Download - 2 Mecanica de Rocas
-
Mecnica de Suelos Aplicada. Grupo 2
85
CAPTULO 2
MECNICA DE ROCAS
METODOLOGA PARA LA CARACTERIZACIN DE ROCA INTACTA
Proyecto de Grado Presentado en Cumplimiento Parcial de los Requisitos Para Optar al Diploma Acadmico de
Licenciatura en Ingeniera Civil
POR: HCTOR JAVIER MENDIETA BARRERA TUTOR: Ing. LUDGER SUREZ BURGOA
-
Mecnica de Suelos Aplicada. Grupo 2
86
CAPTULO 2 A- MATERIAL ROCOSO
2.1 DEFINICIN
Para propsitos ingenieriles se define a la roca como un agregado de partculas minerales
discretas, fundidas, cementadas o comprimidas con composicin qumica definida y
estructura molecular cuyas propiedades dependen de las propiedades fsicas de los
constituyentes y el tipo de vnculo entre cada uno de estos constituyentes.
2.2 NATURALEZA DISCONTINUA DE LAS ROCAS
En toda masa rocosa existen discontinuidades fsicas en forma de planos o superficies las
cuales separan bloques de roca intacta. Por consiguiente, para aplicaciones prcticas se
debe hacer una distincin entre los trminos roca intacta y macizo rocoso.
El trmino roca intacta se refiere al cuerpo continuo macroscpicamente homogneo
y libre de fracturas y juntas que se encuentra entre los planos de debilidad o
discontinuidades (juntas, fallas, cavidades, estratificacin esquitosidades, etc.).
En el caso de macizo rocoso, las discontinuidades pueden estar presentes en forma
de superficies de debilidad llamadas defectos del macizo rocoso (juntas, fallas, cavidades,
estratificacin y esquistosidades).
Por lo citado anteriormente se puede ver que la resistencia y deformacin
caractersticas de un macizo rocoso estn influenciadas por las propiedades fsicas de los
bloques de roca intacta y por el nmero y naturaleza de las discontinuidades que separan los
bloques individuales.
Para realizar la descripcin del comportamiento del macizo rocoso es necesario
conocer ciertas propiedades de la roca intacta y aplicar factores de reduccin apropiados
que nos ayuden a determinar las propiedades fsicas y mecnicas de la masa rocosa.
-
Mecnica de Suelos Aplicada. Grupo 2
87
La cantidad de discontinuidades presente en un sistema rocoso es variable y depende
del volumen de masa que se analiza. La posibilidad de que se presenten discontinuidades es
mayor en una masa de mayor volumen (Figura 2.1) y afecta directamente a ciertas
propiedades como se muestra a continuacin:
Figura 2.1 Contraposicin Roca intacta Macizo rocoso (Evert Hoek; 2000)
- Resistencia
La resistencia de la roca intacta es mayor que la del macizo rocoso, esto se debe a la
existencia de planos de debilidad (juntas, fallas, cavidades, estratificacin y
esquitosidades, etc.).
- Permeabilidad
La permeabilidad es mayor en el macizo rocoso que en la roca intacta. Esto se debe a
que el agua no solamente fluye por los poros o fisuras del bloque de roca, sino lo hace
a travs de las discontinuidades. Estas discontinuidades pueden tener material de
relleno que habitualmente es ms permeable que los bloques de roca intacta.
- Deformabilidad
La deformabilidad es mayor en el macizo rocoso que en la roca intacta. Las superficies
de separacin o discontinuidades presentan material de relleno que generalmente es
ms deformable que la roca lo que aumentar la deformabilidad del conjunto.
-
Propiedades ndice de la matriz rocosa
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
88
1 MUESTRAS Y MUESTREO
Para la realizacin de los diferentes ensayos de caracterizacin de roca es necesaria la
obtencin de muestras que sean representativas del material que ser investigado. El grado
de perturbacin en el muestreo no deber afectar los resultados de los ensayos.
1.1 MUESTREO
Las muestras utilizadas para los ensayos tanto in situ como en laboratorio pueden ser
muestras rutinarias o muestras para investigacin.
Las muestras rutinarias son aquellas que estas ligeramente perturbadas pero que
mantienen sus caractersticas fsicas y propiedades mecnicas. Las muestras rutinarias
deben ser tomadas por personal experimentado y deben ser almacenadas y rotuladas
cuidadosamente.
El equipo necesario para el muestreo de las rocas es el siguiente: Mapa de la regin,
brjula, martillo, navaja, marcador indeleble, bolsas de plstico, libreta de anotaciones, regla,
guantes, mazo, cinceles y cajas para el transporte seguro de las muestras.
La muestra para investigacin se colecta con el mayor cuidado posible mediante
procesos costosos que evitan la perturbacin. Mtodos tales como perforacin nos
proporcionan datos como la composicin, espesor y extensin de cada una de las
formaciones del rea, tambin se obtienen muestras a las cuales se harn las diferentes
pruebas de laboratorio.
1.2 MUESTRAS
Los procedimientos de muestreo son las tcnicas que se aplican para obtener especmenes
alterados o inalterados a diferentes profundidades del subsuelo con lo que posteriormente se
realizan pruebas de laboratorio.
Muestras alteradas. Son muestras cuyo acomodo estructural se pierde a consecuencia
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
89
de su extraccin; se utilizan en laboratorio para identificar el tipo de roca al que corresponde,
para realizar pruebas ndice y someterlas a pruebas mecnicas.
Muestras inalteradas. Son muestras donde el material ha sido sujeto a una pequea
alteracin y el contenido de humedad ha sido conservado. Las muestras conservan las
caractersticas mecnicas y fsicas las mismas que son obtenidas en ensayos de laboratorio.
1.3 REQUERIMIENTOS DE TRANSPORTE
La muestra puede daarse si no se toman ciertas precauciones durante el transporte. La
forma de transporte, distancia, terreno y manejo son factores importantes para mantener
inalteradas las propiedades de la roca.
La muestra debe ser almacenada en una caja especialmente construida para evitar la
alteracin de las propiedades a determinar mediante los ensayos de caracterizacin.
El manipuleo de las muestras en la carga y descarga debe hacerse teniendo cuidado
de no golpear o dejar caer las muestras. Si una muestra cae accidentalmente, esto debe ser
registrado y tomado en cuenta para la realizacin de los ensayos.
Se debe prever el transporte adecuado de las muestras envueltas en material a prueba
de golpes para mantener su integridad. Se deben tomar las previsiones necesarias para
mantener el contenido natural de agua.
1.4 REGISTRO Y ALMACENAMIENTO
Se debe asignar un nmero de identificacin para cada espcimen en el inventario. El
nmero de identificacin debe ser lo menos complejo posible para evitar errores en el
registro de resultados. El nmero de identificacin debe tener alguna relacin con la
procedencia de la muestra (Posicin, profundidad, etc.).
Cuando las muestras son removidas y cortadas para ser utilizadas en los diferentes
ensayos, los especmenes deben ser registrados de tal forma que tengan trazabilidad y que
la muestra de la cual se extrajeron se identifique fcilmente.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
90
La profundidad de la extraccin debe ser registrada y se debe identificar el tipo de
ensayo que se realizar con cada muestra. Las muestras se deben almacenar de tal forma
que sean fcilmente recuperables y en un ambiente que no altere las propiedades de inters.
1.5 PREPARACIN DE ESPECIMENES
Las muestras removidas del inventario deben ser manipuladas cuidadosamente para
preservar el contenido de humedad y la integridad de la muestra. Las tcnicas de
preparacin deben ser elegidas cuidadosamente para prevenir la alteracin de los
especmenes. Las tcnicas de preparacin para cada ensayo se especifican en las
siguientes secciones.
La cantidad de muestra requerida para realizar los diferentes ensayos de
caracterizacin se detalla en las tablas 1.1 y 1.2
Ensayo N de especmenes Descripcin Masa
p/espcimen (g) Masa total
(g)
Carga puntual 15 Bloques prismticos irregulares o ncleos
500 7500 D=50 mm; 0.3W
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
91
Ensayo N de especmenes Descripcin Masa
p/espcimen (g) Masa total
(g)
Carga puntual 25 Bloques prismticos irregulares o ncleos
500 12500 D=50 mm; 0.3W
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
92
2 DETERMINACIN DEL COLOR
2.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el color en
estado seco y hmedo de las rocas.
2.2 TERMINOLOGA
Tono o matiz: Es el estado puro del color, sin el blanco o negro agregados.
Valor o intensidad: el valor es el mayor grado de claridad u oscuridad de un color.
Cromaticidad o saturacin: es la pureza o intensidad de un color particular.
2.3 RESUMEN
El color de las rocas se determina mediante comparacin visual de la superficie de la roca en
estado seco y hmedo con fichas estandarizadas de colores de la cartilla de colores e rocas.
2.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- Cartilla de colores de Munsell
2.5 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
caractersticas similares. La superficie sobre la cual se realizara la determinacin del color
debe estar limpia y no mostrar seales de intemperizacin.
2.6 PROCEDIMIENTO
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 2.5).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
93
- Determinar el color del espcimen de roca seca mediante comparacin visual con las
fichas de la cartilla de colores.
- Humedecer el espcimen.
- Determinar el color del espcimen de roca hmeda mediante comparacin visual con
las fichas de la cartilla de colores.
- Registrar los valores obtenidos.
2.7 NOTAS COMPLEMENTARIAS
La cartilla puede ser utilizada para determinar el color de rocas de grano fino a grueso. En el
caso de que la roca contenga intrusiones de grano muy grueso, es necesario describir el
color de cada una de las intrusiones presentes en la roca.
El proceso de humedecimiento de la roca reduce el valor de la intensidad, lo que hace
al espcimen ms oscuro, manteniendo constante el valor de la cromaticidad.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
94
3 DETERMINACIN DE LA DUREZA DE MOHS
3.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar la dureza
de Mohs de las rocas.
3.2 TERMINOLOGA
Dureza: Se llama dureza al grado de resistencia que opone un mineral a la deformacin
mecnica.
3.3 RESUMEN
La dureza de una roca se determina rascando entre s la cara fresca de la roca contra
algunos elementos comunes para comparar durezas con la posicin en la escala de Mohs.
3.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- Cartilla de dureza e Mohs
- Herramienta de cobre o moneda de cobre
- Herramienta de acero
- Vidrio
3.5 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
caractersticas similares. La superficie sobre la cual se realizara la determinacin de la
dureza de Mohs debe estar limpia y no mostrar seales de intemperizacin.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
95
3.6 PROCEDIMIENTO
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 4.5).
- Raspar el espcimen de roca con la ua y observar si esta raya al mismo.
- Raspar el espcimen de roca con la moneda de cobre y observar si esta raya la roca.
- Raspar el espcimen de roca con la herramienta de acero y observar si esta raya a la
roca.
- Raspar el espcimen de roca con el vidrio y observar si esta raya al espcimen.
- Determinar la dureza de Mohs mediante la comparacin con la escala de dureza de
Mohs.
3.7 NOTAS COMPLEMENTARIAS
Los minerales de la escala de Mohs que rayan al mineral desconocido son ms duros,
asimismo, los minerales que son rayados por el mineral desconocido son menos duros. Por
tanto la dureza del mineral desconocido est entre el nivel superior del mineral que puede
rayarlo y el nivel inferior del mineral que es rayado por este mineral.
Tabla 4.1 Escala de dureza de Mohs
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
96
3.8 ANLISIS PETROGRFICO
La Petrologa estudia las rocas en su conjunto, sus caractersticas geomtricas de
campo, caractersticas petrogrficas (componentes), composicin qumica detallada de
la misma y de los distintos minerales que la constituyen, condiciones fisico-qumicas
de formacin y los procesos evolutivos durante su gnesis.
Los estudios petrogrficos abordan la descripcin fsica en trminos visuales de las
rocas, mediante la microscopa de luz polarizada (esencialmente con luz transmitida,
aunque tambin reflejada, y en algunos casos microscopa electrnica). Estos estudios
ofrecen una valiosa informacin relativa a la naturaleza de sus componentes
(esencialmente minerales), sus abundancias, formas, tamaos y relaciones espaciales,
lo cual permite clasificar la roca y establecer ciertas condiciones cualitativas o
semicuantitativas de formacin, as como posibles procesos evolutivos.
Los componentes petrogrficos son aquellos componentes de la roca que tienen entidad
fsica, tales como granos minerales, asociaciones particulares de determinados
minerales, otros fragmentos de rocas relacionados o no genticamente con la roca que
los engloba, componentes de la matriz y cemento, material amorfo o criptocristalino
(vidrio volcnico, geles de slice...), espacios vacos (poros, vacuolas...), fracturas
discretas o selladas, etc.
Algunos componentes petrogrficos se presentan en todos los tipos de rocas, tales como
los granos minerales o poros, que son muy abundantes en las rocas sedimentarias e
gneas volcnicas, pero son muy pequeos y escasos en rocas metamrficas e gneas
plutnicas; otros se presentan slo en algunos tipos, como el vidrio volcnico en las
rocas magmticas volcnicas; otros se presentan en cualquiera de los tipos rocosos
pero slo ocasionalmente, como las fracturas.
Relaciones espaciales mutuas
Textura
Estructura
Fbrica
Matriz y cemento
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
97
4 RELACIONES ESPACIALES MUTUAS
Se distingue los siguientes conceptos:
4.1 TEXTURA
Es el conjunto de relaciones espaciales intergranulares y de caractersticas morfolgicas
(tamao y forma) de los componentes (esencialmente granos y/o agregados
minerales) de la roca. Las denominaciones texturales y los criterios utilizados varan
segn el tipo de roca considerada.
Existen muchos tipos de relaciones espaciales y morfolgicas entre los componentes de
las rocas, esto es, de texturas. Sin embargo, se pueden establecer cinco tipos
texturales bsicos para todas las rocas naturales, siendo las diferentes texturas
combinaciones de dos o ms de estos cinco tipos que se describen a continuacin.
Textura secuencial (o seriada)
Constituida por cristales que han crecido a partir de una disolucin lquida (i.e. magma o
solucin acuosa) o gaseosa (i.e. fluidos). Los cristales de los distintos minerales han
crecido en distintos momentos y por lo tanto tendrn caractersticas morfolgicas
distintas. Este tipo de textura aplica a todos los tipos de rocas, aunque es tpico de las
rocas gneas plutnicas y volcnicas y de algunas sedimentarias.
El orden de cristalizacin puede deducirse a partir de criterios morfolgicos y de
relaciones de inclusin. As, en general, los cristales que presenten formas cristalinas
(i.e. idimorfos o hipidiomorfos) habrn cristalizados antes que los que no las presentan
(i.e. xenomorfos), y los cristales includos en otros habrn crecido antes que los que
los incluyen.
Sin embargo, estos criterios no son siempre unvocamente aplicables. As, existen
minerales que no son idiomorfos y han cristalizado antes que otros que pueden serlo y
viceversa; tambin existen minerales incluidos en otros que han podido formarse
despus que los que los engloban. Estos casos aplican especialmente a los procesos de
alteracin, ya que estos transforman las caractersticas primarias de las rocas,
incluyendo las texturas. Por ejemplo, cristales idomorfos de yeso pueden formarse en
una roca caliza alterada y sin embargo se han formado con posterioridad a los
componentes primarios (e.g. granos de calcita), que adems pueden estar corrodos y
por lo tanto haber perdido su idiomorfismo en caso de haberlo posedo; o cristales de
micas o arcillas pueden encontrarse en el interior de granos de feldespatos de un
granito y sin embargo se han formado con posterioridad durante la alteracin de los
mismos.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
98
Textura secuencial o seriada (granodiorita con anfbol; Tutor de Petrologa).
Polarizadores paralelos.
Textura secuencial o seriada (basalto; Tutor de Petrologa). Polarizadores paralelos.
Textura vtrea
Constituida total o parcialmente por vidrio formado por solidificacin rpida de un
fundido magmtico. Esta textura es tpica de rocas gneas volcnicas. El vidrio se
observa como una sustancia amorfa que engloba a los posibles granos cristalinos
existentes, y en donde pueden aparecer espacios vacos denominados de forma global
vacuolas (el trmino de poro se aplica especficamente a rocas sedimentarias).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
99
Textura vitrea (basalto; Tutor de Petrologa). Las partes negras corresponden a vidrio.
Polarizadores paralelos.
Textura clstica
Formada por fragmentos de rocas y/o minerales englobados o no en un material
fragmental ms fino y/o precipitado y/o recristalizado. Esta textura aplica
especficamente a rocas sedimentarias detrticas, aunque algunas rocas volcnicas
tambin la presentan. Los fragmentos de rocas y minerales (de cualquier tipo) se
denominan clastos; el material que los engloba se denomina matriz o cemento segn
este constituida por material detrtico de grano muy fino o por precipitados de
cristalinidad variable respectivamente. Los conceptos de matriz y cemento se exponen
ms adelante ya que su aplicacin a los distintos tipos de rocas es variable.
Textura clstica. (arenisca; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin horizontal
3.5 mm, polarizadores cruzados.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
100
Textura blstica
Constituida por cristales que se han formado en un medio slido por transformaciones de
minerales preexistentes. Este tipo de textura aplica especficamente a las rocas
metamrficas. Las transformaciones sufridas incluyen esencialmente cambios en los
tamaos y formas de los cristales y constituyentes primarios y la formacin de nuevos
minerales que antes no existan. Los granos minerales recristalizados o neoformados
se denominan blastos.
Textura blstica (mrmol olivnico; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin
horizontal 6 mm, polarizadores cruzados.
Textura blstica (anfibolita; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin horizontal
2 mm, polarizadores paralelos. En este caso, la textura est orientada (deformada).
Textura deformada
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
101
Los componentes de la roca, ya sean cristales, clastos, blastos, espacios vacos, etc,
estn deformados. Esta textura aplica a cualquier tipo de roca, si bien es tpica de la
mayora de las rocas metamrficas dado que los procesos naturales de deformacin
suelen estar acompaados de cambios texturales y mineralgicos importantes en las
rocas afectadas. Las texturas deformadas se identifican fcilmente ya que los
componentes adoptan orientaciones preferentes (fbrica), los minerales muestran
evidencias de deformacin tales como extinciones ondulantes, se desarrollan fracturas
o microfracturas, etc. En general, una textura deformada se forma sobre otra
preexistente, de la cual pueden o no quedar evidencias.
Textura deformada (esquisto plegado; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin
horizontal 3 mm, polarizadores paralelos.
Textura deformada (esquisto con granate; Oxford Earth Sciences Image Store).
Dimensin horizontal 6 mm, polarizadores cruzados.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
102
PATRN TEXTURAL
Es el conjunto de caractersticas no composicionales que pueden ser utilizadas para
distinguir un tipo de roca o grupo de rocas de las dems, con independencia de la
composicin mineralgica. En el concepto de patrn textural es ms amplio que el de
textura, incluyendo adems la estructura y fbrica, segn el tipo de roca considerada.
4.2 ESTRUCTURA Y MICROESTRUCTURA
Distribucin y orden espacial de los cristales o granos dentro de la roca a escala
macroscpica y microscpica, respectivamente. Los tipos de estructuras ms comunes
son:
Homognea o masiva. No existe distribucin preferencial de los
componentes.
Bandeada. Disposicin prefencial de los componentes en bandas ms o menos
planares, curvadas o irregulares.
Nodulosa. Disposicin preferencial de los componentes en agregados esfricos
o elipsoidales (ndulos).
Brechoide. Producida por fracturacin de la roca de manera irregular o con
orientacin preferencial de las fracturas.
Estructura homognea (gabro; Oxford Earth Sciences Image Store).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
103
Estructura bandeada (capas de cromita y rocas maficas-ultramficas; Oxford Earth
Sciences Image Store).
Estructura nodulosa (chert en caliza; GeologyRocks).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
104
Estructura brechoide (brecha magmtica granito-diorita; Journal of Geoscience
Education).
Estructura brechoide (caliza brechoide (About.com: Geology)
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
105
Estructura brechoide (chert brechoso con fracturas rellenas; Oxford Earth Sciences
Image Store)
4.3 FBRICA Y FBRICA CRISTALOGRFICA
Orientacin espacial preferencial de los componentes no equidimensionales y de los
elementos cristalogrficos (ejes, planos) de los minerales dentro de una roca,
respectivamente. Para la determinacin de la fbrica cristalogrfica es preciso recurrir
a tcnicas especiales (platina universal, difraccin de rayos-X). Los tipos de fbricas
existentes son cuatro:
Istropa. No existe orientacin preferencial de los componentes.
Lineal. Orientacin de los componentes en una direccin.
Planar. Orientacin de los componentes en un plano.
Plano-lineal. Orientacin de los componentes en una direccin dentro de un
plano.
Fbricas istropa, lineal, planar y plano-lineal (University of California at Santa Cruz
Structural Geology Foliations and lineations)
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
106
Fbrica istropa (gabro; Oxford Earth Sciences Image Store).
Fbrica planar (granito; Oxford Earth Sciences Image Store). Orientacin de cristalates
(tabulares) de feldespato potsico (ortosa/microclina).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
107
Fbrica lineal (cuarcita; University of California at Santa Cruz Structural
Geology Foliations and lineations)
Fbrica plano-lineal (gneiss; University of California at Santa Cruz Structural
Geology Foliations and lineations)
Generalmente las rocas con fbrica son rocas deformadas, por lo que los componentes
originales que fuesen equidimensionales pueden dejar de serlo (por deformacin
plstica) y adquirir orientacin preferencial, y los que no lo fuesen pueden rotar y
orientarse. Las mayora de las rocas metamrficas suelen presentar fbricas variadas,
como en el caso de algunos mrmoles que presentan orientaciones preferentes
morfolgicas y cristalogrficas de los granos de calcita (y/o dolomita). Sin embargo, la
orientacin preferencial de los componentes no tiene porque deberse a deformacin en
estado slido. Las rocas gneas por ejemplo pueden presentar fbricas planares al
acumularse por decantacin cristales con hbitos no isomtricos en el fondo de
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
108
cmaras magmticas. De la misma manera, las rocas sedimentarias pueden presentar
orientaciones preferentes debido a los procesos de transporte de los clastos en medios
dinmicos como ros, o por compactacin al depositarse sobre sedimentos porosos
otros materiales (en este caso la orientacin preferente se adquiere por aplastamiento
y por lo tanto por deformacin).
En el caso de que las rocas presenten orientaciones preferentes morfolgicas o
cristalogrficas y/o determinadas estructuras (e.g., bandeada, brechoide), existir una
anisotropa mecnica en las mismas que controlar gran parte de sus propiedades (por
ejemplo, como material de construccin).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
109
5 MATRIZ Y CEMENTO
A menudo, en todos los tipos de rocas se observa una relacin de tamaos claramente
bimodal entre los componentes slidos (minerales o fragmentos de rocas), esto es,
unos presentan un tamao de grano relativamente ms grueso que otros. De forma
general, la poblacin de componentes finos se denomina matriz, si bien este concepto
tiene diferentes connotaciones dependiendo de la roca a la que se aplique. En las rocas
gneas la matriz es la fraccin fina, criptocristralina o vtrea en la que se encuentran
los granos minerales de tamao de grano mayor, y que normalmente ha cristalizado
con posterioridad a estos ltimos. En las rocas sedimentarias la matriz es la fraccin
fina (generalmente lodos arcillosos, carbonticos...) que soporta los clastos, y cuya
formacin es contempornea con la sedimentacin de los mismos. En las rocas
metamrficas la matriz es igualmente la fraccin ms fina, y su origen es metamrfico,
anterior, contemporneo o posterior al de los blastos mayores. En las rocas
deformadas, la matriz es la fraccin fina que se origina por la trituracin de granos
anteriores, reducindose el tamao de grano.
El concepto de cemento aplica especficamente a las rocas sedimentarias y a las rocas
alteradas de cualquier tipo. Es el material formado generalmente con posterioridad al
depsito de la roca, mediante procesos de precipitacin a partir de disoluciones
acuosas inicas o coloidales que circulan e interaccionan con las rocas. En las rocas
sedimentarias, estos cementos se forman generalmente durante procesos
diagenticos. Los cementos pueden o no tener un tamao de grano mayor que el de
los componentes de las rocas, siendo uno de los factores que producen una reduccin
en la porosidad de las rocas y, en general, un mayor grado de resistencia mecnica y
de cohesin entre los componentes de las rocas.
Matriz detrtica (arenisca grauvaca; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin
horizontal 5 mm, polarizadores cruzados.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
110
Cemento carbonatado (caliza ooltica; Oxford Earth Sciences Image Store). Dimensin
horizontal 3 mm, polarizadores paralelos.
La descripcin petrogrfica de la roca para propsitos ingenieriles se realiza mediante la
tcnica del anlisis microscpico e incluye la determinacin de todos los parmetros que no
pueden obtenerse a partir de un examen macroscpico, tales como la composicin
mineralgica, el tamao del grano y la textura, las cuales tienen incidencia sobre el
comportamiento mecnico de la roca.
El anlisis petrogrfico de una roca se sustenta en tres pilares bsicos: el microscopio
de luz polarizada las lminas delgadas y las propiedades pticas de los minerales.
Una tcnica comn de examen microscpico emplea materiales transparentes, lo que
implica el uso de secciones delgadas. Los materiales opacos deben ser cortados y pulidos
para luego ser examinados utilizando tcnicas de luz reflejada.
5.1.1 El microscopio
Los microscopios petrogrficos son similares a los microscopios convencionales. Ambos
presentan por debajo de la muestra un sistema de iluminacin ortoscpica y de control de la
intensidad de la luz. La muestra se dispone sobre un soporte denominado platina. Por
encima se dispone un conjunto de lentes que incluyen en primer lugar los objetivos y por
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
111
ltimo el ocular. Estas lentes, objetivo y ocular, son las responsables de los aumentos que se
pueden alcanzar con el microscopio petrogrfico.
Los elementos especficos que caracterizan al microscopio petrogrfico son la platina
giratoria graduada en grados, dos filtros polarizadores y elementos pticos que permiten la
obtencin de las denominadas figuras de interferencia
Figura 5.1 Partes y elementos del microscopio petrogrfico
5.1.2 Lminas delgadas
Para hacer una lmina delgada de roca, una rebanada de la misma cortada por un
disco de acero giratorio debe ser aislado y montado en un portaobjetos de cristal por medio
de una resina sinttica. La rebanada de roca es devastada con abrasivos como el
carborundo o esmeril hasta alcanzar el espesor requerido (30 m), en este punto la lmina
es transparente y libre de irregularidades. Los efectos observables cuando la luz es
transmitida a travs de la lmina se describen en las siguientes secciones.
5.1.3 ndices de refraccin y refringencia
Un rayo de luz que viaja a travs de un medio es curvado o refractado cuando pasa de un
medio a otro de diferente densidad. El ngulo entre el rayo y la normal a la superficie es ms
pequeo en el medio ms denso (Figura 5.2). Si el ngulo de incidencia se mide para el aire
entonces la relacin sen i / sen r es igual al ndice de refraccin, n, para el otro medio y es
constante cualquiera sea el ngulo de incidencia.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
112
Figura 5.2 Refraccin de la luz en la interfase entre dos medios
El ndice de refraccin es inversamente proporcional a la velocidad de la luz que pasa
por la sustancia. Para las resinas sintticas sobre las cuales son montadas las secciones
delgadas el valor del ndice de refraccin es 1.54. Los minerales con un ndice de refraccin
ms alto o ms bajo que estas resinas aparecen con contornos ms fuertes que aquellos
cercanos a 1.54
5.1.4 Luz polarizada
De acuerdo con la teora ondulatoria de la luz, un rayo esta representado como un
movimiento ondulatorio propagado por vibraciones en direccin perpendicular a la trayectoria
del rayo. En luz ordinaria estas vibraciones tienen lugar en todos los planos que contienen la
direccin de propagacin.
La luz que pasa a travs de un cristal es polarizada. En el plano de luz polarizada las
vibraciones son confinadas a un plano, lo que hace posible identificar los minerales con
bastante certeza.
5.1.5 Doble refraccin
Cualquier cristal, exceptuando los del sistema cbico, tienen la propiedad de dividir en dos
un rayo de luz que los penetra, uno de ellos es refractado ms que el otro. Estos rayos son
denominados rayo ordinario y rayo extraordinario.
Un mineral que tiene la propiedad de dividir un rayo de luz en dos se dice que tiene doble
refraccin o es birrefringente y tiene dos valores para el ndice de refraccin. La diferencia
entre estos dos valores se llama birrefringencia del mineral.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
113
Los minerales que tienen el mismo ndice de refraccin en cualquier direccin se
llaman isotrpicos. Todos los cristales del sistema cbico son isotrpicos y tambin todas las
secciones basales de los cristales hexagonales y trigonales.
5.1.6 Ejes pticos
Hay una direccin a lo largo de la cual la luz que entra no se divide en dos rayos sino que
pasa a travs del cristal sin dividirse. Esta direccin es llamada el eje ptico del cristal. Los
minerales que presentan esta caracterstica se denominan minerales uniaxiales. Todos los
minerales de los sistemas hexagonal y tetragonal son uniaxiales. Los cristales de los
sistemas ortorrmbico, monoclnico y triclnico tienen dos ejes pticos por lo que son
llamados biaxiales.
5.1.7 Color y pleocroismo
Cuando hablamos de minerales transparentes a la luz (los minerales opacos siempre se
observarn negros), la mayor parte de los minerales, aunque coloreados en muestra de
mano, son incoloros al microscopio. Sin embargo, algunos minerales presentan colores
caractersticos (por ejemplo, el color pardo de la biotita).
El pleocroismo es el fenmeno de variacin de color en funcin de la orientacin del
cristal respecto a la incidencia de la luz. Es un criterio de reconocimiento muy til para
algunos minerales (por ejemplo, biotita y turmalina).
5.1.8 ngulos de extincin
Cuando la lmina de un mineral birrefringente se gira sobre la platina del microscopio, una u
otra direccin de vibracin en el mineral puede ser llevada paralela al plano de vibracin del
polarizador. Esto ocurre cuatro veces en cada rotacin completa y en estas posiciones el
mineral aparece completamente oscuro. La equidistancia entre las posiciones de las
extinciones hace que el mineral aparezca ms brillante.
5.1.9 Minerales opacos
La composicin de algunos minerales les evita transmitir la luz por lo que aparecen de un
color castao oscuro o negro cuando se ven a travs del microscopio. Los minerales opacos
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
114
deben ser iluminados desde arriba para ser estudiados con el microscopio. La luz es dirigida
de manera que la superficie del mineral se refleje en el objetivo.
Las rocas con minerales opacos deben ser estudiadas en un pedazo de roca la cual se
monta sobre una placa de vidrio. La superficie se devasta hasta una superficie plana paralela
a la placa. Las pruebas fsicas y qumicas tales como la raspadura de l superficie de los
minerales y los grabados con cido pueden hacerse sobre la superficie pulida.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
115
1 DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
Mtodo basado en el procedimiento ASTM D 2216
1.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el
contenido de humedad gravimtrico de especimenes de roca en los cuales la perdida de
masa por secado al horno es debida a la perdida de agua.
Los materiales que contengan sulfato de calcio pueden presentar problemas, ya que
este material se deshidrata lentamente a la temperatura estndar de 110 C. En el caso de
que exista materia orgnica y para evitar la descomposicin, la temperatura de secado
deber ser de 60C.
Se deben tomar previsiones en el caso de que el material contenga slidos solubles o
que contengas ciertas sustancias qumicas que puedan reaccionar ante altas temperaturas.
1.2 TERMINOLOGA
Contenido de humedad: Relacin entre la masa de agua en los poros Mw y la masa de los
slidos Ms.
Masa de agua en los poros Mw: La masa de agua en los poros se define como la masa
resultante de la resta de la masa de la muestra hmeda y la masa de los slidos.
Masa de slidos Ms: La masa de slidos de un espcimen se define como la masa de
equilibrio despus de haber sido secado al horno a una temperatura de 110 C. El
espcimen se considera seco cuando la determinacin sucesiva de su masa, a intervalos de
4 horas, arroje valores que no difieran en ms del 0.1% de la masa.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
116
1.3 RESUMEN
El contenido de humedad gravimtrico se determina mediante la medicin de la masa
hmeda (contenido natural de agua) y la masa de la muestra seca en horno (masa de
slidos) a una temperatura de 110 C.
1.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- Un horno capaz de mantener una temperatura constante de 110 C con una precisin
de 5 C por 16 horas.
- Un recipiente de material no corrosivo.
- Un desecador.
- Una balanza de precisin (0.01g).
1.5 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
caractersticas similares cada uno de un orden de magnitud ms grande que el mayor de los
granos o que el tamao de los poros. Los especimenes de roca pueden ser de geometra
regular o irregular. Las microfisuras de un tamao similar al de un espcimen causarn
resultados errticos, por lo que su presencia debe ser registrada.
Las muestras de roca deben tener una masa mnima de 500 g para ser
representativas. Se obtendrn entre 3 y 10 fragmentos con una masa mnima de 50 g.
Los datos necesarios que se deben conocer de una muestra son: la ubicacin y
posicin del banco de extraccin (referenciarlas geogrficamente mediante GPS), la
profundidad de extraccin, el mtodo de extraccin, la forma como fue almacenada, la fecha
de extraccin.
Como datos descriptivos visuales de la roca se debe describir: el color en estado seco
y hmedo con su cdigo Munsell, la textura y el grado de intemperismo segn categoras (IA,
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
117
IB, II, III, IV, V, VI).
1.6 PROCEDIMIENTO
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 7.5).
- Limpiar y secar el recipiente. Registrar la masa del recipiente (A).
- Colocar la muestra en el recipiente. Registrar la masa de la muestra + recipiente (B).
- Secar la muestra en el horno.
- Sacar la muestra del horno y colocarla en el desecador por un periodo de 30 minutos.
- Registrar la masa seca ms la masa del recipiente (C).
1.7 CLCULOS
El contenido de humedad est dado por:
w
s
B CM
M C A
Donde:
Mw :Masa de agua en los poros Ms : Masa de slidos
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
118
2 DETERMINACIN DE LAS PROPIEDADES FSICAS
2.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar la
porosidad, densidad y peso especfico de muestras de roca en las cuales la perdida de masa
por secado al horno es debida a la perdida de agua.
Los materiales que contengan sulfato de calcio pueden presentar problemas, ya que
este material se deshidrata lentamente a la temperatura estndar de 110 C. En el caso de
que exista materia orgnica y para evitar la descomposicin, la temperatura de secado
deber ser de 60C.
Se deben tomar previsiones en el caso de que el material contenga slidos solubles o
que contengas ciertas sustancias qumicas que puedan reaccionar ante altas temperaturas.
Este ensayo proporciona las bases para la caracterizacin de la roca y una estimacin
de la resistencia a compresin uniaxial en combinacin con otras caractersticas.
2.2 TERMINOLOGA
Masa de slidos Ms: La masa de slidos de un espcimen se define como la masa de
equilibrio despus de haber sido secado al horno a una temperatura de 110 C. El
espcimen se considera seco cuando la determinacin sucesiva de su masa, a intervalos de
4 horas, arroje valores que no difieran en ms del 0.1% de la masa.
Masa saturada del espcimen Msat: La masa saturada del espcimen se define como la suma
de la masa de los slidos y la masa de agua en los poros en estado saturado.
Masa saturada sumergida del espcimen Msum: la masa saturada sumergida del espcimen
se define como la suma de la masa de slidos y la masa de agua en los poros en estado
saturado y sumergida en agua.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
119
2.3 RESUMEN
La porosidad, densidad y peso especfico de las rocas se determinan mediante la obtencin
de caractersticas fsicas tales como la masa saturada Ms, la masa saturada sumergida Msum,
masa de slidos, Ms y el volumen total del espcimen V. El volumen total del espcimen
puede ser determinado tanto por el mtodo del calibrador, si se trata de especmenes de
geometra regular, o por el mtodo de flotacin en el caso de tener especmenes de forma
irregular.
2.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
El equipo usado para el ensayo por el mtodo de saturacin y calibrador es el siguiente:
- Un horno capaz de mantener una temperatura constante de 110 C con una precisin
de 5 C por 16 horas.
- Equipo de saturacin al vaco capaz de mantener una presin de 800 Pa (6 tor) por
una hora.
- Un recipiente de material no corrosivo.
- Un desecador.
- Una balanza de precisin (0.01g).
- Un instrumento de medicin (Vernier, Calibrador)
El equipo usado para el ensayo por el mtodo de saturacin y flotacin es el siguiente:
- Un horno capaz de mantener una temperatura constante de 110 C con una precisin
de 5 C por 16 horas.
- Equipo de saturacin al vaco capaz de mantener una presin de 800 Pa (6 tor) por
una hora.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
120
- Una canastilla de acero.
- Un recipiente de material no corrosivo.
- Un desecador.
- Una balanza de precisin (0.01g).
2.5 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
caractersticas similares cada uno de un orden de magnitud ms grande que el mayor de los
granos o que el tamao de los poros.
Las muestras de roca deben tener una masa mnima de 500 g para ser
representativas. Se obtendrn entre 3 y 10 fragmentos con una masa mnima de 50 g.
Los especmenes para ensayos por el mtodo de saturacin y calibrador deben ser de
geometra regular. Para ambos ensayos los especmenes no deben presentar expansin o
desintegracin apreciable.
Los datos necesarios que se deben conocer de una muestra son: la ubicacin y
posicin del banco de extraccin (referenciarlas geogrficamente mediante GPS), la
profundidad de extraccin, el mtodo de extraccin, la forma como fue almacenada, la fecha
de extraccin.
Como datos descriptivos visuales de la roca se debe describir: el color en estado seco
y hmedo con su cdigo Munsell, la textura y el grado de intemperismo segn categoras (IA,
IB, II, III, IV, V, VI).
2.6 PROCEDIMIENTO
El procedimiento para el ensayo por el mtodo de saturacin y calibrador es el siguiente:
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 8.5).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
121
- Lavar con agua a fin de remover el polvillo.
- Calcular el volumen del espcimen V a partir del promedio de varias medidas con una
precisin de 0.01 mm.
- Saturar el espcimen con el equipo de saturacin al vaco a una presin igual a 800 Pa
(6Tor) por una hora o hasta que las burbujas de aire no estn presentes en el
espcimen. El agua utilizada debe ser desaireada y destilada.
- Registrar la masa del recipiente (A) con una precisin de 0.1 g
- Secar el espcimen superficialmente y obtener la masa saturada y seca
superficialmente + masa del recipiente (B).
- Colocar el espcimen en el recipiente de material no corrosivo teniendo cuidado e no
perder fragmentos. Secar la muestra en el horno.
- Sacar la muestra del horno y colocarla en el desecador por un periodo de 30 minutos.
- Registrar la masa del espcimen seco + la masa del recipiente (C) con una precisin
de 0.1 g.
- La masa saturada del espcimen esta dada por: Msat=B-A
- La masa seca de los slidos est dada por: Ms=C-A
El procedimiento para el ensayo por el mtodo de saturacin y flotacin es el siguiente:
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 8.5).
- Lavar con agua a fin de remover el polvillo.
- Registrar la masa de la canastilla sumergida (A) con una precisin de 0.1g.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
122
- Saturar el espcimen con el equipo de saturacin al vaco a una presin igual a 800 Pa
(6Tor) por una hora o hasta que las burbujas de aire no estn presentes en el
espcimen. El agua utilizada debe ser desaireada y destilada.
- Colocar la muestra saturada en la canastilla y sumergirla en agua. Registrar la masa
saturada sumergida del espcimen + la canastilla (B) con una precisin de 0.1g.
- Registrar la masa del recipiente (C) con una precisin de 0.1 g
- Secar el espcimen superficialmente y obtener la masa saturada seca superficialmente
+ masa del recipiente (D) con una precisin de 0.1g.
- Colocar el espcimen en el recipiente de material no corrosivo teniendo cuidado e no
perder fragmentos. Secar la muestra en el horno.
- Sacar la muestra del horno y colocarla en el desecador por un periodo de 30 minutos.
- Registrar la masa del espcimen seco + la masa del recipiente (E) con una precisin
de 0.1 g.
- La masa del espcimen sumergido esta dado por: Msum=B-A
- La masa saturada del espcimen esta dada por: Msat=D-C
- La masa seca de los slidos est dada por: Ms=E-C
2.7 CLCULOS
El volumen total del espcimen esta dado por la expresin:
sat sumT
w
M MV
El volumen de poros dado por:
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
123
sat sv
w
M MV
La porosidad se obtiene mediante la expresin:
vT
T
VV 100
V
La densidad seca de la roca esta dada por:
sd
M
V
La gravedad especfica de los slidos esta dada por:
ds
w
G e 1
-
Permeabilidad
-
Permeabilidad
La permeabilidad es la capacidad de
transmitir agua en una roca.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
127
1 DETERMINACIN DEL GRADO DE INTEMPERISMO
1.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el grado
de intemperismo de las rocas y de esta forma obtener un indicador de la calidad de la
muestra a ser analizada.
1.2 TERMINOLOGA
Intemperismo: Intemperismo o meteorizacin es la accin combinada de procesos mediante
los cuales la roca es descompuesta y desintegrada por la exposicin continua a los agentes
atmosfricos.
Desintegracin granular: Tipo de rotura por el cual las rocas compuestas de minerales de
grano grueso se desintegran generalmente grano a grano.
Descamacin: Formacin de escamas u hojas curvadas en la roca que se separan
sucesivamente de la masa rocosa original.
Fragmentacin en bloques: Tipo de rotura por el cual los bloques grandes de roca se
separan de la roca subyacente.
Fragmentacin irregular: desintegracin de la roca en nuevas superficies de rotura masivas y
duras
1.3 RESUMEN
El grado de intemperismo de las rocas se determina mediante inspeccin del lugar de
procedencia de la muestra y posterior comparacin con los grados de intemperismo
establecidos por el grupo de trabajo de ingenieros de la sociedad geolgica.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
128
1.4 NOTAS COMPLEMENTARIAS
Las posibles causas o procesos de intemperismo as como el tipo de rotura o fragmentacin
debern ser registrados como un dato til para la caracterizacin de la muestra.
Los grados de intemperismo propuestos por el grupo de trabajo de ingenieros de la
sociedad geolgica se presentan en la tabla 3.1
Nombre Descripcin
IA Fresca Sin signos visibles de material intemperizado
IB Dbilmente intemperizado Decoloracin en las discontinuidades principales
II Ligeramente intemperizado Decoloracin en las discontinuidades principales y el material rocoso
III Moderadamente intemperizado Menos de la mitad del material rocoso esta descompuesto o desintegrado.
Roca fresca o decolorada puede estar presente.
IV Altamente intemperizado Mas de la mitad del material rocoso esta descompuesto o desintegrado.
Roca fresca o decolorada puede estar presente.
V Completamente intemperizado Todo el material rocoso esta descompuesto o desintegrado.
La estructura original de la masa esta intacta.
VI Suelo residual Todo el material rocoso esta descompuesto o desintegrado.
La estructura de la masa esta destruida. Hay un gran cambio en volumen
pero el suelo no ha sido transportado en gran cantidad
Tabla 3.1 Clasificacin del grado de intemperismo (Grupo de trabajo de la sociedad geolgica)
El material ms intemperizado de la muestra se disgregar en el proceso de extraccin y
transporte, por lo tanto, los ensayos se realizan en piezas de roca menos intemperizadas
que el promedio del grado de intemperizacin lo que producir valores ms altos de
resistencia.
Por lo mencionado en el prrafo anterior se hace necesario tomar en cuenta el grado
de intemperizacin para el anlisis de los resultados de los diferentes ensayos,
especialmente en los ensayos in situ que se realizaran mayormente sobre muestras
superficiales.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
129
2 DETERMINACIN DEL NDICE DE DESLEIMIENTO
Mtodo basado en el procedimiento ASTM D 4644
2.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el ndice
de desleimiento de las rocas.
2.2 TERMINOLOGA
ndice de desleimiento (1er ciclo) Id(1c): El porcentaje por masa seca retenido de una muestra
de roca en un tamiz de 2.00 mm (N 10) despus de un ciclo de secado al horno y 10
minutos de inmersin en agua, sometida a rotacin estndar y accin abrasiva.
ndice de desleimiento (2do ciclo) Id(2c): El porcentaje por masa seca retenido de una muestra
de roca en un tamiz de 2.00 mm (N 10) despus de dos ciclos de secado al horno y 10
minutos de inmersin en agua, sometida a rotacin estndar y accin abrasiva.
2.3 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- Un tambor de ensayo de longitud no obstruida de 100 mm y un dimetro de 140 mm,
con una base fija slida fabricado con una malla patrn de 2 mm. El tambor, provisto
de una tapa slida removible, debe soportar una temperatura de 105 C y debe ser lo
suficientemente fuerte para mantener su forma durante su uso.
- Una artesa para contener el tambor de ensayo soportado en su eje horizontal de tal
manera que permita libre rotacin y tenga capacidad para ser llenado con el fluido a un
nivel de 20 mm por debajo de su eje. Se monta el tambor de tal manera que quede
espacio libre de 40 mm entre la artesa y la base de la malla.
- Un motor de impulso capaz de hacer rotar el tambor a una velocidad constante de 2
rpm con una precisin del 5%.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
130
- Una balanza de precisin (0.01 g)
2.4 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
caractersticas similares cada uno de un orden de magnitud ms grande que el mayor de los
granos o que el tamao de los poros.
Los datos necesarios que se deben conocer de una muestra son: la ubicacin y
posicin del banco de extraccin (referenciarlas geogrficamente mediante GPS), la
profundidad de extraccin, el mtodo de extraccin, la forma como fue almacenada, la fecha
de extraccin.
Como datos descriptivos visuales de la roca se debe describir: el color en estado seco
y hmedo con su cdigo Munsell, la textura y el grado de intemperismo segn categoras (IA,
IB, II, III, IV, V, VI).
La muestra consiste en 10 fragmentos representativos de roca intacta cuya masa debe
estar entre 40 g y 60 g cada una. Estos fragmentos pueden ser obtenidos naturalmente o
pueden ser producidos mediante machacado.
Los especmenes no deben contener bordes angulosos, el polvillo debe ser removido
mediante un cepillo antes de ser ensayados y pesados. La muestra total debe tener una
masa entre 450 g y 550 g.
Transportar y guardar la muestra de manera que no pierda su contenido natural de
agua.
2.5 PROCEDIMIENTO
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 5.5).
- Obtener la masa del tambor seco (T).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
131
- Colocar los fragmentos de roca en el tambor. Pesar el tambor + muestra con su
contenido natural de agua (A).
- Secar la muestra en horno a una temperatura de 120 C por un periodo de 16 horas.
Dejar enfriar por un periodo de 20 minutos y pesar el conjunto tambor + muestra seca
nuevamente (B).
- Calcular el contenido natural de agua con la siguiente expresin.
A B100
B T
- Montar el tambor en la artesa con agua destilada hasta un nivel de 20 mm por debajo
del eje del tambor.
- Dar inicio al primer ciclo de rotacin a una velocidad constante de 20 rpm por un
periodo de 10 min. Remover el tambor inmediatamente despus del primer ciclo.
- Secar el tambor y la muestra en horno a una temperatura de 120C por 16 horas.
- Registrar la masa del conjunto tambor + muestra seca despus del primer ciclo (C).
- Dar inicio al segundo ciclo de rotacin a una velocidad constante de 20 rpm por un
periodo de 10 min. Remover el tambor inmediatamente despus del segundo ciclo.
- Secar el tambor y la muestra en horno a una temperatura de 120C por 16 horas.
- Registrar la masa del conjunto tambor + muestra seca despus del segundo ciclo (D).
- Tomar fotografas del material retenido en el tambor.
2.6 CLCULOS
Calcular el ndice de desleimiento mediante las siguientes ecuaciones:
d(1c)
C TI 100
B T
d(2c)
D TI 100
C T
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
132
Donde:
Id(1c): ndice de desleimiento primer ciclo Id(2c): ndice de desleimiento segundo ciclo
2.7 NOTAS COMPLEMENTARIAS
La clasificacin segn el ndice de desleimiento (Gumble 1971) se presenta en la tabla 5.1
Grupo % retenido Primer ciclo % retenido Segundo ciclo
Durabilidad muy alta >99 >98
Durabilidad alta 98-99 95-98
Durabilidad alta a media 95-98 85-95
Durabilidad media 85-95 60-85
Durabilidad baja 60-85 30-60
Durabilidad muy baja 30
Tabla 5.1 Clasificacin segn el ndice de desleimiento (Gumble 1971)
Como dato complementario se debe hacer un reporte del estado de las piezas de roca
retenidas en el tambor de la siguiente manera:
- Tipo I Las piezas retenidas permanecen virtualmente sin cambio.
- Tipo II El material retenido consiste en piezas grandes y pequeas.
- Tipo III El material retenido consta exclusivamente de fragmentos pequeos.
El ndice de desleimiento para un segundo ciclo es el propuesto para clasificacin de
rocas. Sin embargo las muestras con ndices de segundo ciclo desde 0% a 10%, deben
caracterizarse mediante sus ndices de primer ciclo.
Las rocas con valores bajos de ndice de desleimiento deben someterse a ensayos de
clasificacin de suelos tales como determinacin de los lmites de Atterberg o anlisis
granulomtrico.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
133
3 ENSAYO DE ABRASIN DE LOS NGELES
Mtodo basado en el procedimiento ASTM C 131
3.1 RESUMEN
El ensayo de abrasin de Los ngeles es una medida de la degradacin de la roca cuando
es sometida a la accin de abrasin e impacto dentro de un tambor de acero que gira a una
velocidad determinada y que contiene un determinado nmero de esferas de acero.
Despus de un determinado nmero de revoluciones, la muestra del tambor es
tamizada para medir el porcentaje de muestra perdido.
3.2 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- Mquina de abrasin de Los ngeles.
- Carga abrasiva. Esta carga consiste en esferas de acero de 4.7 cm de dimetro y una
masa de 390 g a 445 g. el nmero de esferas depende de la gradacin de la muestra.
- Una balanza de precisin (0.01 g).
- Un motor de impulso capaz de hacer rotar el tambor a una velocidad constante de 30 a
33 rpm por 500 revoluciones.
3.3 MUESTRAS
Los datos necesarios que se deben conocer de una muestra son: la ubicacin y posicin del
banco de extraccin (referenciarlas geogrficamente mediante GPS), la profundidad de
extraccin, el mtodo de extraccin, la forma como fue almacenada, la fecha de extraccin.
Como datos descriptivos visuales de la roca se debe describir: el color en estado seco
y hmedo con su cdigo Munsell, la textura y el grado de intemperismo segn categoras (IA,
IB, II, III, IV, V, VI).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
134
La cantidad y gradacin de la muestra depende del mtodo que se utiliza. Un resumen
de los mtodos existentes se presenta en la tabla 6.1. Los fragmentos deben ser obtenidos
naturalmente o pueden ser producidos por machacado.
Pasa Retenido A B C D
37.5 mm (1 1/2 in) 25.0 mm (1 in) 1250 25 ----- ----- -----
25.0 mm (1 in) 19.0 mm (3/4) 1250 25 ----- ----- -----
19.0 mm (3/4) 12.5 mm (1/2 in) 1250 25 2500 25 ----- -----
12.5 mm (1/2 in) 9.5 mm (3/8 in) 1250 25 2500 25 ----- -----
9.5 mm (3/8 in) 6.3 mm (1/4 in) ----- ----- 2500 25 -----
6.3 mm (1/4 in) 4.75 mm (N. 4) ----- ----- 2500 25 -----
4.75 mm (N. 4) 2.36 mm (N. 8) ----- ----- ----- 5000 10
Total 5000 25 5000 10 5000 10 5000 10
Nmero de esferas 12 11 8 6
Peso de carga 5000 4584 3330 2500
Tamiz Tipo de gradacin
Tabla 6.1 Gradacin de la muestra para el ensayo de abrasin
3.4 PROCEDIMIENTO
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 6.3).
- Secar la muestra en horno a una temperatura de 120 C por 16 horas.
- Registrar la masa total de la muestra seca (A).
- Dar inicio al ciclo de rotacin a una velocidad constante de 30 a 33 rpm por 500
revoluciones.
- Descargar el material del tambor y separar la porcin de tamao mayor a 1.70 mm.
- Secar en horno la porcin de muestra de tamao mayor a 1.70 mm a una temperatura
de 120 C por 16 horas.
- Pesar la muestra y registrar su masa (B).
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
135
3.5 CLCULOS
Calcular el valor de abrasin mediante la siguiente ecuacin:
A BV% 100
A
Donde:
V% : Valor de abrasin de Los ngeles A : Masa total de la muestra B : Masa de la muestra retenida en el tamiz 1.7 mm
3.6 NOTAS COMPLEMENTARIAS
El resultado del valor de abrasin de Los ngeles es expresado como porcentaje y el
valor promedio de dos ensayos puede ser adoptado como valor definitivo.
-
Esquemas de ensayos de resistencia
-
3. Ensayo de compresin uniaxial
La resistencia de la roca intacta es definida como la resistencia del material rocoso entre las discontinuidades. Los ensayos de resistencia a la compresin simple se realizan en el laboratorio sobre muestras cilndricas provenientes usualmente de ncleos de perforacin; suministran la resistencia de la roca intacta.
A partir de este ensayo pueden determinarse tambin las propiedades de deformabilidad tales como el mdulo de Young y el coeficiente de Poisson. El mdulo de Young es la medida de la rigidez de la roca intacta bajo esfuerzos normales uniaxiales. Por su parte, el coeficiente de Poisson es una medida de la variabilidad direccional de la deformabilidad de la roca intacta bajo esfuerzos normales uniaxiales.
En este ensayo un ncleo cilndrico de roca es cargado axialmente hasta la falla. La resistencia a compresin se obtiene al dividir la carga pico soportada por el espcimen entre el rea de la seccin transversal del ncleo.
-
-0.2 -0.1 0.1 0.2 0.30
40
80
120
Pendiente = Es
Pendiente = Eav
c/2
c
a M
Pa
3. Ensayo de compresin uniaxial
-
3. Ensayo de compresin uniaxial
Para la realizacin de este ensayo es necesario tomar en cuenta ciertos factores que influyen de manera directa los resultados, estos factores son los siguientes: La resistencia a la compresin uniaxial incluir la
resistencia de las discontinuidades para masa rocosa con espaciamiento pequeo. Las muestras para este ensayo son usualmente de 10 cm, por lo que si el espaciamiento entre discontinuidades en menor a 10 cm la probeta de roca incluir discontinuidades.
Muestras ensayadas en laboratorio tienden a sobrestimar el valor medio de la resistencia, esto se debe a que las rocas da baja calidad a menudo se pierden en el momento de la perforacin por lo que no pueden ser ensayadas.
Si la roca presenta anisotropa se deber tomar en cuenta la orientacin de las probetas de roca para la realizacin del ensayo.
-
3. Ensayo de compresin uniaxial
-
3. Ensayo de compresin uniaxial
Es un ensayo para la clasificacin de la roca por su resistencia y para la determinacin de su deformabilidad.
La ISRM (1979) establece una serie de recomendaciones:
Las probetas deben ser cilindros con una relacin L/D=2,5 a 3 y con D>54mm. El dimetro D ser al menos 10 veces mayor que el mayor tamao de grano de la roca
Las bases de la probeta deben ser planas y paralelas y perpendiculares al eje del cilindro.
Deben ser realizados, al menos, 5 ensayos para la caracterizacin de la matriz rocosa
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
145
1 DETERMINACIN DE LA ALTURA DE REBOTE DE SCHMIDT
Mtodo basado en el procedimiento ASTM C 805
1.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar la altura
de rebote de Schmidt. Este ensayo puede ser realizado tanto sobre especimenes de roca
como sobre superficies de falla o paredes del macizo rocoso.
El ensayo de impacto con el martillo de Schmidt es un medio indirecto para obtener la
resistencia a compresin uniaxial de la roca.
1.2 TERMINOLOGA
Altura e rebote de Schmidt: Valor de rebote obtenido sobre la escala mvil del martillo de
Schmidt.
1.3 RESUMEN
En el ensayo de impacto con el martillo de Schmidt, un vstago de carga es presionado
sobre la superficie de la roca. A una presin determinada se libera una carga que golpea el
vstago, la masa rebota y empuja un indicador sobre la escala graduada. La lectura en la
escala es llamada el nmero de dureza de Schmidt.
1.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
- Portador de muestras de acero con una masa mnima de 20 Kg al cual deben estar
fijamente sujetados los especmenes.
- Martillo de Schmidt. Existen modelos de martillos para diferentes niveles de energa de
impacto. En nuestro caso el martillo tipo N que tiene una energa de impacto de 1.63
ft-lbs debe utilizarse con el mtodo que se recomienda aqu.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
146
1.5 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
caractersticas similares cada uno de un orden de magnitud ms grande que el mayor de los
granos o que el tamao de los poros. Los especimenes de roca pueden ser de geometra
regular o irregular.
El martillo de Schmidt debe utilizarse con ncleos NX o mayores o sobre especmenes
en bloque que tengan lados de 10 cm de longitud como mnimo. Para este ensayo la
superficie de todos los especmenes, tanto en campo como en laboratorio, debe ser plana y
estar pulida.
Los datos necesarios que se deben conocer de una muestra son: la ubicacin y
posicin del banco de extraccin (referenciarlas geogrficamente mediante GPS), la
profundidad de extraccin, el mtodo de extraccin, la forma como fue almacenada, la fecha
de extraccin.
Como datos descriptivos visuales de la roca se debe describir: el color en estado seco
y hmedo con su cdigo Munsell, la textura y el grado de intemperismo segn categoras (IA,
IB, II, III, IV, V, VI).
1.6 PROCEDIMIENTO
- Calibrar el martillo antes de cada secuencia de ensayos utilizando el yunque de
calibracin suministrado por el fabricante. Debe obtenerse un promedio de 10 lecturas
sobre el yunque.
- Pulir el rea seleccionado para la realizacin del ensayo.
- Montar el espcimen sobre el portamuestras. El portamuestras debe estar sobre una
superficie plana de tal forma que suministre un soporte firme.
- Presionar el vstago contra la superficie de la roca para cargar el martillo.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
147
- Presionar el vstago hasta liberar la masa. Mantener presionado el vstago contra la
roca y presionar el botn lateral para mantener el indicador de escala en la posicin de
rebote.
- Realizar como mnimo 10 ensayos individuales sobre cualquier espcimen de roca. Los
puntos de ensayo deben estar separados como mnimo una distancia igual al dimetro
del mbolo.
1.7 CLCULOS
La altura de rebote de Schmidt se calcula de la siguiente manera:
yRF
R
s sR FR
Donde:
F : Factor de correccin Ry : Valor patrn especificado del yunque R : Promedio de 10 lecturas sobre el yunque de calibracin. Rs : Promedio del 50% ms alto de las lecturas sobre el espcimen de roca.
sR :Valor de la altura de rebote de Schmidt corregido
1.8 NOTAS COMPLEMENTARIAS
Los valores medidos del ensayo deben ordenarse en forma descendente y debe descartarse
el 50 % ms bajo de los valores de tal forma de obtener el promedio de solo el 50% ms alto
de los valores. Este promedio debe multiplicarse por el factor de correccin a fin de obtener
la altura de rebote de Schmidt.
Como el valor de rebote esta afectado por la orientacin del martillo, se recomienda
que este se utilice en una de las siguientes tres posiciones: Vertical hacia arriba, vertical
hacia abajo u horizontal con el eje del martillo en una posicin 5 a partir de la posicin
deseada.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
148
Cuando el uso de una de estas tres orientaciones no es posible el ensayo debe
realizarse justo con el ngulo necesario y los resultados deben ser corregidos respecto a la
posicin vertical utilizando las curvas de correccin suministradas por el fabricante (Fig. 9.1)
Figura 9.1 Relacin entre la altura de rebote y la resistencia a compresin uniaxial (Evert Hoek; 2000)
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
149
2 DETERMINACIN DEL NDICE DE RESISTENCIA A CARGA PUNTUAL
Mtodo basado en el procedimiento ASTM C 5731
2.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos para determinar el ndice
de resistencia a carga puntual de las rocas en forma de ncleos cilndricos o bloques
irregulares pueden ser ensayados por este mtodo. El ensayo de carga puntual puede ser
realizado tanto en campo como en laboratorio.
Este ensayo cuantifica el ndice de resistencia de carga puntual Is(50) de especmenes
de roca y el ndice de anisotropa de sus resistencias el cual es igual a la relacin entre las
resistencias a carga puntual en las direcciones que arrojen los valores ms altos y ms
bajos.
Este mtodo se aplica a rocas duras con una resistencia a compresin superior a 15
MPa (200 Psi).
El ensayo de carga puntual proporciona las bases para una clasificacin mecnica de
la roca y una estimacin de la resistencia a compresin uniaxial.
2.2 TERMINOLOGA
ndice de resistencia a carga puntual: un indicador de la resistencia obtenido al someter una
muestra de roca a un incremento de las cargas concentradas de tipo puntual aplicada a
travs de un par de conos truncados esfricamente hasta que la falla ocurra..
2.3 RESUMEN
El ndice de carga puntual en una roca se determina al aplicar cargas puntuales compresivas
sobre la superficie curva, sobre el eje axial de un ncleo de roca o sobre la superficie de
muestras irregulares de roca. La distancia entre las puntas de carga y la carga al momento
de la falla son registradas, estos datos son la base del clculo.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
150
2.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
El equipo utilizado es un sistema de carga puntual GCTS de fabricacin Norteamericana. El
equipo de carga puntual GCTS tiene una capacidad de 100 KN y est conectado a un
sistema de adquisicin de datos que permite la obtencin de la informacin del ensayo a
travs de transductores de presin y desplazamiento conectados a pantallas digitales.
2.5 MUESTRAS
Una muestra de ensayo se define como un conjunto de especmenes de roca de similar
resistencia para el cual se determinar un valor nico de resistencia a carga puntual.
Los datos necesarios que se deben conocer de una muestra son: la ubicacin y
posicin del banco de extraccin (referenciarlas geogrficamente mediante GPS), la
profundidad de extraccin, el mtodo de extraccin, la forma como fue almacenada, la fecha
de extraccin.
Como datos descriptivos visuales de la roca se debe describir: el color en estado seco
y hmedo con su cdigo Munsell, la textura y el grado de intemperismo segn categoras (IA,
IB, II, III, IV, V, VI).
Se deber determinar el contenido de humedad de los especmenes despus de la
realizacin del ensayo de acuerdo al procedimiento especificado en este documento.
Tambin se deben determinar las caractersticas fsicas por el mtodo de saturacin y
flotacin y/o saturacin y calibrador
Las muestras deben ser apropiadamente marcadas y medidas. Los puntos donde se
aplicaran las cargas deben ser marcados mediante un punto o una cruz. Se debe marcar el
eje sobre el cual se realizara el ensayo mediante una lnea. Estas marcas sirven para centrar
las muestras y para medir apropiadamente las dimensiones de las mismas.
Una vez seleccionadas, las muestras debern ser clasificadas de acuerdo al plano de
aplicacin de la carga, perpendicularmente o paralelamente al plano de estratigrafa o planos
de debilidad.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
151
Las muestras deben ser ordenadas de acuerdo a la clasificacin realizada y se deber
tomar registro de las mismas. Se debe numerar las muestras de acuerdo a la siguiente
nomenclatura: ncleo axial (a), ncleo diametral (d), bloque irregular (i), perpendicular al
plano de debilidad ( ), paralelo al plano de debilidad (//).
Sacar una fotografa de las muestras y con las respectivas etiquetas que indican el
nmero de espcimen, tipo de muestra y la forma de aplicacin de la carga (Ej: M 1 i ).
Una vez ensayadas, las muestras debern ser organizadas de la misma manera en que si
hizo antes de realizar el ensayo, se tomar una fotografa de las muestras mostrando la
forma de las fallas y se seleccionarn los ensayos vlidos y no vlidos.
2.5.1 Ensayos diametrales
Se necesita un mnimo de 10 especmenes por muestra, si se trata de muestras
heterogneas o anisotrpicas este nmero deber ser incrementado a 20. La relacin L/D
debe ser al menos igual a la unidad. La distancia entre las puntas de carga y el extremo libre
ms cercano debe ser como mnimo 0.5 veces el dimetro del ncleo (Fig. 10.1)
2.5.2 Ensayos axiales
Para este ensayo son apropiados los especmenes en forma de ncleo con una relacin L/D
de 0.3 a 1 como se muestra en la figura 10.1.
2.5.3 Ensayos en bloque irregulares
Para este tipo de ensayo se recomienda el uso de bloques irregulares con una distancia D
de 50 a 35 mm y de la forma mostrada en la figura 10.1. El nmero mnimo de especmenes
por muestra es de 20.
La relacin D/W debe estar entre 0.3 a 1, se prefiere un valor cercano a la unidad. La
distancia L debe ser como mnimo 0.5W.
2.5.4 Rocas anisotrpicas
Cuando la roca es de naturaleza anisotrpica o heterognea observable se debe ensayar en
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
152
aquellas direcciones que arrojen los mayores y menores valores de resistencia que son,
generalmente normales y paralelos a los planos de anisotropa.
Figura 10.1 Diferentes formas aceptadas para el ensayo de carga puntual
2.6 PROCEDIMIENTO
- Seleccin del espcimen y preparacin (Seccin 10.5).
- Calibracin del sistema de medicin de desplazamiento. Este paso es necesario cada
vez que la viga de carga superior sea ajustada en una nueva posicin en el marco de
carga del equipo de carga puntual. Este procedimiento se especifica en el anexo B.
- Insertar el espcimen en la mquina y acercar las puntas de tal forma que entren en
contacto con la muestra. Esto ocurre cuando la lectura de presin en el controlador
digital presenta una variacin positiva.
- Borrar el valor pico de presin en el controlador presionando TARE MAX RESET,
el controlador mostraraPrSt.
- Inicializar las lecturas de presin presionando TARE.
- Registrar la distancia entre las puntas de carga antes del ensayo D=Di.
- Incrementar la carga a una taza estable de tal forma que la falla se presente dentro de
10 a 60 segundos de iniciada la prueba.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
153
- Registrar la distancia entre las puntas de carga el momento en que ocurre la falla D=Df.
- Registrar la carga de falla P presionando MAX
- Retornar al modo de ejecucin presionando MAX
2.7 CLCULOS
El ndice de resistencia a carga puntual esta dado por:
S(50) M SI K I
0.45
M
DK
50
Donde:
De=D Para ensayos diametrales 0.5
e
4DWD
Para ensayos axiales y de bloque KM Factor de correccin por tamao
2.8 NOTAS COMPLEMENTARIAS
La resistencia a carga puntual Is(50) puede ser correlacionada con la resistencia a compresin
uniaxial que es un parmetro ms apropiado para la descripcin de una roca y que se toma
en cuenta como base para el clculo en la mayor parte de las aplicaciones prcticas de la
mecnica de rocas.
La expresin que relaciona el ndice de carga puntual con la resistencia a compresin
uniaxial es:
CI S(50)KI
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
154
La ASTM propone la siguiente ecuacin emprica para la obtencin del coeficiente K.
eK 6.6817ln(D ) 3.09
La tabla 10.1 presenta la clasificacin de la roca en funcin a la resistencia a
compresin uniaxial.
Clasificacin Resistencia
Extremadamente dbil (EW) 0,25 - 1
Muy dbil (VW) 1 5
Dbil (W) 5 25
Medianamente fuerte (MS) 25 50
Fuerte (S) 50 100
Muy fuerte (VS) 100 250
Extremadamente fuerte (ES) >250
Tabla 10.1 Clasificacin de la roca a partir de su resistencia a compresin (Broch y Franklin, 1972)
-
5. Resistencia a traccin
-
5. Ensayo de traccin directa
Consiste en medir directamente la resistencia a traccin uniaxial de un cilindro de roca.
La relacin L/D de la probeta debe ser 2,5 a 3, y el dimetro no menor de 54 mm.
La fuerza traccional se aplica de forma continua con un rango uniforme, entre 0,5 y 1,0 MPa/s, de tal forma que la rotura se produzca en unos pocos minutos.
La resistencia traccional se calcula dividiendo la fuerza aplicada en elmomento de la rotura por el rea circular de la probeta.
Se recomiendan al menos 5 ensayos para la determinacin de un valor representativo (ISRM, 1981)
-
5. Ensayo de traccin indirecta/Brasileo
Se aplica una carga vertical compresiva sobre un
disco o cilindro de roca, que se coloca en horizontal
entre dos placas a travs de las cuales se transmite
la fuerza, hasta conseguir su rotura.
La carga se aplica con un rango tal que se consiga
la rotura de la roca en unos 15-30 s; la ISRM (1981)
recomienda un rango de 200 N/s.
La resistencia a traccin se obtiene modiante la
siguiente ecuacin:
DL
P2t
-
6. Ensayo de corte. Triaxial
-
6. Ensayo de corte. Triaxial
-
Velocidad de ondas snicas
El ensayo consiste en transmitir ondas
longitudinales mediante compresin ultrasnica y
medir el tiempo que tardan dichs ondas en
atravesar la probeta.
Las velocidades , Vp y Vs, se calculan a partir de los
tiempos.
-
MECNICA DE ROCAS
DISCONTINUIDADES
L.M. Salinas
-
Influencia en el comportamiento del macizo rocoso
-
Influencia en el comportamiento del macizo rocoso
-
Influencia en el comportamiento del macizo rocoso
-
Influencia en el comportamiento del macizo rocoso
La orientacin relativa de las discontinuidades con
respecto a una instalacin u obra de ingeniera
(excavacin, cimentacin, etc.) puede suponer ue el
terreno sea o no estable.
La resistencia al corte de las discontinuidades es el
aspecto ms importante en la determinacin de la
resistencia de los macizos rocosos duros
fracturados, y para su estimacin es necesario
describir las caractersticas fsicas y geomtricas de
los planos, ya que no siempre es posible
determinarla adecuadamente en ensayos de
laboratorio o campo.
-
Tipos de discontinuidades
El trmino discontinuidad hace referencia a
cualquier plano de separacin en el macizo
rocoso.
-
Tipos de discontinuidades
Las diaclasas o juntas son los planos de
discontinuidad ms frecuentes en los macizos
rocosos, y corresponden a superficies de
fracturacin o rotura de la roca a favor de las cuales
no ha habido desplazamiento o ha sido muy
pequeo.
Atendiendo a su origen se distinguen varios tipos:
Diaclasas de origen tectnico asociadas a plegamientos y
fallas.
Diaclasas en rocas gneas formadas por contraccin
durante o despus del emplazamiento del cuerpo gneo.
Diaclasas de relajacin dbidas a una reduccin de la carga
litosttica.
-
Tipos de discontinuidades
-
Tipos de discontinuidades
-
Tipos de discontinuidades
Los planos de estratificacin son las superficies que limitan los estratos en las rocas sedimentarias.
-
Tipos de discontinuidades
Las superficies de
laminacin son
discontinuidades
sistemticas que
aparecen en las rocas
sedimentarias,
correspondiendo a los
planos que limitan las
lminas o los niveles
megascpicos ms
pequeos de una
secuencia
sedimentaria.
-
Tipos de discontinuidades
Los planos de esquistocidad, de origen tectnico, aparecen en rocas que han sufrido alguna deformacin importante, disponindose perpendicularmente a la direccin compresiva del mximo acortamiento.
-
Tipos de discontinuidades
Las superficies de contacto litolgico son
planos singulares de separacin entre
diferentes litologas de un macizo rocoso.
Las fallas son discontinuidades singulares
que corresponden a planos de rotura o
fracturacin con desplazamiento relativo
entre bloques.
-
Tipos de discontinuidades
-
Tipos de discontinuidades
-
Caractersticas de las discontinuidades
Orientacin
Espaciado
Continuidad
Rugosidad
Abertura
Relleno
Filtraciones
-
Resistencia al corte de los planos de discontinuidad
-
Resistencia al corte de los planos de discontinuidad
-
Resistencia al corte de los planos de discontinuidad
-
Resistencia al corte de los planos de discontinuidad
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
186
1 DETERMINACIN DE LOS PARMETROS Y C EN EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO
Mtodo basado en el procedimiento ASTM C 5607
1.1 ALCANCE
Este mtodo completa las guas, requerimientos y procedimientos de laboratorio para realizar
el ensayo de corte directo en especimenes de roca. El mtodo incluye procedimientos para
ensayos sobre roca intacta, sobre discontinuidades o fisura predeterminada. Las
discontinuidades pueden estar resoladas, semiabiertas o tener relleno. Solamente una
discontinuidad por relleno puede ser ensayada. Los ensayos de corte se pueden realizar
tanto sobre superficies rugosas o superficies lisas creadas artificialmente.
1.2 TERMINOLOGA
Esfuerzo aparente: Esfuerzo nominal, que es, carga externa por unidad de rea.
Aspereza: La rugosidad de una superficie. Irregularidad de una superficie que varia de
angulosa a redondeada u ondulada.
Asperezas: El conjunto de irregularidades de una superficie.
Discontinuidad: Interrupcin en la continuidad de materiales geolgicos los que usualmente
no tienen resistencia a tensin. Las discontinuidades comprended fracturas, planos de
debilidad y fallas de corte. Las superficies de contacto entre diferentes unidades geolgicas
pueden ser consideradas como discontinuidades.
Resistencia pico de corte: La resistencia pico a corte de un espcimen de roca intacta o un
espcimen que contenga una discontinuidad resolada.
rea nominal: rea obtenida por medicin o calculo del rea del plano de corte.
Resistencia residual de corte: Esfuerzo de corte correspondiente a un esfuerzo normal
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
187
especfico para el cual el esfuerzo de corte se mantiene constante con un desplazamiento de
corte en aumento.
Rigidez de corte: representa la resistencia del espcimen al desplazamiento de corte.
Resistencia a corte sobre fisura predeterminada: Resistencia pico de corte de un espcimen
de roca que contiene una discontinuidad abierta.
1.3 RESUMEN
En el ensayo de corte directo a carga norma constante existen dos etapas. En la primera
etapa se aplica una carga constante normal al plano de corte del espcimen de roca, esta
carga permite que la presin de poros de la roca y del material de relleno se disipe bajo el
mayor esfuerzo normal antes de aplicar el esfuerzo de corte.
En la segunda etapa, manteniendo la carga normal de la primera etapa, se aplica una
carga de corte creciente para provocar desplazamiento de corte. Los esfuerzos normal y de
corte y sus correspondientes desplazamientos son medidos y registrados. Estos datos son la
base para el clculo de los parmetros requeridos.
1.4 EQUIPO Y HERRAMIENTAS
Montaje del espcimen
- Portador de muestras.
- Utensilios apropiados para la mezcla y montaje del espcimen.
- Mortero de granulometra especificada en el anexo E
Equipo de ensayo
- Equipo de corte directo porttil marca Wykeham Ferrance
- 3 deformmetros mecnicos con una precisin mayor a 0.05 mm.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
188
1.5 MUESTRAS
Una muestra representativa deber comprender varios especmenes de roca con
caractersticas similares cada uno de un orden de magnitud ms grande que el mayor de los
granos o que el tamao de los poros.
Los datos necesarios que se deben conocer de una muestra son: la ubicacin y
posicin del banco de extraccin (referenciarlas geogrficamente mediante GPS), la
profundidad de extraccin, el mtodo de extraccin, la forma como fue almacenada, la fecha
de extraccin.
Como datos descriptivos visuales de la roca se debe describir: el color en estado seco
y hmedo con su cdigo Munsell, la textura y el grado de intemperismo segn categoras (IA,
IB, II, III, IV, V, VI).
Las muestras sern obtenidas mediante herramientas tales como martillos y cinceles o
por perforacin. Tambin son necesarios instrumentos para medir el ngulo y la direccin de
la inclinacin, la rugosidad y otras caractersticas importantes del horizonte del ensayo.
La integridad de las muestras deber conservarse envolvindolas con alambre hasta
inmediatamente antes del ensayo.
La altura del espcimen debe ser mayor al ancho de la zona de corte y suficiente para
poder embeber en los moldes de corte. Los especmenes pueden tener cualquier forma de
tal manera que el rea de corte pueda ser fcilmente determinada. El plano de corte deber
ser preferiblemente cuadrado y deber tener un rea mnima de 1900 mm2.
1.6 PROCEDIMIENTO
1.6.1 Preparacin
- Seleccin del horizonte de ensayo.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
189
- Colocar el bloque en uno de los portamuestras de tal forma que el horizonte a ensayar
est asegurado en la orientacin y posicin correctas.
- Vaciar el mortero, cuando este haya fraguado recubrir la otra mitad del espcimen de
forma similar.
La disposicin del espcimen en los portamuestras y en la caja de corte se especifican en la
figura 1.1
Figura 11.1 Disposicin para el montaje del espcimen
1.6.2 Consolidacin
- Aplicar una carga normal de consolidacin constante igual a la carga normal
seleccionada para la etapa de corte.
- Registrar lecturas de desplazamiento normal a ciertos intervalos como funcin del
tiempo.
La etapa de consolidacin se considera completa cuando la tasa de cambio de
desplazamiento normal es menor a 0.05 mm en 10 minutos.
1.6.3 Corte
- Aplicar la carga normal seleccionada para el ensayo que es igual a la carga de
consolidacin.
- Aplicar la carga de corte continuamente de tal forma que se pueda controlar la tasa de
desplazamiento por corte. La tasa de desplazamiento por corte debe ser de 0.2
mm/min y puede variar a condicin de que las resistencias pico y residual sean
registradas adecuadamente.
-
Mecnica de Rocas. Hctor J. Mendieta B.
190
- Registrar la carga de corte y los desplazamientos normales a incrementos constantes
de desplaza