Manual de prácticas de laboratorio: Mecánica de rocas



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Las rocas son agregados naturales duros y compactos de partícu-las minerales con fuertes uniones cohesivas permanentes. La proporción de diferentes minerales, la estructura granular, la textura y el origen de la roca sirven para su clasificación geológica. Para proyectar y construir la cimentación, es necesario conocer las propiedades de los materiales que serán empleados, ya que las dimensiones de la cimentación están directamente relacionadas con las propiedades de los pétreos y el suelo.

Es allí donde entra la mecánica de rocas, ciencia teórica y aplicada que estudia el comportamiento físico de las rocas sometidas a condiciones de esfuerzo de diversos orígenes. En términos generales, abarca el estudio de las obras subterráneas (como los túneles) y la construcción en superficie (como las canteras a cielo abierto o las cimentaciones de presas).

El presente manual tiene como objetivo primordial informar a los ingenieros sobre los equipos y ensayos recomendados en la mecánica de rocas. Presenta los métodos de preparación y la realización de las pruebas utilizadas para determinar las propiedades físicas y mecánicas como son: densidad, porosidad, módulo de deformación, razón de Poisson, resistencia al corte, compresión y resistencia a la tracción indirecta, etc. Las magnitudes de los parámetros encontrados en el laboratorio serán usadas para el diseño ingenieril de obras civiles como la construcción de túneles, cimentaciones y estabilización de taludes carreteros, y en la ingeniería de minas o geología, donde la mecánica de rocas, además de ser parte importante para el diseño de pilares de minas subterráneas, ha sido considerada tradicionalmente como un asunto ligado a la seguridad.

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Autor

Manolo Adolfo Galván Ceballos

Identificadores:
Tipo ID Valor ID
ORCID https://orcid.org/0000-0002-5503-2689
Biografía:

Ingeniero civil (Universidad del Quindío, 2003), magister en Consultoría de Ingeniería Civil y doctor en Ingeniería del Terreno (2010 y 2011, Universidad Politécnica de Valencia). Desde 2011, docente titular e investigador de la Escuela de Ingeniería Civil y Geomática, EICG, de la Universidad del Valle. Coordinador de postgrados de la EICG entre 2013 y 2016, y director del Programa Académico de Ingenieria Civil desde 2016 hasta la fecha. Fue ingeniero residente de la empresa Seven S.L en Valencia, España, y docente en la asignatura Geotecnia y Cimientos I de la Universidad Politécnica de Valencia.







Autor

José Bernardo Serón Gáñez

Identificadores:
Tipo ID Valor ID
ORCID https://orcid.org/0000-0002-9886-0636
Biografía:

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (Universitat Politécnica de València). Profesor titular en la Escuela Universitaria, Departamento de Ingeniería del Terreno, del cual ha sido subdirector. Secretario de la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos desde 2009. Es docente en las asignaturas de Ingeniería Geotécnica, Mecánica de Rocas y Túneles, Geotecnia de las Infraestructuras del Transporte, e Ingeniería de Cimentaciones y Técnicas de Mejora del Terreno, todas ellas del Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos. También es docente en las asignaturas de Geotecnia y Cimientos y Diseño Geotécnico de Cimentaciones y Muros de Contención del grado de Ingeniería Civil, y en la de Geotecnia y Cimientos del grado de Ingeniería de Obras Públicas. 





CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

Recepción y almacenamiento de las muestras . . . . . . . . . . . . 11

Sistema y supervisión sobre la descarga, manipulación y almacenamiento de las muestras. . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Criterios para la elaboración del libro de registro de entrada de muestras. . . . . . . . . . . . . . . . . .  12

Generales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Código de la muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Tipo de muestreo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Fechas de registro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Peticionario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Obra/Factoría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Material a ensayar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Ensayos a realizar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Observaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Precauciones para evitar el deterioro y daños para las muestras, antes y después de su ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Suelos y áridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Bloques de piedra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Aguas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Condiciones ambientales controladas en almacenamiento de muestras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Recinto de preparación de muestras de roca. . . . . . . . . . . . . 15

Recinto de preparación de muestras de suelo. . . . . . . . . . . . . 15

Recinto químico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Recinto cámara húmeda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Recinto de mecánica de suelos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Recinto de mecánica de rocas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Sala general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Recinto de investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Recinto almacén. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Recinto taller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Despachos de especialista y técnico de laboratorio. . . . . . . . . . . 16

Almacenamiento de muestras después del ensayo.

Caducidad de la muestra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Realización del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Accesibilidad de las normas o procedimientos internos para cada ensayo.

Instrucciones actualizadas de operación. . . . . . . . . . . . . . . 17

Impresos para la transcripción de resultados de ensayo . . . . . . . . . 17

Archivo de borradores, documentos intermedios e impresos de resultados de los ensayos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Documentación del resultado de ensayo . . . . . . . . . . . . . . 18

Formatos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Registro de campo toma de muestras. . . . . . . . . . . . . . . . 18

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO. PREPARACIÓN DE MUESTRAS, EXTRACCIÓN DE PROBETA DE ROCA MATRIZ

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Objetivo de la preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . 22

Descripción de las probetas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Probeta en bloque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Probeta cilíndrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Formatos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Anexos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Capítulo 2

ALTERACIÓN Y DURABILIDAD

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Ensayo Dusseault. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Determinación de la durabilidad al desmoronamiento de rocas blandas. Índice Sehudes (Slake durability). . . . . . . . . 35

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Índice cerchar (CAI). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Abrasividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Dureza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Formatos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Capítulo 3

RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD (PARTE 1) . . . . . . . . 47

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Determinación del índice de rebote. . . . . . . . . . . . . . . . 48

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Resistencia a tracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Ensayo de tracción indirecta o método brasileño . . . . . . . . . . . . 52

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Resistencia a carga puntual (PLT). . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Resistencia a compresión uniaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Formatos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Capítulo 4

RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD (PARTE 2) . . . . . . . . 67

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Determinación del módulo de elasticidad Young y del coeficiente de Poisson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Requisitos para la medida de las deformaciones. . . . . . . . . . . . 69

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Determinación de la velocidad de propagación del sonido. . . . . . . 72

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Ensayo de corte directo en rocas. . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Requisitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Preparación de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Procedimiento del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Resultados y cálculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Formatos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89


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