Rocas 226m1v

ENSAYOS DE ROCAS ENSAYO DE COMPRESIÓN UNIAXIAL EN ROCA DÉBIL Consiste en apoyar un gato sobre una superficie lo más plana posible de la roca y ponerlo en carga. Se anota entonces la penetración del pistón en función de las cargas aplicadas. Se realizan varios ciclos de carga. De ahí cabe deducir el grado de compacidad de la roca y su coeficiente de elasticidad. No hay que olvidar que la profundidad en la cual se hacen sentir las sobrecargas es del orden de 1 a 1.5 veces el diámetro del aparato. Es preciso asegurarse de antemano que este volumen es representativo del macizo. Es necesario también que el o entre el gato y la roca sea el adecuado. Se necesita imprescindible un enfoscado (capa de mortero para revestir la roca), de lo contrario, las primeras medidas no corresponden a la realidad.

Imagen 15. Resultado de un ensayo con gato, ejecutado en una roca fisurada. 1. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE DIRECTO, EN DISCONTINUIDAD DE ROCA. La resistencia al esfuerzo cortante de rocas se ha medido, algunas veces, empleando un dispositivo análogo al aparato de Casagrande. También en este caso es preciso que el bastidor cortante este en perfecto o con la roca.

Imagen 16. Dispositivo para un ensayo a cizallamiento de roca in situ. El emplazamiento debe ser elegido en función de la orientación de las diaclasas, de los planos de estratificación y de los esfuerzos ejercidos por la estructura. La determinación de las tensiones en una pared de la galería, por ejemplo, se realiza disponiendo sobre está unos pequeños extensómetros, tomando después muestras del conjunto, de manera que se liberen las tensiones creadas. Su evaluación viene dada por la diferencia de las indicaciones de los extensómetros, antes y después de la toma de muestras. En lugar de tomar muestras se pueden realizar rozas (rozamiento) mediante un martinete, lo que permite introducir gatos planos en estas y someterlos a carga, hasta que los extensómetros vuelvan a tomar su valor inicial. 1. ENSAYO DE CARGA EN PLACA FLEXIBLE Y EN PLACA RÍGIDA Se aplica este ensayo para determinar, tanto en suelos como en roca (en presas, túneles, desmontes, terraplenes, edificaciones, etc.) la deformabilidad in situ, la capacidad portante del terreno y el control de la compactación durante la construcción de un terraplén. Puede denominarse prueba de carga, desde el punto de vista geotécnico, a todo ensayo de campo que pretenda medir movimientos del terreno, a lo largo de un cierto período de observación, originados por la aplicación de esfuerzos exteriores, que alternan el estado tensional que tenía antes de iniciarse la prueba. Es decir, cualquier ensayo que trata de determinar in situ una relación esfuerzo-movimiento en un determinado entorno del terreno ensayado y en unas condiciones definidas de aplicación de dicho esfuerzo. Normalmente, la aplicación de la carga se verifica por adición sucesiva de sobrecargas a través de un cierto elemento estructural relacionado directamente con el terreno, como pueden ser placas metálicas rígidas (caso de los ensayos de carga con placa in situ sobre suelos y rocas.

El equipo empleado por el Laboratorio de Geotecnia para las pruebas de carga consta de los siguientes elementos:  Placas de distintos tamaños y rigidez dependiendo de la carga máxima que se quiere aplicar (f30 cm, f60 cm, f30", # 30 cm y hasta 1 m2).  Una amplia gama de cilindros hidráulicos de 20 t a 300 t. También para casos excepcionales se dispone de cilindros hidráulicos de 500t y 1000t.  Material hidráulico necesario para el accionamiento de los cilindros hidráulicos en el momento de la aplicación de las cargas.  Elementos de control y registros de las cargas aplicadas (células de carga) y de los movimientos (transductores de desplazamiento).  Equipo de registro automatizado, para control de carga y movimientos, con apoyo informático.

Imagen 17. Montaje de los dispositivos para el ensayo de carga sobre placa en dirección vertical y dirección horizontal en el interior de una galería excavada en roca. 2. ENSAYO CON EL MÉTODO DE FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO Existen dos métodos del estado de estrés en Roca In-Situ:  Hidro-fracturamiento (HF),  Ensayo Hidráulico de Fracturas Pre-Existentes (HTPF) El HF y el HTPF son métodos de estimación en terreno en un hoyo de sondaje donde una sección del sondaje se sella y se le inyecta algún fluido hidráulico a tasa constante hasta iniciar una fractura en la roca (HF) o hasta que una fractura pre-existente se abre, el bombeo se detiene, la presión se relaja y se vuelve a bombear produciendo un registro de presión v/s tiempo. La orientación de las fracturas se obtiene usando un “oriented impression packer” u otros métodos geofísicos en el sondaje. La orientación de las fracturas depende los estreses principales y cuando la fractura y el sondaje son casi verticales entonces el estrés vertical se considera como principal e igual en magnitud a la presión litostática (HF). Con el HTPF se

evalúa los estreses normales soportados por planos de fractura con diferentes orientaciones pudiéndose obtener las 6 componentes del tensor mediante la inversión de estos datos, independiente de la orientación del sondaje. 4.1. SUPUESTOS Y LIMITACIONES 4.1.1. Hidro-Fracturamiento (HF)  No hay una profundidad teórica que limite al método, mientras el sondaje llegue y la roca se comporta de manera frágil.  El eje del sondaje debe ser paralelo a algún estrés principal, el que debe estar contenido en el plano de la fractura inducida. Fracturas “en echelon” indican que éstos no son paralelos.  Se asume que la orientación de la fractura persiste al alejarse de la pared del sondaje.  La masa de roca se asume homogénea, elástica e isotrópica y se requieren estimaciones de la presión de poros y de la resistencia de la roca a la tensión.

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4.1.2. Ensayo Hidráulico de Fracturas Pre-Existentes (HTPF) No hay una profundidad teórica que limite al método, mientras el sondaje llegue y la roca se comporta de manera frágil. Se asume que planos de debilidad están pre-existentes en la roca y que éstos no están alineados y que pueden ser abiertos mecánicamente y se debe verificar que sólo una fractura se ha abierto pues esto cambie el campo de estrés local. Se asume que la orientación de la fractura persiste al alejarse de la pared del sondaje. Se requiere un mínimo teórico de 6 ensayos para estimar las 6 componentes del tensor, pero se recomiendan más. Es válido para cualquier orientación del sondaje, es independiente de la presión de fluido y no requiere determinar propiedades del material Asume una roca homogénea en el volumen en estudio. 4.2. PROCEDIMIENTO Primero se sella el intervalo a testear por medio de “packers” de goma inflables (imagen18), luego se bombea un fluido hidráulico (normalmente agua) en el intervalo a un flujo constante hasta inducir una fractura (HF), el flujo se detiene y se registra la evolución de la presión mientras el fluido va percolando por la roca (imagen 19), aquí se registra la presión de ruptura (Pb) y como luego la presión desciende, primero rápidamente y luego más lentamente, ésta equivale a la presión de cierre de la fractura (Ps).

Imagen 18. Configuración típica del equipo para ensayo de Hidro-Fracturamiento (HF). Se vuelve a bombear con el mismo flujo 3 o 4 veces más para estudiar la re-apertura de las fracturas (HTPF), pero en estas veces el peak de presión equivaldrá a la presión de re- apertura (Pr). Luego para obtener otras estimaciones de la presión de cierre Ps, que es muy importante para el HTPF y complicada de estimar, se tienen pasos adicionales opcionales. Primero se aumenta nuevamente la presión pero con un flujo bajo. La presión se estabilizara en un lateau (imagen 19, step-rate pressure cycle) para luego aumentar el flujo hasta llegar nuevamente al siguiente plateau y así sucesivamente hasta la re-apertura.

Imagen 18. Resultado de ensayo ploteado en P y flujo v/t

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