámetros ,eo#sicos para !n medio elástico: 1

  Edin ( 1 −v ) 2 Vlon=( ) γ ( 1− v )( 1− 2 v ) 1

  Edin )2 Vtrans =( 2 γ ( 1 + v )

@l!"&

@el!idad de !"das l!"itudi"ales

+trans

+elocidad de ondas trans+ersales

Edin v

*d!lo de elasticidad  de#ormaci*n dinámica



Coeciente de oisson

γ  

densidad del material

Con !n +alor

v

 M 0.2 la +elocidad lon,it!dinal es 1

 Edin 2 ) Vtrans =1.05 ( γ 

'ateria$

% # (km/s)

Granito asa$to

4.0 - 5.& 5.0 - &.&

Ca$i!a

2." - .1

Gres

1.0 - 4.4

*imo$ita

1.4 - 4.4

Gneis

3.5 - .5

'+rmo$

3." - &.,

Esuisto

2.3 - 5.

rci$$a

1.2 - 2.5