COMPRESION TRIAXIAL.pdf

mecanica de rocas

1. INTRODUCCIÓN
Esfuerzo
cortante
Como el aspecto mas importante de la
ingeniería geotécnica
¿Qué se entiende por esfuerzo cortante?
Cálculo y métodos
Compresión Triaxial:
•Laprincipalaccióndelensayoesobtener
parámetrosdelsueloylarelaciónesfuerzo-
deformación.
•Esunensayocomplejo,perolainformación
queentregaeslamásrepresentativa.
•Esteensayoconstituyeelmétodomasversátil
enelestudiodelaspropiedadesesfuerzo-
deformación.
Normas ASTM:
ASTM d 4767:
•Estemétododeensayopermite
efectuarelcálculodeesfuerzos
totalesefectivosycompresión
axilparamedidasdecargaaxial.
•DeformaciónAxialyPresiónde
aguadeporos.
ASTM d 2850
•Estemétododepruebaproporciona
datosparadeterminarlaspropiedades
deresistencianodiluidasylas
relacionestensión-deformaciónpara
lossuelos.

2. El ensayo se divide en dos etapas:
Primera etapa:
La probeta de suelo es sometida a una
presión hidráulica con esfuerzos
verticales iguales a los horizontales.
Probeta “consolidada”.
Segunda etapa:
Se incrementan los esfuerzos verticales a
través del pistón vertical de carga.
En esta etapa se puede permitir el drenaje y
por lo tanto eliminar la presión neutra.
Tipos de ensayo Triaxial:
1.No consolidados-no drenados (Rápidos)
Seimpideeldrenajedurantelasdosetapas.
2. Consolidados-no drenados (consolidado-rápido)
Sepermiteeldrenajedurantelaprimeraetapasolamente
3. Consolidados-drenados (Lentos)
Sepermiteeldrenajedurantetodoelensayoynosedejan
generarpresionesneutrasaplicandolosincrementosde
cargaenformapausadadurantelasegundaetapa.
Objetivo o alcance:
Elobjetivodelapruebatriaxialconsisteendevolver
lamuestraalascondicionesdelsitiomediantelos
diversospasosquecaracterizanlapruebatriaxial
(saturación,consolidación)ymedirlaresistenciaal
cortedelmaterialylasrelacionesentreelesfuerzoy
ladeformación.

3. Compresión triaxial
•Simula confinamiento para un testigo de roca intacta.
•Nos provee los valores necesarios para graficar la envolvente de Mohr y
a partir de ésta, calcular el valor del ángulo de fricción interna y la
cohesión de la roca.
4

4. Círculo de Mohr
5

5. Criterios de rotura
-Para roca intacta:
Criterio de Hoeky Brown
Donde:
??????
1: Esfuerzo principal mayor
??????
3: Esfuerzo principal menor
??????
�??????: Resistencia a la compresión uniaxial para roca intacta
�
??????: Constante de roca intacta
6
??????
1=??????
3+??????
�??????�
??????
??????
3
??????
�??????
+1
0.5

6. Envolvente de Mohr
En función de los esfuerzos normal y cortante:
7
??????=??????+�??????�??????.??????
??????
Donde:
??????
??????: Esfuerzo normal en plano de falla
??????: Esfuerzo cortante en plano de falla
??????: Cohesión
??????:Ángulo de fricción
En función de los esfuerzos principales:
??????
1=??????
�??????+??????.??????
3
Donde:
??????
�??????: Resistencia a la compresión uniaxial para Roca Intacta global.
??????: Constante en función del ángulo de fricción a escala de roca intacta.
??????=
1+�??????�??????
1−�??????�??????

7. Criterios de rotura
-Para macizo rocoso:
Criterio de Hoek& Brown
Donde:
??????
1: Esfuerzo principal mayor
??????
3: Esfuerzo principal menor
??????
�??????: Resistencia a la compresión uniaxial para macizo rocoso
�
�: Constante de Hoek& Brown para macizo rocoso
�: Constante del Macizo Rocoso, para roca intacta 1.
??????: Constante del Macizo Rocoso, para roca intacta 0.5.
8
??????
1=??????
3+??????
�??????�
�
??????
3
??????
�??????
+�
�

8. •Parámetros:
Donde:
??????????????????: Geological StrengthIndex, varía de 0 a 100, macizo de mala calidad a muy
buena respectivamente.
??????: DamageBlastFactor, varía de 0 a 1, macizo inalterado por intervención humana
a muy alterado respectivamente.
9
�
�=�
??????.??????
??????????????????−100
28−14??????
�=??????
??????????????????−100
9−3??????
??????=
1
2
+
1
6
??????
−??????????????????
15−??????
−
20
3

9. Envolvente de Mohr
10
??????=??????
′
+�??????�??????
′
.??????
??????
Donde:
??????
??????: Esfuerzo normal en plano de falla
??????: Esfuerzo cortante en plano de falla
??????: Cohesión
??????:Ángulo de fricción
??????
1=??????
�??????+??????.??????
3
Donde:
??????
�??????: Resistencia a la compresión uniaxial
??????: Constante en función del ángulo de fricción
??????=
1+�??????�??????
1−�??????�??????
En función de los esfuerzos normal y cortante:
En función de los esfuerzos principales:

10. Instrumentos

11. Maquina de compresión
triaxial

14. Célula de Hoek

15. Extractor de muestras

16. Prensa hidráulica de presión Manómetro

17. Se desarrolla sobre una muestra cilíndrica, la cual es
sometida a una carga axial (continua y gradual) y de
confinamiento (constante).
Preparación de Especímenes de Ensayo
Larazónlargo/anchodelaprobetadebeser2.0a2.5
Lasuperficielateraldelaprobetadebeserlisa.
Lasbasesdebenformarunángulorectoconelejede
laprobeta.
Elanchodemuestradebeser>10veceseltamaño
mediodelgrano.
ASTM D3148-02
Ensayo de compresión triaxial en roca intacta

18. Procedimiento de ensayo
La carga axial representa el esfuerzo principal
mayor (??????1), mientras que la tensión radial
producida por la presión hidráulica representa el
esfuerzo principal menor (??????3).
Permite construir la envolvente de esfuerzos
(criterio de falla de HoekBrown).
Efecto de la presión de confinamiento.
Los ensayos triaxiales nos permiten cuantificar el
aumento significativo en la resistencia de la roca
al aumentar la presión de confinamiento.
Los resultados de ensayos triaxiales nos permite
determinar módulo de deformación (E), el ángulo
de fricción interna, y la resistencia cohesiva.
También, se estima el criterio de rotura (H-B)
Cámaratriaxial (célula de Hoek)
??????1
??????3
??????1
??????3

19. Preparación del equipo para el ensayo
Inserción del maguito de goma Ensamblaje de célula
Procedimiento de ensayo

20. Drenaje del aire Inserción del testigo de roca

21. Colocación de asientos esféricos
dentro de la célula de aceite
Inicio del ensayo triaxial

22. Ensayo de compresión triaxial en roca intacta

23. Procedimiento de ensayo
Luego de alcanzar la rotura de la probeta, determinar los
siguientes datos:
-La carga o esfuerzo axial (??????1)
-Las deformaciones: axial (??????1) y transversal (??????2) de la probeta.
-El ángulo del plano de rotura.
-El ángulo que forman los planos de anisotropía con respecto a
la carga axial.

24. DIÁMETRO ALTURA
6.09 cm 11.85 cm
6.09 cm 11.95 cm
6.09 cm 12.10 cm
Toma de datos
Datos de la probeta: Datos del ensayo:
CARGA DE
ROTURA 1 (P)
344.6 KN
CARGA DE
ROTURA 2 (P)
400.1 KN
CARGA DE
ROTURA 3 (P)
566.8 KN

25. •Sección axial: ??????=
(6.09�??????)
2
4
??????=29.13??????�
2
Procesamiento de datos
Determinación del Círculo de Mohr
Descr.Altura
(cm)
Area
(??????�
2
)
Carga
(KN)
Carga
(Kg)
Conf.
(MPA)
Resistencia
(Kg/??????�
2
)
R.
Corregida
(MPa)
mi Ang.
Friccion
(rad)
Cohesion
(MPa)
M1
185.40
kg
11.8529.13344.635227.55 1209.4 118.123.2444.81 15.88
11.9529.13400.140901.110 1404.1 137.3
12.1029.13566.857942.420 1989.2 194.8

26. Finalmente usando los datos obtenidos en el
ensayo de compresión triaxial se puede
conocer el ángulo de fricción y la cohesión de
la roca intacta mediante el criterio de falla de
Mohr -Coulomb.
??????=??????+�??????�??????.??????
??????
Donde:
??????
??????: Esfuerzo normal en plano de falla
??????: Esfuerzo cortante en plano de falla
??????: Cohesión
??????:Ángulo de fricción

28. Procedimiento ASTM D2850
1. Concebir una idea general de la litología y estructuras de la roca.
2. Identificar las muestras.
3. Medir las dimensiones de la muestra para validar si satisface las condiciones del ensayo.
4. Se recubre la muestra con una membrana impermeable con el fin de evitar que el liquido usado para
generar presión de confinamiento no penetre en el testigo.
5. Se sitúa el testigo dentro de una cámara donde la muestra se someterá a una presión de
confinamiento determinada, esta se encuentra conectada con prensa hidráulica manipulada por un
encargado cuyo único fin es inyectar liquido hidráulico a la cámara y de esta forma fijar la presión de
confinamiento
6. Una persona se encarga de medir la presión a la cual está siendo sometida la muestra mediante un
manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica, la presión debe ser medida a cada instante
ya que al momento de fallar, la aguja que indica el valor de la carga vuelve al punto de partida.
7. Una segunda persona se encargará de ir aumentando la presión en la prensa hidráulica.
8. Una tercera persona deberá regular la presión confinante manteniéndola constante durante todo el
ensayo, esta presión puede ser cualquiera sin embargo es recomendado ir aumentándola de forma
progresiva dependiendo de la respuesta de la roca durante los ensayos.
9. Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura.
Ensayo de compresión triaxial en suelo

29. Procedimiento de ensayo
Preparación del equipo para el ensayo

30. Ensayo UU (no consolidado -no drenado) ejecutado a un suelo MH (limo de alta plasticidad)
Procedimiento de ensayo
Montaje de la pastilla Revestimiento de la pastilla con
membrana

31. Colocación de cámara Llenado de cámara con
lucita
Montaje en la prensa de carga

32. Falla del espécimen Procesamiento y captura de datos Lecturas de presiones y
contrapresiones

33. Resultados

36. Conclusiones
Llegamosacalcularlacohesiónyelángulodefriccióninterno,parámetrosquenospermitenhallarla
resistenciaalcortedelmacizorocoso.
Conestosparámetrospodremosdeducireltipoderesistenciasdelmacizorocosoparapoder
recomendareltipodesostenimientoenlalabor.
ConlaenvolventedeMohrpodemosobservarlazonadeseguridadylazonadenoseguridadyllegara
unpuntodeseguridadyposiblesmedidasdesostenimientoaaplicar.
Pudimosconocerqueelensayodecompresióntriaxialeslosmásusadosyconlosmejoresestándares
dedesarrollodelensayo.

37. Aplicaciones
Minado.
Excavación.
Extracción de hidrocarburos de los yacimientos.
Túneles.
Tiros de minas.
Excavaciones subterráneas.
Minas a cielo abierto (tajos).
Pozos de petróleo y de gas.
Cortes de carreteras.
Otras estructuras construidas con material
rocoso.

38. Recomendaciones
Se recomienda tres niveles de confinamiento.
Se recomienda hacer las mediciones del dimensionamiento con cuidado.
Se recomienda uso de lentes de seguridad.
Se recomienda usar los zapatos de seguridad para evitar daños.
Serecomienda usar guardapolvo.
Se recomienda usar guantes de seguridad.
Se recomienda alejarse un poco del equipo para poder evitar daños.