Ensayo De Compresión Simple De Rocas.pptx



El ensayo de compresión no confinada, también conocido con el nombre de ensayo de compresión simple o ensayo de compresión uniaxial, es muy importante en Mecánica de Suelos, ya que permite obtener un valor de carga última del suelo, el cual, como se verá más adelante se relaciona con la resistencia al corte del suelo y entrega un valor de carga que puede utilizarse en proyectos que no requieran de un valor más preciso, ya que entrega un resultado conservador.

Resistencia a tracción  Las

rocas se diferencian del resto de materiales utilizados comúnmente en ingeniería (acero, etc..) por su baja resistencia a la tracción.  Las muestras de roca ensayadas a tracción suelen romperse a niveles tensionales del orden de diez veces menores que cuando se ensayan a compresión simple.  Además la presencia de discontinuidades en los macizos rocosos hace que en la mayor parte de los casos no exista prácticamente resistencia alguna a la tracción.  Por tanto los macizos rocosos no son capaces, en general, de generar y resistir tracción.

 Todo

ello implica que, en el diseño de excavaciones, cuando se identifique mediante análisis una zona del macizo sometida a tracción, esta zona se distenderá y las tensiones se redistribuirán en el entorno de la misma. Esta distensión podrá originar la inestabilidad puntual de la roca, que tendrá lugar como separación episódica o progresiva de unidades de roca del macizo.



El ensayo de compresión no confinada, también conocido con el nombre de ensayo de compresión simple o ensayo de compresión uniaxial,

Ensayo de compresión simple  Este

ensayo sirve para determinar la resistencia a compresión uniaxial de una probeta cilíndrica de roca de altura entre el doble y el triple del diámetro.  Normalmente estas probetas se obtienen a partir de testigos de sondeos. También se pueden obtener muestras a partir de bloques de roca mediante una sonda, en el laboratorio; la extracción de estos bloques en la mina o en la obra se debe llevar a cabo sin voladuras, ya que éstas pueden generar en la roca nuevas microfisuras o aumentar las existentes, lo cual se traduciría en una pérdida de resistencia de las probetas que se obtengan de ellos.

 Además

de servir para determinar su resistencia, este ensayo puede proporcionar también las constantes elásticas de la roca, es decir, su módulo de Young y su coeficiente de Poisson.  Averiguar la resistencia a compresión simple de una roca es importante por varios motivos: permite clasificar las rocas según su resistencia, es un parámetro importante en los criterios de rotura más utilizados (Mohr-Coulomb y HoekBrown) y sirve para estimar la resistencia de los pilares en las explotaciones mineras.

 Aunque

aparentemente es un ensayo sencillo, su realización, así como la interpretación de los resultados, requieren bastante cuidado.  Debido a la heterogeneidad de las probetas de una misma roca, su resistencia a compresión simple puede variar ampliamente.  Los factores que más intervienen en la resistencia a compresión simple de rocas litológicamente similares son los siguientes: tamaño de grano, porosidad, meteorización, grado de microfisuración, naturaleza y resistencia del cemento que une los granos, densidad de la roca y presión y temperatura a la que ha estado sometida durante su formación.



El ensayo de compresión simple ha sido normalizado en muchos países.



Los aspectos básicos de las normas existentes son los siguientes:

 Deben

utilizarse probetas cilíndricas de diámetro superior a 50 mm y, por lo menos, 10 veces mayor que el tamaño del grano o cristal más grande existente en la roca. Su altura debe ser igual a 2,5 veces el diámetro aproximadamente.

 La

probeta no debe contener discontinuidades geológicas que la atraviesen.

 Las

superficies del cilindro de roca que están en contacto con las placas de la prensa con la que se realiza el ensayo deben ser planas, con una precisión de 0,02 mm, y no deben separarse de la perpendicularidad al eje de la muestra en más de 0,001 radianes, o sea, 0,05 mm en 50 mm.

 La

carga se debe aplicar a una velocidad constante de 0,5-1 MPa/s.

Esquema del ensayo de compresión simple.



Para que este ensayo fuera estrictamente de compresión simple, las tensiones dentro de la probeta deberían ser uniaxiales en todos los puntos.



Pero, debido a la fricción entre la muestra y las placas de la prensa, derivada de la diferencia entre los módulos elásticos de las rocas y el del acero, la probeta no se puede expansionar libremente en sus extremidades superior e inferior al ser comprimida.



Como consecuencia, aparecen tensiones cortantes en las proximidades de las superficies de contacto entre las placas de la prensa y la probeta, por lo que la tensión axial deja de ser una tensión principal y se produce un estado triaxial de tensiones en muchos puntos de la roca



Cuanto menor es la esbeltez de la probeta, es decir, la relación altura/diámetro, mayor es la proporción de la muestra sometida a un estado triaxial de tensiones. Por este motivo, se ha establecido que, en los ensayos de compresión, la esbeltez de las probetas sea superior a 2. Obert, Windes y Duvall (1946) establecieron la siguiente fórmula que liga la resistencia de la probeta con su esbeltez:



donde,



R0 = resistencia de una probeta de longitud diferente del diámetro. R1 = resistencia de una probeta longitud igual al diámetro (D/L=1)



D = diámetro de la probeta.



L = longitud de la probeta



Según esta fórmula, cuanto mayor es la esbeltez de la probeta menor es su resistencia, pero la reducción de resistencia por ese motivo nunca puede superar el 22,2%, con respecto a la probeta cúbica.



En línea con lo que se acaba de exponer, Brook, N. (1993) propuso la siguiente fórmula para calcular la resistencia, R, de una probeta de relación D/L = 0,5 a partir de los resultados de ensayos de compresión simple con probetas de esbeltez diferente a la indicada:



donde,



R = Resistencia de una probeta de relación D/L = 0,5

 De

esta fórmula se deduce que, respecto a la probeta de esbeltez dos, la disminución de resistencia por aumento de la esbeltez no puede rebasar el 12,5%.

 Se

ha observado experimentalmente que en probetas de esbeltez y geometría similar, la resistencia a compresión simple varía con el volumen de la muestra; generalmente la resistencia disminuye al aumentar el volumen.

 La

explicación de este hecho parece estar en la distribución, número y tamaño de las microgrietas de la roca; cuanto mayor es el tamaño de la muestra mayor es la probabilidad de que existan microfisuras con las características apropiadas para favorecer la rotura de la roca.



Hoek y Brown (1980) proponen la siguiente ecuación para describir la relación existente entre la resistencia a compresión uniaxial y el diámetro de la probeta, para diámetros comprendidos entre 10 y 200 mm:



donde,

 

σ

c50

es la resistencia a compresión uniaxial de una probeta de 50 mm de diámetro.

En los ensayos de compresión de la mayor parte de las rocas la velocidad de carga anteriormente señalada como apropiada, o sea, 0,5 a 1 MPa/s, puede ser alterada ligeramente sin que se produzcan variaciones en los resultados.



En general, en los ensayos de compresión simple no es posible observar el comportamiento de la probeta después de que alcanza su resistencia máxima, ya que en este momento se produce la rotura de la roca de forma explosiva.



Durante el ensayo de compresión uniaxial se puede determinar también el módulo de Young y el coeficiente de Poisson de la roca.



Para ello es necesario medir las deformaciones axiales y laterales de la probeta durante el proceso de carga, lo cual se realiza generalmente mediante cuatro bandas extensométricas, dos axiales y dos laterales, que se pegan directamente sobre la roca; las dimensiones de las bandas deben corresponder al tamaño de grano de la roca.



El tramo de las curvas tensión-deformación axial y radial en el que se deben calcular dichos parámetros elásticos es la recta comprendida entre el final del cierre de las microfisuras y el umbral de fisuración.



Teóricamente, éste es el único tramo recto de los diagramas tensión - deformación axial y tensión deformación lateral.



La pendiente de la primera de estas rectas es el módulo de Young y la relación entre la pendiente de la segunda y la de la primera es el coeficiente de Poisson.

Procedimiento del Ensayo 1.

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

2.

Identificar las muestras.

3.

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

4.

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

5.

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

6.

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

7.

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

8.

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



Ensayo de Comprensión Simple