Informe Grupo 5

Facultad de Ciencias Físicas Y Matemáticas Departamento de Ingenieria Civil de Minas Mecánica de Rocas – MI4060 Otoño 2011

INFORME LABORATORIO

Integrantes: Esteban Garrido

Bárbara Jiménez

Fabián Manríquez

Rachid Manzur

Diego Mesa

Isaac Navia

Alexis Reveco

José Riquelme

Nicolás Urrutia

Profesor: Javier Vallejos

Profesores Cristian Castro

Auxiliares: Kimie Suzuki

Fecha: Junio 24, 2011

2

TABLA DE CONTENIDO

introducción ....................................................................................................................................................... 3

1. Determinación De La Porosidad De La Roca ................................................................................................... 4

2. Determinación De La Densidad De La Roca .................................................................................................... 4

2.1 Procedimiento .......................................................................................................................................... 4

2.2 Marco Teórico .......................................................................................................................................... 4

2.3 Resultados ................................................................................................................................................ 4

3. Ensayo De Compresión Uniaxial Simple (Ucs) ................................................................................................ 6

3.1 Procedimiento .......................................................................................................................................... 6

3.2 Marco Teórico .......................................................................................................................................... 6

3.3 Resultados ................................................................................................................................................ 6

4.- Ensayo De Tracción Indirecta (Ensayo Brasilero) ........................................................................................ 15

4.1 Procedimiento ........................................................................................................................................ 15

4.2 Marco Teórico ........................................................................................................................................ 15

4.3 Resultados .............................................................................................................................................. 15

5. Ensayo De Carga Puntual .............................................................................................................................. 18

5.1 Procedimiento ........................................................................................................................................ 18

5.2 Marco Teorico ........................................................................................................................................ 18

5.3 Resultados .............................................................................................................................................. 18

6 Ensayo De Copresión Triaxial......................................................................................................................... 21

6.1 Procedimiento ........................................................................................................................................ 21

6.2 Marco Teórico ........................................................................................................................................ 21

6.3 Resultados .............................................................................................................................................. 21

Análisis De Resultados Y Conclusiones Finales ................................................................................................. 25

3

INTRODUCCIÓN

En el siguiente informe se detalla la realización de las actividades del laboratorio de Mecánica de

Rocas, llevado a cabo en las instalaciones del IDIEM entre los meses de Mayo y Junio. El objetivo es

establecer un análisis y extraer conclusiones en cuanto a métodos de medición de las distintas propiedades

de un testigo de roca a través de ensayos de Compresión Unaxial Simple, Brasileño, Carga Puntual y Triaxial,

además de determinar parámetros de densidad a través del método de recubrimiento con parafina sólida.

Es importante considerar que por limitaciones de material de trabajo y tiempo, la actividad no se

desarrolló tal como estaba estipulada en la guía de laboratorio, por lo que parte del trabajo, sobre todo lo

relacionado con estudiar los valores de distintas repeticiones de un mismo experimento no pudo ser

realizada. Sin embargo en lo que sigue se pretenden dejar claros los procedimientos usados así como las

mediciones realizadas.

Otro objetivo importante de este laboratorio es permitir que los alumnos observen de forma

directa en cómo se llevan a cabo los distintos ensayos antes mencionados, debido a que este tipo de

mediciones sirven de base para entender el comportamiento de un macizo rocoso, y por lo tanto son un

pilar fundamental de la Geomecánica, disciplina que resulta indispensable al momento de llevar a buen

término cualquier proyecto minero. Además, permite que estén al tanto de todos los procedimientos que

hay detrás de cada método de medición, pues tan importante como los datos es la rigurosidad con la que

éstos se obtienen.

4

METODOLOGÍA Y ANÁLISIS

1. DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD DE LA ROCA

Para la determinación de porosidad de la roca es necesario preparar una muestra sumergiéndola en

agua durante 24 horas de manera de lograr saturación Este tipo de muestras no se encontraban disponibles

en los laboratorios del IDIEM en el momento de la realización de los ensayos, motivo por el cual no fue

posible llevar a cabo el procedimiento.

2. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA ROCA

2.1 PROCEDIMIENTO

1. Preparación de muestras: Se trabajará con probetas que cumplan la norma ASTM D4543-85.

2. Secar las muestras en el horno de secado a 105°C durante 24 horas (Norma ASTM E145).

3. Pesar las muestras y obtener el peso aire seco (PAS).

4. Preparar la parafina de acuerdo a la norma ASTM 2216-98

5. Sumergir las muestras en la cera, hasta que la cera crea una capa alrededor de los trozos de testigo.

6. Pesar las muestras y obtener el peso aire con cera (PAP).

7. Obtener el peso de la muestra cubierta en cera suspendida en el agua (PSP).

8. Con estos datos se procede a determinar la densidad, utilizando la Ecuación 2 para la densidad de roca intacta.

2.2 MARCO TEÓRICO

Para el cálculo de densidad de la roca se utilizarán solo los datos de PAS, PAP y PSP de la tabla de

resultados según la siguiente fórmula:

� = ��

Ecuación 1. Cálculo de densidad

2.3 RESULTADOS

1. Descripción litológica de la roca (Origen, tipo de roca, parámetros pertinentes (GSI, etc)).

Ígnea extrusiva no piroclástica básica (Hipocristalina, textura porfírica equigranular, homogénea isótropa). GSI ~53, RMR 42-60

2. Números de muestras a ensayar.

Se ensaya una muestra por grupo con un total de 4 muestras.

3. Mediciones promedio de diámetro y altura de la probeta.

No existen datos disponibles

4. Resultados en planilla y gráfico de desviación estándar de la medición de densidad por ambos métodos.

PAS: Peso muestra aire seco �� = 1 � ��⁄

PAP: Peso aire con cera � �!�"#$� = 0,89 � ��⁄

PSP: Peso muestra con cera y sumergida

5

N° Medición Unidades Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5

1 Peso Muestra (PAS) [g] S/R 301,30 168,08 139,63 278,37

2 Peso Muestra con parafina

(PAP) [g] S/R 307,38 188,58 149,01 293,20

3 Peso parafina (2)-(1) [g] S/R 6,08 19,78 9,38 14,83

4 Peso Muestra sumergida

(PSP) [g] S/R 182,66 101,43 83,46 174,05

5 (2)-(4) [g] S/R 124,72 87,15 65,55 119,15

6 Volumen Parafina [(3)/0,89] [cm^3] S/R 6,83 22,22 10,54 16,66

7 (5)-(6) [cm^3] S/R 117,89 64,93 55,01 102,49

8 Peso unitario húmedo (1)/(7) [g/cm^3] S/R 2,56 2,60 2,54 2,72

9 Humedad (w) [%] S/R 0,00 0,00 0,00 0,00

10 Peso unitario seco ((8)/(100+w))*100

[g/cm^3] S/R 2,56 2,60 2,54 2,72

Tabla 1 Datos IDIEM

De acuerdo a la fórmula indicada en el marco teórico se calcula la densidad de roca de cada grupo

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5

Densidad de Roca [g/cm3] S/R 2,556 2,621 2,538 2,716

Tabla 2: Densidades de roca

Debido a que no fue posible determinar los datos de porosidad, no se puede realizar un cálculo de

la densidad a partir de la porosidad.

6

3. ENSAYO DE COMPRESIÓN UNIAXIAL SIMPLE (UCS)

3.1 PROCEDIMIENTO

1. Medir las dimensiones de las probetas

con el pie de metro. 2. Pesar la probeta. 3. Instalación previa de strain-gauges. 4. Instalar la probeta al centro de la prensa

de compresión. 5. Accionar el sistema hidráulico. 6. Regular la velocidad de carga según

recomendaciones de ISRM, la carga aplicada debe ser constante y su tasa de carga debe estar entre los 0,5 [MPa/s] a 1 [MPa/s].

7. Regular la duración del ensayo según la norma ASTM 2938-95.

8. Registrar a intervalos regulares: a. Desplazamientos verticales (A

través del dial de deformación axial).

b. Carga aplicada. 9. Registrar carga de ruptura. 10. Observar el tipo de ruptura, las

características geológicas y geotécnicas de la muestra de roca, orientación del plano principal de fractura, etc.

3.2 MARCO TEÓRICO

Para calcular el esfuerzo de compresión uniaxial se utiliza la Ecuación 4.

)* = +,-.

Ecuación 2: Esfuerzo de compresión uniaxial.

3.3 RESULTADOS


El testigo ensayado por el grupo 5 corresponde a una roca ígnea extrusiva no piroclástica básica-intermedia (Hipocristalina, textura porfírica equigranular, homogénea isótropa). GSI medio 53, RMR 42-60.

2. Orientación del eje de carga con respecto a la anisotropía de la probeta (Planos de estratificación, foliación, etc.).

La roca ensayada no presenta foliación ni planos de clivaje

3. Número de probetas ensayadas, fecha de ensayo y descripción del equipo de ensayo.

Grupo 2 3 4

Nº de Probetas Ensayadas

3 3 3

Fecha de Ensayo Mayo 30 Junio 1 Junio 3

Tabla 3

Con: )*: Resistencia a la compresión uniaxial [Mpa] p : Carga de ruptura [N] D : Diámetro de la probeta [m]

7


Orientación/

Ubicación

Diámetro [cm] Diámetro medio

parcial [cm] Diámetro

medio [cm]

0 120° 240°

Grupo 2 -- -- -- -- -- 6,05

Grupo 3

Superior 6,07 6,07 6,06 6,07

6,06 Medio 6,06 6,06 6,06 6,06

Inferior 6,05 6,04 6,04 6,04

Grupo 4

Superior 6,04 6,04 6,04 6,04

6,04 Medio 6,04 6,04 6,04 6,04

Inferior 6,04 6,04 6,04 6,04

Tabla 4

5. Curvas esfuerzo-deformación, volumen-deformación para cada ensayo de cada grupo.

Curvas Grupo 2

Gráfico 1

Se observa: )/0� = 150,542456

Como el diámetro promedio de la probeta es distinto de 50 mm se aplica la corrección:

Así se obtiene: )/0�,789 � 155,797456

8

Gráfico 2

Gráfico 3

Gráfico 4

9

Curvas Grupo 3

Se utilizan los datos entregados por IDIEM en formato Excel, que consisten en: carga (kN),

dilatación (µe), contracción (µe), tiempo (s) y resistencia (kN). Los datos correspondientes a

deformación (dilatación y compresión) fueron determinados gracias al uso de Strain Gauges.

Para los cálculos se usó como altura y diámetro el promedio de las alturas y diámetros

respectivamente, mostrados en el cuadro anterior.

Diámetro (m) 0,0606

Altura (m) 0,1274

Tabla 5

Gráfico 5

Gráfico 6

10

Se observa: )/0� = 199,01456

Como el diámetro promedio de la probeta es distinto de 50 mm, se aplica la corrección:

Así se obtiene: )/0�,789 � 206,02456

Curvas Grupo 4

Parámetro Valor Unidad

V 0,25025 [·]

Sigma_ci 58,92900 [MPa]

Sigma_cd 117,85800 [MPa]

Sigma_cc 20,40100 [MPa]

Tabla 6

Gráfico 7

11

Gráfico 8

6. Identificación y caracterización de la parte lineal-elástica de la deformación.

Grupo 2

Del gráfico esfuerzo vs deformación axial se estima que la parte lineal elástica de la curva se

extiende entre los puntos:

<�= = 0,0424; )= � 40,6619

<�? � 0,1865; )? � 125,7370

a) Determinación de módulo de deformación tangente (ET50) y promedio (Eav):

Con los puntos anteriormente mencionados se calcula la ecuación de una recta que representa

el tramo lineal-elástico de la curva y con esto se obtiene el ET50:

A = 590,3B C 15,59

Luego, DEF* � 590,30 ∗ 1004H6�I6JKL<LMN6O6LPHQLM6RSLT%�

→ DEF* � 59,03W56

Para el cálculo de Eav se aproxima la curva obtenida en el gráfico con u n polinomio de grado dos.

Luego se deriva la ecuación y se evalúa para el punto donde el esfuerzo es la mitad de la resistencia

a la compresión uniaxial.

5SXYTS�YS:A � 922,9B? C 846,8B

[A

[B� \1845,8B C 846,8

D]6XK6TRSH6Q6:<� � B � 0,10857

^LSONYLTLD�_ � 646,4014 ∗ 100456

→ D�_ � 64,64W56

12

b) Determinación de módulo de Poisson (ν):

Para este cálculo se utiliza la ecuación:

] = −�∆<!∆<��

Ocupando los puntos extremos de la sección lineal-elástica de la curva se obtiene:

] = −a−0,01087 + 0,057050,04247 − 0,18659 b = 0,3204

Grupo 3


- ET50

Según los datos obtenidos, el 50% de )/0� es 99,51 MPa. De los datos entregados por IDIEM, el

valor más cercano a este valor es 99,54 MPa, al cual corresponde una deformación axial 0,0015939.

Mediante la herramienta “Línea de tendencia” de Excel, se determinó un polinomio de grado 2 que

aproximara a la curva de Esfuerzo-Deformación Axial:

y = -48.092x2 + 71.695x

Mediante la derivada con respecto a x de esta expresión, se calculará la pendiente de la recta

tangente en un punto. Luego se evaluará la derivada en el punto 0,0015939, teniéndose de este

modo la pendiente de la recta tangente a la curva Esfuerzo-Deformación cuando el esfuerzo es el

50% del )/0�.

y'=-96.184x+71.695

y'(0,15939) = ET50 = -96.184*(0,15939)+71.695

= 56.364MPa

= 56,36 GPa.

- Eav

Se considerará como porción lineal elástica de la curva Esfuerzo-Deformación, aquel tramo

comprendido entre los siguientes puntos (εa,σ):

(0,0007 ; 50,01) y (0,00274 ; 160,06)

La pendiente de la recta que une ambos puntos corresponde a Eav:

Eav = (160,06-50,01) / (0,00274-0,0007)

= 53.946,08 Mpa

= 53,95 Gpa

13

b) Determinación de módulo de Poisson (ν).

ν = -(Δεr/Δεa)

= -(-0,06397--0,01165) / (0,27411-0,06907)

= 0,255 ≈ 0,26

Grupo 4



SigmaUCS 147,32300 [MPa]

ET50% 52,03800 [GPa]

Eavg 48,75400 [GPa]

Tabla 7

b) Determinación de módulo de Poisson (ν).


v 0,25025 [·]

Tabla 8

7. Determinación de umbrales de cierre (σcc) iniciación (σci) y daño (σcd).

Grupo 2

Sabemos que:

)cc ≈ YTY�YSRLX6eST6LXáMNY�6XYTL6X )c# ≈ 0,4 ∗ )/0�

)cg ≈ 0,8 ∗ )/0�

Así se obtiene:

)cc ≈ 404H6

)c# ≈ 62456

)cg ≈ 125456

Grupo 3

Sabemos que:

)cc ≈ YTY�YSRLX6eST6LXáMNY�6XYTL6X )c# ≈ 0,4 ∗ )/0�

)cg ≈ 0,8 ∗ )/0�

Así se obtiene:

)cc ≈ 50,014H6

)c# ≈ 79,6456

)cg ≈ 159,21456

14

Grupo 4


Sigma_cc 20,40100 [MPa]

Sigma_ci 58,92900 [MPa]

Sigma_cd 117,85800 [MPa]

Tabla 9

8. Modo de falla apoyado por fotos (cizalle, fracturación axial, etc.).

Sin Registro

9. Determinar la resistencia a la compresión uniaxial para cada probeta junto con el promedio y desviación estándar de todos los ensayos expresados con un decimal.

Grupo 4


SigmaUCS 147,32300 [MPa]

Tabla 10

15

4.- ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA (ENSAYO BRASILERO)

4.1 PROCEDIMIENTO

1. Medir con el pie de metro el diámetro y espesor del disco.

2. Instalar cada disco lo más centrado con respecto a las piezas que la comprimirán.

3. Regular la tasa de carga de forma manual, según las recomendaciones de la ISRM, las cuales indican que debe ser continua y constante hasta que falle cada disco.

4. Anotar la carga de ruptura y las posibles estructuras y/o alteraciones observadas en cada disco.

4.2 MARCO TEÓRICO

La resistencia a la tracción indirecta se calcula según la Ecuación 3.

hi = �?∗�j∗k∗l

Ecuación 3. Resistencia a la tracción (Ensayo brasileño)

4.3 RESULTADOS


Ígnea extrusiva no piroclástica ácida (Hipocristalina, textura porfírica equigranular, homogénea isótropa). GSI~53, RMR 42-60.


La muestra ensayada no presenta foliación ni clivaje


Grupo 4 5

Nº de Probetas Ensayadas

3 3

Fecha de Ensayo 3 de Junio 6 de Junio

Equipo de Ensayo

Este ensayo consiste en someter a compresión diametral una probeta cilíndrica, aplicando una carga de manera uniforme a lo largo de dos líneas o generatrices opuestas hasta alcanzar la rotura.

Esta configuración de carga provoca un esfuerzo de tracción relativamente uniforme en todo el diámetro del plano de carga vertical, y esta tracción es la que agota la probeta y desencadena la rotura en el plano diametral.

Tabla 11

Donde: hi: Resistencia en tracción indirecta [Mpa] 5: Carga de ruptura del disco [N] N: Espesor del disco [m] m: Diámetro del disco [m]

16

Ilustración 1: (a) Distribución de la carga (b) Ruptura de la probeta.

4. Mediciones promedio de diámetro y espesor de la probeta.

Probeta Diámetro [cm] Diámetro

[Nº] 1 2 3 promedio [cm]

Grupo 4

A 5,33 5,27 5,27 5,29

B 5,14 5,16 5,18 5,16

C 5,12 5,14 5,13 5,13

Grupo 5

A 5,34 5,33 5,33 5,33

B 5,32 5,33 5,32 5,32

C 5,13 5,13 5,15 5,14

Tabla 12: Diámetros y espesor de probetas

Probeta Altura [cm] Altura

[Nº] 1 2 3 promedio [cm]

Grupo 4

A 2,89 2,9 2,85 2,88

B 2,85 2,75 2,9 2,83

C 2,84 2,78 2,77 2,80

Grupo 5

A 2,95 3,03 3,06 3,01

B 3,05 3,11 2,97 3,04

C 2,66 2,75 2,9 2,77

Tabla 13: Alturas probetas

17

5. Duración del ensayo y tasa de carga aplicada.

Probeta Carga [KN]

Grupo 4

A 20

B 25

C 32

Grupo 5

A 35

B 30

C 20

Tabla 14: Cargas aplicadas

6. Modo de falla apoyado por fotos (Cizallamiento, fracturación axial, etc.).

Muestra grupo 5 presenta fracturamiento axial. Grupo 4 sin registro.

7. Determinar la resistencia a la tracción para cada probeta junto con el promedio y desviación estándar de todos los ensayos expresados con un decimal.

Probeta Diámetro

[m] Altura [m] Carga [N]

Resistencia tracción indirecta

[Mpa]

4

1 0,0529 0,0288 20000 -8,4

2 0,0516 0,0283 25000 -10,9

3 0,0513 0,028 32000 -14,2

Promedio -11,1

5

1 0,0533 0,0301 35000 -13,9

2 0,0532 0,0304 30000 -11,8

3 0,0514 0,0277 20000 -8,9

Promedio -11,5

Promedio general -11,3

Desviación estándar 2,4

Tabla 15

18

5. ENSAYO DE CARGA PUNTUAL

5.1 PROCEDIMIENTO

1. Preparar probetas de roca con relación Largo/Diámetro > 1. 2. Medir diámetro y largo. 3. Insertar la probeta en la máquina de carga puntual, y apretar las láminas para generar contacto de

manera radial a lo largo del centro, asegurándose que la distancia L entre los puntos de carga y la cara libre es al menos 0,5 veces el diámetro.

4. Aumentar regularmente la carga para que la falla ocurra dentro de 10 segundos a 60 segundos. 5. Registrar la carga de ruptura sólo si el plano de fractura pasa por ambos puntos. 6. Si el punto 5 no se cumple, repetir.

5.2 MARCO TEORICO

La resistencia a la carga puntal viene dada por la Ecuación 4.

Xn = �l-

Ecuación 4. Resistencia a la carga puntual.

5.3 RESULTADOS


Testigo ensayado por el grupo 5 corresponde a una Roca Ígnea extrusiva no piroclástica básica (Hipocristalina, textura porfírica equigranular, homogénea isótropa). GSI~53, RMR 42-60.


La roca ensayada no presenta foliación ni planos de clivaje


Grupo 2 3 4 5

Nº de Probetas Ensayadas 2 1 3 2

Fecha de Ensayo Mayo 30 Junio 1 Junio 3 Junio 6

Equipo de Ensayo S/R

Tabla 16

Donde: 5: Carga de ruptura [N] m : Diámetro [m]

19


Diámetro [cm] Altura [cm]

Grupo 2 6,05 6,05

Grupo 3 6,04 6,04

Grupo 4 6,05 6,05

Grupo 5 6,05 6,05

Tabla 17

5. Duración del ensayo.

Sin Registro

6. Determinar la resistencia a la carga puntual para cada probeta junto con el promedio y desviación estándar de todos los ensayos expresados con un decimal.

Grupo N° Muestra Resistencia a la carga

puntual Is₅₀ [Mpa]

2 Muestra 1 32,7

Muestra 2 25,1

3 Muestra 1 14,7

4

Muestra 1 14,2

Muestra 2 15,3

Muestra 3 20,7

5 Muestra 1 14,2

Muestra 2 22,9

Promedio de resistencias a la carga puntual [Mpa]

20,0

Desviación estándar de todos los ensayos

6,7

Tabla 18

20

7. Generar un gráfico de σc vs IS. Comparar con correlaciones de la literatura.

Para generar el gráfico )c]Mon se usan los siguientes datos (sólo se cuenta con ensayos de

compresión axial para los grupos 2, 3 y 4):

Grupo Is₅₀ [Mpa] pq[Mpa]

2 28,9 150,5

3 14,7 199,7

4 16,7 163,9

Tabla 19

Luego, el gráfico queda como sigue:

Gráfico 9

Donde se llega a la relación: )/0� = 254,9 \ 4,2o�89

Comparándola con correlaciones de la literatura se identifica una gran diferencia en el tipo de dependencia, ya que por lo general, en la literatura se tiene que el o�89 aumenta a medida que lo

hace el )/0�, teniendo pendientes positivas en las rectas de ajuste. Por otro lado, para los datos obtenidos en el laboratorio se tiene una recta con pendiente negativa, comportamiento bastante extraño si se considera que una roca, a medida que tiene una mayor resistencia a la compresión uniaxial, debiera tener una mayor resistencia a carga puntual. Este patrón particular apreciado con los datos experimentales puede deberse a distintos factores, tales como: malos desarrollos de los ensayos (posibles fracturas con preferencias de orientación, mala preparación de probetas, etc.), utilización de muestras con litologías distintas (si se utilizaran rocas con diferentes procedencias, sería inapropiado involucrarlas en un mismo gráfico de resistencias a la compresión uniaxial vs resistencia a carga puntual ya que no habría una correlación en los datos), entre otros.

21

6 ENSAYO DE COPRESIÓN TRIAXIAL

6.1 PROCEDIMIENTO

1. Medir las dimensiones de las probetas

con el pie de metro. 2. Pesar la probeta. 3. Cubrir la probeta con una manga de látex

(Membrana). 4. Instalar la probeta cubierta de látex

dentro de la celda triaxial. 5. Colocar la celda triaxial en la prensa de

compresión. 6. Aplicar presión de confinamiento según

indicación del ayudante (Cada grupo trabaja con σ3 distintos), importante es mantenerla constante.

7. Regular la tasa de carga según recomendaciones de ISRM.

8. Registrar a intervalos regulares: a. Desplazamientos verticales (A

través del dial deformación). b. Carga axial aplicada.

9. Registrar la carga de ruptura. 10. Observar el tipo de ruptura, las

características geológicas y geotécnicas de la muestra de roca, orientación del plano principal de fractura, etc.

6.2 MARCO TEÓRICO

La resistencia a la compresión triaxial es el cuociente o razón entre la carga máxima resistida por la probeta confinada y el área de la muestra.

)ck = r�

Ecuación 5. Resistencia a la compresión triaxial

6.3 RESULTADOS


El testigo ensayado por el grupo 5 corresponde a una roca ígnea extrusiva no piroclástica básica no foliada Hipocristalina, textura porfírica equigranular, homogénea isótropa). GSI ~53, RMR 42-60.


El testigo ensayado por el grupo 5 no presenta planos de debilidad ni foliación (aparentemente isótropa). Se rompe en un plano diagonal con respecto al eje de carga.

Donde: )ck: Resistencia a la compresión triaxial [Kg/cm2] s: Carga máxima de compresión o ruptura [Kg] t: Área en que se aplica la carga [cm

2]

22


Grupo 2 3 4 5

Nº de Probetas

Ensayadas 3 3 3 3

Fecha de Ensayo

30 de Mayo 1 de Junio 3 de Junio 6 de Junio

Equipo de Ensayo

Cámara de Compresión Triaxial de tipo servoasistida y que tiene 4 partes: un marco de compresión, una bomba para compresión, una bomba para presión de confinamiento, y un computador para la adquisición de datos. La bomba llena un tambor de aceite, y por eso se

provoca la compresión

Tabla 20


Grupo 2 3 4 5

Nº de Ensayo

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Diámetro Superior

[cm] 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,04 6,06 6,03

Diámetro Medio [cm]

6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05

Diámetro Inferior

[cm] 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05 6,05

Altura [cm] 12,9 12,85 12,85 12,91 13,03 12,98 13,06 13,1 13,02 12,88 12,89 12,88

Área Basal [cm

2]

28,71 28,75 28,75 28,75

Peso [gr] 966,89 990,67 1007,75 971,58

Tabla 21

23

5. Duración del ensayo y tasa de carga aplicada.

Grupo 2 3 4 5

Duración [s] - 364,2 199,6 -

Tasa de Carga [MPa/s] 0,3 0,2 0,34 0,3

Tabla 22

6. Curva esfuerzo-deformación. Graficar todas las curvas para cada (σ3) en un solo gráfico.

Gráfico 10

7. Identificar resistencia peak a la compresión triaxial de cada probeta.

Grupo 2 3 4 5

Resistencia Peak [MPa] 208,99 258,29 199,44 337,84

Tabla 23

8. Determinación del módulo de deformación promedio (Eav) en función del confinamiento.

Grupo 2 3 4 5

E [GPa/m] 173,9 204,2 161,8 192,7

Tabla 24

9. Modo de falla apoyado por fotos (Cizallamiento, fracturación axial, etc.).

Testigo ensayado por el grupo presenta falla por corte en un plano diagonal al eje de carga, tal como es esperable en un ensayo sobre roca sin planos de debilidad marcados.

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

0 50 100 150 200

σ1

[M

pa]

Deformación [div]

Stress v/s Strain

Grupo 2 - σ3 = 5 [Mpa]

Grupo 3 - σ3 = 4 [Mpa]

Grupo 4 - σ3 = 10 [Mpa]

24

10. Determinar la resistencia a la compresión triaxial para cada probeta junto con el promedio y desviación estándar de todos los ensayos expresados con un decimal.

Grupo 2 3 4 5

Q [kN] 600 742,5 573,4 971,3

A [cm2] 28,71 28,75 28,75 28,75

pqu [MPa] 208,99 258,29 199,44 337,84

Tabla 25

11. Utilizar RocLab para determinar la envolvente de falla de Mohr-Coulomb y Hoek-Brown de la roca considerando los datos de ensayos: brasileros, uniaxiales y triaxiales.

Gráfico 11 Gráfico 12

25

ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES FINALES

La falta de prolijidad al registrar los datos y más aún la falta de ensayos completos impidieron realizar un análisis serio de los datos. El lector debe interpretar que cualquier ensayo de algún grupo que no se haya realizado en el presente informe se debe precisamente a la falta de datos.

Como toda medición, las realizadas en el presente informe están sujetas a errores y fluctuaciones inherentes a cada ensayo. Por citar un ejemplo, para analizar en forma correcta los datos del ensayo de compresión uniaxial era preciso un criterio sólido para suprimir datos que ensuciaban los gráficos arrojados. Se optó por eliminar los primeros datos adquiridos en el tiempo los cuales correspondían al ruido provocado por la adecuación de los instrumentos de medición y los últimos datos por el criterio de máxima compresión radial en vez del máximo valor de esfuerzo axial, para eliminar los datos adquiridos después del peak de esfuerzo axial. Este criterio funciona excelentemente al plotear las curvas esfuerzo-deformación y cambio volumétrico vs deformación radial. Fue finalmente el método usado.

Es relevante comentar que las muestras no son necesariamente del mismo macizo rocoso. En efecto, para efectuar un análisis válido de la envolvente de falla tanto con los criterios de Mohr-Coulomb y Hoek-Brown las muestras de roca intacta para todos los ensayos deben ser lo más similares posibles. Si esto no fuera así el análisis de la envolvente de falla pierde validez, cosa que se sospecha debido a algunos resultados obtenidos. Además, el número de ensayos realizados es exiguo como para poder pretender caracterizar la roca intacta en estudio y su correspondiente envolvente de ruptura. Sin embargo este estudio se justifica pues lo que pretendía el informe eran fines académicos y sin un objetivo aplicado a la vida real, es decir, a un proyecto de ingeniería. Notar que es importante tener presente este hecho para la futura caracterización de roca intacta que será usada en proyectos reales.

Los resultados notablemente diferentes no debieran sorprender al lector puesto que las muestras ensayadas no necesariamente eran del mismo tipo.

Las curvas obtenidas para el ensayo uniaxial y triaxial, en particular, coincidían con la teoría a grandes rasgos. Por ejemplo, conclusiones como que la resistencia peak aumenta en ensayos de compresión triaxial al aumentar el confinamiento se ven reflejadas en las curvas obtenidas.

Para el ensayo uniaxial, las curvas se asemejan bastante a las expuestas en cátedra. Cabe destacar que la obtención de parámetros de roca tales como el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson son solo aproximaciones que tienen validez en un rango específico de deformación y que tiene como objetivo darnos una idea acerca de los propiedades de la roca.

Los estados de esfuerzos de ruptura obtenidos del ensayo brasileño asumen una roca intacta CHILE. Por lo tanto su validez depende de la veracidad de este supuesto.

Para el ensayo de carga puntual, en donde era necesario realizar más de doce muestras por ensayo para obtener un valor promedio cercano a la realidad es el ensayo del que más se debiera desconfiar, puesto que es un ensayo indirecto que se vale de correlaciones empíricas para estimar la resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta. Este ensayo solamente se debiera aplicar en terreno para tener una primera aproximación de este valor, y jamás debiera reemplazar al ensayo directo correspondiente, esto es, el ensayo de compresión uniaxial.

Acerca de las mediciones de densidad, la metodología es clara y no deberíamos sospechar de un sesgo marcado en los valores, si es que el procedimiento se siguió correctamente.

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Finalmente, cabe recordar que la roca es un material extremadamente complejo de modelar, por lo que supuestos que nos ayudan a estudiar sus propiedades son necesarios para tener aproximaciones a estas propiedades.

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