UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTELABORATORIO DE MECANICA DE ROCASEscuela de Ingeniera de Minas

ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL

ObjetivoEste ensayo determina la resistencia a la compresin de un testigo cilndrico de roca en estado no drenado bajo una presin de confinamiento.Nos provee de los valores necesarios para graficar la envolvente de esfuerzos (Mohr) y a partir de sta calcular el valor del ngulo de friccin interna y la cohesin aparente de la roca.

UsoComo sabemos la roca a profundidad se comporta en funcin de la presin de confinamiento existente en el terreno. El ensayo de compresin triaxial es comnmente usado para simular las condiciones que existen en la masa rocosa subterrnea.

TeoraEn un ensayo de compresin triaxial la carga axial y su esfuerzo principal correspondiente simulan el esfuerzo principal mayor que acta en la corteza 1, mientras que la tensin radial producida por la presin hidrulica representa el esfuerzo principal menor 3.Cuando se indica un valor de resistencia a la compresin triaxial, habr que mencionar necesariamente la presin de confinamiento (P) que se aplic durante el ensayo. Para encontrar una relacin entre 1 = f(3), donde 3 es la presin de confinamiento y 1 la resistencia a la compresin triaxial, habr que realizar varios ensayos, en cada uno de los cuales se aplicarn diferentes presiones de confinamiento.Cada par de valores 1 y 3 sirven para construir dos tipos de grficos. El primer tipo representa el lugar geomtrico de la relacin existente entre 1 y 3 (figura 1). El segundo tipo de grfico nos permite construir los crculos de Mohr en los ejes para luego trazar la envolvente de Mohr (figura 2).

Figura 1: Envolvente de esfuerzo

Figura 2: Criterio de falla de Mohr Coulomb

EquipoEl equipo consiste de tres partes: Una celda triaxial, un equipo de carga y un equipo para generar presin de confinamiento.Celda triaxial (figura 3): El cuerpo de la celda debe tener dos conexiones: uno para la entrada del aceite y otro para la salida del aire. Una chaqueta impermeable y flexible de caucho que debe tener el mismo dimetro que el del testigo. El testigo quedar dentro de la chaqueta totalmente rodeado por el aceite sin que ste penetre en la roca. Dos platinas con asientos esfricos y dureza Rockwell 58 HRC se colocan a ambos lados del testigo. El dimetro de las platinas ser de D y el espesor de por lo menos D/3 donde D es el dimetro del testigo.

Figura 3: Celda triaxial

Equipo para aplicar y medir la carga axial Una prensa que puede aplicar y medir la carga axial sobre el testigo, con una capacidad de carga de 100 toneladas y que cumpla con los requerimientos de la Norma ASTM E4 y British Standard 1610. El bloque de asiento esfrico de la mquina debe ser retirado. Las caras de carga de la mquina deben estar paralelas entre s.Equipo para generar y medir la presin de confinamiento Una bomba hidrulica capaz de mantener constante la presin de confinamiento (3) con no ms del 2% de desviacin del valor deseado. Un manmetro que permite observar y registrar que la presin de confinamiento se mantenga constante.

Preparacin de testigos Los testigos deben ser cilndricos circulares con una relacin longitud-dimetro (L/D) entre 2 y 2.5. La relacin entre el dimetro del testigo y el dimetro del grano ms grande de la roca debe ser como mnimo de 10 a 1. La superficie del testigo debe ser lisa y libre de irregularidades abruptas, con todos sus elementos alineados sin desviarse ms de 0.5 mm a lo largo del testigo. Las bases deben ser paralelas entre s, sin desviarse ms de 0.025 mm y perpendiculares con respecto al eje longitudinal del cilindro sin apartarse ms de 0.05 mm en 50 mm. No se permiten testigos que estn cubiertos con otro material o que tengan algn tratamiento superficial diferente al de la mquina refrendadora. El dimetro debe ser medido con aproximacin a 0.1 mm y ser el promedio de las medidas de dos dimetros perpendiculares entre s y tomadas en tres partes del testigo: superior, medio, inferior. La altura debe ser tomada con aproximacin al mm. La condicin de humedad del testigo puede tener un efecto significativo en la resistencia que pueda alcanzar la roca. Los testigos no deben ser almacenados por ms de 30 das. Una buena prctica es tratar de conservar las condiciones de humedad natural del testigo hasta el momento del ensayo. El nmero de testigos a ensayar depende del nmero de las diferentes presiones de confinamiento con las que se desea ensayar.

Procedimiento La celda es ensamblada con el testigo instalado en la chaqueta y entre las platinas. El testigo, las platinas y los asientos esfricos deben estar alineados entre s. Los asientos esfricos estarn ligeramente lubricados con grasa o aceite. La celda triaxial se llena con aceite permitiendo que el aire salga por la conexin de escape. Nos aseguramos que la chaqueta no tenga fisuras ni huecos en de cada ensayo, de manera que el aceite no penetre en el testigo. La celda se instala en el equipo de aplicacin de carga normal. Se establece la presin de confinamiento en el nivel predeterminado y se mantiene constante, entonces se aplica la carga normal. El mximo valor de carga axial y su correspondiente presin de confinamiento se registran. Se repite el procedimiento para otro valor de presin de confinamiento.

Clculos La resistencia a la compresin (1) se calcula dividiendo el mximo valor de la carga aplicada al testigo y el rea de la seccin transversal del testigo. Las presiones de confinamiento con sus correspondientes valores mximos de resistencia a la compresin se grafican; el valor de presin de confinamiento en las abscisas y el valor de resistencia a la compresin en las ordenadas (figura 1). Se juntan los puntos con una lnea que para consideraciones prcticas ser una recta caracterizada por su pendiente m y su ordenada en el origen b Con m y b obtenemos el ngulo de friccin y el valor de cohesin aparente C usando:

Una forma ms directa de hallar y C es graficar la envolvente de los crculos de Mohr: 1 y 3 en las abscisas y la resistencia al corte en las ordenadas (figura 2). Tambin ser necesario el valor de traccin indirecta y compresin simple. Luego se traza una recta tangente a los crculos. El ngulo que forma esta recta con el eje de las abscisas ser el valor de y la interseccin de la recta con el eje de las ordenadas ser el valor de C.

Informe Nombre del proyecto, tipo de roca y lugar de procedencia de la muestra. Fecha de recepcin de la muestra. Fecha de ejecucin del ensayo. Nmero de testigos ensayados. Condicin de la humedad de la muestra al momento del ensayo Nmero, longitud, dimetro, rea, carga mxima, resistencia a la compresin triaxial y presin de confinamiento. Grfico vs Crculos de Mohr. Los valores de C y junto con el rango de presiones en el que son vlidos. Dibujo esquemtico del tipo de falla.

ReferenciasASTM D 2664-86ISRM Suggested Methods for Determining the Strength of Rock Materials in Triaxial Compression.