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2016
Propiedades Índice de la Roca
MSc. Jorge Dueñas
Facultad de Geología Geofísica y MinasUNSA
www.unsa.edu.peEmail: [email protected]
Macizo Rocoso
Roca intactaPropiedades deresistencia-UCS-Cohesión (c)-Angulo de fricción (°)-Tracción indirecta-Carga puntualPropiedadeselásticas-Modulo de Young (E)
-PoissonPropiedades Índice- Gravedad, Gs- Peso Unitario, g- Porosidad, n- Velocidadesultrasónicas (Vp y Vs)
+
DiscontinuidadPropiedades deresistencia-Resistencia al corte (t)-Intercepto cohesivo (c)-Angulo de fricción (°)Propiedadeselásticas-Módulo de rigidez (Ks,Kn)Condición de las
discontinuidades-Orientación (Dip/ Dipdir)-Frecuencia (ff)-Espaciamiento (S)-Rugosidad-Persistencia-Tipo de relleno-Tamaño de bloque-RQD
=
Macizo rocosoPropiedades deresistencia-Método de H&B-Intercepto cohesivo-Angulo de fricciónPropiedadeselásticas-Modulo de Young-Velocidades ultrasónicas
(Vp y Vs)
Metodo directo e indirecto Estimaciones (empíricas)
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Macizo Rocoso! Roca intacta
Interpretación de las Propiedades de la Roca
• Cuando está involucrado en construccionesciviles: fundaciones, taludes, túneles, cortesen vias, etc.
• Dos niveles de clasificación de la roca: – Roca Intacta (origen, tipe, edad, minerales) – Macizo rocoso (discontinuidades)
• Data combinada de ensayos en campo y enlaboratorio
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Clasificación de la Roca Intacta
• Tipo de Roca• Formación y Edad Geológica
Clasificación de Rocas por su Origen
Grain
Aspects
Clastic Carbonate Foliated Massive Intrusive Extrusive
Coarse Conglomerate
Breccia
Limestone
Conglomerate
Gneiss Marble Pegmatite
Granite
VolcanicBreccia
Medium Sandstone
Siltsone
Limestone
Chalk
Schist
Phyllite
Quartzite Diorite
Diabase
Tuff
Fine Shale
Mudstone
CalcareousMudstone
Slate Amphibolite Rhyotite Basalt
Obsidian
Sedimentary Types Metaphorphic Igneous Types
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FHWA-NHI Subsurface Investigations
EscalaTiempoGeológico
Era Period Epoch Time Boundaries
(Years Ago)
Holocene - RecentQuaternary 10,000
Pleistocene2 million
Pliocene5 million
Cenozoic Miocene 26 millionTertiary Oligocene
38 millionEocene
54 millionPaleocene
65 millionCretaceous
130 millionMesozoic Jurassic
185 millionTriassic
230 millionPermian
265 millionPennsylvanian
Carboniferous 310 millionMississippian
355 millionPaleozoic Devonian
413 millionSilurian
425 millionOrdovician
475 millionCambrian
570 million
Precambrian 3.9 billion
Earth Beginning 4.7 billion
Ciclo Petrológico
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Propiedades de la RocaIntacta
FHWA-NHI Subsurface Investigations
Propiedades Índice de la Roca Intacta
• Gravedad específica de sólidos, Gs
• Peso Unitario,
• Porosidad, n• Velocidades ultrasónicas (Vp y Vs)• Resistencia Compresiva, qu
• Resistencia a la tensión, T 0• Módulos elásticos, ER (a 50% de qu)
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Clasificación Geológica de las rocas
• La idea es caracterizar ciertos parámetros de la roca que tiene
que ver con su resistencia• Estas características se pueden relacionar con las del macizorocoso
• Desde el punto de vista genético: – Ígneas – Sedimentarias – Metamórficas
• Desde el punto de vista del comportamiento: – Textura cristalina – Textura clástica – Rocas de granos muy finos – Rocas orgánicas
• Comportamiento: – Elástico y frágil
– Plástico – Viscoso – Isótropo o anisótropo
Clasificación Geológica de las rocas
• Descripción incluye: – Textura – Composición – Tipo de cementación en las discontinuidades – Diaclasamiento
– Contenido de humedad – Poros – Etc.
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Componentes de la Roca(Fases)
Idealización Agua
Sólido
AireSólidos
Suelo Suelo Idealizado
Vacíos
Componentes de la Roca(Fases)
Volúmen Masa Volúmen Masa
ewGs wGsw
Gsw1
0
S : Solido Partícula
W: Liquido AguaA: Aire Aire
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Propiedades Índice
• Porosidad: Indica la proporciónentre la parte vacía de la roca(poros) y la parte sólida. Lasporosidades normalmentefluctúan entre 0 y 40%.
talvolumen to
porosdevolumen
T
s
T
P
V
V V
V
V n
Propiedades ÍndiceLa porosidad generalmente disminuye al aumentar la profundidad o la presión. Surelación puede ser expresada por una función exponencial o una funciónlogarítmica (Schon, 1996)
Donde no es la porosidad inicial a la profundidad z = 0; y A y B son factoresempíricos en función de la compresibilidad de las rocas.Jelic (1984) deriva la siguiente relación de areniscas con una porosidad inicialde no = 0,496
Z es la prof. en Km
Porosity n versus mean grain diameter d50 for Bentheim Sandstone (from Schon, 1996)
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Relaciones Volumétricas
• Índice de vacíos e (en decimal, 0.65)
• Porosidad n (en porcentaje 100%, 65%)
• Grado de Saturación S (en porcentaje 100%, 65%)
)(
)(
s
v
V sólidosdeVolumen
V vacíosdeVolumene
)(
)(
t
v
V suelodeltotalVolúmen
V vacíosdeVolumen
%100)(
)(
v
w
V iostotaldevacVolumen
V aguacontienenquevaciosdetotalVolumenS
e1
e
)e1(V
eVn
s
s
• Densidad: Se define como la masa por unidad de volumen de un material. Laroca es un agregado de minerales (material de matriz sólida) y vacíos, esnecesario distinguir entre diferentes densidades que están relacionados conlas diferentes partes o componentes de la roca. La densidad de las rocas sepuede determinar utilizando el método sugerido por ISRM (1979 c).
• La densidad de las rocas depende de la composición mineral, la porosidad ydel material de relleno en los vacíos. La Tabla de abajo muestra los valorestípicos de la densidad para diferentes tipos de rocas intacta.
Propiedades Índice
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• Como se ha descrito
anteriormente, la porosidaddisminuye con el aumento de laprofundidad, la densidad de lasrocas aumenta con laprofundidad.
• Polak y Rapoport (1961)publicaron la siguiente relaciónsimple entre la profundidad ydensidad.
Propiedades Índice
Donde z es la profundidad; PZ0 es ladensidad de la roca a una
profundidad z0; y A es un factorempírico relacionado con lacapacidad de compresión de la roca.
Densidad y Peso Unitario
• La masa es una medida de lainercia de un cuerpo, o su"cantidad de materia". La masano cambia, asi se mueva a otroslugares.
• El peso es la fuerza, la fuerzade la gravedad que actúa sobreun cuerpo. El valor es diferenteen diferentes lugares (segunda
ley de Newton F = ma)(Giancoli, 1998)
• La unidad de peso unitario seutiliza con frecuencia más quela densidad (por ejemplo, en elcálculo de la presión desobrecarga).
w
s
w
s
w
ss
g
gG
mkN Agua
mg
gravedad ladenaceleracióg
Volumen
g Masa
Volumen
PesounitarioPeso
Volumen
Masa Densidad
3
2
8.9,
sec8.9
:
,
,
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• Gravedad específica: – Es la densidad del material de interés dividida por la densidaddel agua medida adimensional
– Densidad del agua es 1g/cm3, lo que hace que, cuando se mide enestas unidades (o equivalentemente en ton/m3), el valor de ladensidad y gravedad específica sea el mismo.
volumen
peso
aguadeldensidad
materialdeldensidadG
Propiedades Índice
w
s
w
s
w
ss
g
gG
Relaciones de Peso• Contenido de agua w (100%)
• Para algunos suelos orgánicosw >100%, hasta 500 %
• Para arcillas “moles”, w >100%
• Densidad del agua (varíaligeramente con la T)
•Densidad del suelo•a. Densidad Seca
•b. Mojado o Densidad humeda(0%<S<100%, no saturado)
•c. Densidad saturada (S=100%, Va =0)
•d. Densidad sumergida (Buoyantdensity)
%100)(
)(
s
w
M suelodelsólidoslosde Masa
M aguadel Masaw
)(
)(
t
sd
V suelodemuestraladetotalVolúmen
M suelodelsolidoslosde Masa
)(
)(
t
ws
V suelodemuestraladetotalVolumen
M M suelodemuestralade Masa
)(
)(
t
wssat
V suelodemuestraladetotalVolumen
M M aguasuelodelsolidosde Masa
wsat
'
333w m/Mg1m/kg1000cm/g1
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•Peso unitario sumergido:
•Considere la fuerza de empuje(flotación) que actúa sobre lossólidos del suelo:
Principio de Arquímides :La fuerza de empuje sobre un cuerposumergido en un fluido es igual al peso
del fluido desplazado por dicho objeto.
wsat'
wsat
t
wtws
t
wwts
t
wwts
t
wss
V
VWW
V
WVW
%)100S(V
)VV(W
V
VW
Relaciones de Peso
• Las gravedades específicasde minerales comunesfluctúan entre 2.0 (halita) y7.0 (galena). Las rocascomunes tienen gravedadesespecíficas entre 2.0 y 3.0en la mayoría de los casos.
MaterialSpecific
GravityMaterial
Specific
Gravity
Andesite 2.5 - 2.8 Iron Ore 4.5 - 5.3
Basalt/Traprock 2.8 - 3 .0Lead Ore
(Galena)7.5
Coal - Anthracite 1.3 Limestone 2.3 - 2.7
Coal - Bituminous 1.1 - 1.4 Marble 2.4 - 2.7
Copper Ore 2 Mica, schist 2.5 - 2 .9
Diabase 2.6 - 3 .0 Quartzite 2.6 - 2 .8
Diorite 2.8 - 3.0 Rhyolite 2.4 - 2.6
Dolomite 2.8 - 2.9 Rock Salt 2.5 - 2.6
Earth (dry) 1.6 - 1 .8 Sandstone 2.2 - 2 .8
Earth (wet) 2 Shale 2.4 - 2.8
Gneiss 2.6 - 2.9 Slate 2.7 - 2.8
Granite 2.6 - 2.7 Talc 2.6 - 2.8
Gypsum 2.3 - 2.8
Propiedades Índice
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FHWA-NHI Subsurface Investigations
Gravedad Específica de los Minerales
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Specific Gravity of Solids, Gs
halite
gypsum
serpentine
quartz
feldspar
chlorite
calcite
dolomite
olivine
barite
pyrite
galena
S p e c i f i c G r a v i t i e s o f R o c k Mi
Reference Value
(fresh water)
Common Minerals
Average Gs = 2.70
Propiedades Índice
FHWA-NHI Subsurface Investigations
Peso Unitario de la Rocas
14
16
18
20
22
24
26
28
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Porosity, n
S a t u r a t e d U n i t W e i g h t ,
T
( k N / m 3 )
Dolostone GraniteGraywacke LimestoneMudstone SiltstoneSandstone Tuff
sat = water [ Gs(1-n) + n]
Gs =2.80
2.65
2.50
Propiedades Índice
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Otras Correlaciones
(1) Gravedad específica
(2)
•Demostración:
w
s
w
ssG
s
sw
GweS
weS
s
w
w
w
s
s
s
w
w
s
s
ws
s
w
s
v
v
w
s
V
V
V M
V M
M
M
M
M Gw
V
V
V
V
V
V eS
GweS
• Velocidad de lasOndas: La velocidad de lasondas elásticas en una rocapuede ser determinada enlaboratorio utilizando uno delos tres métodos: la técnica depulso ultrasónico de altafrecuencia, la de bajafrecuencia de pulsoultrasónico y el método deresonancia (ISRM de 1978 a).
• La velocidad de onda estárelacionada estrechamente alas propiedades de las rocas yse ha utilizado como uno de losmás importantes propiedadesíndice.
Propiedades Índice
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• Índice de Carga Puntual: El índice de carga de puntual (PLT)proporciona la medida indirecta de resistencia de la roca intacta. Estaprueba ha sido ampliamente utilizado en la práctica debido a su facilidad,simplicidad en la preparación de muestras y aplicaciones de campo(ISRM, 1985).
Propiedades Índice
Ensayo de carga puntual
• P es la carga al momentode la ruptura
• D es la distancia entre lospuntos cargados
2)50( D
P I S
Propiedades Índice
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• Usualmente el diámetro, D = 50 mm
• Si la muestra no es cilíndrica – Diámetro efectivo, De
225.02e
2e
50s2500
D
D
PI
45.0
250s50
D
D
PI
Ensayo de carga puntual: El tamaño de la muestra afecta al
valor del Is, aumenta a medida que D aumenta. A fin de considerar el efectodel tamaño, es muy común convertir el diámetro del Is a su correspondiente D= 50 mm:
Propiedades Índice
• El ensayo es inválido si se produce la trituraciónen lugar de la fractura
• Is50 se correlaciona con el UCS = c (UnconfinedCompression Strength)
c 20 to 24 Is50
Ensayo de carga puntualPropiedades Índice
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• Martillo de Schmidt: – El martillo Schmidt se ha utilizado para probar la calidad del
concreto y las rocas. – El martillo de Schmidt están diseñados para diferentes niveles de
energía de impacto, pero los tipos L y N son comúnmente adoptadospara la determinación de propiedades de las rocas.
– El tipo L tiene una energía de impacto de 0,735 Nm, que es sólo untercio del tipo N.
– El ISRM (1978b) presentó el procedimiento de prueba detallado. – Ayday Goktan (1992) desarrollaron la siguiente correlación empírica
entre los tipos L y N basado en el nro de rebote de acuerdo a lanorma ISRM (1978b)
– Donde: Rn(L) y Rn(N) son los rebotes del tipo L y N respectivamente yr es el coeficiente de determinación.
Propiedades Índice
Propiedades ÍndiceEsclerómetro (Schmidt Hammer)Resumen de los valores típicos del martillo de Schmidt basado en el nro de rebotes de Rn(L)para algunos rocas típicas.
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Esclerómetro (Schmidt Hammer)Propiedades Índice
• Índice de Durabilidad (Slake durability index): – El índice de durabilidad se usa para describir la resistencia de la
roca intacta contra el impacto o la intemperie con el tiempo. – El ISRM (1979 c) propuso el procedimiento de prueba para la
determinación del índice de durabilidad. – Gamble (1971) ensayó en algunas lutitas y limos, y encontró que el
índice de durabilidad varía en todo el rango de 0 a 100%. – Basándose en los resultados de sus pruebas, Gamble propuso una
clasificación de durabilidad como se muestra en la tabla siguiente.
Propiedades Índice
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– La durabilidad se evalúa mediante el ensayo de sequedad-
humedad-desmoronamiento, o slake durability test (SDT), queconsiste en someter al material, previamente fragmentado, aciclos estándar de humedad- sequedad-desmoronamiento de 10minutos de duración en el laboratorio.
– Mide la tendencia de los componentes de la roca a degradarse, alexponerse al aire, agua, tiempo, etc.
– Es un concepto más aplicable a mecánica de suelos que a mecánicade rocas.
– Se mide mediante un test:• Tambor de 140 mm de diámetro y 100 mm de largo• Paredes de un tamiz de 2 mm de apertura• 500 grs de roca en 10 piezas
• El tambor gira a 20 rpm durante 10 minutos en un baño de agua• Se mide el porcentaje de roca retenida dentro del tambor
Propiedades ÍndiceDurabilidad
• DurabilidadPropiedades Índice
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• Permeabilidad: – Mide de cierta forma la conexión existente entre
poros, de modo que un fluido pueda movilizarse através de la roca.
– La permeabilidad k , se rige por la Ley de Darcy
Propiedades Índice
• Permeabilidad: – k se mide en Darcy: 1 darcy =
9.86 x 10-9 cm2 – Permeabilidad de la roca
intacta suele ser muy distintade la permeabilidad del macizorocoso.
– Se puede relacionar con la
separación de grietas en elmacizo rocoso, por lo queprovee un índice cuantitativode calidad del macizo rocoso.
Propiedades Índice
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• Resistencia: – La resistencia a la carga puntual se correlaciona
con la resistencia a la compresión no confinada osimple.
– La siguiente ecuación es un resultado empíricoentre la resistencia a la carga puntual y laresistencia a la compresión simple (no válida pararocas débiles).
)50(24 S C I
Propiedades Índice
• Resistencia a Compresión Simple (UCS): – Es el máximo esfuerzo que soporta la roca intacta
sometida a compresión uniaxial, determinada sobreuna probeta cilindrica sin confinar en el laboratorio, yviene dada por:
Propiedades Índice
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• Resistencia a Compresión Simple (UCS):
Propiedades Índice
• Estimación en Campo
• Velocidad de ondas sónicas: – El ensayo de velocidad sónica permite medir la velocidad de
las ondas elásticas longitudinales y transversales, Vp y Vs, alatravesar una probeta de roca seca o saturada.
– La velocidad de las ondas está relacionada con lascaracterísticas mecánicas del material, su resistencia y sudeformabilidad, y a partir de ella se calculan los módulos dedeformación elásticos dinámicos: Ed y d.
– El ensayo consiste en transmitir ondas longitudinalesmediante compresión ultrasónica y medir el tiempo quetardan dichas ondas en atravesar la probeta.
– De igual forma se transmiten ondas transversales o de corte
mediante pulsos sónicos y se registran los tiempos dellegada. Las velocidades correspondientes, Vp y Va, secalculan a partir de los tiempos.
– Las probetas pueden ser cilindros o bloques rectangulares,recomendándose que su mínima dimensión sea al menos de 10veces la longitud de onda (ISRM, 1981).
Propiedades Índice
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• Velocidad de ondas sónicas: – La velocidad de las ondas de corte Vs es aproximadamente
dos tercios de la velocidad Vp de las ondas longitudinales.Los módulos elásticos dinámicos del macizo, Ed y d seobtienen a partir de las fórmulas.
Propiedades Índice
Donde es la densidad del material rocoso (kg/m3) y Vp y Vs son lasvelocidades de las ondas longitudinales y de cizalla (m/s)
• Velocidad de propagaciónde las ondas elásticas: – Al atravesar la roca depende
de la densidad y de laspropiedades elásticas delmaterial, y su medida aportainformación sobre algunascaracterísticas como laporosidad.
– La velocidad de las ondaslongitudinales o de compresión,Vp, se utiliza como índice de
clasificación, y su valor esindicativo de la calidad de laroca, correlacionándoselinealmente con la resistencia acompresión simple c.
Propiedades Índice
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24/04
• Velocidad sónica: – Puede relacionarse con el grado de fracturamientode la roca en teoría depende solamente de las
propiedades elásticas de las rocas y de la densidadde sus componentes.
– Como la roca no es homogénea y presenta fisuras,éstas distorsionan el valor que resulta al medir lavelocidad del sonido a través del espécimen.
– Se puede calcular la velocidad longitudinal teóricausando composición y proporciones (y asumiendo queno hay fisuras):
Propiedades Índice
• Velocidad sónica: – Se puede medir Vl experimentalmente (considera las
fisuras de la roca) – Se define el índice de calidad :
– Este índice de calidad puede correlacionarse con la
porosidad mediante la siguiente relación:
100%*
l
l
V
V IQ
%6.1100% n IQ
Propiedades Índice
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• Velocidad sónica:
Propiedades Índice
FHWA-NHI Subsurface Investigations
Velocidad Ultrasónica de las RocasSeismic Velocities for Intact Rock Materials
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Compression Wave, Vp (m/s)
S h e a r W a v e , V s ( m / s )
Limestone Chalk Marble SchistTuff Slate Anhydrite GrandioriteDiorite Gabbro Granite DuniteBasalt Dolostone Mudstone Siltstone
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Modos de falla y/o Rupturade la Roca
Modos de Ruptura
• Configuración de las cargas genera queno predomine un modo de ruptura
• Flexión• Cizalla• Tracción directa
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Modos de Ruptura
• Flexión: – Falla por propagación
de grietas de tensión – Techo de labor en roca
estratificada – Fallamiento por peso
propio
Modos de Ruptura• Cizalla:
– Generación desuperficie de rupturadonde los esfuerzos decorte se concentran
– Roca se relajafracturándose y linera
el esfuerzo – También generado demanera indirecta conherramientas deperforación
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Modos de Ruptura
• Tracción directa: – Puede producirse al
superarse lafricción, porgravedad
– Fractura en planosno conectados, depoca potencia
Modos de Ruptura• Cuando la roca rompe o falla por tracción, la
superficie de falla es áspera y no presenta materialtriturado o fragmentos
• Cuando la roca falla por corte, la superficie de falla esmás suave y se genera una zona con materialpulverizado
• Tracción directa también ocurre al existir demasiada
presión al interior del túnel – Este es el principio del fracturamiento hidráulico y voladura
de rocas.
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Ensayos en Laboratorio dela Roca Intacta
Ensayos de laboratorio – RocaIntacta
• UCS• Triaxial• Point load Index• Brazil test• Schmidt hammer
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24/04
Estimación de la Resistencia a la CompresiónSimple (UCS)
Debe ser medida a partir de ensayos:
• Ensayo de carga puntual(no recomendable para roca blanda, ci<25 MPa)
• Ensayo de compresión simple
5.0% 90.0% 5.0%
3.6% 91.9% 4.5%
25.2 79.1
- 1 0 0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
Fit Comparison for UCS GRNMMRiskLognorm(47.872,16.062)
Input
Minimum 21.17
Maximum 99.52
Mean 47 .80
Std Dev 15.53
Values 49
Lognorm
Minimum 0.00
Maximum +∞
Mean 47 .87
Std Dev 16.06
Resistencia de la Roca Intacta• Resistencia Compresiva, u = qu
• Resistencia a la tensión directa, *T 0
• Ensayo Brasileño (Indirecto) , T 0
• Resistencia al Corte,
– Alrededor de la roca intacta
– A lo largo de la fractura (joints)
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Estándares y/o Normas
• ISRM – minm. no. of tests that should be
carried out on a particular rock type
• ASTM 4133: Methods of Testing Rocks for
Engineering Purposes
Resistencia de la Roca Intacta
Data de Laboratorio – Roca Intacta (Goodman, 1989)
qu T0 ER Ratio Ratio
Intact Rock Material (MPa) (MPa) (MPa) (-) qu /T0 ER/ /qu
Baraboo Quartzite 320.0 11.0 88320 0.11 29.1 276
Bedford Limestone 51.0 1.6 28509 0.29 32.3 559
Berea Sandstone 73.8 1.2 19262 0.38 63.0 261
Cedar City Tonalite 101.5 6.4 19184 0.17 15.9 189
Cherokee Marble 66.9 1.8 55795 0.25 37.4 834
Dworshak Dam Gneiss 162.0 6.9 53622 0.34 23.5 331
Flaming Gorge Shale 35.2 0.2 5526 0.25 167.6 157
Hackensack Siltstone 122.7 3.0 2 9571 0.22 41.5 241
John Day Basalt 355.0 14.5 83780 0.29 24.5 236
Lockport Dolomite 90.3 3.0 51020 0.34 29.8 565
Micaceous Shale 75.2 2.1 11130 0.29 36.3 148
Navajo Sandstone 214.0 8.1 39162 0.46 26.3 183
Nevada Basalt 148.0 13.1 34928 0.32 11.3 236
Nevada Granite 141.1 11.7 73795 0.22 12.1 523
Nevada Tuff 11.3 1.1 3649.9 0.29 10.0 323Oneota Dolomite 86.9 4.4 43885 0.34 19.7 505
Palisades Diabase 241.0 11.4 81699 0.28 21.1 339
Pikes Peak Granite 226.0 11.9 7 0512 0.18 19.0 312
Quartz Mica Schist 55.2 0.5 20700 0.31 100.4 375
Solenhofen Limestone 245.0 4.0 63700 0.29 61.3 260
Taconic Marble 62.0 1.2 47926 0.40 53.0 773
Tavernalle Limestone 97.9 3.9 55803 0.30 25.0 570
Statistical Results: Mean = 135.5 5.6 44613 0.29 39.1 372.5
S.Dev. = 93.7 4.7 25716 0.08 35.6 193.8
Note: 1 MPa = 10.45 tsf = 145.1 psi
Resistencia de la Roca Intacta
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Clasificación de la Roca por su Resistencia
Ensayos de laboratorio
• Ensayos confinados y noconfinados
• Ensayos de corte• Ensayos de tracción
directa e indirecta
• Prensa presión constante
Resistencia de la Roca Intacta
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• Sierra de diamante• Equipo de preparación de probetas
Ensayos de laboratorio
Resistencia de la Roca Intacta
Ensayo de Compresión Simple – No Confinada
• Ensayo más utilizado paramedir resistencia de laroca
• 1f = P / A• 1 crece de 0 a 1f
• 2 y 3 son cero
• Rango típico: 10-350 MPa
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Resistencia a la Compresión Simple UCS
• El diámetro de la muestra debe ser de > 50 mm
─ Diámetro máximo 63 mm? regla del 10x?
• La relación l/d debe ser de 2.0 - 3.0
• Los extremos de la muestra deben cortarse planos
─ Nivelación del material alterado
• Los extremos de la muestra deben serperpendiculares
• La tapa superior esférica debe estar ligeramentelubricado
Configuración del UCS
Diameter, dLength, l
Spherical topcap
0.5 -1.0 MPa/sec: 5 to 15 mins/test
Asiento esférico mantiene la carga alineada con el eje de la muestra:También es importante para las muestras con discontinuidades
Resistencia a la Compresión Simple UCS
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Strain Gauges para la deformaciónaxial/radial?
• No siempre es posible
– Superficies rugosas
– Superficies húmedas− Agua o aceite
– Discontinuidad en la muestra?
Algunos Comentarios• La Resistencia Compresiva generalmente decrece
cuando el diámetro se incrementa ─ Especialmente en litologías de grano grueso y rocas
fisuradas
• La Resistencia de una muestra core decrece a
medida que la longitud l se incrementa ─ Debido al pandeo, otros aspectos?
─ Efecto de orientación no favorable de la muestra?
Resistencia a la Compresión Simple UCS
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• La ruptura de la probeta puede producirse por lamatriz o por algún plano pre-existente dedebilidad
Resistencia a la Compresión Simple UCS
Influencia de las Discontinuidades en laResistencia
• Orientación y número de discontinuidades afectan a losresultados de la resistencia: considerando una soladiscontinuidad
Ángulo de fricción aparentede la discontinuidad = w
c/c max
1.0
0.0
minm.
w (45 + w/2)
0 90
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Intersección de Discontinuidades?
c/cmax
1.0
0.0
minm.
0 90
Ensayo de Compresión Triaxial• Aplicación simultánea de compresión y presión de
confinamiento axisimétrica.• Celda triaxial: depósito en que la probeta se somete a una
presión de confinamiento mediante un líquido a presión(aceite)
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Ensayo Triaxial
Spherical top capStrain gauged specimen
- axial and radial strain
Stiff rubber jacket
Solid steel cell
Oil instead of water toprovide 3
- (values in MPa)
- (1 3)
Need to apply 1 through ramas oil loaded
Ensayo de Compresión Triaxial• Confinamiento aumenta considerablemente la
resistencia a la carga axial• Al momento del peak de carga:
– 1f = P/A – 1 crece de 0 a 1f
– 2 = 3 = p
• Orden en el que se aplican las cargas esrelevante: – Confinamiento p y luego hacer crecer 1 d e 0 a 1f
– Confinamiento y esfuerzo axial simultáneos
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Ensayo de Tracción Indirecta o Brasileño
• Permite estimar la resistencia
a la tracción• Una roca cuyo largo es casiigual a su diámetro se rompeen un plano diametral paraleloal eje del cilindro cuando escargado lateralmente
• Esfuerzo de tensión uniforme y perpendicular al planodiametral:
• t,B=2P/dt
• Prueba de tracción del disco de la roca, tespesor, diámetro, D
centretheatdiscof thicknesstDt
P2t
P
Ensayo de Tracción Indirecta o Brasileño
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Ensayo de Tracción Simple
• Más complejo que elensayo brasileño y que elde compresión simple
• Ensayo brasileño entregavalores más altos que el detracción directa
• Menos interés práctico
Clasificación de la RocaIntacta por su Resistencia
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FHWA-NHI Subsurface Investigations
Clasificación de la Roca Intacta
• Clasificación por la Resistencia a laCompresión Uniaxial, u
• Clasificación por su Resistencia y su MóduloElástico (ER/u)
• Cuadros y/o diagramas representativos pararocas ígneas, sedimentarias y metamórficas.
• Revisión (check list) sobre la razonabilidadde las mediciones en laboratorio y los ensayosrespectivos.
FHWA-NHI Subsurface Investigations
ER-u para Rocas Ígneas
Deereand
Miller(1966)
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FHWA-NHI Subsurface Investigations
Deere
and
Miller
(1966)
ER-u para Rocas Sedimentarias
FHWA-NHI Subsurface Investigations
Deereand
Miller(1966)
ER-
upara Rocas Metamórficas
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FHWA-NHI Subsurface Investigations
EMAX-qmax Para todo tipo de Geomateriales(Tatsuoka and Shibuya, 1992)
FHWA-NHI Subsurface Investigations
Correlaciones - Resistencia Roca Intacta
R =
Resistenciaal corte
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Intact Rock Specimens
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400 500 600
Compressive Strength, qu (MPa)
T e n s i l e S t r e n g t h , T 0
( M P a )
Sedimentary
Metamorphic
Igneous
Trend
+ S.E.
- S.E.
01.004.00 uq
T
Correlaciones - Resistencia Roca Intacta
Preguntas?
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