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  • Mecnica de Suelos Aplicada. Grupo 2

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    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

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    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.

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    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

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    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

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    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.

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    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

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    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

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    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).

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    - 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.

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    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.

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    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

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    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

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    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.

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    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).

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    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.

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    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

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    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.

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    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).

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    Estructura bandeada (capas de cromita y rocas maficas-ultramficas; Oxford Earth

    Sciences Image Store).

    Estructura nodulosa (chert en caliza; GeologyRocks).

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    Estructura brechoide (brecha magmtica granito-diorita; Journal of Geoscience

    Education).

    Estructura brechoide (caliza brechoide (About.com: Geology)

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    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)

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    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).

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    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

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    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).

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    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.

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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.

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    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.

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    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.

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    190

    - Registrar la carga de corte y los desplazamientos normales a incrementos constantes

    de desplaza