ENSAYO DE COMPRESIN TRIAXIALEste ensayo determina la resistencia
a la compresin de un testigo cilndrico de roca en estado no drenado
bajo una presin de confinamiento. Nos provee de los valores
necesarios para graficar la envolvente de esfuerzos (Mohr) y a
partir de sta calcular el valor del ngulo de friccin interna y la
cohesin aparente de la roca. Como sabemos la roca a profundidad se
comporta en funcin de la presin de confinamiento existente en el
terreno. El ensayo de compresin triaxial es comnmente usado para
simular las condiciones que existen en la masa rocosa
subterrnea.
En un ensayo de compresin triaxial la carga axial y su esfuerzo
principal correspondiente simulan el esfuerzo principal mayor que
acta en la corteza (1), mientras que la tensin radial producida por
la presin hidrulica representa el esfuerzo principal menor 3.
Cuando se indica un valor de resistencia a la compresin
triaxial, habr que mencionar necesariamente la presin de
confinamiento (p) que se aplic durante el ensayo. Para encontrar
una relacin entre 1 =f(3), donde 3 es la presin de confinamiento y
1 la resistencia a la compresin triaxial, habr que realizar varios
ensayos, en cada uno de los cuales se aplicarn diferentes presiones
de confinamiento. Cada par de valores 1 y 3 sirven para construir
dos tipos de grficos. El primer tipo representa el lugar geomtrico
de la relacin existente entre 1 y 3 (figura 1).El segundo tipo de
grfico nos permite construir los crculos de Mohr en los ejes - para
luego trazar la envolvente de Mohr (figura 2).
Figura 1Figura 2
1.1. DESCRIPCIN DE LA MUESTRA
i.Los testigos deben ser cilndricos circulares con una relacin
longitud-dimetro (L/D) entre 2 y 2.5. La relacin entre el dimetro
del testigo y el dimetro del grano ms grande de la roca debe ser
como mnimo de 10 a 1ii.La superficie del testigo debe ser lisa y
libre de irregularidades abruptas, con todos sus elementos
alineados sin desviarse ms de 0.5 mm a lo largo del testigo.iii.
Las bases deben ser paralelas entre s, sin desviarse ms de 0.025 mm
y perpendiculares con respecto al eje longitudinal del cilindro sin
apartarse ms de 0.05 mm en 50 mm.iv. No se permiten testigos que
estn cubiertos con otro material o que tengan algn tratamiento
superficial diferente al de la mquina refrendadorav.El dimetro debe
ser medido con aproximacin a 0.1 mm y ser el promedio delas medidas
de dos dimetros perpendiculares entre s y tomadas en tres partes
del testigo: superior, medio, inferiorvi.La altura debe ser tomada
con aproximacin al mm.
vii. La condicin de humedad del testigo puede tener un efecto
significativo en la resistencia que pueda alcanzar la roca. Los
testigos no deben ser almacenados por ms de 30 das. Una buena
prctica es tratar de conservarlas condiciones de humedad natural
del testigo hasta el momento del ensayoviii. El nmero de testigos a
ensayar depende del nmero de las diferentes presiones de
confinamiento con las que se desea ensayar.
1.2. EQUIPOEl equipo consiste de tres partes: Una celda
triaxial, un equipo de carga y un equipo para generar presin de
confinamiento. Celda triaxial (figura 3).
El cuerpo de la celda debe tener dos conexiones: uno para la
entrada del aceite y otro para la salida del aire.- Una chaqueta
impermeable y flexible de caucho que debe tener el mismo dimetro
que el del testigo. El testigo quedar dentro de la chaqueta
totalmente rodeado por el aceite sin que ste penetre en la roca.-
Dos platinas con asientos esfricos y dureza Rockwell58 HRC se
colocan a ambos lados del testigo. El dimetro de las platinas ser
de D y el espesor de por lo menos D/3 donde D es el dimetro del
testigo.
1.2.1. EQUIPO PARA APLICAR Y MEDIR LA CARGA AXIALi.Una prensa
que puede aplicar y medir la carga axial sobre el testigo, con una
capacidad de carga de 100 toneladas y que cumpla con los
requerimientos dela Norma ASTM E4 y British Standard 1610.ii.El
bloque de asiento esfrico de la mquina debe ser retirado. Las caras
de carga de lamquina deben estar paralelas entre s.
1.2.2. EQUIPO PARA GENERAR Y MEDIR LA PRESIN DE
CONFINAMIENTO
Una bomba hidrulica capaz de mantener constante la presin de
confinamiento (3)con no ms del 2% de desviacin del valor
deseado
Figura 3. Celda triaxial
Un manmetro que permite observar y registrar que la presin de
confinamiento se mantenga constante.
1.3. PROCEDIMIENTOi.La celda es ensamblada con el testigo
instalado en la chaqueta y entre las platinas. El testigo, las
platinas y los asientos esfricos deben estar alineados entre s. Los
asientos esfricos estarn ligeramente lubricados con grasa o
aceite.- La celda triaxial se llena con aceite permitiendo que el
aire salga por la conexin de escape. Nos aseguramos que la chaqueta
no tenga fisuras ni huecos en de cada ensayo, de manera que el
aceite no penetre en el testigo.- La celda se instala en el equipo
de aplicacin de carga normal.ii.Se establece la presin de
confinamiento en el nivel predeterminado y se mantiene constante,
entonces se aplica la carga normal. El mximo valor de carga axial y
su correspondiente presin de confinamiento se registran.iii.Se
repite el procedimiento para otro valor de presin de
confinamiento.
1.4. CLCULOSi.La resistencia a la compresin (1) se calcula
dividiendo el mximo valor de la carga aplicada al testigo y el rea
de la seccin transversal del testigo.ii.Las presiones de
confinamiento con sus correspondientes valores mximos deresistencia
a la compresin se grafican; el valor de presin de confinamiento en
las abscisas y el valor de resistencia a la compresin en las
ordenadas (figura1).iii.Se juntan los puntos con una lnea que para
consideraciones prcticas ser unarecta caracterizada por su
pendiente m y su ordenada en el origen biv.Con m y b obtenemos el
ngulo de friccin y el valor de cohesin aparente Cusando:
Una forma ms directa de hallar y C es graficar la envolvente de
los crculos de Mohr: 1 y 3 en las abscisas y la resistencia al
corte en las ordenadas (figura 2).Tambin ser necesario el valor de
traccin indirecta y compresin simple. Luego se traza una recta
tangente a los crculos. El ngulo que forma esta recta con el eje de
las abscisas ser el valor de y la interseccin de la recta con el
eje de las ordenadas ser el valor de C.
2. ENSAYO DE CONSTANTES ELSTICAS (MDULO DE YOUNG Y RELACIN DE
POISSON)
2.1. DEFINICIN Y USO
El Mdulo de Young (E) y la relacin de Poisson () estiman el
comportamiento de los esfuerzos y las deformaciones en el macizo
rocoso. Estos valores se emplean generalmente en el diseo de
excavaciones en roca utilizando mtodos de clculo numrico.
La elasticidad es una propiedad que se asume posee todo material
ideal y que algunas rocas presentan en mayor o menor grado y para
lo cual deben tenerse en cuenta tres factores principales:
homogeneidad, isotropa y continuidad
- Homogeneidad es una medida de la continuidad fsica de un
cuerpo que depende de la escala, pudiendo una roca masiva de grano
fino ser considerada como homognea
- Isotropa es una medida del comportamiento del material en
diferentes direcciones. El grado de isotropa de una roca definir
las diferentes reacciones de sta a la accin de fuerzas externas o
internas.
- Continuidad se refiere a la cantidad de diaclasas, fallas y
espacios porosos que poseen las rocas. Como ya sabemos un material
se comporta elsticamente cuando luego de retirarla la carga
aplicada recupera su estado inicial, es decir la deformacin es
directamente proporcional al esfuerzo aplicado. Esta constante de
proporcionalidad es el mdulo de elasticidad o de Young (E).
E = / a E = mdulo de elasticidad (kg/cm2) = esfuerzo aplicado
(kg/cm2)a = deformacin unitaria axial (mm/mm)
En un sentido mecnico, el mdulo de elasticidad representa la
rigidez del material. El valor de E permite clasificar a las rocas
de la siguiente manera: Roca cuasi-elstica: Para valores de E entre
6 y 10 x 104 MPa, son por lo general degrano fino, masivo y
compacto. Roca semi-elstica: Para valores de E entre 2 y 7 x 104
MPa, se caracterizan por ser degrano grueso en las rocas gneas y de
grano fino, porosidad baja y cohesin media en las rocas
sedimentarias Roca no elstica o plstica: Para valores de E menores
que 2 x 104 MPa, presentan grancantidad de espacios vacos o
porosos, por lo que tienden a mostrar caractersticas variables de
esfuerzo-deformacin.
El uso del mdulo de elasticidad para definir la relacin
esfuerzo-deformacin es slo una aproximacin, ya que las rocas
muestran frecuentemente caractersticas mecnicas no lineales.
El otro parmetro importante en la teora de la elasticidad es la
relacin de Poisson. (), la cual representa la relacin inversa entre
la deformacin en la direccin del esfuerzo aplicado y la deformacin
que ocurre en una direccin perpendicular a sta. Se expresa por:
= d/ a
=relacin de Poisson
d= deformacin unitaria en la direccin perpendicular a la carga
aplicada
a= deformacin unitaria en la direccin a la carga aplicada
2.2. EQUIPO
i.El equipo es el mismo que se utiliza en el ensayo de compresin
simple y debe cumplir con los requerimientos de la prctica ASTM E4
o la norma British Standard 1610.- Para medir las deformaciones se
utilizan medidores de deformacin de resistencia elctrica (strain
gage). La longitud de los strain gage es por lo menos 10 veces el
dimetro del grano ms grande de la rocaii.Un software registra las
cargas y deformaciones adems de que grfica directamente las curvas
Esfuerzo vs. Deformacin.
Figura 5. Equipo para determinar las constantes elsticas
2.3. PREPARACIN DE TESTIGOS
i.Los testigos deben ser cilndricos circulares con una relacin
longitud- dimetro (L/D) entre 2 y 2.5. Se pueden utilizar testigos
con dimetros entre 22 y 61 mm. La relacin entre el dimetro del
testigo y el dimetro del grano ms grande de la roca debe ser como
mnimo de10 a 1.ii.La superficie del testigo debe ser lisa y libre
de irregularidades abruptas,con todos sus elementos alineados sin
desviarse ms de 0.5 mm a lo largo del testigo.iii. Las bases deben
ser paralelas entre s, sin desviarse ms de 0.025 mm y
perpendiculares con respecto al eje longitudinal del cilindro sin
apartarse ms de 0.05 mm en 50 mm.- No se permiten testigos que estn
cubiertos con otro material o que tengan algn tratamiento
superficial diferente al de la mquina refrendadora.- El dimetro
debe ser medido con aproximacin a 0.1 mm y ser el promedio delas
medidas de dos dimetros perpendiculares entre s y tomadas en tres
partes del testigo: superior, medio, inferior.- La altura debe ser
tomada con aproximacin al mm.
iv. Se instalan dos strain gage: uno axial o longitudinal y otro
diametral o transversal sobre la superficie del testigo.v.El strain
gage longitudinal se coloca perpendicular a las bases del testigo y
el strain gage transversal se coloca a lo largo de un dimetro
paralelo a las bases. Se trata de que los strain gages queden
ubicados en la parte central del testigo y en puntos opuestos de un
mismo dimetro.- Se limpia y pule la superficie del testigo en los
puntos donde se colocan los strain gages, para pulir se utiliza una
lija de grano medio y luego una de grano fina con lo que la
superficie queda libre de irregularidades y para limpiar se utiliza
un algodn con alcohol con lo que se remueve la grasa. El pegamento
utilizado es el que especifica el fabricante de los strain
gagesvi.Se recomienda realizar no menos de 3 ensayos por muestra de
roca.
2.4. PROCEDIMIENTO
i.El testigo se coloca en la mquina de ensayos y se hacen las
conexiones elctricas necesarias con la computadora.ii.La humedad
puede tener un efecto significante en la deformacin del testigo,
cuando sea posible, se debe conservar las condiciones de humedad,
hasta el momento del ensayo. Un exceso de humedad puede crear
problemas de adhesin de los strain gages entonces se requerir un
cambio en las condiciones de humedad del testigo (seco)iii. La
carga sobre el testigo debe ser aplicada de forma continua y con
una razn constante de manera que la falla ocurra entre 5 y 10
minutos despus de haberse iniciado la aplicacin de la carga.iv.Las
cargas y las deformaciones axiales y diametrales son Directamente
registradaspor el software a partir de las lecturas continuas de
los strain gages instalados sobre el testigo.
2.5. CLCULOS
La deformacin unitaria axial (a) y la deformacin unitaria
diametral (d) son registradas directamente por el software a partir
de las lecturas de los strain gages.
a) Los valores de esfuerzos y deformaciones axiales y
diametrales se debern dibujar en un solo grfico. Estas curvas
muestran el comportamiento tpico delas rocas desde una tensin
inicial cero hasta la resistencia ltima de la roca.
b) El mdulo axial de Young (E) de un espcimen, puede ser
calculado empleando cualquiera de los siguientes mtodos:
Mdulo tangente (Et): Es medido a un nivel determinado de carga,
expresado como un porcentaje de la resistencia ltima trazndose una
recta tangente a la curva en ese punto. Por lo general se toma el
50% de la resistencia de la roca a la compresin uniaxial Mdulo
promedio (Ep): Es definido mediante la inclinacin promedio de las
partes relativamente rectas de la curva esfuerzo-deformacin
axiales.
Mdulo secante (Es): Es generalmente medido desde el esfuerzo
inicial cero hasta un valor de esfuerzo prefijado, el que
representa un porcentaje de la resistencia de la roca a la
compresin. Se acostumbra tomar el 50% de R
3. ENSAYO COMPRESIN SIMPLE
Este ensayo permite determinar en el laboratorio la resistencia
uniaxial no confinada de la roca, o resistencia a la compresin
simple, c. Es un ensayo para la clasificacin de la roca por su
resistencia. La relacin entre los esfuerzos aplicados en el ensayo
es:
La resistencia a compresin simple de las piedras que se utilizan
como revestimientos o como pavimentos, se determinan sobre formas
paralelepipdicas, en lugar de formas cilndricas, que es lo habitual
para determinar la resistencia a compresin simple de cualquier
material, como por ejemplo el hormign. En concreto, se utilizan
muestras formadas por 5 probetas cbicas, que se ensayan despus de
secarlas en estufa, mantenindolas durante 48 horas a 60 2C.
Las bases sern paralelas entre si y perpendiculares al eje de la
probeta, alisndose por amolado con una mquina rectificadora. Se
rechazarn las probetas que presenten defectos evidentes.
- La planicidad de las bases se comprobar con ayuda de un papel
de carbn colocado sobre una superficie perfectamente plana y sobre
el cual se colocarn las bases de la probeta.
- El paralelismo de las bases se comprobar realizando cuatro
medidas de la altura de la probeta, equidistantes. La diferencia
entre la medida mxima y la mnima, no deber exceder a la tolerancia
especificada.
La mquina de ensayos ser una prensa hidrulica o mecnica
(Figura), que disponga de varias escalas de manera que se pueda
escoger la apropiada, segn el valor medio del ensayo a efectuar, de
forma que ningn resultado individual quede por debajo de la dcima
parte del valor mximo de la gama de medida empleada. Debe permitir
la aplicacin de la carga de una manera continua y progresiva.
Entre los platos de la prensa se situar el dispositivo de
compresin (Figura), en el cual uno de los platos de presin estar
montado sobre una rtula, con el fin de repartir de forma uniforme
la carga y adaptarse al posible no paralelismo de las bases.
Cada probeta, previamente secada, se coloca en el dispositivo de
compresin, el cual a su vez estar colocado entre los platos de la
prensa. A continuacin, se somete a un esfuerzo continuado de
compresin, con una velocidad de carga de, por ejemplo, 10 1
kgf/s.cm2 , que para una probeta cilndrica de 5 cm. De dimetro (rea
= 19.63 cm2) se corresponde con, aproximadamente, 2000 N/s.
Entre las bases de la probeta y las placas de presin, no debe
intercalarse ningn material, tales como cartn, papel, goma, etc.,
que pueda ejercer un efecto de almohadillado o tambin un esfuerzo
lateral. Tampoco se deben compensar las irregularidades de las
bases por medio de rellenos de yeso, cemento, etc.
Se aplica la carga a la velocidad que especifica la norma
correspondiente y se registra el valor, F, al que se produce la
rotura. Entonces, la resistencia a la compresin vendr dada por:
3.1. PROCEDIMIENTO
i.Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litologa y
estructuras. ii.Identificar las muestras.iii.Medir las dimensiones
de la muestra para validar si satisface las condiciones
delensayo.iv. Se recubre la muestra con una membrana cuyo fin ser
el de evitar que al momento de fallar la roca no salten fragmentos
y daen a personas u objetos de alrededor.v.Se sita el testigo de
tal forma que el pistn de la mquina quede paralelo a las caras
transversales de la muestra.vi. Una persona se encarga de medir la
presin a la cual esta siendo sometida la muestra mediante un
manmetro conectado directamente a la prensa hidrulica, la presin
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.vii. Una segunda persona ser la encargada de ir aumentando
paulatinamente la presin en la prensa hidrulica.viii.Una vez falle
el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de
ruptura
3.2. RESISTENCIA A LA COMPRESIN
La forma de la rotura vara con la naturaleza de la piedra y
forma de la probeta. Las rocas duras y compactas se rompen,
dividindose en prismas rectos de seccin irregular, siendo sus
generatrices paralelas al sentido de los esfuerzos, y a veces salen
proyectados con gran violencia, siendo conveniente rodear los
platillos con una tela metlica. Las piedras blandas se rompen segn
planos que pasan por las aristas de las bases, formando un ngulo
menor de 50 con la direccin de la presin, desprendindose prismas
truncados. Las probetas cilndricas o prismticas se rompen por
resbalamiento sobre un plano oblicuo, formando un ngulo
aproximadamente de 45 con la direccin de los esfuerzos.
Si las muestras no son cubos perfectos, se recomienda calcular
la resistencia a compresin simple equivalente, Rce mediante la
expresin:
Donde:
Rc = resistencia a compresin simple obtenida en el ensayo. b =
anchura de la probeta.h = altura de la probeta.
En el caso de rocas anistropas con planos de sedimentacin o
esquistosidad, se deben hacer dos determinaciones de la resistencia
a compresin simple, una en la direccin perpendicular a estos planos
y otra en la direccin paralela a estos planos.
Resistencia a la compresin perpendicular y paralelamente a los
planos de discontinuidad.
4. ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA POR EL MTODO BRASILERO
Existe un mtodo para determinar la resistencia a traccin
indirecta (Ensayo brasileo) sobre probetas cilndricas, que tambin
se puede usar para probetas cbicas o prismticas. En el caso de la
probeta cilndrica se le somete a una fuerza de compresin aplicada
en una banda estrecha y en toda su longitud. El resultado de la
fuerza de traccin ortogonal resultante origina que la probeta rompa
a traccin.
En la figura 2.8.1.5 pueden verse los dispositivos de ensayo
para probetas cilndricas y prismticas. Las bandas de apoyo son de
fibras prensadas de densidad > 900 3 Kg/m3 y dimensiones, ancho
a = 10 mm., espesor t = 4 mm y una longitud superior a la lnea de
contacto de la probeta. Las bandas de apoyo solo debern usarse una
vez.
Durante el ensayo debe asegurarse que la probeta permanece
centrada cuando comienza la carga y durante la aplicacin de esta el
plato superior ha de estarparalelo con el inferior. Se selecciona
un incremento de tensin constante dentro del rango, por ejemplo, de
0.04 a 0.06
La carga se aplica sin brusquedades y se incrementa
continuamente, en la velocidad
La velocidad de carga requerida en la mquina de ensayo se
calcula mediante la frmula:
Dnde:
R = Velocidad de incremento de carga, en newtons por segundo; L
= Longitud de la probeta en milmetros (Figura);d = Dimensin de la
seccin transversal de la probeta en milmetros;
s = Incremento de tensin, en megapascales por segundo (newtons
por milmetro cuadrado por segundo).
Dispositivos de ensayo para probetas cilndricas y
prismticas.
La resistencia a la traccin indirecta viene dada por la
frmula:
Donde:
ct = Resistencia a traccin indirecta, en megapascales o newtons
por milmetro cuadrado. F = Carga mxima, en newtons;L = Longitud de
la lnea de contacto de la probeta, en milmetros;
d = Dimensin de la seccin transversal, en milmetros. Se muestra
una disposicin general del ensayo de traccin indirecta y los
detalles de la rotura.
Disposicin general del ensayo de traccin indirecta y detalles de
la rotura.
5. ENSAYO DE FLEXIN
En el ensayo de flexin o flexo-traccin una probeta en forma de
barra con seccin rectangular o circular es flexionada por la accin
de un momento flector. En el punto de aplicacin de la carga la zona
superior est sometida a compresin, mientras que la zona inferior
est sometida a traccin (Figura 8a) (Coca y Rosique, 1992). Entre
ambas, hay una capa que no experimenta compresin, traccin ni
variacin de longitud; sta se denomina Capa neutra (Pisarenko et
al., 1979). Debido a que durante la flexin una probeta est sometida
tanto a esfuerzos de traccin como de compresin, la magnitud de la
resistencia a flexin es mayor que la resistencia a traccin
(Callister, 1995). La tensin mxima, o tensin a la rotura en este
ensayo de flexin, se denomina resistencia a la flexin o mdulo de
rotura, F. sta es una propiedad mecnica importante para los
materiales ptreos. Por ejemplo, las especificaciones de la ASTM
recogen que el mdulo de rotura mnima exigida para un granito y un
mrmol calizo usado para edificacin son, respectivamente, 10,34 y 7
MPa. La medida de la resistencia a la flexin se puede obtener a
partir de dos tipos de ensayos: tres puntos o carga concentrada, y
cuatro puntos o momento constante. La distribucin de esfuerzos
hacen que, en el ensayo de tres puntos, la seccin desfavorable para
la rotura sea puntual (coincidiendo con el punto sobre el que se
ejerce la carga), mientras que en el ensayo de cuatro puntos, la
seccin desfavorable para la rotura es el intervalo comprendido
entre los dos puntos de apoyo superiores. Si se trabajara con
materiales homogneos, los resultados obtenidos seran reproducibles.
Sin embargo, las rocas, debido a su naturaleza heterognea
intrnseca, al sistema poroso, a las pequeas fi suras que se
producen al trabajar el material (corte, pulido, etc.), hacen que
la superficie sea muy heterognea, y con una alta variedad y nmero
de concentradores de tensiones. Por ejemplo, una porosidad del 10 %
puede disminuir la resistencia a la flexin en un 50 % (Callister,
1995). Debido a que el ensayo de tres puntos (carga concentrada)
concentra la seccin desfavorable en un punto y el ensayo de cuatro
puntos (momento constante) la concentra en una seccin lineal, los
valores de la rotura a flexin con tres puntos son mayores y ms
dispersos que los obtenidos con el ensayo de cuatro
puntos. As, cuanto ms lejos del punto de apoyo se produzca la fi
sura en el ensayo de tres puntos, mayor ser la carga que se tendr
que aplicar al material para que se produzca dicha rotura. Adems,
la localizacin aleatoria (aunque siempre cercana al punto de apoyo)
de la fisura produce una fuerte dispersin de los valores de rotura
a flexin. La medida de la rotura a flexin con cuatro puntos es el
ensayo ms idneo para obtener la resistencia a flexo-traccin en
rocas. Sin embargo, si se quiere evaluar la resistencia de una roca
que se va a utilizar como pavimento, es probable que el ensayo de
flexin a tres puntos reproduzca mejor el comportamiento de la roca
cuando sta est colocada.
Los requerimientos de la ASTM C880 incluyen las siguientes
especificaciones de mquinas y preparacin de muestras:
I.La mquina o aparato de ensayo debe ser capaz de aplicar cargas
a a compresin as como de flexin mediante un accesorio de flexin a 4
puntos. Este accesorio de incluir rodamientos para soportar los
bloques asegurando que la cara es aplicada verticalmente sobre la
muestra. La distancia entre los puntos de apoyo y los puntos de
carga debe ser invariable con una tolerancia de +/- 0.05 pulgadas
(1.27 mm)II.Las muestras deben ser serradas y lijadas con unas
dimensiones de 4 x 1.25 x 15pulgadas (101.6 x 31.75 x 81 mm). Las
caras perpendiculares a la aplicacin de la carga deben ser pulidas
con abrasivo de grano fino, el resto de caras pueden acabarse a
sierra con diente fino. Un mnimo de 5 probetas deben ser ensayadas
para cada tipo de condicin de ensayoIII.La embergadura del soporte
inferior de las muestras de ensayo ha de ser de 12.5pulgadas y la
superior de 6.25 pulgadas.IV.Acondicionamiento: las muestras pueden
ser ensayadas en seco o hmedo: V.Muestras secas: 48 horas a 140 4
Fahrenheit (60 +/- 2.2 Celsius)VI.Muestras hmedas deben ser
inmersas en agua durante 48 horas a 72 4 Fahrenheit(22.2 +/- 2.2
Celsius)
6. ENSAYO DE CORTE DIRECTOEl ensayo de corte directo tiene como
finalidad encontrar el valor del ngulo de friccin residual ( r) en
testigos de roca que han sido previamente fracturados. Este ensayo
se puede aplicar en rocas duras o blandas y en testigos de roca que
contengan planos de falla o discontinuidades naturales o
artificiales.
Es necesario distinguir dos conceptos: ngulo de friccin interna
y ngulo de friccin residual. El ngulo de friccin interna acta
mientras la roca no ha fallado mientras que el ngulo de friccin
residual acta cuando se ha producido la falla.
Donde se calcula el esfuerzo normal y esfuerzo de corte de la
siguiente manera
Donde:
Esfuerzo normalEsfuerzo de corteN: es la fuerza normal aplicada.
F: fuerza horizontal aplicadaA: rea de la seccin transversal de la
probeta
Conforme a como se van obteniendo los resultados se puede ir
realizando la grfica del esfuerzos vs el desplazamiento para su
posterior anlisis.
6.1. DESCRIPCION DE LA MUESTRA
Un molde especialmente diseado para que encaje en el equipo
perfectamente y que ser utilizado para encapsular el testigo en una
mezcla de concreto de secado rpido. Este molde consta de dos
mitades que tienen la misma forma y dimensiones que la caja del
equipo de ensayo.
6.2. PREPARACIN DE TESTIGOS
i.Se pueden emplear testigos cilndricos o bloques de roca de
geometra regular.El testigo debe tener las dimensiones adecuadas
para que pueda ser colocado en el molde. Los testigos no requieren
de ningn tratamiento superficial ni estar sujetos a condiciones de
paralelismo.ii.Seleccionar la discontinuidad o plano de falla a ser
ensayado, luego preparar eltestigo cortndolo en dos partes de 40 a
60 mm de longitud a cada lado de la zona seleccionada. Luego unir
las dos partes con cinta adhesiva de manera que se tenga un solo
testigo nuevamente.iii. Se prepara una mezcla de arena, cemento y
agua de secado rpido y resistencia media. La proporcin en volumen
de arena-cemento es de 3 a 2 y se emplea 700 ml de agua para la
preparacin de un molde.iv. Se coloca el sujetador de testigo sobre
el molde y se coloca entre sus agarraderas el testigo teniendo
cuidado que el plano cortante propuesto est alineado con la posicin
del plano horizontal de aplicacin de la carga cortante y el eje de
aplicacin de la carga normal. Se ajusta el sujetador de manera que
el testigo no se mueva de la posicin deseada.v.Se cubre el interior
del molde con una pelcula de grasa para facilitar remover el
testigo despus del secado de la mezcla. Verter la mezcla en una
mitad del.
vi. Se remueven los lados del molde y se arma la otra mitad.
Tambin se retira el sujetador. Al igual que la otra parte la
engrasamos y llenamos el molde con la cantidad suficiente de mezcla
para que cuando se introduzca el testigo no sea necesario aumentar
o retirar una cantidad considerable de mezcla ya que el acceso ser
difcil. La mitad que contiene el testigo la volteamos y la
colocamos apropiadamente sobre la mitad que acabamos de preparar
luego ajustamos los tornillos del molde para asegurar el
alineamiento requerido. Se aade o remueve pequeas cantidades de
mezcla con una paleta a travs de la ranura. Dejar secar los moldes
tres das como mnimo.vii. Luego se desmolda el testigo y se separan
las dos partes cortando la cinta adhesiva, entonces el testigo
estar listo para ser ensayado.
6.3. DESCRIPCION DE EQUIPO
6.3.1. MQUINA DE ENSAYO
Este equipo consiste de una caja partida diagonalmente. La mitad
superior equipada con un pistn vertical para aplicar la fuerza
normal y la mitad inferior equipada con un pistn horizontal para la
aplicacin de una fuerza cortante. La caja est diseada para aceptar
testigos de roca con dimensiones no mayores de 115 mm x 125 mm o si
es un testigo cilndrico su dimetro debe ser no mayor de 102 mm y su
longitud no mayor de120 mm.
La fuerza aplicada por el pisn vertical es transmitida por medio
de una bomba hidrulica de operacin manual y es registrada en un
medidor de fuerza con escala graduada en 0.25 KN y con capacidad de
medir fuerzas hasta 11 KN. La fuerza aplicada por el pisn
horizontal es transmitida por medio de una bomba hidrulica de
operacin manual y es registrada en un medidor de fuerza con escala
graduada en 0.1KN y con capacidad de medir fuerzas hasta 5.5 KN.
Estas fuerzas debern estaralineadas con el centro del plano de
corte.
6.3.2. MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTOS.
Un aditamento para medir el desplazamiento horizontal (direccin
de aplicacin de la fuerza cortante) con escala graduada en 0.01 mm
con un crculo de graduacin de 100 unidades con capacidad de medir
hasta 25 mm.
6.4. DESCRIPCION DE ENSAYO
i.Se registra el dimetro o las dimensiones de la zona escogida
para calcular el rea de deslizamiento.ii.Se hacen las conexiones
hidrulicas de la manera como se ilustra en el esquema de la figura
5.iii. Se coloca el testigo (encapsulado en la mezcla) en la parte
inferior de la caja y se coloca la parte superior de la caja sobre
ella. Se hacen coincidir las partes cortadas en forma manual. Se
empezar el ensayo aplicando una carga normal pequea para mantener
la posicin.iv.Se fija el medidor de desplazamientos en la parte
superior como se muestra enla figura 5 para lograr registrar los
movimientos horizontales.v.Se aplica la carga normal requerida con
la bomba manual, se registra y se mantiene constante, luego se
aplica la carga cortante gradualmente. Se registran los
desplazamientos horizontales y las cargas cortantes
respectivas.vi.Al llegar al mximo valor de fuerza cortante se
registra este valor y sudesplazamiento. Se sigue aplicando carga
cortante hasta que sta se mantiene constante, entonces habremos
hallado el valor de esfuerzo cortante residual.vii.Se repite este
proceso incrementando la carga normal con una raznconstante.
Volvemos a colocar el testigo en su posicin inicial, teniendo
cuidado que el detrito producido por el corte no se pierda del
plano de ensayo. Obtenemos en cada ensayo los valores
correspondientes al esfuerzo cortante mximo y residual