pabloeduardonarvaezcampo.2011.parte1.pdf

EFECTOS DEL FRACTURAMIENTO EN MUESTRAS DE ROCAS EN LA PROPAGACIÓN DE ONDAS

PABLO EDUARDO NARVÁEZ CAMPO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA BOGOTÁ, COLOMBIA

2011

EFECTOS DEL FRACTURAMIENTO EN MUESTRAS DE ROCAS EN LA PROPAGACIÓN DE ONDAS

PABLO EDUARDO NARVÁEZ CAMPO

Tesis de Investigación presentada como requisito parcial para optar al título de

MAGISTER EN INGENIERÍA GEOTECNIA

Director: PhD. Carlos Eduardo Rodríguez Pineda

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA BOGOTÁ, COLOMBIA

2011

A: Dios: Mi guía, Mi luz, Mi fortaleza.

AGRADECIMIENTOS A mis padres por su inmenso apoyo a lo largo de todo este tiempo, sin ustedes no

podría haber sido posible. Infinitas Gracias.

Ana Carolina gracias por todo tu apoyo y paciencia.

Al director del proyecto, Ph. D. Ing. Carlos Eduardo Rodríguez Pineda, por la

dedicación prestada a lo largo del desarrollo de la presente investigación.

Al M.Sc. Ingeniero. Álvaro Orlando Pedroza Rojas, por su asesoría y su tiempo

dedicado al desarrollo del proyecto.

A todos mis profesores de posgrado, gracias por todo su conocimiento brindado.

A los señores laboratoristas, gracias por su ayuda incondicional.

A todos mis amigos y compañeros de posgrado.

Resumen

La creciente urbanización de los países ha acelerado la ocupación de macizos rocosos en el desarrollo de proyectos civiles; es por esto que se crea la necesidad de conocer profundamente el comportamiento de estos materiales ante la solicitación de cargas estáticas y dinámicas.

En Colombia, existe amplio conocimiento del comportamiento mecánico de rocas aflorantes, obtenido a través de la aplicación de un análisis comparativo entre dos niveles de escala, mega (macizo rocoso) y macro (especímenes de roca). Sin embargo, en cuanto al comportamiento dinámico, el conocimiento es limitado, específicamente sobre rocas sedimentarias colombianas, donde no es muy prolifera la investigación orientada al análisis comparativo entre las propiedades de propagación de ondas en dos niveles de escala de longitud del objeto estudiado.

Es así como en la presente investigación de carácter experimental, a nivel de laboratorio, está orientada a evaluar el efecto de las discontinuidades del macizo rocoso sobre la propagación de ondas sísmicas, a partir de medidas de pulsos ultrasónicos sobre especímenes de roca.

Se evaluaron las siguientes propiedades de propagación de ondas compresionales: Velocidad compresional, Amplitud máxima, Amplitud RMS, Amplitud absoluta promedio, Amplitud de Fourier, frecuencia fundamental, factor de atenuación, llegando a la conclusión de dichas propiedades son sensibles al fracturamiento que presenta el material, en este caso el fracturamiento presente en los especímenes de Arenisca Dura del Grupo Guadalupe.

Se lograron establecer relaciones entre las propiedades físicas y el nivel de fracturamiento presentes en los especímenes de roca, y su influencia en las propiedades de propagación de ondas compresionales.

Palabras clave: Velocidad Compresional, Arenisca Dura del Grupo Guadalupe, Efecto del Fracturamiento, Muestras de Roca, Técnica Ultrasónica.

Abstract

The increasing countries urbanization has accelerated the occupation of rock masses in the civil projects development; this is why establishing the need to understand deeply the behavior of these materials to the solicitation of static and dynamic loads.

In Colombia, there is extensive knowledge about mechanical behavior of rock outcrop, obtained through the application of a comparative analysis between two levels of scale, mega (rock mass) and macro (specimens of rock). However, as the dynamic behavior, knowledge is limited, specifically on sedimentary rocks in Colombia, where proliferation is not research-oriented comparative analysis of wave propagation properties at two levels of scale length of the object studied.

Thus, in this study of an experimental nature in the laboratory, aims to evaluate the effect of rock mass discontinuities on the propagation of seismic waves from ultrasonic pulse measurements on rock specimens.

the following properties of compressional wave propagation were evaluated: compressional speed, maximum amplitude, RMS amplitude, average absolute amplitude, Fourier amplitude, fundamental frequency, and damping factor; leading to the conclusion of these properties are sensitive to which the material fracture In this case, the fracturing present in specimens of hard sandstone Guadalupe Group.

Be able to establish relationships between physical properties and the level of fracturing present in the specimens of rock, and their influence on the properties of compressional wave propagation.

Keywords: Wave Propagation, Guadalupe Group’s Hard Sandstone, Fracturing Effect, Rock Sample, Ultrasonic Technique.

CONTENIDO

pág.

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN 23

1.1 INTRODUCCIÓN 23

1.2 OBJETIVOS 25

CAPITULO 2. MARCO TEÓRICO 26

2.1 TÉCNICAS NO DESTRUCTIVAS 26

2.1.1 Métodos acústicos. 26

2.1.2 Técnica ultrasónica. 27

2.2 ATENUACIÓN 38

CAPITULO 3. EQUIPOS UTILIZADOS Y FORMA DE TOMA DE DATOS 42

3.1 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES DINÁMICAS – TÉCNICA ULTRASÓNICA 42

3.2 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS 47

3.3 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS 48

CAPITULO 4. ANTECEDENTES 53

4.1 EFECTOS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD 53

4.2 EFECTOS DE LA POROSIDAD 55

4.3 EFECTOS DE LA PRESIÓN 64

4.4 EFECTOS DE LA DENSIDAD 69

4.5 EFECTOS DEL FRACTURAMIENTO 71

4.6 ESTUDIOS REALIZADOS SOBRE ROCAS COLOMBIANAS 86

4.6.1 Comportamiento físico – mecánico – dinámico 86

CAPITULO 5. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES DE ENSAYO 95

5.1 MATERIAL DE ENSAYO 95

5.1.1 Geología regional 97

5.1.2 Bloque tectónico de la Sabana de Bogotá – Anticlinorio de los farallones 97

5.1.3 Descripción de afloramientos 105

5.1.4 Descripción de perforaciones 118

CAPITULO 6. METODOLOGÍA 143

6.1 FASE I 143

6.1.1 Identificación de núcleos recuperados, teniendo en cuenta las ubicaciones de las perforaciones y la orientación de las mismas 143

6.1.2 Tallado de los especímenes, cumpliendo lo expuesto en el numeral 2.1.2 del presente documento 145

6.1.3 Medición de dimensiones de los especímenes, altura (h) y diámetro (D) promedios; promediando tres lecturas para cada dimensión 145

6.1.4 Peso de los especímenes (W) 146

6.1.5 Registro de parámetros para clasificación visual 146

6.1.6 Determinación de propiedades dinámicas, aplicando la técnica ultrasónica (numeral 3.1) 147

6.2 FASE II 158

6.2.1 Determinación de propiedades físicas 158

6.2.2 Determinación de propiedades mecánicas 158

CAPITULO 7. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 162

7.1 EFECTO DEL FRACTURAMIENTO EN LAS PROPIEDADES DE PROPAGACIÓN DE ONDAS COMPRESIONALES 162

7.2 EFECTO DE OTRAS PROPIEDADES DEL MATERIAL ROCOSO EN LAS PROPIEDADES DE PROPAGACIÓN DE ONDAS COMPRESIONALES 188

7.2.1 Efecto de la densidad 188

7.2.2 Efecto de la humedad 194

7.2.3 Efecto del contenido de arcilla 199

7.3 EVALUACIÓN DE PROPIEDADES DE PROPAGACIÓN DE ONDAS PARA ESPECÍMENES ANTES Y DESPUÉS DE FALLA 201

7.4 PROPIEDADES MECÁNICAS Y PROPIEDADES DE PROPAGACIÓN 203

7.4.1 Compresión inconfinada 203

7.4.2 Martillo Schmidt 221

7.4.3 Compresión Triaxial 226

CAPITULO 8. CONCLUSIONES 230

BIBLIOGRAFÍA 239

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 5.1. Datos de discontinuidades existentes. 107

Tabla 5.2. Deere., (1963). 108

Tabla 5.3. Familias de discontinuidades (Rumbo – Buzamiento). 108

Tabla 5.4. Datos de discontinuidades existentes. 114

Tabla 5.5. Familias de discontinuidades (Rumbo – Buzamiento). 115

Tabla 5.6. Datos de perforación – Afloramiento 1. 120

Tabla 5.7. Datos de perforación – Afloramiento 2. 134

Tabla 6.1. Datos de amplitudes en función del tiempo – Oscilograma del espécimen MA-3a1 153

Tabla 6.2. Amplitudes Absolutas – Espécimen MA-3a1 154

Tabla 6.3. Valores espectro de Fourier – Espécimen MA-3a1 – Condición Natural 155

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 2.1. Datos de E dinámico y E estático (Stacey, 1977). 30

Figura 2.2. Técnica de ultrasonido – Método de transmisión. 31

Figura 2.3. Métodos de lecturas de ultrasonidos. 32

Figura 2.4. Métodos de lecturas de ultrasonidos. 33

Figura 2.5. Características básicas de transductor encapsulado. 34

Figura 2.6. Valores permisibles del diámetro del espécimen y del tamaño del grano versus la relación de velocidad de propagación a frecuencia resonante. 37

Figura 3.1. Oscilograma de la señal generada (espécimen MA-1c). Utilizando el montaje experimental mostrado en la fotografía 3.1. 44

Figura 3.2. Determinación de la amplitud máxima registrada en el oscilograma de la señal (Amax). 44

Figura 3.3. Espectro de Amplitud para el espécimen MA-1c. 46

Figura 4.1. (a). (b). Efecto de la saturación de agua en las velocidades compresionales. (Reproducido por Barton 2007). 54

Figura 4.2. Dependencia de Qsis con la presión y la saturación. (Datos de Gardner et al., 1964). 55

Figura 4.3. Vp versus porosidad, para calizas, areniscas y granitos (meteorizados, fisurados). (Fourmaintraux, 1995). 56

Figura 4.4. Efectos de la variación de la porosidad en la velocidad de ondas compresionales en muestra de roca seca (doleritas). (Kelsall et al., 1986) 57

Figura 4.5. (a, b). Calcitas, presión efectiva de 10 a 50 MPa, (Cadoret, 1993., Lucet, 1989., Yale y Jamieson, 1994). (c). Areniscas de alta porosidad: presión efectiva de 35 a 40 MPa, (Strandenes, 1991). (d). Areniscas: presión efectiva de 30 a 40 MPa, (Han, 1986). (Tomado de Mavko et al., 1998). 58

Figura 4.6. Especificaciones de condiciones de areniscas: Cuarzo-cementada, Arcilla-cementada, No cementada, y especificaciones del efecto del nivel de esfuerzos, aplicado al material no cementado (Dvorkin., Nur. 1998). 59

Figura 4.7. Efecto del porcentaje del contenido de arcilla en la variación de Vp para areniscas secas, para determinados valores de porosidad. (Wilkens et al., 1984) 60

Figura 4.8. (a). Sin clasificar datos de Vp – n% para areniscas con contenido de arcilla <35%. (b). Diferenciación de tendencias de los valores de Vp-n% por el contenido de arcilla. Gutiérrez, 2001 (c, d). Presentación en más detalle de los datos de Han, 1986. (Datos reportados por Yan, 2003) 61

Figura 4.9. Velocidad de ondas compresionales a 1 MHz de frecuencia y 40 MPa de presión de confinamiento, a una determinada porosidad y contenido de arcilla. (Klimentos, 1991) 62

Figura 4.10. Relación de Qp/Qs versus propiedades físicas de las rocas. (Mohiuddin et al., 2001). 63

Figura 4.11. Qsis como función de la porosidad para rocas ígneas y metamórficas (triángulos), calizas (cuadrados), y areniscas (círculos). De Bradley y Fort 1966, Reproducido por Johnston et al., (1979). 63

Figura 4.12. Factor de calidad sísmico versus el contenido de arcilla para 39 areniscas con porosidades de 6 a 36%. (Tomado de Klimentos y McCann., 1990). 64

Figura 4.13. Decaimiento de la velocidad compresional y cortante, en función de la presión diferencial. (Toksöz et al., 1979). 65

Figura 4.14. Decaimiento de la atenuación ultrasónica y sónica, en función de la presión de confinamiento. (Lucet et al., 1992). 66

Figura 4.15. Dependencia de la atenuación de ondas compresionales y cortantes (Q=1/ ), con la presión diferencial. (Toksöz et al., 1979) 67

Figura 4.16. Factor de calidad sísmico Q versus la presión de confinamiento. (Tao et al., 1995; Best., 1997). 67

Figura 4.17. Comparación de respuestas de Vp, Vs y Qp, Qs para areniscas saturadas con presencia de microfisuras, para presiones de confinamiento de 5 a 60 MPa. (Best, 1997) 68

Figura 4.18. Efectos de la densidad seca en los valores de Vp de muestras (doleritas) secadas al aire. (Kelsall et al., 1986). 70

Figura 4.19. Areniscas a presiones efectivas de 30 a 40 MPa. (Han, 1986; Strandenes, 1991; Después Mavko et al, 1998). 71

Figura 4.20. Comparación de espectros de onda P, obtenidos para especímenes intactos y fracturados en estado de saturación y sequedad (Pyrak et al., 1990).

73

Figura 4.21. Comparación de la señal de onda compresional a través de una muestra de roca intacta y fracturada. Fracturamiento perpendicular a la dirección de propagación de la onda (Pyrak et al., 1996). 75

Figura 4.22. Ondas de corte recibidas para muestra intacta a un rango de esfuerzos de 0.25 a 8.72 MPa (Pyrak et al., 1996). 76

Figura 4.23. Ondas de corte medidas en espécimen fracturado, para tasas de esfuerzos normales de 2.04 a 8.72 MPa. (Pyrak et al., 1996). 77

Figura 4.24. Forma de onda compresional (P), incidente y recibida, para un medio fracturado (Boadu., 1997). 78

Figura 4.25. Variación de la velocidad de onda (P) con los parámetros de masa de roca fracturada. (a) Índice de discontinuidad Id: (b) densidad de fracturación lineal; (c) designación de calidad de roca (RQD); (d) parámetro de densidad de fractura (Boadu., 1997). 79

Figura 4.26. (a). Corte transversal del cargador estático y dinámico (b). Carga principal y dirección de medida de velocidades, con nueve componentes de direcciones de ondas P y ondas S, y la dirección de vibración de las ondas S. (King., 2002). 80

Figura 4.27. Velocidades medidas y modeladas para areniscas de Crossland Hill, como función de esfuerzos durante ciclos de fracturamiento. (a). Onda P. (b). Onda S (King., 2002) . 81

Figura 4.28. Velocidades medidas y modeladas para areniscas de Crossland Hill, como función de esfuerzos hidrostáticos durante ciclos de cerrado de las fracturas. (a). Onda P. (b). Onda S (King., 2002). 82

Figura 4.29. Coeficientes de rugosidad de las fracturas (FRC). (Kahraman., 2002). 83

Figura 4.30. Velocidad de onda compresional versus FRC, para granito). (Kahraman., 2002). 83

Figura 4.31. Montaje experimental para la obtención de ondas P y S, en bloques con fracturas sintéticamente elaboradas (Leucci y De Giorgi., 2006). 85

Figura 4.32. (a). Velocidad de onda P y S, en función de la densidad de fracturamiento lineal. (b). Relación Vp/Vs en función de la densidad de fracturamiento lineal (Leucci y De Giorgi., 2006). 85

Figura 4.33. Ondas P. (a). Sismograma obtenido. Arribos de ondas P, para el caso de fracturas abiertas y llenas de aire. (b). Amplitudes espectrales (Leucci y De Giorgi., 2006). 86

Figura 4.34. (a). Rocas Sedimentarias Colombianas, Correa, 1988. (b). Rocas Sedimentarias, Deere y Miller, 1966. Tomado de Correa, A., Pedroza, A, 2006.

88

Figura 4.35. Relación entre Densidad y Velocidad de ondas compresional. Datos reportados en Ramírez et al., (2000). (Análisis de Datos: Presente Investigación). 91

Figura 4.36. Relación entre resistencia a la compresión inconfinada, Velocidad compresional y Densidad. Datos reportados en Ramírez et al., (2000). (Análisis de datos realizados en la Presente Investigación). 92

Figura 4.37. Relación entre velocidad de onda compresional (Vp) – Resistencia a la compresión inconfinada ( c) – Peso unitario ( ). 93

Figura 5.1. Localización geográfica del sitio de estudio. 96

Figura 5.2. Datos Columna estratigráfica del Grupo Guadalupe y la Formación Guaduas en la región del Boquerón de Tabio y comparación entre las diferentes nomenclaturas (JULIBERT., 1968). 100

Figura 5.3. Formaciones Plaeners y Labor - Sección Vereda los Puentes – Mondoñedo. (Acosta y Ulloa., 1997). 101

Figura 5.4. Formaciones Arenisca Tierna - Sección Vereda Piedra Colorada Subachoque (Acosta y Ulloa., 1997). 102

Figura 5.5. Ubicación – Perfil Estratigráfico (Macizo Rocoso Mondoñedo). 104

Figura 5.6. Perfil litológico, Macizo rocoso Mondoñedo, Afloramiento 1. 106

Figura 5.7. Sectorización cinemática, afloramiento 1. 109

Figura 5.8. Perfil litológico, Macizo rocoso Mondoñedo, Afloramiento 2. 112

Figura 5.9. Sectorización cinemática, afloramiento 2. 116

Figura 5.10. Ubicación puntos de perforación – Afloramiento 1. 122

Figura 5.11. Ubicación puntos de perforación – Afloramiento 2. 136

Figura 6.1. Oscilogramas – Espécimen MA-3a1. (a). Condición Natural. (b) Condición Seca. (c). Condición saturada. 149

Figura 6.2. Determinación de la amplitud máxima – Espécimen MA-3a1. (a). Condición Natural. (b) Condición Seca. (c). Condición saturada. (d). Pos Falla. 151

Figura 6.3. Espectros de Fourier – Espécimen MA-3a1. (a). Condición natural. (b). Condición Seca. (c). Condición Saturada. 156

Figura 6.4. Esfuerzo Axial Versus Deformación axial y deformación radial 159

Figura 6.5. Curva esfuerzo deformación – Triaxial 160

Figura 6.6. Trayectoria de esfuerzos – Diagrama (p-q) 161

Figura 7.1. Efecto del fracturamiento y densidad en la velocidad de propagación de ondas compresionales (Vp). 163

Figura 7.2. Efecto del fracturamiento y porosidad en la velocidad de propagación de ondas compresionales (Vp). 164

Figura 7.3. Efecto del fracturamiento y propiedades físicas en la longitud de onda compresional ( ). (a). Densidad. (b). Porosidad. 165

Figura 7.4. Efecto del fracturamiento en la Amplitud Absoluta Promedio. 167

Figura 7.5. Densidad de fracturamiento lineal ( ) versus Amplitud Absoluta Promedio. 168

Figura 7.6. Efecto del fracturamiento en la Amplitud Absoluta Promedio. (a). Densidad. (b). Porosidad. 169

Figura 7.7. Densidad de fracturamiento lineal ( ) versus Amplitud RMS. 170

Figura 7.8. Efecto del fracturamiento en la Amplitud Máxima. (a). Densidad. (b). Porosidad. 171

Figura 7.9. Densidad de fracturamiento lineal ( ) versus Amplitud Máxima. 172

Figura 7.10. Efecto del fracturamiento en el Factor de Atenuación . (a). Densidad. (b). Porosidad. 173

Figura 7.11. Densidad de fracturamiento lineal ( ) versus Factor de Atenuación . 174

Figura 7.12. Efecto del fracturamiento en el Factor de Calidad Sísmico Qp. (a). Densidad. (b). Porosidad. 175

Figura 7.13. Densidad de fracturamiento lineal ( ) versus Factor de Calidad Sísmico (Qp) 176

Figura 7.14. Efecto del fracturamiento en la Amplitud_Fourier. (a). Densidad. (b). Porosidad. 179

Figura 7.15. Densidad de fracturamiento lineal ( ) versus Amplitud_Fourier. 180

Figura 7.16. Efecto del fracturamiento en la (Amplitud_Fourier)^2. (a). Densidad. (b). Porosidad. 181

Figura 7.17. Densidad de fracturamiento lineal ( ) versus Amplitud_Fourier^2 182

Figura 7.18. Efecto del fracturamiento – Densidad. (a). Amplitud_Fourier RMS. (b). Energía MSA 183

Figura 7.19. Efecto del fracturamiento – Porosidad. (a). Amplitud_Fourier RMS. (b). Energía MSA 185

Figura 7.20. Densidad de fracturamiento lineal ( ) versus (a). Amplitud_Fourier RMS. (b). Energía MSA 186

Figura 7.21. (a) Distribución normal de las propiedades físicas para cada afloramiento. (a). Densidad – t. (b). Porosidad – n%. 189

Figura 7.22. Velocidad de ondas compresionales (Vp) “versus” (a). Densidad. (b). Porosidad. 191

Figura 7.23. Correlaciones entre propiedades físicas y velocidad de propagación de ondas compresionales. 192

Figura 7.24. Velocidad de ondas compresionales en especímenes de roca en estado seco “versus” Velocidad de ondas compresionales en especímenes de roca en estado saturado. 195

Figura 7.25. Velocidad compresional versus densidad – en función del contenido de agua 196

Figura 7.26. Coeficiente de atenuación versus densidad – en función del contenido de agua 197

Figura 7.27. Correlaciones entre la humedad de los especímenes de roca en estado saturado y la velocidad de onda compresional en estado natural y estado saturado. 198

Figura 7.28. Influencia del contenido de arcilla en la velocidad de propagación de ondas compresionales. (Rangos de porcentaje de arcilla establecidos por Klimentos, 1991) 200

Figura 7.29. Influencia del contenido de arcilla en la velocidad de propagación de ondas compresionales. (Rangos de porcentaje de arcilla establecidos por Wilkens et al, 1984) 200

Figura 7.30. Distribución normal de la Amplitud máxima, sobre especímenes de roca antes y después de falla. 201

Figura 7.31. Distribución normal de la velocidad compresional, sobre especímenes de roca antes y después de falla. 200

Figura 7.32. Resistencia a la compresión inconfinada versus velocidad de onda compresional. 203

Figura 7.33. Resistencia a la compresión inconfinada versus Velocidad de onda compresional, en función de la densidad 204

Figura 7.34. Relación entre resistencia a la compresión inconfinada y velocidad de onda compresional. Tomada de Torres, (2005). 206

Figura 7.35. Relación entre la resistencia a la compresión inconfinada y la humedad natural. 206

Figura 7.36. Tendencias ( c – Vp) para rocas sedimentarias del Grupo Guadalupe. 207

Figura 7.37. Tendencias ( c – Vp) para rocas sedimentarias del Grupo Guadalupe. 208

Figura 7.38. Rocas Sedimentarias, Deere y Miller, 1966. Puntos rojos (Rocas sedimentarias, Presente Investigación) 209

Figura 7.39. . Rocas Sedimentarias colombianas, Correa A, 1998. Puntos rojos (Rocas sedimentarias, Presente Investigación) 210

Figura 7.40. Módulo de deformación estático versus densidad. 212

Figura 7.41. Módulo de deformación estático versus porosidad. 213

Figura 7.42. Módulo de deformación estático versus humedad natural. 214

Figura 7.43. Módulo de deformación estático versus velocidad compresional. (a). Datos de Ramírez et al, 2000; Presente Investigación. (b). Correlación de conjunto de datos para rocas sedimentarias – Areniscas – Grupo Guadalupe. 215

Figura 7.44. Módulo de deformación estático versus Amplitud absoluta promedio. 216

Figura 7.45. Módulo de deformación dinámico versus velocidad de onda compresional. Presente Investigación. 217

Figura 7.46. Módulo de deformación dinámico versus velocidad de onda compresional. Datos reportados por varios investigadores sobre rocas sedimentarias colombianas. Ramírez et al, 2000; Torres, 2005; Presente Investigación. 218

Figura 7.47. Módulo de deformación dinámico versus velocidad de onda compresional. Ramírez et al, 2000; Presente Investigación. 219

Figura 7.48. Módulo de deformación Estático versus módulo de deformación dinámico. 220

Figura 7.49. Módulo de deformación cortante dinámico versus velocidad compresional (Presente Investigación). 221

Figura 7.50. Relaciones entre dureza del martillo Schmidt (Ip). (a). Densidad. (b). Porosidad. 222

Figura 7.51. Relaciones entre c*, (a). Densidad. (b). Porosidad. 223

Figura 7.52. Relaciones entre c*, (a). Velocidad de onda compresional. (b). Amplitud absoluta promedio. 225

Figura 7.53. Determinación de la resistencia a la compresión simple ( c*) a partir de la dureza del martillo Schmidt (Ip) 226

Figura 7.54. Densidad de Fracturamiento lineal ( ) versus resistencia al corte ( ). 227

Figura 7.55. Resistencia al corte ( ) versus esfuerzo de confinamiento ( 3). 228

Figura 7.56. Diagrama p-q – Trayectoria de Esfuerzos 229

Figura 7.57. Esfuerzo Cortante – Esfuerzos Normales 229

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

pág.

Fotografía 3.1. Montaje experimental – Obtención de Propiedades Dinámicas. (Laboratorio de Ingeniería - Geotecnia, Universidad Nacional de Colombia – Bogotá) 42

Fotografía 3.2. Prensa de compresión. (Laboratorio de Ingeniería - Geotecnia, Universidad Nacional de Colombia – Bogotá) 49

Fotografía 5.1. Afloramiento 1, posterior a su limpieza. 105

Fotografía 5.2. Bloque de arenisca aflorante. 107

Fotografía 5.3. Desplazamiento relativo – bloque costado norte, afloramiento 1. 110

Fotografía 5.4. Estrías de falla. 110

Fotografía 5.5. Brecha de falla. 111

Fotografía 5.6. Afloramiento 2, posterior a su limpieza. 112

Fotografía 5.7. Bloque de arenisca aflorante. 113

Fotografía 5.8. Levantamiento – Número de discontinuidades por metro lineal. 114

Fotografía 5.9. Plano de contacto – Formación Plaeners – Formación Arenisca Dura. 117

Fotografía 5.10. Desplazamiento relativo, Inmediaciones afloramiento 2. 118

Fotografía 5.11. Sistema mecánico por rotación. 119

Fotografía 5.12. Arreglo equipo de perforación. (a) Normal a estratificación. (b) Paralela a estratificación. 120

Fotografía 5.13. Núcleo recuperado (MA-1) – Perforación P-1. 122

Fotografía 5.14. Familias de discontinuidades presentes (a). Familia 1 (b). Familia 2 - Núcleo MA-1. 123








Fotografía 5.22. Familias de discontinuidades presentes - Familia 1 - Núcleo MA-6. 130





Fotografía 5.27. Arreglo equipo de perforación. Paralela a planos de estratificación. 134


Fotografía 5.29. Familia de discontinuidad presente - Núcleo MA-5. 137


Fotografía 5.31. Familias de discontinuidades presente - Núcleo MA-9. 139


Fotografía 5.33. Familias de discontinuidades presente - Núcleo MA-10. 140


Fotografía 5.35. Familias de discontinuidades presentes - Núcleo MA-11. 142

Fotografía 6.1. Perforación P-3 – Afloramiento 1- Dirección paralela a los planos de estratificación. 144

Fotografía 6.2. Núcleo recuperado en la Perforación (P-3) 144

Fotografía 6.3. Tallado del espécimen (MA-3a1) 145

Fotografía 6.4. Núcleo MA-3 146

Fotografía 6.5. Instalación de deformimetros 159

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Resumen de Datos Experimentales

Anexo B. Resumen Ensayos Compresión Inconfinada

Anexo C. Resumen Ensayos Compresión Triaxial

23

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN

1.1 INTRODUCCIÓN

La creciente urbanización de los países ha acelerado la ocupación de macizos rocosos en el desarrollo de proyectos civiles; es por esto que se crea la necesidad de conocer profundamente el comportamiento de estos materiales ante la solicitación de cargas estáticas y dinámicas. En Colombia, existe amplio conocimiento del comportamiento mecánico de rocas aflorantes, obtenido a través de la aplicación de un análisis comparativo entre dos niveles de escala, mega (macizo rocoso) y macro (especímenes de roca). Sin embargo, en cuanto al comportamiento dinámico, el conocimiento es limitado, específicamente sobre rocas sedimentarias colombianas, donde no es muy prolifera la investigación orientada al análisis comparativo entre las propiedades de propagación de ondas en dos niveles de escala de longitud del objeto estudiado. En macizos rocosos, las discontinuidades (diaclasas, planos de sedimentación, fracturas) existentes son, entre otros aspectos, elementos que determinan su heterogeneidad, calidad y comportamiento geomecánico. Teniendo en cuenta lo anterior, la presente investigación de carácter experimental, a nivel de laboratorio, está orientada a evaluar el efecto de las discontinuidades del macizo rocoso sobre la propagación de ondas sísmicas, a partir de medidas de pulsos ultrasónicos sobre especímenes de roca. Lo anterior surge a partir de identificar que en la literatura científica es difícil encontrar investigaciones que establezcan, en forma simultánea, relaciones entre las respuestas dinámicas de dos o más niveles dimensionales del objeto investigado, a partir de la evaluación sistemática de la propagación de ondas en cada una de las escalas; en contraposición a los importantes adelantos investigativos conducentes a correlacionar las propiedades estáticas del medio rocoso, en un ambiente natural, con las propiedades estáticas de la roca intacta. Por tal motivo, en la presente investigación se desarrolla la caracterización dinámica, a nivel de laboratorio, de muestras de roca que presentan un modo

24

patrón de fracturas, con el fin de que los resultados posteriormente sean objeto de estudio para la obtención de un análisis global; fundamentado en el proceso investigativo llevado a cabo por el Ingeniero Álvaro Orlando Pedroza Rojas, en su Tesis Doctoral Titulada “Influencia de las Propiedades de los Macizos Rocosos en la Atenuación de Ondas Sísmicas”, de la Universidad Nacional de Colombia – Bogotá, en donde, a escala mega (macizo rocoso), trabaja sobre el mismo material. La investigación tiene como fin aportar nuevos elementos de juicio que posibiliten un mejor entendimiento del comportamiento dinámico de los geomateriales y se constituya en una nueva herramienta de evaluación y estudio de los efectos de sitio, generados por la interacción sismo – condiciones geológicas y topográficas específicas de cada lugar. El material de estudio a escala macro estructural corresponde a especímenes de prueba a nivel de laboratorio, tomados de un macizo rocoso sedimentario colombiano, de naturaleza clástica. Material perteneciente a la Formación Arenisca Dura del Grupo Guadalupe. A partir del tratamiento de señales respuesta (Señal en el dominio del tiempo) de ondas compresionales, fue posible obtener las propiedades de propagación de ondas tales como: Velocidad de onda compresional (Vp), Amplitud Máxima (Amax), Coeficiente de atenuación ( ), Amplitud_Fourier, Magnitud, Energía MSA. Mostrando que dichas propiedades dinámicas están influenciadas fuertemente por el nivel de fracturamiento que presenta el material. Por otra parte, las propiedades físicas de los especímenes de roca analizados tienen también gran influencia sobre los valores de las propiedades dinámicas. Se lograron establecer relaciones entre las propiedades físicas y el nivel de fracturamiento presentes en los especímenes de roca, y su influencia en las propiedades de propagación de ondas compresionales. La caracterización mecánica se llevó a cabo por medio de la realización de ensayos típicos en mecánica de rocas, estableciendo tendencias prácticas entre estos parámetros de resistencia y el nivel de fracturamiento, propiedades físicas y propiedades de propagación de ondas, del material en estudio.

25

1.2 OBJETIVOS

El objetivo principal de este trabajo de investigación es determinar el efecto que tiene el fracturamiento de los especímenes de roca pertenecientes a la Formación Arenisca Dura del Grupo Guadalupe, de naturaleza clástica, en las propiedades de propagación de ondas compresionales. Específicamente en la propiedades dinámicas tales como: velocidad de ondas compresionales (Vp), Amplitud Máxima (Amax), Coeficiente de Atenuación ( ), Amplitud_RMS, Amplitud absoluta promedio, Amplitud_Fourier. Para ello se ha procedido a la aplicación de descripción visual para determinar el grado de fracturamiento de cada espécimen analizado, además de implementar un modelo experimental, que permita la obtención de las propiedades de propagación de ondas compresionales, a partir del análisis de las señales respuesta, implementando el método de pulsos ultrasónicos.

Como objetivos específicos se puede destacar:

- Describir visualmente los especímenes de roca, estableciendo el nivel de fracturamiento que presenta cada muestra.

- Obtener propiedades de propagación por medio del tratamiento de señales respuesta, utilizando la técnica de pulsos ultrasónicos.

- Caracterizar físicamente los especímenes: Densidad, Saturación, Porosidad y Humedad natural, estableciendo la relación de dichas propiedades con las de propagación de ondas, fracturamiento y propiedades mecánicas.

- Caracterizar mecánicamente las muestras de roca, por medio de ensayos normalizados de Mecánica de Rocas, tales como: resistencia a la compresión inconfinada con medida de deformaciones en dos direcciones, dureza del martillo Schmidt, ensayos triaxiales; y a partir de ello establecer tendencias entre estas propiedades y las propiedades de propagación de ondas compresionales, fracturamiento de las muestras y propiedades físicas.

26

CAPITULO 2. MARCO TEÓRICO

2.1 TÉCNICAS NO DESTRUCTIVAS

Se denomina ensayo no destructivo, END (en inglés NDT: Non Destructive Testing) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo en la muestra examinada. Los diferentes métodos de ensayos no destructivos se basan en la aplicación de fenómenos físicos tales como ondas electromagnéticas, acústicas, elásticas, emisión de partículas subatómicas, capilaridad, absorción, o cualquier otro tipo de prueba que permita evaluar o detectar una determinada propiedad en el material. La estimación de las propiedades físico - mecánicas del material rocoso: densidad, resistencia a la compresión, rigidez, etc. se pueden realizar mediante diferentes técnicas, como por medio de la medición de una serie de parámetros físicos que se utilicen como predictores de las mismas, por ejemplo, la velocidad de propagación de ultrasonidos, atenuación de ondas, los cuales se basan en las técnicas no destructivas. 2.1.1 Métodos acústicos. Los métodos acústicos son los basados en la determinación de la velocidad de transmisión del sonido en el material y otras mediciones de naturaleza acústica. La velocidad de transmisión de un impulso generado por un impacto o una señal eléctrica puede determinarse a partir de la medición del tiempo de propagación, y también a partir de la frecuencia propia de vibración de la muestra. En la ciencia de los materiales se utilizan numerosas y diferentes técnicas basadas en las características de propagación de una onda acústica, diferenciándose, ya sea en la fuente de impulso, en la configuración del ensayo, en las características de la respuesta medida o en la forma de procesar la señal recibida; y todo ello, condicionado por el material sobre el que se investiga. De ahí, que sea difícil clasificar los métodos existentes, o tan siquiera, describirlos. Fue Solokov., (1929) en la antigua URSS, el primer científico en sugerir el uso de las ondas ultrasónicas para detectar singularidades o defectos en elementos metálicos. Aun cuando la existencia de los ultrasonidos se conocía desde 1883,

27

por los trabajos realizados por Galton con los límites de la audición humana (Recuero., 1999). Sin embargo, no fue hasta la Segunda Guerra Mundial cuando se produjeron resultados realmente significativos en la aplicación de este tipo de técnicas no destructivas. El desarrollo del método de ecos lo introdujo en 1942 Firestone, en la Universidad de Michigan, Estados Unidos. Independientemente y en la misma época, científicos ingleses como Sproule desarrollan equipos y métodos similares para detectar defectos en diversos materiales (Slizard., 1982). Desde los años 60, estos métodos se han ido desarrollando en laboratorios y aplicándose con mayor o menor éxito en la industria y en las obras, constituyendo hoy día importantes e insustituibles herramientas en diversos campos. Como por ejemplo en la ingeniería geotécnica, que permite determinar indirectamente diferentes propiedades físico-mecánicas del geomaterial, como también determinar heterogeneidades presentes en el mismo. De todos los métodos existentes, se trata a continuación el método más utilizado en ingeniería geotécnica, y que además se hará uso del mismo en la presente investigación. 2.1.2 Técnica ultrasónica. Se denomina ultrasonidos, tanto al estudio como a la aplicación de una vibración de las partículas cuya frecuencia es superior al umbral máximo de audición humana, es decir 20 kHz. El margen superior de frecuencias de los ultrasonidos es muy elevado, ya que puede llegar hasta 106 kHz. El pequeño valor de la longitud de onda de los ultrasonidos (en sólidos, desde 20 cm para las frecuencias menores, hasta 8*10-4 cm en las mayores) es el factor que ha facilitado la utilización de estas ondas con muy diversos fines. Las aplicaciones abarcan variados y diferentes campos, como la medicina, bioquímica, ciencia de los materiales, geología, acústica submarina, etc. Hacia finales de los años 30, esta técnica se comenzó a utilizar en el concreto (Delibes., 1984a), técnica que se ha extendido a los geomateriales (muestras de roca), esta técnica permite, entre otros, la detección de defectos ocultos y la medida de profundidad de las grietas, ya que la velocidad de propagación de los ultrasonidos es prácticamente nula en el aire.

28

En 1971, apareció una gama de aparatos digitales ligeros y portátiles como el PUNDIT (Portable Ultrasonic Non-Destructive Digital Indicating Tester), desarrollado inicialmente en Holanda (Delibes., 1984a) y destinado a su uso en concreto. Las frecuencias de los transductores empleados por estos aparatos portátiles varían entre 15 kHz y 150 kHz. Los valores de frecuencia más elevados tienen el inconveniente de ver limitado el alcance, es decir, el espesor del elemento a inspeccionar no sobrepasa los 2 m; y se utilizan en conjunto con un osciloscopio. Las frecuencias bajas (20 kHz en el Sonoscope y 50 kHz en el PUNDIT) permiten auscultar espesores de elementos de hasta 20 m. Aunque este método es muy bien conocido y utilizado en el concreto, para el estudio de geomateriales como muestras de roca, aún no está muy bien difundido, teniendo en cuenta que este método es un muy buen estimativo para determinar las propiedades físico – mecánicas de estos materiales, además de poder determinar posibles fisuras existentes en el mismo, convirtiéndose en una herramienta para determinar la calidad del material. El método de ultrasonidos, o como se designa en la bibliografía anglosajona, de la velocidad de un impulso ultrasónico (Ultrasonic pulse velocity test method), consiste en generar una onda de frecuencia ultrasónica y hacer pasar ese impulso a través de la zona que se quiere inspeccionar, desde el punto de generación hasta otro punto donde se registra la llegada de la onda. De acuerdo con Sandoz., (1989; 1994; 1996), el método de aplicación de los ultrasonidos que resulta más adecuado en la verificación de materiales heterogéneos como “especímenes de roca fisurados”, es el de transmisión. La frecuencia debe ser mucho más baja que en otros métodos, como el método de ecos, para conseguir un alcance mayor de los impulsos y poder sortear las irregularidades del material. Las ondas ultrasónicas más largas rodean más fácilmente los obstáculos que las ondas más cortas. El objetivo del ensayo es la medición del tiempo que tarda el primer frente de onda en recorrer esos dos puntos, emisor y receptor. Conociendo la distancia recorrida y el tiempo empleado, la velocidad de propagación se calcula a partir de la siguiente expresión:

29

Dónde:

: Velocidad de propagación de onda. : Distancia entre el emisor y receptor. : Tiempo transcurrido.

En muestras de roca cilíndricas donde el radio es mucho más pequeño que la longitud de onda de la onda propagada, las velocidades son independientes del módulo de Poisson, por lo tanto conociendo la velocidad de ondas a partir de la ecuación 2.1, es posible determinar los módulos de elasticidad dinámicos (a bajas deformaciones) del material, por medio de las siguientes expresiones:

Dónde:

: Módulo de elasticidad dinámico. : Módulo de rigidez al corte dinámico. : Módulo Bulk dinámico. : Relación de Poisson dinámico.

El módulo dinámico es generalmente mayor que el módulo estático (Simmons y Brace., 1965; Van Heerden., 1987; Jizba et al., 1990). Esta diferencia no puede ser atribuida a efectos de frecuencia, pero podría ser una desviación del comportamiento elástico lineal debido a la gran presencia de poros o fisuras.

30

Muy bajas amplitudes de onda no pueden causar deslizamiento friccional en grietas y granos, es decir, las medidas estáticas las cuales implican deformaciones de varios órdenes de magnitud mayores que las dinámicas, pueden causar deslizamiento y desviación del comportamiento elástico lineal (Winkler et al., 1979; Jizba at al., 1990). De acuerdo con lo anterior, los módulos dinámicos deberán ser considerados como límite superior para los módulos estáticos, para ser usados en modelaciones de deformación del terreno. Como se expone en la siguiente Figura 2.1 (Stacey., 1977), es apreciable que el módulo dinámico es mayor al módulo estático. Obteniendo una relación del módulo estático a módulo dinámico de ¼.

Figura 2.1 Datos de E dinámico y E estático (Stacey, 1977).

Basado en observaciones de laboratorio del comportamiento elástico no lineal de areniscas (Tutuncu., 1998 a,b), expone que la frecuencia de medida es importante para obtener estimaciones geofísicas, así E ultrasónico> E acústico> E baja frecuencia > Estático; las medidas ultrasónicas fueron realizadas a 1 MHz, 180 kHz, 100 kHz y 50 kHz; las medidas a bajas frecuencias desarrolladas en un rango de 2 kHz a 1 Hz, y las estáticas a frecuencias de 0.005 Hz a 0.001 Hz. Otros datos son reportados por Torres., (2005), en su investigación sobre rocas sedimentarias colombianas, el autor expone una tendencia entre el módulo de deformación dinámico y el módulo de deformación estático, exponiendo que Edin (a frecuencia ultrasónica de 50kHz), es ligeramente mayor que el Eest.

31

Por otra parte, una relación muy utilizada en la determinación de propiedades dinámicas, es entre la velocidad de onda y la longitud de onda, que se relacionan por medio de la siguiente ecuación:

Donde es la frecuencia de resonancia de la onda propagada. En la técnica de transmisión, la presión sonora es máxima para la dirección axial de los transductores y disminuye para las direcciones oblicuas conforme aumenta el ángulo de aplicación. Es esta técnica, una discontinuidad en el material, tiene por efecto un aumento del tiempo transcurrido hasta llegar al receptor. El camino seguido por las ondas ultrasónicas es mayor al tener que sortear un obstáculo, como puede observarse en la parte inferior de la Figura 2.2.

Figura 2.2 Técnica de ultrasonido – Método de transmisión.

Para esta metodología existen tres posibles configuraciones de ensayo dependiendo de la ubicación de los transductores, y por tanto, diferentes valores de velocidad que corresponderán a cada lectura realizada: lectura de transmisión directa, semidirecta e indirecta. La Figura 2.3 muestra los tres posibles casos.

32

Figura 2.3 Métodos de lecturas de ultrasonidos.

El método de transmisión directa suele ser el más deseable y satisfactorio, tanto por su comodidad de ejecución como por los resultados, ya que el máximo de energía de la onda es transmitido y recibido. Por otro lado, las lecturas semidirectas o indirectas son menos adecuadas porque la amplitud de la señal recibida es significativamente menor que la registrada en las lecturas directas, lo que traduce en peor recepción de señal y un mayor error experimental. Hay que recalcar que las propiedades de las ondas ultrasónicas propagadas, depende de diversos parámetros asociados al material, por ello, no es posible extrapolar ciertos resultados a otro tipo de materiales. Los factores que interactúan y su influencia no son del todo conocidos, ya que dependen del material en sí. Equipo. El equipo utilizado para la determinación de propiedades ultrasónicas

consta de una secuencia de dispositivos interconectados en serie, así: Generador de señal, Cables, Transductor emisor, Acople, Espécimen, Transductor receptor, Acondicionador de señal, Osciloscopio digital (Figura 2.4). Los dispositivos deberán tener impedancias similares a las de los componentes electrónicos y protegiéndose así para asegurar una eficiente transferencia de energía.

33

Figura 2.4 Métodos de lecturas de ultrasonidos.

Unidad generadora de pulsos. Esta unidad constará de un generador

electrónico de pulsos y voltaje externo o amplificadores de potencia, si son requeridos. Una salida de voltaje en forma de pulso rectangular o una onda seno truncada es satisfactoria. El generador deberá tener una salida de voltaje con un valor máximo después de la amplificación, al menos de 50 V dentro de una carga de impedancia de 50- . Es conveniente un ancho de pulso variable, con un rango de 1 a 10 s (microsegundos). La velocidad de repetición del pulso puede ser fijada en 60 repeticiones por segundo o menos, aunque se recomienda un rango de 20 a 100 repeticiones por segundo. Transductores. Los transductores constan de un transmisor que convierte

pulsos eléctricos en pulsos mecánicos y un receptor que convierte pulsos mecánicos en pulsos eléctricos. Condiciones ambientales tales como la temperatura ambiente, contenido de humedad, la saturación, y el impacto serían consideradas para la selección del elemento transductor. Usualmente se recomienda elementos piezoeléctricos, pero elementos magnetos precisos pueden ser adecuados. Los elementos piezoeléctricos de espesor expansivo generan y perciben predominante energía de ondas de compresión; los elementos piezoeléctricos de espesor de corte son preferidos para mediciones de onda de corte. Los materiales

34

piezoeléctricos usados comúnmente son los cerámicos tales como plomo, zirconato, titanio ya sea para compresión o corte. Para reducir la dispersión y la pobre definición de los primeros arribos en el receptor, el transmisor sería diseñado para generar longitudes de onda al menos tres veces la dimensión promedio del grano de roca. En ensayos de laboratorio, puede ser conveniente usar elementos transductores no encapsulados. Pero si el voltaje de salida del receptor es bajo, el elemento sería encapsulado en metal (aterrizado) para reducir el desvió de picos electromagnéticos. Si se requiere protección contra daño mecánico, tanto el transmisor como el receptor pueden estar encapsulados en metal. Esto también garantiza que el elemento transductor altere su sensibilidad o reduzca su resonancia. Las características básicas de un elemento encapsulado son ilustradas en la Figura 2.5. La transmisión de energía entre el elemento transductor y el espécimen de ensayo puede ser mejorada (1) maquinando o puliendo las superficies de las placas anteriores para hacerlas lisas, planas y paralelas, (2) elaborando la placa anterior de un material tal como magnesio cuyas características de impedancia están cercanas a la de los tipos de rocas comúnmente usadas, (3) elaborando las placas anteriores tan delgadas como sea posible, y (4) acoplando el elemento transductor a la placa anterior mediante una delgada capa de adhesivo eléctricamente conductor, sugiriendo un tipo epóxido.

Figura 2.5 Características básicas de transductor encapsulado.

Osciloscopio. El pulso de voltaje aplicado al transductor transmisor y la

salida voltaje del transductor receptor serían visualizados en un osciloscopio de rayos catódicos para observación ocular de la forma de las ondas (Oscilogramas). El osciloscopio tendría una respuesta esencial plana entre una frecuencia de 5 kHz y cuatro (4) veces la frecuencia resonante de los transductores. El osciloscopio es esencial para el análisis espectral de las ondas y el procesamiento de señales digitales.

35

Acople de transductores. El contacto entre transductor y muestra de roca es un factor muy importante a considerar en esta técnica, ya que una incorrecta ejecución repercute negativamente en la calidad de la señal registrada y en la evaluación de la energía transmitida. Para emitir y recibir correctamente la señal, los transductores deben estar en contacto pleno con el material, ya que cualquier discontinuidad o bolsa de aire en la interface supone una dispersión parcial o incluso completa de la señal, debido a que el aire es prácticamente opaco a los ultrasonidos. Para evitar este problema se hace uso de geles que actúan en la interface, y aseguran un contacto completo de los transductores y el material. La presión de contacto entre transductor y material también es determinante en la intensidad de la señal recibida, existiendo un requerimiento mínimo (Divos., 2005a). Preparación de especímenes. Para disminuir la incertidumbre en los datos a

extraer, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones durante la preparación de los especímenes a ensayar (Norma ASTM D 2845 – 95): Ejercer cuidado en la extracción de los núcleos, manipulación, corte, tallado, y recubrimiento del espécimen de ensayo para minimizar el daño mecánico causado por esfuerzos y calor. Se recomienda que se prevenga el contacto del espécimen con líquidos diferentes al agua, excepto cuando sea necesario como medio de acoplamiento entre el espécimen y el transductor durante el ensayo. El área superficial bajo cada transductor sería lo suficientemente plana para que un palpador de 0.01 pulgadas (0.025 mm) de espesor no pase bajo el colado de filo sobre la superficie. Las dos superficies opuestas sobre las que los transductores serán colocados serían paralelas y dentro de 0.005 pulg / pulg (0.1 mm/ 20 mm) de la dimensión lateral. Si las mediciones de velocidad de pulso se realizan a lo largo del diámetro del núcleo, la tolerancia anterior queda referida al paralelismo de las líneas de contacto entre los transductores y la superficie curvada del nucleó de roca. El contenido de humedad del espécimen de ensayo puede afectar las velocidades de pulso medidas. Las velocidades de pulso pueden ser determinadas sobre las velocidades del espécimen de ensayo para rocas secadas al horno (saturación 0%), en una condición saturada (saturación 100%), o en cualquier estado intermedio. Si las velocidades de pulso deben ser determinadas en la roca con la misma condición de humedad como se recibieron o como existe en el

36

terreno, se debe ejercer cuidado durante el procedimiento de preparación tal que el contenido de humedad no cambie. En este caso, se sugiere que tanto la muestra como el espécimen de ensayo se almacenen en bolsas a prueba de humedad o cubiertas con cera y que se empleen procedimientos de preparación de superficie seca. Si se desean resultados para especímenes en condición de secado al horno, la temperatura del horno no excedería de 105 ºF (66 ºC). Cuando se deseen resultados para un estado saturado el espécimen permanecerá sumergido hasta el momento del ensayo. Dimensiones de los especímenes. Se recomienda que la relación de la

distancia de viaje del pulso a la dimensión lateral mínima no exceda de 5. Velocidades de pulso confiables no deben ser medidas para valores altos de ésta relación. La distancia de viaje de pulso a través de la roca sería al menos de 10 veces la dimensión promedio del grano tal que una velocidad de propagación media aproximada pueda ser determinada. La dimensión de grano de la muestra de roca, la frecuencia natural de resonancia de los transductores y la dimensión lateral del espécimen son factores interrelacionados que afectan los resultados del ensayo. La longitud de onda correspondiente a la frecuencia dominante del tren de pulsos en la roca esta aproximadamente relacionada con la frecuencia natural de resonancia del transductor y la velocidad de propagación del pulso (Compresión o corte) como sigue:

: Frecuencia natural de resonancia de los transductores (Hz). : Longitud de onda dominante del tren de pulsos. : Velocidad de propagación de pulso (compresión o corte).

La dimensión lateral mínima del espécimen del ensayo sería al menos de cinco (5) veces la longitud de onda compresional, tal que la velocidad de onda dilatacional real sea medida:

La longitud de onda sería al menos de 3 veces la dimensión promedio del grano:

37

Las ecuaciones 2.7, 2.8 y 2.9 pueden combinarse para obtener una interrelación para ondas de compresión como sigue:

La anterior ecuación se puede resumir en la siguiente Figura 2.6.

Figura 2.6 Valores permisibles del diámetro del espécimen y del tamaño del grano

versus la relación de velocidad de propagación a frecuencia resonante.

Como (Vp)y (d) son propiedades inherentes del material, (f) y (D) serían seleccionados para satisfacer la ecuación 2.10 (Figura 2.6) para cada espécimen de ensayo. Para cualquier valor particular de (Vp/f) los valores permisibles del diámetro del espécimen (D) caen arriba de la línea diagonal en la Figura 2.6, mientras que valores permisibles de dimensiones de grano (d) caen bajo la línea diagonal. Para un diámetro particular, los valores permisibles para la longitud del espécimen (L) caen a la izquierda de la línea diagonal. Limitaciones. Las limitaciones en cuanto a la aplicación de la técnica

ultrasónica están relacionadas al tamaño y forma de los especímenes en el

38

momento de la interpretación de las velocidades de onda y los parámetros elásticos obtenidos, en cuanto a que las muestras ensayadas son de forma cilíndrica y todas las ondas que viajan a través de la muestra son preferencialmente superficiales y no de cuerpo, por lo tanto los parámetros medidos hacen referencia a medios finitos. Las propiedades ultrasónicas dependen de las características del material en estudio que son función de la escala espacial interna, que para el caso de especímenes de roca es del orden del tamaño de grano promedio y/o de las microfisuras que pueda tener la muestra. La longitud de onda depende también de la escala interna, lo que podría presentarse en fenómenos de difracción de ondas. 2.2 ATENUACIÓN

Durante el recorrido de una onda sísmica tienen lugar varios fenómenos entre los cuales se tiene la atenuación por expansión geométrica, atenuación intrínseca y atenuación dispersiva. La atenuación por expansión geométrica representa la disminución de la amplitud de las ondas en función de la distancia, debido a la variación de la energía por unidad de volumen provocada por la amplificación del frente de onda, es decir, debido a un cambio en la densidad y en la distribución de energía total, la cual permanece constante. La atenuación intrínseca se interpreta como una transformación irreversible de energía elástica a otras formas de energía tales como la energía térmica o piezoeléctrica y, a pesar de que el mecanismo de dicha transformación no es completamente claro, Telford et al.,(1995), explican, incipientemente el fenómeno como producto de la generación de calor en la fase compresiva de la onda que se desplaza en el medio, a lo que asocian, además, otros fenómenos implícitos en la ruta de viaje de la onda, como por ejemplo, pérdida de viscosidad en los fluidos que rellenan los poros de las rocas. Y por último, la atenuación dispersiva, que es un proceso de redistribución de energía no es un proceso de disipación de energía, sino que constituye una redistribución de la misma en el espacio y en el tiempo, debido a la interacción entre ondas y a la heterogeneidad del medio atravesado. Esto quiere decir que la atenuación depende tanto de la distancia como del medio por el cual se propagan las ondas sísmicas, concluyendo así, que la observación del decaimiento de la amplitud de

39

la onda sísmica, puede suministrar información sobre las condiciones de atenuación del medio. Parámetros de atenuación. Un parámetro adimensional de medida de

atenuación en las ondas sísmicas es llamado factor de calidad (Q), o su inverso 1/Q, que es el factor específico de atenuación, el cual se define como (Vargas., 2004):

: Representa la energía disipada por ciclo de una excitación armónica en un cierto volumen.

: Es la energía elástica almacenada durante el mismo ciclo. El factor de atenuación ( ), se representa como la variación de la amplitud con respecto a la distancia, debido a efectos inelásticos:

Integrando la ecuación 2.12 se obtiene:

La ecuación 2.13 representa la variación de la amplitud ( ) de la onda sísmica con la distancia ( ). Siendo y constantes iniciales. Tanto Q como se pueden relacionar a partir de la ecuación de energía de un movimiento armónico:

40

: Constante elástica. : Amplitud de movimiento.

Calculando la relación , a partir de la anterior relación y sustituyendo:

Se obtiene:

Considerando un comportamiento Cuasi-Elástico o disipación débil, se puede aproximar la ecuación 2.15 a:

Integrando la ecuación 2.15 y teniendo en cuenta que :

: Periodo. : Frecuencia Angular.

La ecuación 2.16 representa la variación de la amplitud de la onda sísmica con el tiempo.

41

y son constantes iniciales.

Comparando:

Y Se observa que Q y consideran los efectos de la absorción de energía sobre la amplitud de movimiento, pero mientras que evalúa la variación en el espacio, Q considera la variación temporal de la energía inelástica en un punto. Igualando dichas ecuaciones y considerando que la energía de onda se propaga a una velocidad .

Atendiendo el fenómeno de atenuación a través del tiempo, Dainty., (1981), determino que la atenuación total es la suma de las contribuciones de absorción intrínseca y atenuación por dispersión:

1/Qi: Absorción intrínseca; 1/Qs: Atenuación por dispersión.

42

CAPITULO 3. EQUIPOS UTILIZADOS Y FORMA DE TOMA DE DATOS

3.1 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES DINÁMICAS – TÉCNICA ULTRASÓNICA

Para la determinación de las propiedades dinámicas, utilizando la técnica de transmisión de pulsos ultrasónicos, se propuso un montaje experimental (ver Fotografía 3.1) siguiendo los lineamientos propuestos en el numeral 2.1.2 de la presente investigación. Como se puede apreciar en la Fotografía 3.1 el montaje propuesto consta de una secuencia de dispositivos interconectados en serie, así: Generador de pulsos, cables, transductor emisor, acople, espécimen, transductor receptor, osciloscopio digital, Pc. Generador de pulsos. En la presente investigación se trabajó con un generador de pulsos ultrasónicos “PUNDIT”, utilizado preferencialmente para ensayos de calidad del concreto; aunque funciona adecuadamente en la determinación de ondas compresionales en especímenes de roca. Dicho generador trabaja a una frecuencia ultrasónica única de (50 kHz).

Fotografía 3.1 Montaje experimental – Obtención de Propiedades Dinámicas.

(Laboratorio de Ingeniería - Geotecnia, Universidad Nacional de Colombia – Bogotá)

Transductores. Los transductores utilizados, tanto emisor como receptor, son de tipo piezoeléctrico (numeral 2.1.2), con una frecuencia de resonancia de (50 kHz), y generación de ondas de tipo compresional.

43

Se garantizó un excelente acople entre transductores y muestra de roca, para emitir y recibir correctamente la señal. Para esto se hizo uso de vaselina industrial la cual fue aplicada en el contacto entre transductores y muestra de roca, para cada ensayo, además se aplicó una carga (1Kg) en el transductor emisor, garantizando así una presión de contacto entre transductor y espécimen de roca, mejorando la intensidad de la señal recibida, y logrando obtener resultados con una misma presión de contacto, evitando la manipulación manual que podría alterar los resultados (numeral 2.1.2). La velocidad de ondas compresionales (Vp) se determina por medio de la ecuación 2.1. La longitud de onda ( ), se relaciona con la velocidad de ondas y la frecuencia de resonancia de los transductores (ecuación 2.6), que para el caso sería fr = 50 kHz. Osciloscopio. El osciloscopio digital utilizado en la presente investigación es de marca “FLUKE” SW90W (105B) que cuenta con un software especialmente diseñado para el análisis y manipulación de señales. El osciloscopio será el encargado de visualizar y almacenar las señales ultrasónicas procedentes de los transductores emisor y receptor de ultrasonidos, obtenidas de la transmisión de los mismos entre uno y otro transductor en transmisión directa (Figura 3.1) en los especímenes de roca estudiados. Para minimizar el ruido de la señal se recomienda usar la probeta con una relación 10:1 en términos del voltaje; igualmente si se usa el adaptador de corriente se debe conectar la salida negra de 4mm a una salida a tierra. Esta técnica reduce o elimina cualquier ruido relacionado con la línea de energía. El osciloscopio digital se conectó al PC por medio de un cable serie RS-232, conexión que permite obtener la señal discreta en el tiempo. Las señales obtenidas están discretas en un intervalo de tiempo (microsegundos) y un total de datos recolectados de 512 para cada señal. La señal que se obtiene para cada espécimen de roca se muestra en la siguiente Figura 3.1

44

Figura 3.1 Oscilograma de la señal generada (espécimen MA-1c). Utilizando el montaje experimental mostrado en la fotografía 3.1.

A partir del oscilograma de la señal registrada, se obtiene la amplitud máxima (Amax) como se plasma en la Figura 3.2, para cada espécimen de roca. Teniendo discretizada la señal en el dominio del tiempo, se logra exportar los datos a la herramienta Excel, donde se determina la máxima amplitud registrada en la señal.

Figura 3.2 Determinación de la amplitud máxima registrada en el oscilograma de la

señal (Amax).

El factor de atenuación ( ) se define como el decaimiento de la amplitud en el tiempo, por distintos factores tales como: expansión geométrica, atenuación intrínseca y atenuación dispersiva (numeral 2.2). Teniendo en cuenta que la distancia que recorre el pulso ultrasónico en los especímenes de roca es muy

45

pequeño, la atenuación por expansión geométrica no tendría lugar, al igual que la atenuación intrínseca, debido a que la energía liberada es mínima, lo cual no da lugar a que ésta energía se pudiese transformar en otro tipo de energía como por ejemplo en calor. Por lo tanto, la única atenuación presente en los especímenes de roca es la atenuación dispersiva, debido a diferentes factores tales como heterogeneidades que podría presentar el medio. Para el cálculo del factor de atenuación como una medida del decaimiento exponencial de la amplitud en el tiempo, se hizo uso de una rutina en MATLAB®, creada por Pedroza, en el desarrollo de su tesis doctoral titulada “Influencia de las Propiedades de los Macizos Rocoso en la Atenuación de Ondas Sísmicas”. Un parámetro adimensional de medida de atenuación en las ondas sísmicas es llamado factor de calidad (Q), utilizado en el medio para cuantificar la calidad de los materiales rocosos (numeral 2.2). El factor de calidad sísmico de ondas compresionales Qp se determina como el inverso del factor de atenuación de ondas compresionales (Qp = 1/ ). Otros parámetros dinámicos, como la Amplitud RMS y la Amplitud absoluta Promedio, se determinan por medio de las siguientes ecuaciones:

Análisis de señales en el dominio de las frecuencias. Como se describió anteriormente se obtienen los oscilogramas de la señal para un determinado espécimen en el dominio del tiempo, señal que se encuentra discreta a intervalos

. Para el caso donde se desee analizar la misma señal en el dominio de las frecuencias, se recurre a aplicar los conceptos de la Transformada de Fourier. Así obteniendo lo que se conoce como Espectros de Fourier.

46

Para la transformación del oscilograma de la señal en el dominio del tiempo al dominio de las frecuencias, se hizo uso del Software OriginPro®, que permite obtener espectros de amplitud, a partir de una señal discreta en el dominio del tiempo, aplicando la transformada de Fourier. En la Figura 3.3, se expone el Espectro de Amplitud de Fourier, para el espécimen MA-1c.

Figura 3.3 Espectro de Amplitud para el espécimen MA-1c.

Como se indica en la anterior gráfica a partir de los espectros de Fourier, se logra determinar a la frecuencia fundamental, la amplitud de Fourier máxima, datos con los cuales se trabajaran en la presente investigación. También se evaluará la Energía MSA (energía normalizada a la amplitud cuadrada media), y la Amplitud de Fourier RMS que se obtienen por medio de las siguientes ecuaciones:

Amplitud_ Fourier (max)

47

3.2 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS

Todos los especímenes de roca estudiados fueron sometidos a proceso de saturación y secado. La saturación se llevó a cabo sumergiendo los especímenes en agua durante un periodo de 24 horas; como condición de prueba se pesaron algunos especímenes a 24, 48 y 72 horas. Comparando los pesos saturados en agua a 24 y 72 horas, se reportó que los pesos en mención presentaban una diferencia máxima menor del 0.3%. El secado de los especímenes se realizó en horno a una temperatura constante de 105 grados centígrados, durante un periodo de 24 horas. Densidad. La densidad de cada espécimen se determinó según el método propuesto por ISRM (International Society for Rock Mechanics), realizando la medición del peso y el volumen total de cada espécimen de roca. Se obtuvieron densidades para especímenes en estado natural, seco y saturado.

Humedad. Las humedades de los especímenes de roca en estado natural y saturado se llevaron a cabo por diferencia de pesos, como se describe en las siguientes ecuaciones:

48

Porosidad (n), Saturación (Sr), Gravedad especifica (Gs) y relación de vacíos (e). Siguiendo la metodología propuesta por ISRM, se obtienen los parámetros descritos, a partir de las siguientes formulas:

3.3 DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS

Ensayos de compresión inconfinada. La caracterización de especímenes rocosos en ensayos de compresión axial es el procedimiento más extendido en la práctica corriente de la ingeniería de rocas, que permite conocer su comportamiento mecánico; el valor de la carga pico, conocido como resistencia a la compresión uniaxial, compresión inconfinada o compresión simple ( c), es uno de los valores más utilizados para caracterizar la resistencia mecánica de los especímenes. El método sugerido por la ISRM (International Society for Rock Mechanics), para la realización de estos ensayos, normaliza la mayoría de las variables que influyen en el valor de la resistencia. La deformabilidad de la roca se mide esencialmente con dos parámetros según este método, el módulo de deformación y la relación de Poisson. Para encontrar estos parámetros se determinó la curva esfuerzo deformación de la roca (el resumen de estos ensayos se presentan en el Anexo B) mediante el registro de las deformaciones longitudinales y perimetrales a intervalos de carga igualmente espaciados.

49

El equipo con que se contó en el Laboratorio de Ingeniería – Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia – Bogotá, para la realización de los ensayos de compresión inconfinada, consta de una prensa de compresión que ejerce cargas axiales sobre el núcleo cilíndrico de material rocoso. Dicha prensa está compuesta por un marco de carga y una bomba hidráulica que suministra presión a un flujo de aceite, encargada de proporcionar una deformación constante entre los platos terminales del marco de carga en donde se ubican dos juegos de rotulas, las cuales permiten corregir pequeños defectos de paralelismo entre las caras del espécimen bajo ensayo. La velocidad de deformación es controlada durante el ensayo por el operario, utilizando la palanca volante de control. El mecanismo y características de la prensa se muestran en la Fotografía 3.2. La prensa de compresión es modelo ELE ADR2000 con capacidad máxima de 2000 kN.

Fotografía 3.2 Prensa de compresión. (Laboratorio de Ingeniería - Geotecnia,

Universidad Nacional de Colombia – Bogotá)

Ensayos de compresión Triaxial. El ensayo de compresión Triaxial consiste en realizar un ensayo confinado, sometiendo un cilindro de roca simultáneamente a compresión axial y una presión de confinamiento axisimetrica, igualando el valor

50

del esfuerzo intermedio, con el valor del esfuerzo principal menor, 2= 3. En la falla, las condiciones de esfuerzo serán 1=P/A y 3= 2=P confinamiento, donde P es la carga más alta soportada por el espécimen paralela al eje del cilindro y Pconfinamiento es la presión de confinamiento media. Para realizar el ensayo, el núcleo se colocó dentro de una cámara de acero endurecida (Celda Hoek) protegido por una camiseta de uretano, que lo separa del líquido que suministra la presión de confinamiento, el cual es aceite. El esfuerzo 1 se aplicó al espécimen por medio de la fuerza ejercida por rotulas que pasan a través de los espacios dejados en los extremos de la cámara. La ISRM (International Society for Rock Mechanics), sugiere un método estándar para la realización del ensayo triaxial. La deformabilidad de los especímenes de roca se determinó con el registro de las lecturas realizadas por resistencias eléctricas adosadas a la superficie de cada núcleo, con lo cual se conocen las deformaciones unitarias en las direcciones axial y radial (el resumen de estos ensayos se presentan en el Anexo C). La “Celda Hoek” es una cámara de acero endurecida en cuyo interior se coloca el espécimen de roca para ensayos de compresión confinada, aislado por una membrana de uretano que evita que el fluido utilizado para proveer la presión de confinamiento invada los poros del material. La Celda Hoek se utilizó para proporcionar al núcleo un esfuerzo lateral uniforme, que permanecerá constante durante el ensayo y que se controla mediante el sistema de presión de confinamiento. El sistema encargado de suministrar la presión de confinamiento dentro de la Celda Hoek, consiste en una máquina que cuenta con un sistema de bombeo de aceite a presión y un dial para medir el nivel de presión aplicado, comunicada mediante un conducto flexible y válvulas de control al cuerpo de la Celda Hoek. La presión aplicada puede ser controlada y mantenida con gran precisión (+/- 1% del valor indicado en el dial) en el rango de 7 a 70 MPa. Durante el funcionamiento del sistema de aplicación de presión de confinamiento se requirió la intervención de un operador para ajustar el nivel de presión de confinamiento deseado utilizando los controles para tal fin, además durante la prueba se supervisó constantemente para corregir las posibles variaciones del

51

valor de la presión aplicada que pueden ocurrir al deformarse la roca, así como descargar la cámara de presión una vez haya concluido el ensayo. Ensayos de Martillo Schmidt. El martillo Schmidt determina la dureza de rebote del material ensayado y consiste esencialmente de un émbolo, un resorte de una determinada rigidez y un pistón. El émbolo se presiona hacia el interior del martillo al ejercer un empuje contra un espécimen de roca. La energía se almacena en el resorte el cual la libera automáticamente a un nivel determinado e impacta el pistón contra el émbolo. La altura del rebote del pistón se lee sobre una escala y se toma como la medida de la dureza. Existen modelos del martillo Schmidt para diferentes niveles de energía de impacto. El martillo tipo L, que tiene una energía de impacto de 0.74 Nm, es utilizado en la presente investigación. Previo a la toma de datos se realizó una calibración del martillo en el yunque, tomando un promedio de 10 lecturas sobre el yunque. Se tomaron 20 lecturas de rebote del martillo Schmidt sobre los especímenes y se descartaron las 10 lecturas menores y se determinó el promedio con las 10 lecturas restantes. La dureza al rebote se calculó, multiplicando esta medida por un factor de corrección, el cual resulta de dividir el valor de la constante estándar del yunque patrón, que para el caso es de 61, por el valor promedio de las diez lecturas de calibración del martillo en este mismo yunque, tomadas anteriormente.

fc: Factor de corrección. N: Promedio de 10 medidas de calibración del martillo en el yunque.

Ip: Dureza del rebote. Np: Promedio de las 10 medidas menores del martillo sobre el espécimen. El martillo fue accionado en posición normal a la superficie impactada. Las superficies de los especímenes fueron previamente pulidas, conservando una sección totalmente plana y con el fin de evitar vibraciones y movimientos durante el ensayo, el espécimen se fijó sobre una base firme de acero de forma semicilíndrica y con un peso de 20 Kg.

52

Para el ensayo se siguió la metodología sugerida por ISRM (International Society for Rock Mechanics), que recomienda la toma de 20 lecturas. La resistencia a la compresión inconfinada calculada indirectamente ( *c) se calculó por medio del ábaco propuesto por Miller., (1965), reproducido por Hudson y Harrison., (2005).

53

CAPITULO 4. ANTECEDENTES

4.1 EFECTOS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

Es conocido que el contenido de humedad de las rocas influye en las propiedades físicas y mecánicas del material. Para el caso de las propiedades dinámicas, el contenido de humedad tiene una incidencia directa sobre dichos valores. Zamora et al., (1994), exponen que para dos tipos de roca, que presentan una porosidad vesicular y una porosidad fisural, los valores de velocidad compresional ultrasónica en condición de saturación son un poco mayores que para rocas en condición seca, menor al 10% en el caso de rocas que presentan porosidad vesicular y hasta 35% para rocas con porosidad fisural. En conocido que las rocas sedimentarias presentan gran variabilidad tanto petrográfica como de propiedades físicas, cuando se considera un volumen dado de roca. En este sentido las propiedades de propagación de ondas acústicas pueden ser útiles a la hora de valorar la homogeneidad entre los distintos especímenes de una misma muestra. Al estudiar la influencia del contenido de agua en ondas compresionales, sobre rocas carbonatadas (Alonso et al., 1985) encontraron que el contenido de agua apenas modifica los valores de velocidad de propagación de onda. Esto sin duda guarda una relación con la ausencia de fisuracion que presentan estos materiales y que además es concordante con las observaciones realizadas por otros autores en rocas carbonatadas (Houper et al., 1978). Según valores obtenidos por Tourenq et al., (1971), una roca de elevada porosidad presenta mayores velocidades en condición seca que en condición de saturación en agua, mientras que en rocas de porosidad media a baja, se presenta lo contrario. Nur et al., (1969), encontraron que la velocidad compresional en condición saturada es mayor a la velocidad compresional en condición seca de un 20 a un 30%, lo anterior para rocas que presentan poros en forma de grietas.

54

La atenuación (decaimiento de la amplitud en el tiempo), también está influenciada por el contenido de humedad en las rocas. (Toksöz et al., 1979), para rocas areniscas saturadas las atenuaciones son mayores que para la misma roca en condición seca. La porosidad junto con el grado de saturación de agua, influyen en los valores de las velocidades de ondas compresionales en rocas. En la Figura 4.1 se describe paso a paso este cambio. Las altas porosidades ( %) corresponden a altos grados de meteorización del material, exponiendo estos unos grandes cambios de valores de velocidades compresionales (200 – 300%) desde el valor mínimo de velocidad hasta el valor máximo. Menos sensibilidad de las velocidades compresionales a la saturación se observa para muestras de roca con bajos niveles de porosidad.

Figura 4.1. (a). (b). Efecto de la saturación de agua en las velocidades

compresionales. (reproducido por Barton 2007).

De lo anterior se observa que los cambios de velocidad compresional dependen del grado de saturación, la porosidad y otras propiedades del material, debido a que para cada roca la tendencia de la velocidad en función de las dos variables descritas anteriormente son distintas. Las primeras investigaciones del efecto del grado de saturación de agua en la reducción del factor de calidad sísmico para rocas porosas, y su fuerte sensibilidad

55

a la presión a un determinado grado de saturación son expuestos en la Figura 4.2 (Datos de Gardner et al, 1964. Reproducido por Johnston et al, 1979).

Figura 4.2 Dependencia de Qsis con la presión y la saturación. (Datos de Gardner et

al., 1964).

A medida que aumenta la saturación en las rocas porosas, el factor de calidad sísmico (Q) que es un indicador de la calidad de la roca, disminuye. Este efecto se ve más marcado entre el 0 y 10% de la saturación, para saturaciones mayores el factor de calidad sísmico se mantiene aproximadamente constante.

Por otra parte se aprecia que a presiones mayores el factor de calidad sísmico aumenta, pudiéndose deducir conjuntamente que el parámetro de calidad de la roca está influenciado tanto por el contenido de agua del material como por las presiones a las que se encuentra sometido.

4.2 EFECTOS DE LA POROSIDAD

Hay una amplia base de datos acerca del efecto de la porosidad de la matriz de la roca en la velocidad de ondas compresionales y cortantes. En general, una aproximación inversa ha sido encontrada entre la porosidad y la velocidad de ondas, pero hay, por ejemplo, otros factores que influyen en estos valores, como el contenido de arcilla en las areniscas. (Fourmaintraux, 1995) propone para tres tipos de rocas, el decaimiento de la velocidad compresional con el aumento de la porosidad (Figura 4.3).

56

Figura 4.3 Vp versus porosidad, para calizas, areniscas y granitos (meteorizados,

fisurados). (Fourmaintraux, 1995).

Se presenta una mayor pendiente para las muestras de granito que presentan un alto de grado de meteorización y fisuramiento. Al evaluar la influencia de la porosidad en la velocidad de ondas compresionales en muestras de roca en condición seca, (Kelsall et al, 1986) mediante la Figura 4.4 demuestran que el fisuramiento y las persistentes microfisuras en las muestras de roca analizadas también afectan los valores de velocidad compresional.

57

Figura 4.4 Efectos de la variación de la porosidad en la velocidad de ondas compresionales en muestra de roca seca (doleritas). (Kelsall et al., 1986)

Los datos que quedan fuera de la tendencia general para las rocas intactas son atribuidos al fisuramiento y persistencia de microfisuras presentes en las muestras. La Figura 4.5, expone la variación de la velocidad compresional con la porosidad, para distintas muestras de roca (reproducido por Mavko et al, 1998).

58

Figura 4.5 (a, b). Calcitas, presión efectiva de 10 a 50 MPa, (Cadoret, 1993., Lucet,

1989., Yale y Jamieson, 1994). (c). Areniscas de alta porosidad: presión efectiva de 35 a 40 MPa, (Strandenes, 1991). (d). Areniscas: presión efectiva de 30 a 40 MPa,

(Han, 1986). (Tomado de Mavko et al., 1998).

Las amplias dispersiones en los datos deberán ser atribuidas al nivel de esfuerzo efectivo, grado de cementación, y contenido de arcilla de las muestras analizadas. Discriminando los datos en función del grado de cementación y la presión efectiva se obtiene lo que se aprecia en la siguiente gráfica (Dvorkin., Nur. 1998).

59

Figura 4.6 Especificaciones de condiciones de areniscas: Cuarzo-cementada, Arcilla-cementada, No cementada, y especificaciones del efecto del nivel de

esfuerzos, aplicado al material no cementado (Dvorkin., Nur. 1998).

Se evidencia que para una misma porosidad se obtienen diferentes valores de velocidad de onda compresional (Vp), obteniendo las mayores velocidades para las areniscas que presentan un mayor grado de cementación, y menores velocidades para las areniscas no cementadas.

Para un mismo material con una misma porosidad las velocidades compresionales Vp varían en función de la presión a que se encuentre sometido, reportando menores valores de Vp para rocas a menores presiones y mayores valores de Vp a presiones mayores.

Como se muestra en la Figura 4.7 (Wilkens et al., 1984) se encontró que el porcentaje del contenido de arcilla en areniscas tiene un efecto marcado en la velocidad de ondas compresionales en muestras secas.

60

Figura 4.7 Efecto del porcentaje del contenido de arcilla en la variación de Vp para

areniscas secas, para determinados valores de porosidad.( Wilkens et al., 1984)

Estos datos dan una ilustración de la influencia del contenido de arcilla. Para una porosidad dada, ejemplo 20%, Vp se encuentra en un rango de 3.5 a 4.5 Km/s, debido a la reducción del contenido de arcilla de 15% a 5%, aproximadamente. (Gutiérrez et al., 2002), también dirigió la pregunta del contenido de arcilla, refiriéndose a la diferenciación inicial propuesta por Han, (1986) para areniscas. En la Figura 4.8 se expone la diferenciación de los datos de Vp versus la porosidad propuesta por Han, (1986).

61

Figura 4.8 (a). Sin clasificar datos de Vp – n% para areniscas con contenido de arcilla <35%. (b). Diferenciación de tendencias de los valores de Vp-n% por el

contenido de arcilla. Gutiérrez, 2001 (c, d). Presentación en más detalle de los datos de Han, 1986. (Datos reportados por Yan, 2003)

Para una misma porosidad se obtienen diferentes valores de velocidad de ondas compresionales (Vp), obteniendo mayores velocidades para muestras libres de contenido de arcilla, por lo tanto, a mayor contenido de arcilla menor velocidad compresional. Una serie de ensayos de laboratorio reportados por Klimentos, (1991), fueron diseñados para investigar la influencia del contenido de arcilla en la velocidad de ondas compresionales para rocas areniscas saturadas bajo varias presiones de confinamiento y presiones de poros hasta de 40 MPa. Veintiuna muestras de arenisca fueron investigadas, obteniendo lo que se aprecia en la Figura 4.9.

62

Figura 4.9 Velocidad de ondas compresionales a 1 MHz de frecuencia y 40 MPa de

presión de confinamiento, a una determinada porosidad y contenido de arcilla.(Klimentos, 1991)

La dispersión que se logra apreciar en la relación de Vp versus Porosidad, es clara cuando se discretiza los datos por el contenido de arcilla de cada muestra, logrando así obtener para muestras con porosidad del 15% velocidades de onda compresional que oscilan entre 5200 y 4000 m/s, que corresponden a contenidos de arcilla aproximadamente del 2 y 16 %, respectivamente.

Varios investigadores (Assefa et al., 1999; Best et al., 1994; Klimentos., McCann., 1990) han reportado, en general, que la atenuación incrementa con la porosidad y la permeabilidad, pero las correlaciones son muy débiles con una gran dispersión en los datos. Similares correlaciones débiles fueron observadas entre el factor de calidad sísmico, la porosidad y la permeabilidad para estos mismos datos. Mohiuddin et al., (2001), utilizando parámetros como la relación entre factor de calidad sísmico de ondas compresionales y factor de calidad sísmico de ondas cortantes, correlacionan propiedades físicas de las rocas como permeabilidad,

63

porosidad y Vp/Vs tal como se muestra en la Figura 4.10, obteniendo mejores correlaciones con la porosidad y la permeabilidad.

Figura 4.10 Relación de Qp/Qs versus propiedades físicas de las rocas. (Mohiuddin

et al., 2001).

Una recopilación de valores del factor de calidad sísmico para un grupo de rocas con una distinción entre diferentes frecuencias o grados de saturación, expone una amplia dispersión de los datos (Figura 4.11) en los valores de Qsis en función de la porosidad.

Figura 4.11 Qsis como función de la porosidad para rocas ígneas y metamórficas (triángulos), calizas (cuadrados), y areniscas (círculos). De Bradley y Fort 1966,

Reproducido por Johnston et al., (1979).

64

La Figura 4.12 expone un rango de Qsis de menos de 10 (para rocas areniscas porosas) a casi 900 (para rocas ígneas y metamórficas de baja porosidad). Hay una tendencia general inversa de Qsis y la porosidad, pero esta tendencia se ve relacionada con muchos otros mecanismos ocultos de atenuación.

Figura 4.12 Factor de calidad sísmico versus el contenido de arcilla para 39

areniscas con porosidades de 6 a 36%. (Tomado de Klimentos y McCann., 1990).

Como se ha expuesto anteriormente la velocidad de ondas compresionales esta fuertemente influenciada con el contenido de arcilla, de la misma forma se ha encontrado que la atenuación o factor de calidad sísmico (inverso de la atenuación) también es afectado por el contenido de arcilla en el material (Figura 4.12). 4.3 EFECTOS DE LA PRESIÓN

El efecto de la presión en velocidades es ampliamente influenciada por la forma de los poros y de la presencia de fluidos. Para rocas secas con porosidad en forma de fisuras, las velocidades se incrementan para presiones < 100 MPa (Zamora et al., 1994). Toksöz et al., (1979), muestra un cambio de las velocidad de propagación de ondas compresionales y cortantes en función de la presión diferencial (Pd), tanto para muestras de arenisca saturadas y secas (Figura 4.13).

65

Los investigadores realizaron ensayos donde lograron medir las presiones de poros (Uf) y la presión de confinamiento ( c) independientemente, y relacionaron los cambios de las velocidades en función de la presión diferencial, la cual está dada por la diferencia entre la presión de confinamiento y la presión de poros (Pd= c-Uf).

Figura 4.13 Decaimiento de la velocidad compresional y cortante, en función de la presión diferencial. (Toksöz et al., 1979).

Como se describió anteriormente, la atenuación es un parámetro que predice las propiedades de los materiales y sus irregularidades. Este parámetro tiene dependencia de la presión a la cual se encuentra sometida la roca. Lucet et al., (1992), para especímenes de roca arenisca, estudiaron la influencia que tiene la presión de confinamiento sobre la atenuación, encontrando que a medida que se incrementan las presiones de confinamiento la atenuación decrece.

66

Las atenuaciones calculadas por medio del método ultrasónico y sónico (Figura 4.14) presentan un fuerte decaimiento en función de la presión de confinamiento, dicho decaimiento se relaciona con la presencia de microfisuras y el tamaño del grano.

Figura 4.14 Decaimiento de la atenuación ultrasónica y sónica, en función de la

presión de confinamiento. (Lucet et al., 1992).

Igualmente otros investigadores (Toksöz et al., 1979), exponen la misma dependencia de la atenuación con la presión diferencial, como se muestra en la Figura 4.15.

67

Figura 4.15 Dependencia de la atenuación de ondas compresionales y cortantes

(Q=1/ ), con la presión diferencial. (Toksöz et al., 1979)

Similares efectos son observados (Tao et al., 1995; Best., 1997). La presión de confinamiento influye en los valores del factor de calidad sísmico (Q) para ondas compresionales y cortantes (siendo Q el inverso de la atenuación) tanto para condiciones de rocas secas y rocas saturadas (Mohiuddin et al., 2001).

Figura 4.16 Factor de calidad sísmico Q versus la presión de confinamiento. (Tao et

al., 1995; Best., 1997).

Tao et al.,(1995) sugieren que la tasa de incremento de Q con la presión de confinamiento depende de la estructura de poros de la roca. Para el caso de areniscas saturadas y limpias con microfisuras, Best y Sams., (1997) y Best.,

68

(1997), exponen que Qp y Qs son indicadores más sensitivos a los efectos de la presión de confinamiento que Vp y Vs.

Las velocidades ultrasónicas y atenuaciones obtenidas a distintas presiones de confinamiento (máximo 60 MPa) se comparan en la Figura 4.17.

Figura 4.17 Comparación de respuestas de Vp, Vs y Qp, Qs para areniscas

saturadas con presencia de microfisuras, para presiones de confinamiento de 5 a 60 MPa. (Best, 1997)

Lo anterior expone una alta sensibilidad de las velocidades y atenuaciones ultrasónicas a las presiones de confinamiento, pero también es claro que

69

materiales sometidos a grandes esfuerzos, presentan una estructura menos porosa, tornándose evidente en mayores velocidades y menores atenuaciones. 4.4 EFECTOS DE LA DENSIDAD

La densidad tiene una fuerte influencia sobre los parámetros dinámicos en rocas, ésta refleja en gran medida el grado de meteorización de los materiales, así como su posible fisuramiento. Una gran cantidad de datos de laboratorio de Vp y densidad son dados por Kelsall et al.,(1986). (Figura 4.18). En la Figura se observa una disminución de la velocidad compresional a medida que disminuye la densidad de la roca. Para las rocas fracturadas se registran los menores valores de velocidades. La dispersión de los datos que se puede apreciar es atribuida a la presencia de fisuramiento en las muestras.

70

Figura 4.18 Efectos de la densidad seca en los valores de Vp de muestras (doleritas)

secadas al aire. (Kelsall et al., 1986).

En los datos presentados por Mavco et al, 1998, como se expone la Figura 4.19, se expone la variación del valor de Vp con la densidad, para muestra de areniscas.

71

Figura 4.19 Areniscas a presiones efectivas de 30 a 40 MPa. (Han, 1986; Strandenes,

1991; Después Mavko et al, 1998).

La amplia dispersión de los datos presentados en la anterior Figura es evidencia de la variabilidad mineralógica que presenta las areniscas, con variación del 10-15% en la densidad para una misma velocidad 4.5 EFECTOS DEL FRACTURAMIENTO

La correspondencia mecánica entre dos diferentes escalas (espécimen de roca – macizo rocoso) no es conocida, pero a menudo se asume que las microfisuras, fracturas y fallas tienen aproximadamente el mismo efecto en la propagación de ondas ultrasónicas, sónicas y sísmicas respectivamente, sobre rocas secas (Spencer., Nur., 1976; Moos., Zoback., 1983; Murphy., 1984; Han., Nur., 1987). Esta suposición también es soportada teniendo en cuenta que la dispersión de la velocidad es usualmente pequeña (del orden de muy pequeños porcentajes) en rocas secas (Winkler., 1983). El efecto del fracturamiento de una roca en los parámetros de propagación de ondas acústicas es un tema de investigación que ha convocado la atención de algunos investigadores, los estudios más relevantes se exponen a continuación. Kaneko et al., (1979), estudiaron la progresión de rotura en rocas encontrando que la atenuación de la amplitud de las ondas P era sensible a la disminución de la velocidad. Schoenberg., (1980), introdujo, para representar las grietas, un modelo de superficie imperfecta entre dos medios elásticos (una superficie de deslizamiento lineal). Fehler., (1982), realizó un tratamiento hidráulico induciendo fracturas como un estrato relleno de un flujo viscoso embebido entre dos espacios

72

medios homogéneos. Sassa et al., (1984), plantean que el tiempo promedio de velocidad sobrestima la densidad de agrietamiento y que la velocidad de las ondas P, en masas de roca con grietas saturadas, no corresponde al tiempo promedio de velocidad. De ensayos de laboratorio, Yu y Telford., (1973), encontraron que el 96% de la energía de la onda incidente de un rango de frecuencia de 60 kHz fue reflejada por una única fractura, incluso después de que la fractura fuese sometida a carga. Watanabe y Sassa., (1996), introdujeron un modelo de propagación de ondas P a través de una zona de baja velocidad compuesta de capas delgadas de diferentes velocidades. Estos investigadores encontraron que el número y el espesor de las capas influenciaban en la forma de onda, amplitud y velocidad de transmisión de ondas. Tras estudios experimentales en laboratorio (Pyrak et al., 1990) analizaron la transmisión de ondas compresionales y cortantes a través de tres diferentes fracturas naturales sobre Monzonita de cuarzo (roca ígnea intrusiva). Las medidas fueron hechas a diferentes esfuerzos efectivos bajo condición seca y saturada. Los especímenes se ensayaron con una única fractura en la mitad de la muestra y una misma orientación casi ortogonal con el eje longitudinal del espécimen. Una muestra intacta de la misma longitud fue también ensayada tomada del mismo núcleo inmediatamente adyacente a la muestra fracturada. Todos los ensayos se realizaron a diferentes niveles de esfuerzos (1.4 MPa – 85 MPa) Para cada espécimen ensayado (Fracturado e intacto) se encontraron los espectros de ondas P (espectros de magnitud [mv: milivoltios]), como se muestra en la Figura 4.20.

73

Figura 4.20 Comparación de espectros de onda P, obtenidos para especímenes intactos y fracturados en estado de saturación y sequedad (Pyrak et al., 1990).

A bajos niveles de esfuerzo (2 MPa) la relación de amplitud espectral, de muestra fracturada a muestra intacta, es mucho más grande para los especímenes saturados que para los que están en condición seca. Estas diferencias entre el comportamiento de las fracturas en condición saturada y seca dan en evidencia un incremento de la rigidez de la fractura, que es resultado del contenido de agua en los vacíos de la fractura. La comparación de los espectros bajo condición seca y saturada evidencia que las amplitudes espectrales de los especímenes fracturados e intactos son similares a medida que aumenta la magnitud de esfuerzos axiales, presentando relaciones espectrales cercanas a 1. El incremento en la magnitud de los esfuerzos, disminuye los vacíos presentes en la fractura, incrementando así la rigidez específica de la fractura. Para muestras saturadas, a mayores esfuerzos aplicados, menores vacíos en la fractura, los que en condiciones de saturación están ocupados de agua, el agua es desalojada, por lo tanto se presentan mínimos efectos en la transmisión de ondas. Teniendo en cuenta lo anterior, se evidencia que los efectos de las fracturas en la transmisión y atenuación de ondas sísmicas es de importancia fundamental e interés practico.

74

Boadu y Long., (1996), a partir de análisis teóricos y datos experimentales, encontraron que el fracturamiento de una roca influencia los tiempos de viaje y la amplitud de las ondas sísmicas que se han propagado a través del geomaterial. Para la investigación en fracturas de rocas, estos autores, considerando propiedades descriptivas, modificaron el modelo de desplazamiento de las discontinuidades, formulando un nuevo modelo en el cual las fracturas fueron tratadas como líneas de transmisión de las ondas acústicas. En su modelo, los investigadores utilizaron fracturas sintéticas, con diferentes parámetros geométricos, a partir de hendiduras realizadas en las muestras. Los ensayos de laboratorio exponen que las fracturas se comportan como filtros de paso de baja que atenúan la señal eliminando los componentes de alta frecuencia de la señal y produciendo una frecuencia dependiente del tiempo de retraso. Se ha observado una interrelación entre las propiedades de las fracturas tales como apertura, área de contacto entre fracturas, flujo de fluidos y rigidez de la fractura; tales propiedades están relacionadas con las propiedades de propagación de ondas. Lográndose de éstas medidas sísmicas deducir las propiedades de las fracturas. Por lo tanto, a través de los estudios de datos experimentales se deduce una interesante hipótesis, donde a partir de un núcleo de roca que contenga un grado de Fracturamiento se puede obtener toda la información sobre las propiedades hidráulicas, mecánicas y sísmicas de las fracturas, lográndose así una ampliación a una masa de roca. Pyrak., (1996), a partir de ensayos de laboratorio (Figura 4.21), analizó el efecto de las fracturas en la propagación de ondas sísmicas, encontrando que la fractura retrasa, atenúa y reduce el contenido de altas frecuencias de la señal respuesta. A partir del análisis de medidas de onda en laboratorio sobre tres núcleos de dolomitas (Pyrak et al., 1996), se determinó el cambio en la rigidez de corte de las fracturas, las cuales se sometieron a esfuerzos normales y cortantes. Se realizaron medidas de velocidad de onda compresional y cortante y amplitudes a los especímenes antes de introducir la fractura.

75

Figura 4.21 Comparación de la señal de onda compresional a través de una muestra

de roca intacta y fracturada. Fracturamiento perpendicular a la dirección de propagación de la onda (Pyrak et al., 1996).

Las muestras fracturadas se sometieron a una técnica similar al ensayo brasilero. La Figura 4.22 expone la forma de la onda cortante para una muestra intacta en función de esfuerzos normales aplicados. El tiempo de arribo y la amplitud de la onda de corte no cambio con el incremento de esfuerzo normal, lo cual es consistente con la falta de porosidad en las muestras de dolomita.

76

Figura 4.22 Ondas de corte recibidas para muestra intacta a un rango de esfuerzos

de 0.25 a 8.72 MPa (Pyrak et al., 1996).

A las mismas muestras se les realizó una fractura y así mismo se analizó la forma de la señal, igualmente sometida a esfuerzos normales (Figura 4.23). En la gráfica se aprecia un retraso de la señal en comparación con la muestra intacta de 2.14

s (microsegundos), al igual se aprecia una atenuación de la onda de corte. El autor afirma que este retraso en la interface de la onda no puede ser descrito como una simple anisotropía producida por la presencia de una fractura o por una doble refracción de la onda de corte. Es claro que las muestras fracturadas muestran un retraso de la señal y una disminución en su amplitud.

77

Figura 4.23 Ondas de corte medidas en espécimen fracturado, para tasas de

esfuerzos normales de 2.04 a 8.72 MPa. (Pyrak et al., 1996).

Boadu., (1997), propuso un modelo de medio fracturado para representar fracturas verticalmente alineadas artificialmente elaboradas en una roca intacta. En estos materiales determinó las propiedades sísmicas (velocidad y factor de calidad) a partir de ondas sísmicas transmitidas a través del medio. En su estudio, el autor asumió que las propiedades geométricas de las fracturas (longitud de la fractura, espaciamiento y apertura) exhibían un comportamiento fractal, es decir que éstas propiedades se repiten de manera exacta o aproximada a diferentes escalas espaciales. Por simulación de distribución de fracturas obtuvo los parámetros geomecánicos descriptivos (índice de discontinuidad, densidad de fracturas, RQD), los cuales relacionó posteriormente con las propiedades de las ondas. Concluye el investigador que los bajos valores de velocidad y de Q asociados a una zona de fractura son indicadores de la permeabilidad o transmisividad hidráulica de la zona y de la baja resistencia de la misma. Boadu., (1997), muestra en la Figura 4.24 como la onda recibida que atraviesa un medio fracturado presenta retraso en la llegada de la señal, atenuación y cambio frecuencial.

78

Figura 4.24 Forma de onda compresional (P), incidente y recibida, para un medio fracturado (Boadu., 1997).

En la Figura 4.25 se representa la variación de la velocidad compresional P, en función de índices de discontinuidades y calidad de los geomateriales. Las Figuras 4.25 (a, b) representan un decaimiento de la velocidad a medida que aumenta el índice de discontinuidad (Id=Longitud de fractura promedio/Espaciamiento de fractura promedio), de igual forma se observa éste decaimiento de la velocidad a medida que aumenta la densidad de fracturamiento lineal ( = # Fracturas/Longitud total), igual para el parámetro de densidad de fractura (C= /(cos i*(1-lnrmin)); i: Orientación de la fractura. rmin: Longitud de la fractura más pequeña), lo contrario sucede con el RQD que es un parámetro de calidad del geomaterial.

79

Figura 4.25 Variación de la velocidad de onda (P) con los parámetros de masa de

roca fracturada.(a) Índice de discontinuidad Id: (b) densidad de fracturación lineal; (c) designación de calidad de roca (RQD); (d) parámetro de densidad de fractura

(Boadu., 1997).

Couvreur et al., (1998), al trabajar sobre materiales rocosos fracturados, concluyen que el procesamiento detallado de las señales de onda P y S mejoran el entendimiento de los procesos de daño. En particular, un estudio detallado del factor de calidad sísmico (Qp, Qs) resulta en la detección del comienzo de fallas críticas en las rocas. Boadu., (2000), desarrolló una relación empírica entre velocidad sísmica, permeabilidad y porosidad de un medio fracturado, empleando el método de regresión de mínimos cuadrados, por medio de lo cual obtuvo relaciones entre velocidades para rocas fracturadas y rocas intactas. Las bajas relaciones de velocidades son asociadas con altas permeabilidades y porosidades.

80

King., (2002), permitió la aplicación de un estado de esfuerzos poliaxiales extremadamente altos (cientos de MPa) a pequeños especímenes cúbicos de roca (40 a 50 mm). La Figura 4.26 ilustra el marco de carga, la carga principal y las direcciones de medida de velocidades, con nueve componentes de velocidad de ondas P y ondas S, y la dirección de vibración de las ondas S. Fueron usados transductores piezoeléctricos (450-800 kHz) para producir y detectar los pulsos de ondas compresionales, y así mismo de dos ondas cortantes (350-750 kHz).

(a) La permeabilidad también puede ser medida en presencia de altas presiones de poros.

(b)

Figura 4.26 (a). Corte transversal del cargador estático y dinámico (b). Carga principal y dirección de medida de velocidades, con nueve componentes de

direcciones de ondas P y ondas S, y la dirección de vibración de las ondas S. (King., 2002).

81

La Figura 4.27 reproduce algunos de los más importantes resultados experimentales de las velocidades de ondas P y ondas S principales que fueron obtenidas durante el proceso inicial de carga biaxial de 6% de porosidad, sobre areniscas casi isotrópicas hasta el fracturamiento. Las figuras 4.27 (a, b) exponen que Vp1 y Vs1 incrementan continuamente paralelas con alta carga biaxial. En aproximadamente 100 MPa, el conjunto de fracturas de extensión se comienzan a desarrollar, y la velocidad perpendicular Vp2 y Vs2 indican un rápido decaimiento de la velocidad debido a la presencia de nuevas fracturas.

Figura 4.27 Velocidades medidas y modeladas para areniscas de Crossland Hill,

como función de esfuerzos durante ciclos de fracturamiento. (a). Onda P. (b). Onda S (King., 2002).

82

En el momento en que las fracturas de extensión se comenzaron a desarrollar, se recargó el cubo con esfuerzo hidrostático, notándose un rápido incremento de Vp2 y Vs2 (Figura 4.28) lo anterior teniendo en cuenta que el fracturamiento fue rápidamente cerrado, mientras que con las fracturas paralelas, las velocidades Vp1 y Vs1 presentaron un comportamiento similar que al inicio del ensayo.

Figura 4.28 Velocidades medidas y modeladas para areniscas de Crossland Hill,

como función de esfuerzos hidrostáticos durante ciclos de cerrado de las fracturas. (a). Onda P. (b). Onda S(King., 2002).

Kahraman., (2002), encontró experimentalmente una relación polinomial entre el coeficiente de rugosidad de la fractura (FRC) y la velocidad de onda P (Figura

83

4.30). La investigación se realizó sobre tres tipos de roca granito, mármol y travertino.

Figura 4.29 Coeficientes de rugosidad de las fracturas (FRC). (Kahraman., 2002).

La velocidad de onda P decrece con el incremento del coeficiente de rugosidad de la fractura (FRC). La investigación se realizó para estructuras sin relleno, el autor propone la necesidad de analizar la relación entre estos dos parámetros para el caso de existencia de relleno al interior de la fracturas.

Figura 4.30 Velocidad de onda compresional versus FRC, para granito). (Kahraman.,

2002).

84

Fratta y Santamarina., (2002), reportan en su investigación que las características mecánicas y la orientación de las juntas determinan el comportamiento de masas rocosas, incluidas la resistencia, la rigidez y todas las formas de conducción y difusión (hidráulica, térmica, eléctrica y química). Enfatizan estos autores, que la orientación preferencial de las juntas gobierna la anisotropía del medio, lo que a su turno, afecta la velocidad y el amortiguamiento de las ondas. El propósito de su estudio fue investigar la propagación de ondas de corte de grandes longitudes de onda a través de una masa rocosa con juntas abiertas, sin y con relleno blando, y, sujeta a bajo confinamiento. Los datos experimentales fueron obtenidos mediante columnas delgadas fabricadas con elementos discretos y relleno blando en las juntas. La columna fue excitada en el primer modo torsional de vibración para obtener medidas correctas de velocidad y amortiguamiento de propagación de las ondas en la dirección normal a las juntas. Leucci y De Giorgi., (2006), realizaron un estudio experimental de laboratorio para evaluar el efecto de las fracturas sobre la velocidad de propagación de ondas de cuerpo (P y S) en rocas sedimentarias y por consiguiente, para encontrar relaciones entre las propiedades de las ondas y los parámetros geomecánicos de las rocas. Estos autores emplearon muestras en bloque “intactas” de calcarenita, la cual describieron a partir de algunos índices normalmente usados para calificar macizos in situ (índice de discontinuidad, RQD, parámetros de fractura lineal, densidad de fractura) y los relacionaron con las propiedades sísmicas. Para el experimento, los investigadores conformaron cuatro tipos de muestras para cuatro distintas condiciones de relleno sobre fracturas sintéticamente elaboradas en los bloques (Figura 4.31), siguiendo un predeterminado patrón de alineamiento. Los resultados obtenidos fueron geo estadísticamente analizados para encontrar relaciones entre las propiedades de las ondas P y S y los parámetros de la roca fracturada.

85

Figura 4.31 Montaje experimental para la obtención de ondas P y S, en bloques con

fracturas sintéticamente elaboradas (Leucci y De Giorgi., 2006).

Los resultados encontrados sugieren que las velocidades de las ondas P y S decrecen (Figura 4.32a) y que la relación vp / vs (Figura 4.32b) se incrementa a medida que la densidad de fracturamiento lineal aumenta.

(a)

(b)

Figura 4.32 (a). Velocidad de onda P y S, en función de la densidad de fracturamieto lineal. (b). Relación Vp/Vs en función de la densidad de fracturamiento lineal (Leucci

y De Giorgi., 2006).

86

En la Figura 4.33 se ilustran los sismogramas y amplitudes espectrales, destacando la relación de la velocidad y la frecuencia de la onda transmitida y el número de fracturas del bloque ensayado.

Figura 4.33 Ondas P. (a). Sismograma obtenido. Arribos de ondas P, para el caso de fracturas abiertas y llenas de aire. (b). Amplitudes espectrales (Leucci y De Giorgi.,

2006).

Se aprecia que el tiempo de arribo de las ondas P se incrementan a medida que se incrementa el número de fracturas, lo cual sugiere una reducción de la velocidad de onda con el aumento de la densidad de fracturamiento. De igual modo la tendencia espectral sugiere que las amplitudes de las ondas transmitidas decrecen con el aumento de la densidad del fracturamiento y que existe un rango de frecuencias característico de absorción de las ondas que se propagan a través del medio. 4.6 ESTUDIOS REALIZADOS SOBRE ROCAS COLOMBIANAS

4.6.1 Comportamiento físico – mecánico – dinámico. Correa y Pedroza., (2006), realizaron la recopilación de 634 datos, producto de ensayos de compresión inconfinada con medidas de deformación en una

87

dirección, logrando así obtener datos de compresión simple y módulo de deformación elástico para diferentes tipos de rocas. Las muestras de roca fueron obtenidas en diferentes proyectos los cuales se relacionan a continuación: - Proyecto Fonce (15 Muestras). - Proyecto Chigaza (324 Muestras). - Proyectos: Acerías Paz del Rio, Chingaza, Rio Tunjita, Guavio, Fonce, Rio

Suarez, Vía Bogotá-Villavicencio, Rio Sogamoso; se obtuvieron el resto de las 634 muestras de roca.

Con los 634 datos obtenidos se graficó el módulo de deformación elástico en función de la resistencia a la compresión simple, obteniendo así regiones para cada tipo de roca y calidad de la misma, como se expone en la Figura 4.34a. Los datos fueron contrastados con los que presentaron Deere y Miller., (1966), (Figura 4.34b).

88

(a) Figura 4.34 (a). Rocas Sedimentarias Colombianas, Correa, 1988. Tomado de

Correa, A., Pedroza, A, 2006.

89

(b) Figura 4.34 (b). Rocas Sedimentarias, Deere y Miller, 1966. Tomado de Correa, A.,

Pedroza, A, 2006.

Los autores concluyen que las rocas colombianas son más deformables y menos resistentes que las citadas por Deere y Miller en sus investigaciones, esto puede

90

deberse a parámetros tales como la textura, estructura, composición mineralógica y porosidad, así como a la edad de la roca, las formaciones geológicas a las que pertenecen, las actividades sísmicas y tectónicas a las que están sometidas y a la calidad de la roca (sana, fracturada, fisurada, etc.); por lo tanto, los autores concluyen que si se quisiere llegar a confrontar datos más exactos, se debe llegar a tener en cuenta los parámetros anteriores. Cabe recalcar que gran parte de los anteriores datos fueron una recopilación de datos presentados en varios artículos en el I Congreso Suramericano de Mecánica de Rocas, (1982). Correa., (2006), presenta a partir de los datos anteriores correlaciones entre propiedades físicas y propiedades mecánicas de rocas colombianas para propósitos prácticos. Ramírez et al., (2000), presentan resultados de propiedades físicas, mecánicas y velocidad de onda compresional, para 11 especímenes estudiados de la Formación Arenisca Dura – Grupo Guadalupe (Procedencia: Cantera El Pilar), 15 especímenes de la formación Arenisca Labor – Grupo Guadalupe (Procedencia: Cantera San Martin) y 14 especímenes de la Formación Arenisca Tierna – Grupo Guadalupe (Procedencia: Ciudad Bolívar). Analizando los datos reportados por estos autores, se logra deducir (Figura 4.35), que la velocidad de onda compresional no guarda correlación con la densidad, discretizando los datos por Formación se logra apreciar que la Formación Arenisca Labor es la única que guarda alguna correlación entre éstas dos propiedades. Sin embargo, existen otros parámetros a tener en cuenta para lograr analizar el por qué de estas dispersiones.

91

Figura 4.35 Relación entre Densidad y Velocidad de ondas compresional. Datos reportados en Ramírez et al., (2000). (Análisis de Datos: Presente Investigación).

De la misma forma se analiza los datos de compresión inconfinada y se trata de deducir correlaciones entre este parámetro de resistencia, la densidad y velocidad de onda compresional (Figura 4.36). Es apreciable una tendencia entre la resistencia a la compresión inconfinada y la velocidad compresional, pero para el caso de los dos puntos analizados para la Formación Arenisca Dura, se observa una dispersión, presentando unas velocidades muy similares para un cambio aproximado del 20% en los valores de resistencia a la compresión inconfinada. De la misma forma, la relación entre resistencia y densidad no es clara; analizando los puntos por Formación, no presenta relación entre estos dos parámetros tanto para la formación Arenisca Dura y la Formación Arenisca Tierna. Es fundamental anotar que con tan pocos puntos es relativamente incierto llegar a conclusiones para deducir relaciones entre dos variables.

92

Figura 4.36 Relación entre resistencia a la compresión inconfinada, Velocidad compresional y Densidad. Datos reportados en Ramírez et al., (2000). (Análisis de datos

realizados en la Presente Investigación).

Los datos reportados por Torres, (2005), para rocas sedimentarias, presentan coeficientes de correlación de R=0.61 y R=0.47, para relaciones entre resistencia a la compresión inconfinada “versus” velocidad compresional, y densidad “versus” velocidad de onda compresional, respectivamente (Figura 4.37).

93

Figura 4.37 Relación entre velocidad de onda compresional (Vp) – Resistencia a la

compresión inconfinada ( c) – Peso unitario ( ). Como se presentó en el numeral 2.1.2, para rocas sedimentarias colombianas Torres, (2005), expone una relación entre el módulo de deformación dinámico y el módulo de deformación estático, se observa que el módulo de deformación dinámico es ligeramente mayor que el módulo estático. Los datos reportados por Ramírez et al., (2000), no permiten trazar una relación entre estas dos variables debido a que se presentan únicamente tres puntos. Como se describe en el presente numeral se tiene un amplio conocimiento del comportamiento mecánico de rocas sedimentarias colombianas, específicamente sobre núcleos de roca intactos, contando con una amplia base de datos de parámetros mecánicos, módulos de rigidez y propiedades físicas. En cuanto a su

94

caracterización dinámica los datos son más escasos, se han presentado estudios muy importantes para entender el comportamiento dinámico de estos, a partir del análisis de diferentes propiedades de propagación de ondas, específicamente velocidades de ondas compresionales. Como se logró determinar existe una gran dispersión al tratar de correlacionar parámetros dinámicos con parámetros de resistencia y parámetros físicos. Por lo tanto, es claro que existen otros parámetros que están influenciando en los datos obtenidos y que deberán ser analizados con mayor profundización.

95

CAPITULO 5. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES DE ENSAYO

5.1 MATERIAL DE ENSAYO

El material de ensayo está conformado por un total de 51 especímenes de roca de forma cilíndrica. Dicho material corresponde a roca arenisca clástica de grano fino, de naturaleza cuarzosa, que evidencia un alto grado de cementación, fracturamiento e intensa meteorización; específicamente corresponde a la Formación Arenisca Dura – Grupo Guadalupe. Las muestras fueron extraídas del macizo rocoso fuente “Macizo Rocoso Mondoñedo” (Figura 5.1), ubicado en la Vereda el Pencal – La Herrera, en la margen derecha de la vía Mosquera – Bojacá (derivada de la vía principal Mosquera – La Mesa). Éste macizo rocoso presenta una geoforma de colina de baja altura, conformado por materiales sedimentarios del Grupo Guadalupe; en la parte superior se presenta la Formación Plaeners (panelas de limolitas) que por medio de un contacto concordante yace sobre la formación Arenisca Dura. El cerro está bastante meteorizado, presentando visos de oxidación, líquenes en superficie, alto grado de fracturamiento y mala calidad de relleno entre las discontinuidades. Fueron obtenidos 32 especímenes de dos afloramientos presentes en el macizo rocoso Mondoñedo. En dichos afloramientos se realizaron tanto perforaciones paralelas como perpendiculares a los planos de estratificación; las muestras restantes se obtuvieron por medio de una perforación vertical, cerca a los afloramientos descritos. Todas las muestras obtenidas corresponden a la Formación Arenisca Dura – Grupo Guadalupe.

96

Figura 5.1 Localización geográfica del sitio de estudio.

97

5.1.1 Geología regional. El Departamento de Cundinamarca se encuentra localizado en la parte central de la cordillera oriental Colombiana, la cual a su vez, está formada por rocas sedimentarias de edad Cretácico y Terciario, que suprayacen a un basamento formado por rocas paleozoicas, de bajo grado de metamorfismo. Tectónicamente se halla ubicado en una región donde la cordillera oriental, que es más ancha hacia el norte, sufre un marcado estrechamiento hacia el sur, por efectos de compresión, lo que hace que la zona presente relaciones estructurales muy complejas (Acosta y Ulloa., 1997). Las rocas sedimentarias son las que se presentan en gran proporción, seguido de rocas metamórficas e ígneas, éstas rocas están localizadas en cuencas o bloques, limitados entre sí por grandes fallas, donde las unidades presentan características faciales particulares. Por lo tanto, las rocas aflorantes en el Departamento de Cundinamarca se dividen en cuatro bloques: - Valle Medio del Magdalena. - Anticlinorio de Villeta. - Sabana de Bogotá – Anticlinorio de los Farallones. - Piedemonte Llanero. El geomaterial con el cual se trabajará en la presente investigación, pertenece al Grupo Guadalupe, que éste a su vez pertenece al bloque tectónico de la Sabana de Bogotá – Anticlinorio de los Farallones. 5.1.2 Bloque tectónico de la Sabana de Bogotá – Anticlinorio de los farallones. Éste bloque se encuentra entre la base del prominente escarpe que genera el Grupo Guadalupe al occidente de la Sabana de Bogotá y por la falla de Santamaría-Tesalia al oriente. Puede ser dividido en dos regiones: La Sabana de Bogotá, donde afloran unidades del Cretácico Superior y Terciario, y el Anticlinorio de Los Farallones, donde aflora una secuencia de rocas variables en edad entre el Paleozoico y el cretácico Superior (Acosta y Ulloa., 1997). Grupo Guadalupe: Dentro de la región de la Sabana de Bogotá, las rocas aflorantes del Cretácico Superior, se encuentra el Guadalupe, nombre empleado inicialmente por Hettner., (1982), quien asignó el rango del piso del Guadalupe, a las areniscas de la parte alta del Cretácico de Bogotá.

98

Hubach., (1931), divide esta unidad en un conjunto inferior arcilloso y uno superior arenoso; posteriormente eleva el Guadalupe a la categoría de Grupo, y a cada conjunto al rango de Formación, denominándolos Guadalupe Inferior y Guadalupe superior, además subdivide la Formación superior en tres miembros llamados de base a tope, Arenisca Dura, Plaeners y Areniscas del Labor y Tierna. Porta., (1974), redefine esta unidad estratigráfica elevando la Formación Guadalupe superior al rango de Grupo y coloca la base sobre la última ocurrencia de lodolitas negras de la Formación Chipaque y su tope en la primera ocurrencia de las arcillolitas de la formación Guaduas; además divide el rango Guadalupe en tres formaciones denominadas: Arenisca Dura, Plaeners, Labor y Tierna. El Grupo Guadalupe queda definido como la parte arenosa del Cretáceo superior comprendida entre las Formaciones de Villeta (al W de la Sabana) o Chipaque (al E de la Sabana) y Guaduas; El Grupo Guadalupe está formado sobre todo por areniscas aunque posee importantes intercalaciones de arcillas y sobre todo porcelanitas. El Grupo Guadalupe se divide en tres Formaciones que se definen a continuación: Formación Arenisca Dura (Ksgd): Ésta formación aflora en zonas de fuertes escarpes de difícil acceso; está constituida por areniscas cuarzosas de grano fino y color gris claro, bien cementadas; presenta intercalaciones esporádicas de arcillolitas silíceas. La laminación es fundamentalmente ondulada no paralela, a veces discontinua, afectada por bioturbación. Presenta importancia económica como material de construcción. Formación Plaeners (Ksgpl): Ésta formación se caracteriza por la presencia de liditas y chert, con delgadas intercalaciones de lodolitas y arcillolitas laminadas, comúnmente silíceas. La estratificación es casi invariable, paralela en capas delgadas y rara vez media. Se utiliza como fuente de recebo y caolín. Formación Labor – Tierna (Ksglt): Ésta formación consta de tres conjuntos: uno inferior conformado por areniscas cuarzosas de color gris claro, de grano fino a medio, ligeramente friable; un conjunto intermedio donde predominan arcillolitas silíceas; y un conjunto superior constituido por areniscas cuarzosas y feldespáticas, gris y claras, de grano medio a grueso, con estratificación cruzada. (Microzonificación sísmica de Santa Fe de Bogotá, 1997).

99

En la columna estratigráfica del Grupo Guadalupe que se presenta en la Figura 5.2, se aprecian diferentes nomenclaturas que han sido propuestas para cada una de las formaciones pertenecientes al nombrado Grupo. Se describe el Grupo Guadalupe de piso a techo: Arenisca Dura (Areniscas, generalmente de grano fino y lulitas y alguna capa silícea intercalada, con espesor promedio de 180 metros), Nivel de Plaeners (Conformado por dos estratos. Estrato inferior con espesor promedio de 73 metros conformado por lulitas, porcelanitas y arenisca muy fina; estrato superior con espesor promedio de 14 metros, conformado por areniscas finísimas y lulitas), Arenisca de Labor (Areniscas de grano medio a fino, con espesor de 70 metros), Arenisca Tierna (Arenisca de tamaño de grano variable en bancos gruesos con espesor de 50 metros). El piso de la Formación Guaduas conformado por areniscas con algo de carbón y lutitas, yace sobre la Formación arenisca tierna.

En la Figura 5.3, se presenta la columna estratigráfica del Grupo Guadalupe, levantamiento realizado en la vereda los Puentes – Mondoñedo. Ésta columna muestra en su parte superior la Formación Arenisca Labor con un espesor de 70 metros, la cual yace sobre la Formación Plaeners, conformada por intercalaciones de arcillolitas, limolitas, chert y areniscas; en la parte inferior se encuentra la Formación Arenisca Dura. La estratigrafía presentada en la Figura 5.4 pertenece a la Formación Arenisca Tierna, conformada por areniscas que presentan laminaciones onduladas no paralelas, algunas capas de limolitas en la parte inferior. El espesor promedio de dicha Formación es de 95 metros.

100

Figura 5.2 Datos Columna estratigráfica del Grupo Guadalupe y la Formación Guaduas en la región del Boquerón de Tabio y comparación entre las diferentes nomenclaturas (JULIBERT., 1968).

101

Figura 5.3 Formaciones Plaeners y Labor - Sección Vereda los Puentes – Mondoñedo. (Acosta y Ulloa., 1997).

102

Figura 5.4 Formaciones Arenisca Tierna - Sección Vereda Piedra Colorada Subachoque (Acosta y Ulloa., 1997).

103

Es apreciable la actividad tectónica en el macizo, que se ve representada en el fracturamiento producido por grandes esfuerzos, material cizallado y planos estratigráficos con buzamiento N-W. El macizo rocoso Mondoñedo se encuentra localizado en el piso Bioclimático Andino, con una altura promedio de 2600 m.s.n.m; la pluviosidad varía entre los 600 y 1200 mm. Presenta vegetación típica de ésta zona como el canelo, el arrayán, el sietecueros y el riñón (IGAC, 1992). El material de estudio corresponde a roca arenisca clástica de grano fino, de naturaleza cuarzosa, que evidencia un alto grado de cementación, fracturamiento e intensa meteorización. Los geomateriales encontrados en el macizo piloto se ilustran en la Figura 5.5. En la corona del cerro aparece una capa orgánica de espesor variable, con presencia de vegetación de media altura, seguido de la Formación Plaeners (panelas de limolitas), que yace sobre la Formación Arenisca Dura. En inmediaciones del macizo se encuentran coluviones cuaternarios, los cuales presentan grandes bloques en superficie de material rocoso con bordes redondeados, lo que es posible deducir que son bloques que han llegado de la parte superior del macizo fuente o de macizos aledaños, dichos bloques presentan un alto grado de meteorización y fracturamiento. En gran extensión se encuentran sedimentos lacustres cuaternarios, que se extienden hasta encontrar la laguna La Herrena ubicada al Este del macizo en estudio. Para la obtención de muestras de roca, se realizó un estudio geológico preliminar en campo a través del cual se logró determinar tres sitios específicos dentro del macizo piloto. Los afloramientos denotados como afloramiento 1, afloramiento 2 y perforación vertical, se encuentran en la cara S-N del macizo rocoso Mondoñedo, pertenecientes a la Formación Arenisca Dura del Grupo Guadalupe. (Figura 5.5).

104

Figura 5.5 Ubicación – Perfil Estratigráfico (Macizo Rocoso Mondoñedo).

105

5.1.3 Descripción de afloramientos

Afloramiento 1. Se realizó una limpieza previa al afloramiento 1 con el fin de describir su geología estructural y realizar posteriores perforaciones. En la Fotografía 5.1 se muestra el afloramiento posterior a la limpieza. Para el bloque aflorando en el sitio se describe y realiza levantamiento de los siguientes datos: ubicación, litología, geología estructural (discontinuidades, fallas geológicas en sitios cercanos) y levantamiento lineal completo del perfil del macizo en el sitio descrito.

Fotografía 5.1 Afloramiento 1, posterior a su limpieza.

A continuación se muestra el perfil litológico del macizo rocoso Mondoñedo en el sitio del afloramiento.

106

Figura 5.6 Perfil litológico, Macizo rocoso Mondoñedo, Afloramiento 1.

El sitio de estudio se encuentra ubicado en las coordenadas (N4º41.435` ; W74º17.226` ; altura:2591m), en donde aflora arenisca de grano fino con bloques volcados hacia el N-W (buzamiento 30ºNW), con 12 discontinuidades horizontales y 9 verticales por metro lineal. El afloramiento compuesto de un bloque de arenisca dura con un espesor total de 3.50 metros yace bajo la Formación Plaeners (panelas de limolitas), como se indica en la Figura 5.6. Dicho bloque exhibe espesores de capa de 12 a 30 cm, fuertemente oxidados y con liquen (hongos) en la superficie. La arenisca aflorante presenta 3 familias de discontinuidades, las cuales presentan aberturas menores iguales a 3mm, rugosas, escalonadas y onduladas. Las discontinuidades mayoritariamente están cerradas con relleno del mismo material, con sus paredes altamente oxidadas y en condiciones secas en el momento del registro. El grado de descomposición aumenta hacia la base de la capa, como se ilustra en la Fotografía 5.2.

107

Fotografía 5.2 Bloque de arenisca aflorante.

Geología estructural. El bloque descrito presenta 3 familias de discontinuidades compuestas por: planos de estratificación, discontinuidades esparcidas en la dirección S-N y discontinuidades esparcidas en la dirección E-W. Con el propósito de conocer la calidad del macizo en el sitio de estudio, se procedió a realizar el levantamiento estructural en el área, tomando datos del número de discontinuidades por metro lineal. (Tabla 5.1).

Orientación de discontinuidad

Longitud toma de datos (m)

Numero de discontinuidades

Vertical 1 12 Horizontal 1 9

Tabla 5.1. Datos de discontinuidades existentes.

Se hace uso del índice RQD (designación de la calidad de la roca) propuesto por Deere en el año de 1963, para determinar la calidad del macizo en el sitio descrito.

RQD (%)= 115-3.3 (Jv) (5.1)

CAPA BASE

108

Donde (Jv) es el número de fisuras por metro cubico.

RQD (%)= 115-3.3 (21)= 46% Tomando como referencia los valores de RQD propuestos por Deere 1963 (Tabla 5.2), el macizo rocoso en el sitio de estudio se clasifica como un macizo de mala calidad.

RQD (%) Calidad de la roca < 25 Muy mala

25 - 50 Mala 50 - 75 Media 75 - 90 Buena

90 - 100 Muy buena

Tabla 5.2. Deere (1963).

Con el fin de efectuar una descripción estructural completa y realizar una sectorización cinemática del afloramiento en estudio, se tomaron datos de rumbo y buzamiento para cada una de las tres familias de discontinuidades encontradas. (Tabla 5.3).

Familia de discontinuidad Rumbo / Buzamiento Plano de estratificación 335 / 13

Flia. Vertical (Esparcimiento (S-N) 41 / 73 Flia. Vertical (Esparcimiento (E-W) 310 / 74

Tabla 5.3. Familias de discontinuidades (Rumbo – Buzamiento).

Para el análisis cinemático se procedió a proyectar los datos de rumbo y buzamiento de las tres familias de discontinuidades en una red estereográfica, para la determinación del bloque conformante por dichas discontinuidades. (Figura 5.7).

109

El tamaño de los bloques presentes en el sitio, que clasifican como bloques pequeños, (según lo propuesto en ISRM, 1978), especifica el tamaño del bloque en función del número de fracturas por m3 (Jv).

Figura 5.7 Sectorización cinemática, afloramiento 1.

Fallas geológicas. En éste afloramiento fueron identificadas dos posibles zonas de fallas geológicas, la primera ubicada al norte del afloramiento (ver Fotografía 5.3), presentando un desplazamiento relativo semi-vertical con orientación E-W del bloque derecho con respecto al bloque izquierdo.

110

Fotografía 5.3 Desplazamiento relativo – bloque costado norte, afloramiento 1.

Dicho desplazamiento se vuelve evidente al encontrar aproximadamente a un metro por debajo de la base del bloque descrito anteriormente, una cara del bloque yaciente que presenta estrías de falla, con paredes lisas que indican un desplazamiento predominante en sentido E-W.

Fotografía 5.4 Estrías de falla.

La segunda falla geológica fue identificada al sur del afloramiento descrito, mostrando un desplazamiento relativo en sentido vertical. Presenta una zona de brecha de falla, conformada por material totalmente alterado y meteorizado.

111

Fotografía 5.5 Brecha de falla.

Es evidente que la zona en estudio, es una zona con una alta actividad sísmica, presentando dos fallas geológicas que evidencian desplazamientos relativos con magnitudes relativamente apreciables, separadas una de la otra a una magnitud lineal aproximadamente de 6 metros. Afloramiento 2. Realizada una limpieza previa al afloramiento 2 como se muestra en la Fotografía 5.6, se procedió a realizar una descripción de su ubicación, litología, geología estructural (discontinuidades, fallas geológicas en sitios cercanos) y levantamiento lineal completo del perfil del macizo en el sitio descrito.

112

Fotografía 5.6 Afloramiento 2, posterior a su limpieza.

A continuación se muestra el perfil litológico del macizo rocoso Mondoñedo en el sitio del afloramiento.

Figura 5.8 Perfil litológico, Macizo rocoso Mondoñedo, Afloramiento 2.

113

El sitio de estudio se encuentra ubicado en las siguientes coordenadas (N4º41.445`; W74º17.216`; altura: 2594m), al norte del afloramiento 1, próximo a antiguo sitio de exploración. En el sitio aflora arenisca con 4 metros de espesor conformado por tres paquetes de 1.5, 0.5 y 2.0 metros de espesor de techo a base. El bloque se encuentra fracturado, presentando visos de oxidación en toda su longitud y hongos en superficie, es apreciable un perfil visible de meteorización presente en el techo del paquete tres y piso del paquete 2. El bloque muestra tres familias dominantes de discontinuidades y otras discontinuidades aleatorias con rellenos del mismo material y relleno orgánico. En la Fotografía 5.7 se puede apreciar el bloque aflorante y extensión de cada paquete. El bloque aflorante compuesto por arenisca con espesor total de 4 metros yace bajo la Formación Plaeners (panelas de limolitas), como se indica en la Figura 5.8.

Fotografía 5.7 Bloque de arenisca aflorante.

Geología estructural. El bloque descrito presenta 3 familias principales de discontinuidades compuestas por: planos de estratificación, discontinuidades esparcidas en la dirección S-N y discontinuidades esparcidas en la dirección E-W.

PAQUETE 1

PAQUETE 2

PAQUETE 3

114

Con el propósito de conocer la calidad del macizo en el sitio de estudio, se procedió a realizar el levantamiento estructural en el área, tomando datos del número de discontinuidades por unidades de longitud. (Tabla 5.4).

Fotografía 5.8 Levantamiento – Número de discontinuidades por metro lineal.

Paquete Orientación de discontinuidad

Longitud toma de datos (m)

Numero de discontinuidades

1 Vertical 1 6

Horizontal 1 13

2 Vertical 0.5 13

Horizontal 0.6 34

3 (Derecha)

Vertical 1 24 Horizontal 1 45

3 (Izquierda)

Vertical 0.7 7 Horizontal 1 14

Tabla 5.4. Datos de discontinuidades existentes.

Para evaluar la calidad del bloque aflorante se hace uso del índice RQD (designación de la calidad de la roca), para lo cual se evalúa el número de

115

discontinuidades por metro cúbico para cada paquete y basándose en los datos presentados en la Tabla 5.2, se evalúa la calidad de cada uno. Paquete 1:

Jv= (6) + (13)= 19 RQD (%)= 115-3.3 (19)= 52%

RQD (%) > 50%, se clasifica como roca de calidad media. Paquete 2:

Jv= (26) + (57)= 83 RQD (%) < 25%, se clasifica como roca de muy mala calidad.

Paquete 3 (Derecha):

Jv= (24) + (45)= 19 RQD (%) < 50%, se clasifica como roca de muy mala calidad.

Paquete 3 (Izquierda):

Jv= (10) + (14)= 24 RQD (%)= 115-3.3 (24)= 36%

RQD (%) > 25%, se clasifica como roca de mala calidad. En general el afloramiento presenta una mala calidad del material, el paquete superior (paquete 1), es el que presenta mejor calidad comparado a los paquetes inferiores.

Con el fin de realizar una sectorización cinemática del afloramiento, se procedió a tomar datos de rumbo y buzamiento para cada una de las tres familias de discontinuidades encontradas. (Tabla 5.5).

Familia de discontinuidad Rumbo / Buzamiento Plano de estratificación 334 / 28

Flia. Vertical (Esparcimiento S-N) 73 / 79 Flia. Vertical (Esparcimiento E-W) 345 / 65

Tabla 5.5. Familias de discontinuidades (Rumbo – Buzamiento).

Para el análisis cinemático del afloramiento 2, se procedió a proyectar los datos de rumbo y buzamiento de las tres familias de discontinuidades en una red estereográfica, como se muestra en la figura 5.9.

116

Figura 5.9 Sectorización cinemática, afloramiento 2.

El tamaño de los bloques presentes en el afloramiento se evalúa con respecto a lo propuesto en (ISRM, 1978), en función del número de fracturas por m3 (Jv). Para el paquete 1 y 3 derecho e izquierdo, un tamaño de bloques pequeños y para el paquete 2 se clasifica como un paquete brechificado. Fallas geológicas. Para la identificación de fallas geológicas en el afloramiento 2, se procedió a analizar la estratigrafía del macizo en conjunto, en la cara E-W. Se identificaron los dos afloramientos en estudio para localizar el plano de contacto entre la Formación Plaeners y la Formación Arenisca Dura. (Fotografía 5.9)

117

Fotografía 5.9 Plano de contacto – Formación Plaeners – Formación Arenisca Dura.

Inmediatamente al costado norte del afloramiento 2 se presenta una brecha de falla, que corta la estratigrafía presentada en la Fotografía 5.9, se evidencia que ocurrió un desplazamiento (falla normal). La Formación Plaeners aflora desde la parte superior del macizo hasta una altura similar a la que se encuentra el afloramiento 2, este estrato yace sobre un material de arenisca fuertemente alterado. El desplazamiento observado se describe en la Fotografía 5.10.

AF-1

AF-2

Plano de contacto

118

Fotografía 5.10 Desplazamiento relativo, Inmediaciones afloramiento 2.

Por lo anterior es evidente que la zona de estudio presenta un alto grado de alterabilidad, debido a que es una zona con una alta actividad sísmica, presentándose desplazamientos relativos de magnitudes apreciables. Motivo por el cual se logró obtener muestras a una escala macro, que fueran representativas y en la medida de las posibilidades puedan reproducir en laboratorio las condiciones reales que se están presentando en el macizo rocoso fuente. 5.1.4 Descripción de perforaciones. La extracción de especímenes de roca a ensayar, se realizó por medio de un sistema mecánico por rotación, conformado por un taladro marca “Milvauker” con potencia nominal de 1800 Watts, velocidad de carga de 780 rpm y peso de 7.7 Kg, que se fija sobre un marco metálico el cual sirve de guía en la perforación, permitiendo la toma de muestras en diferentes direcciones, la base del marco es asegurada a la roca por medio de un chazo a presión, garantizando así que no exista ningún tipo de desplazamiento durante el muestreo; se fabricó una broca diamantada de diámetro ( =2”) con capacidad de

Formación Plaeners

Formación Arenisca

Dura

Formación Plaeners

AF-2

119

perforación de 60 cm y se utilizó agua como flujo de barrido que se suministró por medio de gravedad. (Ver Fotografía 5.11) El equipo mecánico fue accionado por medio de una planta eléctrica portátil de 1000 Watts con motor a gasolina de 2 tiempos, con duración de 8 horas de uso continuo.

Fotografía 5.11 Sistema mecánico por rotación.

Se realizaron un total de 11 perforaciones en dos afloramientos, tanto en sentido paralelo a los planos de estratificación como en sentido perpendicular a los mismos. Perforaciones afloramiento 1. En el afloramiento 1, se realizaron siete perforaciones de las cuales dos fueron direccionadas en sentido normal a los planos de estratificación y cinco en sentido paralelo a dichos planos con dirección N-S.

120

En la Fotografía 5.12 se aprecia el arreglo del equipo de perforación tanto para la extracción de núcleos en sentido normal a la estratificación y en sentido perpendicular a esta.

(a) (b) Fotografía 5.12 Arreglo equipo de perforación. (a) Normal a estratificación. (b)

Paralela a estratificación.

En la Tabla 5.6 se resumen los datos obtenidos de las siete perforaciones realizadas en el afloramiento 1.

MA-1 20 1.25 0.54 0.26 48 Mala N 1MA-2 18 1.25 0.57 0.395 69 Media N 1MA-3 40 2.5 0.56 0.5 89 Buena P 1MA-4 38 2.5 0.48 0 0 Muy mala P 1MA-6 27 1.25 0.55 0.234 43 Mala P 1MA-7 23 1.25 0.43 0 0 Muy mala P 1MA-8 20 1.25 0.49 0.322 66 Media P 1

Direccion de Perforacion AfloramientoM # t (min) ww (Gal) LT (m) Lnu (m) RQD (%) Calidad de

la roca

t: Tiempo de perforación. wt: Gasto de agua por perforación.

LT: Longitud de perforación. LNU: Longitud núcleo útil (> 10cm) N: Dirección de perforación normal a los planos de estratificación. P: Dirección de perforación paralela a los planos de estratificación.

Tabla 5.6. Datos de perforación – Afloramiento 1.

121

A partir de los núcleos recuperados en las perforaciones se puede aplicar una de las clasificaciones más extendidas, conocida como RQD (Designación de la calidad de la roca, Deere 1963) que se define como el porcentaje de la longitud de núcleo recuperado en pedazos mayores de 10 cm respecto de la longitud de perforación.

El RQD promedio calculado para el afloramiento 1, a partir de los datos obtenidos de los núcleos recuperados (Tabla 5.6), es de:

Con el valor de RQD obtenido para el afloramiento 1, la calidad de la roca se clasifica como de mala calidad. Comparando el valor de RQD obtenido sobre núcleos recuperados y el valor de RQD obtenido en campo sobre el afloramiento 1 (numeral 5.1.3), se concluye que los dos valores son consistentes y que la calidad de la roca se clasifica como de mala calidad. Con el registro de tiempos de perforación y la longitud total perforada, se obtiene una velocidad de perforación promedio Vperf = 0.02 m/min. En la siguiente figura se especifica la ubicación de los siete puntos de perforación realizados en el afloramiento 1.

122

Figura 5.10 Ubicación puntos de perforación – Afloramiento 1.

Perforación P-1.La perforación P-1 se realizó en un ángulo de 13º con respecto a la horizontal, ángulo que representa el buzamiento de los planos de estratificación con dirección 13º N-W. (ver Figura 5.10). El núcleo recuperado (MA-1) se describe como una arenisca cuarzosa de grano fino con tono claro, presentando buena cementación y planos de oxidación interceptando la sección transversal.

Fotografía 5.13 Núcleo recuperado (MA-1) – Perforación P-1.

123

El núcleo recuperado tiene una longitud total de 54 cm, perforación en dirección normal a los planos de estratificación, presentando dos familias de discontinuidades. La primera familia de discontinuidades (Fotografía 5.13) tiene una orientación de 15º respecto al diámetro; la segunda familia de discontinuidades es de tipo cuchara en dirección a la longitud, con orientación 60º respecto al diámetro, con aristas hacia la longitud. Las superficies de las discontinuidades son escalonadas, secas, rugosas y presentan una fuerte oxidación. Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-1 con las familias de discontinuidades identificadas en campo (numeral 5.1.3), se concluye que el núcleo se fracturó siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 1). La primera familia de discontinuidades, con orientación 15º respecto al diámetro, identificada en el núcleo recuperado, corresponde a los a los planos de estratificación identificados en campo; la segunda familia encontrada en el núcleo, con orientación 60º respecto al diámetro, corresponde ya sea a la familia 2 con esparcimiento N-S o a la familia 3 con esparcimiento E-W, identificadas en campo (afloramiento 1).

(a)

(b) Fotografía 5.14 Familias de discontinuidades presentes (a). Familia 1 (b). Familia 2 -

Núcleo MA-1.

Perforación P-2.La perforación P-2 se realizó en un ángulo de 13º con respecto a la horizontal, ubicada al oeste de la perforación P-1.

124

El núcleo recuperado (MA-2) se describe como una arenisca de grano fino de color claro, presenta una buena cementación y superficies oxidadas; el núcleo esta bioturbado, y presenta como minerales principales el cuarzo y moscovita, que fueron identificados por medio de análisis con lupa de cinco aumentos.


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 57 cm, perforación en dirección normal a los planos de estratificación, presentando dos familias de discontinuidades. La primera familia paralela al diámetro y otra perpendicular a él. La primera familia de discontinuidades (ver Fotografía 5.15) tiene una orientación de 15º respecto al diámetro, con espaciamiento entre discontinuidades de 12 a 15 cm; la segunda familia de discontinuidades tiene una orientación de 74º respecto a la horizontal, con espaciamiento respecto al diámetro de 2.5 cm aproximadamente, éstas discontinuidades presentan mayor densidad que las discontinuidades diametrales. Sus discontinuidades no son persistentes. Las juntas de la familia de discontinuidades 1 y 2 son planos escalonados, rugosas, secas, presentan oxidación y son abiertas. Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-2 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se fracturó siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 1). La primera familia de discontinuidades con orientación 15º respecto al diámetro identificada en el núcleo recuperado, corresponde a los planos de estratificación;

125

la segunda familia encontrada en el núcleo con orientación 74º respecto al diámetro y que presenta una mayor densidad de fracturamiento, corresponde a las familias de discontinuidades 2 y 3 identificadas en campo, con esparcimiento N-S y E-W respectivamente.

(a)

(b)

Fotografía 5.16 Familias de discontinuidades presentes (a). Familia 1 (b). Familia 2 - Núcleo MA-2.

Perforación P-3. La perforación P-3 se realizó paralelo a los planos de estratificación, a un ángulo de 73º con la horizontal, ángulo que corresponde al buzamiento de las discontinuidades esparcidas en la dirección S-N, con buzamiento 73º N-W. El núcleo recuperado (MA-3) se describe como una arenisca cuarzosa de grano muy fino y tono claro, bioturbada y presentando buena cementación.

126


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 56 cm, perforación en dirección paralela a los planos de estratificación, presentando dos familias de discontinuidades. La primera familia de discontinuidades (Fotografía 5.17) tiene una orientación de 75º respecto al diámetro, la discontinuidad es tipo cuchara orientada en dirección longitudinal convergiendo en profundidad con aristas simétricas; la segunda familia de discontinuidades tiene una orientación de 18º respecto al diámetro, corta la primera familia en forma ortogonal. Las juntas de la familia de discontinuidades 1 y 2 son planos escalonados, rugosas, secas y presentan oxidación. Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-3 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se fracturo siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 1). La primera familia de discontinuidades con orientación 76º respecto al diámetro identificada en el núcleo recuperado, corresponde a la tercera familia de discontinuidad encontrada en campo, correspondiente a las discontinuidades esparcidas en la dirección E-W; la segunda familia encontrada en el núcleo con orientación 16º respecto al diámetro, corresponde a la segunda familia de discontinuidades identificadas en campo, las cuales están esparcidas en la dirección N-S y tienen una orientación promedio de 73º con la horizontal.

127

(a)

(b)

Fotografía 5.18 Familias de discontinuidades presentes (a). Familia 1 (b). Familia 2 - Núcleo MA-3.

Perforación P-4. La perforación P-4 se realizó paralela a los planos de estratificación, al costado este de la perforación P-3. El núcleo recuperado (MA-4) se describe como una arenisca de grano fino y tonalidad clara, bioturbada, presenta buena cementación y oxidación local.


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 48 cm, perforación en dirección paralela a los planos de estratificación, presentando dos familias de discontinuidades.

128

La primera familia de discontinuidades (ver Fotografía 5.19) tiene una orientación de 68º respecto al diámetro, la discontinuidad es tipo cuchara, escalonada, rugosa y abierta, presenta relleno limoso y sedimento orgánico con presencia de raíces, sus paredes presentan oxidación con una leve película orgánica. En la extracción del núcleo, éste se partió en cuña siguiendo la orientación de una de las discontinuidades identificadas en campo. La segunda familia de discontinuidades tiene una orientación de 25º respecto al diámetro, con espaciamiento entre juntas que varía entre 7 y 20 cm, con promedio de 13 cm. Las juntas son planos escalonados, rugosas, secas y presentan oxidación. Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-4 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se fracturó siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 1). La primera familia de discontinuidades con orientación 68º respecto al diámetro identificada en el núcleo recuperado, corresponde a la tercera familia de discontinuidad encontrada en campo, correspondiente a las discontinuidades esparcidas en la dirección E-W; la segunda familia encontrada en el núcleo con orientación 25º respecto al diámetro, corresponde a la segunda familia de discontinuidades identificadas en campo, las cuales están esparcidas en la dirección N-S y tienen una orientación promedio de 73º con la horizontal.

(a)


Núcleo MA-4.

129

Perforación P-6. La perforación P-6 se realizó a los planos de estratificación, en la parte inferior de la perforación P-3. El núcleo recuperado (MA-6) se describe como una arenisca de grano fino a medio con tonalidad clara, bioturbada, presenta buena cementación, alta porosidad; minerales principales presentes: el cuarzo y moscovita, que se identificaron por medio del análisis con lupa de cinco aumentos.


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 55 cm, perforación en dirección a los planos de estratificación, presentando 1 familia de discontinuidades bien definida. La familia de discontinuidades identificada (Fotografía 5.21) tiene una orientación de 18 a 25º respecto al diámetro. Presentando juntas rugosas, escalonadas, secas y oxidadas. Se presentan 6 discontinuidades en 55 cm, con mayor densidad de fracturamiento en la parte inferior del núcleo. El espaciamiento promedio en la longitud menos diaclasada (parte superior del núcleo) es de 14 cm y de 4cm en promedio en la longitud mas diaclasada (parte inferior del núcleo). Se observa fisuramiento tipo cuchara en el centro medio del núcleo (fragmento cuatro, MA-6C), con alta concentración de oxidación. Comparando la familia de discontinuidades presente en el núcleo MA-6 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se

130

fracturó siguiendo la orientación de la segunda familia de discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 1), discontinuidades con esparcimiento en la dirección N-S y con orientación promedio de 73º con la horizontal.

Fotografía 5.22 Familias de discontinuidades presentes - Familia 1 - Núcleo MA-6.

Perforación P-7. La perforación P-7 se realizó paralela a los planos de estratificación, en la parte inferior de la perforación P-6. El núcleo recuperado (MA-7) se describe como una arenisca de grano fino a medio con tonalidad clara, bioturbada, presentando buena cementación, alta oxidación y planos de fisuración.


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 43 cm, perforación en dirección paralela a los planos de estratificación, presentando dos familias de discontinuidades.

131

La primera familia de discontinuidades (ver Fotografía 5.23) tiene una orientación de 18º respecto al diámetro; fisuras concoides, secas y oxidadas. El espaciamiento entre juntas está entre 9 y 14 cm. La segunda familia de discontinuidades es de tipo cuchara con orientación de 55º con respecto al diámetro y 13º con respecto a la longitud. Las discontinuidades son progresivas con esparcimiento de 1 a 2 cm entre cabeza de cuchara. Las juntas son rugosas, secas y presentan oxidación. Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-7 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se fracturó siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 1). La primera familia de discontinuidades con orientación 18º respecto al diámetro identificada en el núcleo recuperado, corresponde a la segunda familia de discontinuidad encontrada en campo, discontinuidades esparcidas en la dirección S-N; la segunda familia encontrada en el núcleo con orientación 55º respecto al diámetro, corresponde a la primera familia de discontinuidades (planos de estratificación) identificadas en campo, con buzamiento 13º N-W.

(a)


Núcleo MA-7.

132

Perforación P-8. La perforación P-8 se realizó paralela a los planos de estratificación, hacia el costado oeste de la perforación P-7. El núcleo recuperado (MA-8) se describe como una arenisca de grano muy fino y uniforme, limosa, con tonalidad clara, bioturbada y presentando buena cementación.


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 49 cm, perforación en dirección paralela a los planos de estratificación, presentando dos familias de discontinuidades. La primera familia de discontinuidades (ver Fotografía 5.25) tiene una orientación paralela a la longitud o normal al diámetro; juntas escalonadas, rugosas, secas y no persistentes. Presenta mayor densidad de fracturamiento hacia la superficie del banco (parte superior del núcleo), con espaciamiento promedio de 8 cm. La segunda familia de discontinuidades está orientada 15º respecto al diámetro, con espaciamiento entre juntas de 13 a 24 cm. La densidad de fracturamiento de la segunda familia de discontinuidades es mayor que la densidad de fracturamiento de la primera familia.

133

(a) (b) Fotografía 5.26 Familias de discontinuidades presentes (a). Familia 1 (b). Familia 2 -

Núcleo MA-8.

Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-8 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se fracturó siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 1). La primera familia de discontinuidades con orientación normal al diámetro, identificada en el núcleo recuperado, corresponde a la tercera familia de discontinuidad encontrada en campo, discontinuidades esparcidas en la dirección E-W; la segunda familia encontrada en el núcleo con orientación 15º respecto al diámetro, corresponde a la segunda familia de discontinuidad encontrada en campo, discontinuidades esparcidas en la dirección S-N. Perforaciones afloramiento 2. En el afloramiento 2, se realizaron cuatro perforaciones, todas direccionadas en sentido paralelo a los planos de estratificación, en sentido S-N. (Ver Figura 5.11). En la Fotografía 5.27 se aprecia el arreglo del equipo de perforación, direccionado en sentido S-N, normal a la segunda familia de discontinuidades (numeral 5.1.3) identificada en el macizo rocoso (afloramiento 2).

134

Fotografía 5.27 Arreglo equipo de perforación. Paralela a planos de estratificación.

En la Tabla 5.7 se resumen los datos obtenidos de las cuatro perforaciones realizadas en el afloramiento 2.

MA-5 28 1.25 0.5 0.13 26 Mala P 2MA-9 22 1.25 0.56 0.39 70 Media P 2MA-10 20 1.25 0.34 0.309 91 Muy buena P 2MA-11 15 1.25 0.2 0.107 54 Media P 2

Direccion de Perforacion

AfloramientoM # t (min) ww (Gal) LT (m) Lnu (m) RQD (%) Calidad de la roca

t: Tiempo de perforación.

wt: Gasto de agua por perforación. LT: Longitud de perforación. LNU: Longitud núcleo útil (> 10cm) N: Dirección de perforación normal a los planos de estratificación. P: Dirección de perforación paralela a los planos de estratificación.

Tabla 5.7. Datos de perforación – Afloramiento 2. A partir de los núcleos recuperados en las perforaciones se calcula el RQD (Designación de la calidad de la roca, Deere 1963):

135

El RQD promedio calculado (Ecuación 5.2) para el afloramiento 2, a partir de los datos obtenidos de los núcleos recuperados (Tabla 5.7), es de:

Con el valor de RQD obtenido para el afloramiento 2, la calidad de la roca se clasifica como de calidad media. Comparando el valor de RQD obtenido sobre núcleos recuperados y el valor de RQD obtenido en campo sobre el afloramiento 2 – Bloque 1 (numeral 5.1.3), se concluye que los dos valores son consistentes y que la calidad de la roca se clasifica como de calidad media. Con el registro de tiempos de perforación y la longitud total perforada, se obtiene una velocidad de perforación promedio Vperf = 0.018 m/min. Velocidad que es menor a la velocidad calculada para el afloramiento 1, concluyendo que al tener una mala calidad de la roca en el afloramiento 1, las heterogeneidades del medio afectan el rendimiento de la perforación. En la siguiente figura se especifica la ubicación de los cuatro puntos de perforación realizados en el afloramiento 2. No se realizaron perforaciones perpendiculares a los planos de estratificación teniendo en cuenta el levantamiento del número de discontinuidades por metro lineal en la dirección S-N (Tabla 5.4) que presentaba el afloramiento.

136

Figura 5.11 Ubicación puntos de perforación – Afloramiento 2.

Perforación P-5. La perforación P-5 se realizó paralelo a los planos de estratificación, a un ángulo de 79º con la horizontal, ángulo que corresponde al buzamiento de las discontinuidades esparcidas en la dirección S-N, con buzamiento 79º N-W. (ver Figura 5.11) El núcleo recuperado (MA-5) se describe como una arenisca de grano muy fino, cuarzosa con tono claro. El cuarzo y la moscovita son los minerales principales. Se encuentra bioturbada, presentando buena cementación y oxidación localizada.


137

El núcleo recuperado tiene una longitud total de 50 cm, perforación en dirección paralela a los planos de estratificación, presentando una familia de discontinuidades. Las discontinuidades presentes en el núcleo M-5 (ver Fotografía 5.28) tienen una orientación promedio de 24º respecto al diámetro, con 12 cm en promedio de espaciamiento, 5 discontinuidades en 50 cm. Se presenta mayor densidad de fracturamiento hacia la superficie del banco. Las superficies de las discontinuidades son escalonadas, secas, rugosas, oxidadas y abiertas.

Fotografía 5.29 Familia de discontinuidad presente - Núcleo MA-5.

Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-5 con las familias de discontinuidades identificadas en campo (numeral 5.1.3), se concluye que el núcleo se fracturó siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 2). La familia de discontinuidad presente con orientación 24º respecto al diámetro identificada en el núcleo recuperado, corresponde a la segunda familia de discontinuidades encontradas en campo, discontinuidades esparcidas en la dirección S-N con buzamiento de 79º. Perforación P-9. La perforación P-9 se realizó paralelo a los planos de estratificación, a un ángulo de 79º con la horizontal, ángulo que corresponde al buzamiento de las discontinuidades esparcidas en la dirección S-N, con buzamiento 79º N-W.

138

El núcleo recuperado (MA-9) se describe como una arenisca cuarzosa de grano muy fino y tono claro, bioturbada y con buena cementación. Cuarzo como mineral principal y algo de moscovita. La superficie presenta nódulos de oxidación.


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 56 cm, perforación en dirección paralela a los planos de estratificación, presentando una familia de discontinuidades. La familia de discontinuidad presente (ver Fotografía 5.30) tiene una orientación de 29º respecto al diámetro, con un esparcimiento promedio de 13.5 cm, 5 juntas en 54 cm. Las juntas de la familia de discontinuidades son planos escalonados, rugosas, secas, abiertas y cerradas, y con presencia de oxidación.

139

(a)

(b) Fotografía 5.31 Familias de discontinuidades presente - Núcleo MA-9.

Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-9 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se fracturó siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 2). La familia de discontinuidades presente con orientación 29º respecto al diámetro, identificada en el núcleo recuperado, corresponde a la tercera familia de discontinuidad encontrada en campo, correspondiente a las discontinuidades esparcidas en la dirección E-W. Perforación P-10. La perforación P-10 se realizó paralelo a los planos de estratificación, en la parte inferior de la perforación P-9, a un ángulo de 79º con la horizontal, ángulo que corresponde al buzamiento de las discontinuidades esparcidas en la dirección S-N, con buzamiento 79º N-W. El núcleo recuperado (MA-10) se describe como una arenisca cuarzosa de grano muy fino y tono claro, bioturbada y con buena cementación. Cuarzo y moscovita como minerales principales.

140


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 34 cm, perforación en dirección paralela a los planos de estratificación, presentando una familia de discontinuidades. Se presenta una familia de discontinuidad muy bien definida (Fotografía 5.32) con una orientación de 20º respecto al diámetro, con mayor densidad de fracturamiento a profundidad, entre 3 y 6 cm de esparcimiento en niveles más profundos y 25 cm en niveles más superficiales. Se insinúan fisuras cerradas coincidentes con las localizaciones de oxidación, con sentido longitudinal de la muestra. Las juntas presentes son escalonadas, rugosas, secas, y con presencia de oxidación.

(a)

(b) Fotografía 5.33 Familias de discontinuidades presente - Núcleo MA-10.

141

Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-10 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se fracturo siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 2). Las familias de discontinuidades identificadas en el núcleo recuperado con orientación 20º respecto al diámetro, corresponden a la tercera familia de discontinuidades encontradas en campo, correspondiente a las discontinuidades esparcidas en la dirección E-W. Perforación P-11. La perforación P-11 se realizó paralelo a los planos de estratificación, al E de entre las perforaciones P-5 y P-9, a un ángulo de 79º con la horizontal, ángulo que corresponde al buzamiento de las discontinuidades esparcidas en la dirección S-N, con buzamiento 79º N-W. El núcleo recuperado (MA-11) se describe como una arenisca cuarzosa de grano fino a medio y tono claro, bioturbada y con buena cementación. Concentración variable de oxidación.


El núcleo recuperado tiene una longitud total de 20 cm, perforación en dirección paralela a los planos de estratificación, presentando dos familias de discontinuidades. La primera familia de discontinuidades presente (ver Fotografía 5.34) tiene una orientación de 20º respecto al diámetro, las discontinuidades no son persistentes. La segunda familia de discontinuidades registra geometría de cuchara extendida, con una orientación de 75º respecto al diámetro, paralela a la longitud con

142

convergencia por las dos caras. Se presenta perfectamente una de las aristas y se insinúa la otra. Las juntas presentes son escalonadas, rugosas, secas, abiertas y con presencia de oxidación.

Fotografía 5.35 Familias de discontinuidades presentes - Núcleo MA-11.

Comparando las familias de discontinuidades presentes en el núcleo MA-11 con las familias de discontinuidades identificadas en campo, se concluye que el núcleo se fracturó siguiendo las discontinuidades presentes en el macizo rocoso (Afloramiento 2). La primera familia de discontinuidades presente, con orientación 20º respecto al diámetro, identificada en el núcleo recuperado, corresponde a la segunda familia de discontinuidad encontrada en campo, correspondiente a las discontinuidades esparcidas en la dirección S-N. La segunda familia de discontinuidades encontradas en el núcleo MA- 11 con orientación de 75º respecto al diámetro, corresponde a la primera familia de discontinuidades encontradas en campo, correspondiente a los planos de estratificación con buzamiento de 28º.

143

CAPITULO 6. METODOLOGÍA

El proceso experimental del trabajo de investigación se puede dividir en dos fases claramente marcadas, la primera denominada clasificación visual (determinación de la densidad de fracturamiento de los especímenes) y ensayos para determinación de propiedades dinámicas aplicando la técnica ultrasónica, y la segunda que comprende a los ensayos de determinación de propiedades físicas y mecánicas. Para dar claridad a la metodología planteada en la investigación, se desarrollan a manera de ejemplo los procedimientos llevados a cabo en las dos fases metodológicas planteadas para un espécimen en particular (MA-3a1), donde se expondrán los datos tomados y su respectivo procedimiento de análisis. 6.1 FASE I La fase I consistió en la ejecución de los siguientes procesos: 6.1.1 Identificación de núcleos recuperados, teniendo en cuenta las ubicaciones de las perforaciones y la orientación de las mismas El nucleó (MA-3a1) se obtuvo de la perforación P-3, la cual fue realizada en el Afloramiento (1) con dirección paralela a los planos de estratificación, tal como se muestra en la Fotografía 6.1. La perforación P-3 se llevó a cabo hasta una profundidad de 0.56 metros, y de la cual se recuperaron los especímenes MA-3a1, MA-3a2, MA-3b1 y MA-3b2, siendo el espécimen MA-3a1 el más superficial.

144

Fotografía 6.1 Perforación P-3 – Afloramiento 1- Dirección paralela a los planos de estratificación.

En la Fotografía 6.2 se muestra el núcleo recuperado en la perforación P-3.

Fotografía 6.2 Núcleo recuperado en la Perforación (P-3)

145

6.1.2 Tallado de los especímenes, cumpliendo lo expuesto en el numeral 2.1.2 del presente documento Posterior a la descripción del núcleo recuperado se procede al tallado de los especímenes. En la Fotografía 6.3 se expone el método por el cual se realizó el tallado del núcleo y el correspondiente espécimen obtenido.

Fotografía 6.3 Tallado del espécimen (MA-3a1)

6.1.3 Medición de dimensiones de los especímenes, altura (h) y diámetro (D) promedios; promediando tres lecturas para cada dimensión Para el espécimen (MA-3a1), se obtuvieron las siguientes dimensiones promedio: Dprom= 5.01 cm hprom= 14.06 cm Los datos de medidas obtenidos para todos los especímenes analizados, se presentan en el Anexo A – Tabla 1.

146

6.1.4 Peso de los especímenes (W) Para cada espécimen se tomaron pesos en condición natural, condición seca y condición saturada. Las muestras fueron secadas al horno a 105ºC durante 24 horas, y saturadas en agua durante 24 horas. Para el espécimen (MA-3a1) se obtuvieron los siguientes resultados: Peso natural (Wn)= 653.32 gr Peso Seco (Wseco)= 649.51 gr Peso Saturado (Wsat)= 669.07 gr Los datos de pesos para la totalidad de las muestras se presentan en el Anexo A – Tabla 1. 6.1.5 Registro de parámetros para clasificación visual Numero de fracturas presentes en cada espécimen

Para evaluar el número de fracturas, se realizó una clasificación visual del núcleo extraído de cada perforación (Fotografía 6.4), donde se determinan las discontinuidades existentes, tipo de discontinuidad y orientación de las mismas.

Fotografía 6.4 Núcleo MA-3

Posterior al tallado del núcleo se determina para cada espécimen el número de fracturas, como se expuso en la Fotografía 6.3. El espécimen (MA-3a1) presenta una (1) fractura longitudinal.

147

Densidad de fracturamiento lineal, denotado por ( =# fracturas/h). Siendo (h) la altura promedio de cada espécimen

Se determina para el espécimen (MA-3a1) una densidad de fracturamiento lineal de:

La densidad de fracturamiento lineal para la totalidad de las muestras se consigna en el Anexo A – Tabla 2. 6.1.6 Determinación de propiedades dinámicas, aplicando la técnica ultrasónica (numeral 3.1) Las propiedades dinámicas se obtuvieron para tres contenidos de agua: especímenes en estado natural, especímenes en estado seco y especímenes en estado saturado. Velocidad de ondas compresionales (Vp).

Siguiendo el procedimiento experimental presentado en el numeral 3.1, la velocidad de onda compresional para el espécimen analizado se obtiene de la siguiente manera:

Siendo: h: altura promedio de cada espécimen. tp: tiempo de arribo de la onda P. La velocidad compresional en condición natural del espécimen (MA-3a1) es de: Vp= 4124.1 m/s En condición seca es de: Vp= 4327.3 m/s

148

En condición saturada es de: Vp= 4287.6 m/s Igualmente se determinó la velocidad de onda compresional a los especímenes pos falla. Al espécimen MA-3a1 se le realizo ensayo de compresión inconfinada y posteriormente se obtuvo una velocidad compresional de Vp= 4235.9 m/s. Los anteriores resultados se muestran en el Anexo A – Tabla 4. Factor de atenuación de ondas compresionales ( ).

Para el cálculo del factor de atenuación como una medida del decaimiento exponencial de la amplitud en el tiempo, se hizo uso de una rutina en MATLAB®, creada por Pedroza, en el desarrollo de su tesis doctoral titulada “Influencia de las Propiedades de los Macizos Rocosos en la Atenuación de Ondas Sísmicas”. Como entrada a la rutina se suministró el oscilograma obtenido para cada espécimen en condición natural, condición seca y condición saturada. Los oscilogramas fueron obtenidos utilizando el montaje experimental presentado en la Fotografía 3.1. En la siguiente Figura 6.1 se muestran los oscilogramas del espécimen MA-3a1, para tres contenidos de agua.

149

(a)

(b)

(c)

Figura 6.1 Oscilogramas – Espécimen MA-3a1. (a). Condición Natural. (b) Condición Seca. (c). Condición saturada.

El factor de atenuación calculado para el espécimen MA-3a1 en condición natural es de:

= 0.0334 En condición seca de:

= 0.009 y en condición saturada de:

= 0.0171 Estos datos se consignan en el Anexo A – Tabla 4.

150

Factor de calidad sísmico de ondas compresionales (Qp = 1/ )

Para el espécimen analizado se obtuvieron los siguientes valores del factor de calidad sísmico: Qp= (1/0.0334) = 30 (Condición natural) Qp= (1/0.009) = 111 (Condición seca) Qp= (1/0.0171) = 58 (Condición saturada)

Amplitud máxima (Amax)

La amplitud máxima se determina directamente del oscilograma obtenido de cada espécimen analizado, valor que corresponde a la máxima amplitud visualizada en el registro. Para el espécimen (MA-3a1) la amplitud máxima se determinó como se expone en la Figura 6.2. Las amplitudes obtenidas para el espécimen analizado son:

Amax= 24 Volt (Condición natural)

Amax= 8 Volt (Condición seca)

Amax= 16 Volt (Condición saturada)

Amax= 8 Volt (Pos Falla)

La totalidad de datos de amplitudes se presentan en el Anexo A – Tabla 4.

151

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 6.2 Determinación de la amplitud máxima – Espécimen MA-3a1. (a). Condición Natural. (b) Condición Seca. (c). Condición saturada. (d). Pos Falla.

Amplitud Máxima

152

Longitud de ondas compresionales ( )

Conociendo los valores de velocidad de onda compresional y la frecuencia de resonancia de los transductores piezoeléctricos (f=50 kHz) se determina la longitud de onda, por medio de la siguiente ecuación:

Por lo tanto para el espécimen analizado se obtienen los siguientes valores:

8.25 m (Condición natural) 8.65 m (Condición seca) 8.58 m (Condición saturada) 8.47 m (Pos Falla)

Los anteriores datos se presentan en el Anexo A – Tabla 5.

Amplitud RMS

Como se expuso en el numeral 3.1 la amplitud RMS se obtiene por medio de la siguiente ecuación:

Los datos de cada oscilograma se tienen discretizados en tiempos iguales de 4 s (microsegundos), obteniendo así los valores de la Amplitud (Ai) en función del tiempo. Los datos de la Figura 6.1 se presentan en la siguiente Tabla.

153

Tabla 6.1 Datos de amplitudes en función del tiempo – Oscilograma del espécimen

MA-3a1

La totalidad de datos de la Amplitud RMS se consignan en el Anexo A- Tabla 5.

Amplitud absoluta promedio

La amplitud absoluta promedio se calcula a partir de la siguiente ecuación:

Tiempo

(t)

Amplitud

(Ai) Amplitud (Ai)

2

us Volt

-200 -4.00E-01 0.16

-196 -4.00E-01 0.16

-192 -4.00E-01 0.16

-188 -4.00E-01 0.16

-184 -4.00E-01 0.16

-180 0.00E+00 0

-176 -4.00E-01 0.16

-172 -4.00E-01 0.16

-168 -4.00E-01 0.16

-164 -4.00E-01 0.16

¨ ¨ ¨

¨ ¨ ¨

1816 -4.00E-01 0.16

1820 -4.00E-01 0.16

1824 -4.00E-01 0.16

1828 -4.00E-01 0.16

1832 -4.00E-01 0.16

1836 -4.00E-01 0.16

1840 -4.00E-01 0.16

1844 -4.00E-01 0.16

Sumatoria 8080.48

Intervalo de tiempo (us) 4

Numero de Datos (N) 512

Amplitud RMS 3.973

154

Tiempo (t) Amplitud

(Ai)

Amplitud

Absoluta

us Volt

-200 -4.00E-01 0.4

-196 -4.00E-01 0.4

-192 -4.00E-01 0.4

-188 -4.00E-01 0.4

-184 -4.00E-01 0.4

-180 0.00E+00 0

-176 -4.00E-01 0.4

-172 -4.00E-01 0.4

-168 -4.00E-01 0.4

-164 -4.00E-01 0.4

¨ ¨ ¨

¨ ¨ ¨

1816 -4.00E-01 0.4

1820 -4.00E-01 0.4

1824 -4.00E-01 0.4

1828 -4.00E-01 0.4

1832 -4.00E-01 0.4

1836 -4.00E-01 0.4

1840 -4.00E-01 0.4

1844 -4.00E-01 0.4

Sumatoria 930.8

Intervalos de tiempo (us) 4

Numero de Datos (N) 512

Amplitud Absoluta Promedio 1.818

Tabla 6.2 Amplitudes Absolutas – Espécimen MA-3a1

Amplitud _ Fourier

Como se describió en el numeral 3.1, los oscilogramas obtenidos en el dominio del tiempo, se transforman al dominio de las frecuencias, por medio de la Transformada de Fourier, obteniendo así lo que se conoce como Espectros de Fourier.

155

Para obtener los Espectros de Fourier se hizo uso del Software OriginPro®, que permite obtener espectros de amplitud, a partir de una señal discreta en el dominio del tiempo.

En la Tabla 6.3 se muestran los valores de amplitudes de Fourier obtenidas para el espécimen MA-3a1 en condición natural.

Frecuencia (kHz)

Amplitud_Fourier

(Cond. Natural)

0.000 0.30703

0.488 0.16345

0.977 0.16518

1.460 0.1648

1.950 0.13977

2.440 0.09226

2.930 0.07505

47.850 1.01185

48.340 0.9199

48.830 1.12371

49.320 1.18759

49.800 1.03805

50.290 1.17672

50.780 1.335

51.270 1.2934

51.760 1.13493

52.250 0.94317

" "

" "

" "

54.200 0.46005

54.690 0.36445

55.180 0.36156

55.660 0.34796

56.150 0.2897

56.640 0.27428

57.130 0.30224

Amplitud Fourier - Máxima 1.335

Frecuencia Fundamental (kHz) 50.780

Número de Datos (N) 257

Tabla 6.3 Valores espectro de Fourier – Espécimen MA-3a1 – Condición Natural

156

En la siguiente figura se muestran los espectros de Fourier obtenidos para el espécimen MA-3a1 en condición natural, condición seca y condición saturada.

(a)

(b)

(c)

Figura 6.3 Espectros de Fourier – Espécimen MA-3a1. (a). Condición natural. (b). Condición Seca. (c). Condición Saturada.

Amplitud Fourier Max= 1.335 Frecuencia Fundamental = 50.78 kHz

157

Los datos se recopilan en el Anexo A de la Tabla 7 a la Tabla 9.

Energía MSA (energía normalizada a la amplitud cuadrada media) La energía MSA se calcula a partir de la ecuación 3.3

Para el espécimen MA-3a1 se obtienen los siguientes valores: Energía MSA= 0.89 (Condición Natural) Energía MSA= 0.57 (Condición Seca) Energía MSA= 0.20 (Condición Saturada) Amplitud _ Fourier RMS

Por medio de la siguiente ecuación se calcula la amplitud de Fourier RMS:

Los datos obtenidos para el espécimen MA-3a1 son los siguientes: Amplitud_Fourier RMS= 0.47 (Condición Natural) Amplitud_Fourier RMS = 0.38 (Condición Seca) Amplitud_Fourier RMS = 0.22 (Condición Saturada)

Amplitud _ Fourier cuadrada

Se obtienen los siguientes valores para el espécimen ejemplo: Amplitud_Fourier cuadrada= 1.78 (Condición Natural) Amplitud_Fourier cuadrada = 1.13 (Condición Seca) Amplitud_Fourier cuadrada = 0.40 (Condición Saturada)

158

6.2 FASE II La fase II consistió en la ejecución de los siguientes ensayos: 6.2.1 Determinación de propiedades físicas Densidad de los especímenes Determinación de humedad natural ( n) y humedad saturada ( sat) Determinación de porosidad (n), Saturación (Sr), relación de vacíos (e) y

gravedad especifica (Gs)

La determinación de las propiedades físicas se llevó a cabo siguiendo los procedimientos descritos en el numeral 3.2, por medio de las ecuaciones 3.5 a 3.13. Los datos se recopilan en el Anexo A – Tabla 1.

6.2.2 Determinación de propiedades mecánicas Ensayos de compresión inconfinada, con lectura de deformaciones en dos

direcciones Resistencia a la compresión inconfinada ( c). Módulo de deformación estático (E). Relación de Poisson ( ).

Para medir las deformaciones axiales y radiales en los especímenes de roca, se instalaron deformimetros en dos direcciones (ver Fotografía 6.5).

159

Fotografía 6.5 Instalación de deformimetros Para cada espécimen ensayado se analizó la trayectoria esfuerzo deformación (Figura 6.4), estableciendo así la resistencia a la compresión inconfinada, módulo de elasticidad estático y relación de Poisson.

Figura 6.4. Esfuerzo Axial Versus Deformación axial y deformación radial

160

Ensayos de compresión triaxial Resistencia al corte ( ). Esfuerzo principal mayor ( 1).

Los ensayos triaxiales se desarrollaron en su primera etapa en compresión isotrópica, aumentando al mismo tiempo el esfuerzo axial y el esfuerzo de confinamiento hasta que se alcance el esfuerzo de confinamiento al cual se desarrolló el ensayo. Como se muestra en la Figura 6.5, la muestra ensayada presentó cuatro fisuramientos durante el ensayo, hasta la falla.

Figura 6.5. Curva Esfuerzo Deformación – Triaxial

La trayectoria de esfuerzo deformación se desarrolló en etapa de falla, como se muestra en la Figura 6.6, mediante un diagrama p-q.

161

Figura 6.6. Trayectoria de Esfuerzos – Diagrama (p – q)

Ensayos de Martillo Schmidt

Dureza del rebote del Martillo Schmidt (Ip). Resistencia a la compresión inconfinada, determinada indirectamente

( *c). Las propiedades mecánicas se determinan siguiendo los procedimientos de ensayos descritos en el numeral 3.3. Los datos de las propiedades físicas de todos los especímenes estudiados se reportan en la Tabla 3 del Anexo A. Los resultados de los ensayos de compresión inconfinada y ensayos triaxiales se reportan en el Anexo B y Anexo C. Cabe anotar que todos los anteriores ensayos fueron realizados siguiendo las recomendaciones propuestas por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas, ISRM (International Society for Rock Mechanics).

pabloeduardonarvaezcampo.2011.parte1.pdf

Documents