Fundamentos de la Resistencia y Deformación de Rocas: Conceptos Clave y Ensayos de Laboratorio

I. Conceptos Fundamentales de Resistencia y Deformación

FRACTURA

Formación de planos de separación en el material rocoso. Implica la rotura de enlaces para formar nuevas superficies. El inicio del fracturamiento no es sinónimo de falla.

RESISTENCIA PICO (PEAK)

Es el máximo esfuerzo que resiste una roca bajo ciertas condiciones.

RESISTENCIA RESIDUAL

Esfuerzo mínimo alcanzado después de deformaciones considerables.

RUPTURA FRÁGIL

Pérdida súbita de resistencia.

DEFORMACIÓN DÚCTIL/PLÁSTICA

La roca puede continuar deformándose sin perder capacidad de carga.

FLUENCIA

Punto en el cual la deformación deja de ser elástica y pasa a ser irrecuperable o plástica.

FALLA

Ocurre o se inicia en la resistencia pico (peak).

Comportamiento de las Rocas en la Naturaleza

En la naturaleza, la mayor parte de las rocas se consideran frágiles. Serían dúctiles las rocas muy meteorizadas, muy diaclasadas y las evaporitas.

II. Propiedades de la Roca Intacta y Terminología de Medición

Terminología de Medición

PRECISIÓN

Se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. (Cuanto menor es la dispersión, mayor es la precisión).

EXACTITUD

Se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor medido.

Características de la Roca

ROCA INTACTA

Volumen pequeño de roca a nivel macroscópico, el cual debe estar libre de irregularidades y discontinuidades que influyan en la cinemática de su ruptura.

POROSIDAD

Proporción entre la parte vacía de la roca y la parte sólida.

DURABILIDAD

Mide la tendencia de los componentes de la roca (Rx) a degradarse al exponerse al aire, agua, tiempo, etc. Es más aplicable a rocas blandas.

Importancia de los Ensayos de Roca Intacta (Ri)

Los ensayos de Ri son parte esencial de cualquier base de datos específica necesaria para el diseño. Proporcionan características de resistencia y rigidez, y son clave para la evaluación del Macizo Rocoso (MR).

III. Ensayos de Laboratorio para Determinar la Resistencia

Preparación de Testigos

El proceso de preparación de testigos incluye:

1. Extracción del testigo a partir de la colpa.
2. Corte con sierra de diamante.
3. Rectificado.

Ensayos de Tracción

Tracción Directa

Configuración natural para estimar la resistencia a la tracción. Es evitado debido a:

• Dificultad para sujetar los bordes de la muestra.
• La naturaleza frágil y baja resistencia a la tracción de muchas rocas.

Tracción Indirecta (Ensayo Brasileño)

Permite estimar la resistencia a la tracción. Es barato y fácil de realizar. La falla ocurre por una fractura de extensión a lo largo de un plano diametral paralelo al eje del cilindro.

Comparación Directa vs. Indirecta

El ensayo brasileño entrega valores más altos que el de tracción directa.

Ensayo de Corte Directo

Permite medir la resistencia al corte de manera directa de un plano de debilidad mediante la aplicación de un esfuerzo normal constante y un esfuerzo de corte.

Ensayo de Resistencia a la Compresión Uniaxial (RCU)

Se coloca una probeta cilíndrica de dimensiones conocidas en la prensa y se aumenta la fuerza hasta su rotura.

Modos de Falla en Compresión Uniaxial

• Extensión Simple: Falla a lo largo de un plano en la dimensión de compresión (muestra libre de discontinuidades microscópicas).
• Extensión Múltiple: Dos o más fracturas a lo largo del eje mayor de la muestra, con fracturas perpendiculares a esa dirección.
• Fracturamiento Múltiple: Desintegración de la muestra a lo largo de un número de planos en varios ángulos.
• Corte Múltiple: Fracturamiento que ocurre a lo largo de dos o más planos no paralelos situados de manera oblicua a la dirección de carga.
• Corte Simple: Uno o más planos de corte mayores situados oblicuamente a la dirección de carga.

Martillo de Schmidt

Ensayo simple y económico, utilizado como ensayo no destructivo en concreto y rocas.