ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE

Caracterización global: Parámetros del macizo rocoso y clasificación geomecánica

En la descripción del macizo rocoso se toman datos cualitativos y si es posible cuantitativos. Por

ello, los métodos de caracterización tienden normalmente a obtener valores numéricos.

En este sentido, existen tablas donde se establecen clases (escalas con valores de referencia,

criterios) que permiten cuantificar dichas características y obtener parámetros. Dichos

parámetros son necesarios en la clasificación geomecánica de los macizos rocosos

Parámetros del macizo rocoso:

Número de familias de discontinuidades

Tamaño de bloque

Intensidad de fracturación

Meteorización

Resistencia

 La descripción de rocas con fines ingenieriles, requiere seleccionar propiedades básicas

y obtener parámetros para su clasificación geomecánica.

Estos parámetros pueden ser obtenidos mediante ensayos de campo o de laboratorio,

sobre muestras o probetas de roca matriz (roca intacta)

Existen parámetros que permiten caracterizar y clasificar el macizo rocoso:

Propiedades mecánicas del macizo rocoso:

La resistencia (compresión simple)

Comportamiento frente a la deformación (módulo de Young, coeficiente de Poisson)

Determina la competencia de la matriz rocosa para mantener unidos sus componentes, y depende fundamentalmente de su composición mineral y del grado de alteración

Determinación de la resistencia a la

compresión simple

En Campo

Pruebas

Ensayos sencillos

En Laboratorio Ensayos mecánicos

índices indirectos o índices de campo

Martillo Schmidt

Carga Puntual

Compresión uniaxial

Compresión triaxial

En campo

Valoraciones cualitativas que tabuladas permiten establecer una estimación cuantitativa del rango de resistencia en suelos cohesivos y rocas.

→ Procedimiento• Limpiar capa de alteración superficial• Hacer pruebas con navaja o martillo de geólogo • Clasificar la resistencia de la roca de acuerdo con la tabla:

Índices indirectos o índices de campo

En campo

Ensayo sencillo de campo o laboratorio, que permite estimar la resistencia a la compresión

simple de la matriz rocosa y que también se aplica a las discontinuidades:

Ensayo con el esclerómetro Martillo Schmidt

En roca matriz: evitar bloques pequeños o con discontinuidades cercanas

En superficies de discontinuidad: aplicar directamente en dicha superficie.

El esclerómetro es un cilindro de unos 6 cm de diámetro, con la masa y el muelle en su interior, el

vástago retráctil en uno de sus extremos y una escala en su superficie lateral.

Su uso es muy frecuente dada la manejabilidad del aparato, pudiendo aplicarse sobre

roca matriz y sobre las discontinuidades (resistencia de los labios).

- El ensayo consiste en medir la resistencia al rebote de la superficie de la roca ensayada.

TIPOS DE MARTILLO

En la práctica común se utilizan dos tipos de martillo, el tipo L con una energía de impacto de 0.735 N.m y el tipo N con una energía de impacto de 2.207 N.m. Los rebotes medidos con estos martillos se denotan con los símbolos RL y RN, respectivamente.

Ambos martillos proporcionan buenos resultados para valores de compresión simple de la roca o la discontinuidad ensayada dentro del rango 20-150 MPa.

PROCEDIMIENTO DE MEDIDA

El martillo únicamente se debe usar en las superficies de los materiales a ensayar. En el caso de ensayos in situ, el desarrollo del ensayo consiste en una preparación de las zonas elegidas, eliminando la pátina de roca meteorizada.

Preparación de la superficie para el ensayo

Para la ejecución del ensayo, se realizan los siguientes pasos:

Posicionar el martillo perpendicularmente a la superficie de la roca ensayada. Disparar el vástago o punzón de impacto [1] empujando el martillo hacia la

superficie de ensayo hasta que el botón [6] salte hacia fuera (Fig. 4). Pulsar el botón para bloquear el vástago de impacto después de cada impacto. A continuación, leer y anotar el valor de rebote indicado por el puntero [4] en la

escala [19].

Mediante el martillo de Schmidt, o esclerómetro, se puede, por tanto, estimar la

resistencia a compresión simple de la roca a partir de la resistencia al rebote de la

superficie de roca ensayada. Como se ha comentado anteriormente, esta superficie

deberá estar fresca y limpia, sin ningún signo de alteración ni fracturas. Esta medida del

rebote se correlaciona con la resistencia mediante el gráfico de Miller que tiene en cuenta

la densidad de la roca y la orientación del martillo respecto al plano de roca ensayado.

El valor estimado a partir del martillo de Schmidt debe ser obtenido estadísticamente, de tal manera

que sea un valor representativo.

- ISRM recomienda tomar 20 lecturas en diferentes zonas con la opción de parar cuando alguna de

las lecturas siguientes a las diez primeras difiera de la inmediatamente anterior un máximo de 4

golpes. La norma ASTM recomienda tomar 10 lecturas.

- ISRM (1978c) sugiere utilizar el promedio de las diez lecturas con valores más altos. La ASTM

recomienda descartar las lecturas que difieran más de 7 golpes del promedio y después promediar

las restantes.

Con los valores obtenidos se puede clasificar la roca por su resistencia

La siguiente tabla muestra valores típicos medidos en diferentes tipos de roca con un martillo Schmidt tipo L.

Ensayo sencillo de campo o laboratorio, a utilizar sobre fragmentos de roca o testigos,

(resultados más fiable para testigos), no indicado en rocas blandas o anisótropas.

• El ensayo consiste en aplicar una carga puntual a un trozo de roca hasta la rotura, y

obtener un índice (Is) mediante la expresión:

Donde:

P = carga de rotura, D = diámetro de la muestra

Ensayo de carga puntual

Is = P / D^2

En laboratorioEnsayo de Compresión uniaxial

Este ensayo permite determinar en el laboratorio la resistencia uniaxial no

confinada de la roca

La relación entre los esfuerzos aplicados en el ensayo es:

En este ensayo se deben cumplir las siguientes condiciones:

El ensayo trata de la aplicación gradual de una fuerza axial a un cilindro de roca, hasta que se produce su rotura, los datos obtenidos son: σ1 (obtenido del ensayo), σ2 y σ3. Con estos datos se puede obtener σc (resistencia a la compresión simple)

Razón Largo/Ancho de la probeta debe ser 2.5 a 3.0:1

Ancho de muestra debe ser >10 veces el tamaño medio del grano.

Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructuras.

Identificar las muestras.

Medir las dimensiones de la muestra para validar si satisface las condiciones del ensayo.

Se recubre la muestra con una membrana cuyo fin será el de evitar que al momento de fallar la roca no salten fragmentos y dañen a personas u objetos de alrededor.

Se sitúa el testigo de tal forma que el pistón de la maquina quede paralelo a las caras transversales de la muestra.

Procedimiento

Una persona se encarga de medir la presión a la cual esta siendo sometida la muestra mediante un manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica, la presión debe ser medida a cada instante ya que al momento de fallar, la aguja que indica el valor de la carga vuelve al punto de partida.

Una segunda persona será la encargada de ir aumentando paulatinamente la presión en la prensa hidráulica.

Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura.

En laboratorioEnsayo de Compresión triaxial

Este ensayo representa las condiciones de las rocas in situ sometidas a esfuerzos confinantes, mediante la aplicación de presión hidráulica uniforme alrededor de la probeta. Permite determinar la envolvente o línea de resistencia del material rocoso ensayado a partir de la que se obtienen los valores de sus parámetros resistentes cohesión (c) y Angulo de fricción. La relación entre los esfuerzos aplicados a la probeta es:

En este ensayo se deben cumplir las siguientes condiciones:

Razón Largo/ancho de la probeta debe ser 2.0 a 2.5:1

Extremos deben ser paralelos y pulidos, sin grietas.

Ancho de muestra debe ser >10 veces el tamaño medio del grano

Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructuras.

Identificar las muestras.

Medir las dimensiones de la muestra para validar si satisface las condiciones del ensayo.

Se recubre la muestra con una membrana impermeable cuyo fin será el de evitar el liquido usado para generar la presión de confinamiento no penetre en el testigo.

Se sitúa el testigo dentro de una cámara que será la encargada de mantener la muestra a una presión de confinamiento determinada, esta se encuentra conectada con prensa hidráulica manipulada por el encargado de laboratorio cuyo único fin es inyectar liquido hidráulico a la cámara y de esta forma fijar la presión de confinamiento

Procedimiento

Una persona se encarga de medir la presión a la cual esta siendo sometida la muestra mediante un manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica, la presión debe ser medida a cada instante ya que al momento de fallar, la aguja que indica el valor de la carga vuelve al punto de partida.

Una segunda persona será la encargada de ir aumentando paulatinamente la presión en la prensa hidráulica.

Una tercera persona en este caso el encargado del laboratorio se dedica a regular la presión confinante manteniéndola constante durante todo el ensayo, esta presión puede ser cualquiera sin embargo es recomendado ir aumentándola de forma progresiva dependiendo de la respuesta de la roca durante los ensayos.

Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura.