capii propiedades indice 2016[1]

7/25/2019 CapII Propiedades Indice 2016[1]

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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


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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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


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



24/04

• 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



24/04

• 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



24/04

• 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



24/04

– 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



24/04

• 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



24/04

• 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



24/04

• 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



24/04

• 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



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



24/04

• Velocidad sónica:

Propiedades Índice


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



24/04

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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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




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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




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• Sierra de diamante• Equipo de preparación de probetas

Ensayos de laboratorio


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



24/04

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




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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?




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• La ruptura de la probeta puede producirse por lamatriz o por algún plano pre-existente dedebilidad


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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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.


ER-u para Rocas Ígneas

Deereand

Miller(1966)



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Deere

and

Miller

(1966)

ER-u para Rocas Sedimentarias


Deereand

Miller(1966)

ER-

upara Rocas Metamórficas



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EMAX-qmax Para todo tipo de Geomateriales(Tatsuoka and Shibuya, 1992)


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?

capii propiedades indice 2016[1]

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