Designación: D 2938– 95 Método de Ensayo Estándar para Resistencia de Compresión No Confinada de Especimenes Intacto1 de Núcleo de Roca Este estándar se emite bajo la designación fija D 2938; el número que sigue inmediatamente después de la designación indica el año de la adopción original o, en el caso de la revisión, el año de la última revisión. Un número entre paréntesis indica el año de la última reaprobación. 1. Alcance 1.1 Este método de ensayo especifica el aparato, instrumentación, y procedimientos para determinar la resistencia compresiva no confinada de especimenes con núcleo de roca intactos. 1.2 Los valores establecidos en unidades de pulgada-libras se deben considerar como el estándar. Los valores SI dados entre paréntesis solo son a modo de información. 1.3 Este estándar no tiene como propósito tratara todos los aspectos de seguridad, si los hay, asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de este estándar establecer las prácticas apropiadas de salud y seguridad y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso. 2. Documentos de Referencia 2.1 Normas ASTM: D 2216 Método de Ensayo Estándar para Determinación en el Laboratorio del Contenido de Humedad (Agua) del Suelo y de la Roca D 4543 Práctica para Preparar Especimenes con Núcleo de Roca y Determinar las Tolerancias de Dimensión y Forma E 4 Prácticas para Verificación de Carga de Máquinas de Ensayo E 122 Práctica para Elección de Tamaño de Muestra para Estimar la Calidad Promedio de un Lote o Proceso. 3. Resumen del Método de Ensayo 3.1 Se corta una muestra de testigo de roca a lo largo y los extremos se pulen para que queden planos. Se pone el espécimen en el marco de carga y, si se requiere, se calienta a la temperatura de ensayo deseada. Se aumenta de manera continua la carga axial en el espécimen hasta que se obtenga la carga peak y la falla. 4. Importancia y Uso 4.1 La resistencia de compresión no confinada se usa en muchas fórmulas de diseño y a veces se usa como una propiedad de índice para seleccionar la técnica de excavación apropiada. La resistencia de los testigos de roca medida en el laboratorio usualmente no refleja de manera exacta las propiedades in situ a gran escala porque estás últimas están muy influenciadas por uniones, fallas, irregularidades, planos de debilidad y otros factores. Por lo tanto, los valores de laboratorio para especimenes intactos se deben emplear con el criterio apropiado en las aplicaciones de ingeniería. 5. Aparato 5.1 Dispositivo de Carga – debe tener la capacidad suficiente para aplicar carga a una tasa que esté conforme a los requerimientos establecidos más adelante en el punto 9.5 Se verificará a intervalos de tiempo apropiados de acuerdo con los procedimientos dados en las Prácticas E4, y cumplirá con los requerimientos ahí prescritos. El dispositivo de carga puede estar equipado con un transductor de desplazamiento que se puede usar para adelantar la rampa de carga a una tasa especificada. Cierre de Temperatura Elevada – El cierre de temperatura elevada puede ser un cierre que calce en el aparato de carga o bien un sistema externo que circunde el aparato de ensayo completo. El cierre puede estar equipado con un control de humedad para los especimenes de ensayo en el cual el contenido de humedad se va a controlar. Para las altas temperaturas, se requiere normalmente un sistema de calentadores, aislamiento, y dispositivos de medición de temperatura para mantener la temperatura especificada. La temperatura se medirá en tres lugares, con un sensor cerca de la parte superior, uno a media altura y otro cerca de la parte inferior del espécimen. La temperatura promedio del espécimen basada en el sensor a media altura se mantendrá dentro de + 1 ºC de la temperatura de ensayo requerida. La máxima diferencia de temperatura entre el sensor a media altura y cualquiera de los sensores de los extremos no debe exceder los 3ºC. Nota 1 – Una alternativa para medir la temperatura en tres lugares a lo largo del espécimen durante el ensayo es determinar la distribución de temperatura en un espécimen de prueba que tenga sensores de temperatura localizados en agujeros de taladro en un mínimo de seis posiciones; a lo largo de la línea central y la periferia del espécimen a media altura y en cada extremo del espécimen. El set point del controlador de temperatura se ajustará para obtener temperaturas de estado –estable en el espécimen de prueba que cumplan con los requisitos de temperatura en cada temperatura de ensayo (la temperatura de la línea central a media altura estará dentro de + 1 ºC de la temperatura de ensayo requerida, y todas las otras temperaturas del espécimen no se desviarán de esta temperatura en más de 3ºC). La relación entre el set point del controlador y la temperatura del espécimen de prueba se puede usar para determinar la temperatura del espécimen durante el ensayo siempre que la salida del sensor de retroalimentación de temperatura (u otro sensor de temperatura en un lugar fijo en el aparato triaxial) se mantenga constante dentro de + 1ºC de la temperatura de ensayo requerida. La relación entre el set point del controlador de temperatura y la temperatura del espécimen en estado-estable se debe verificar en forma periódica. El espécimen de prueba se usa solo para determinar la distribución de temperatura en un espécimen en el cierre de temperatura elevada, no se debe usar para determinar la resistencia a la compresión. Dispositivo de Medición de Temperatura – Acoples térmicos especiales de límites de error o termómetros de resistencia de platino (RTDS) que tengan exactitudes de al menos + 1 ºC con una resolución de 0.1ºC. Placas – Dos placas de acero se usan para transmitir la carga axial a los extremos del espécimen. Estas tendrán una dureza no inferior a 58HRC. Las superficies de apoyo no se separarán de un plano en más de 0.0125 mm cuando las placas estén nuevas y se mantendrán dentro de una variación permisible de 0,025 mm. El diámetro debe ser al menos del mismo tamaño que el diámetro del espécimen, pero no debe exceder 1.10 veces el diámetro del espécimen. El grosor de la placa debe ser de al menos una mitad del diámetro del espécimen. Asiento Esférico – Una de las placas debe estar sentada en forma esférica y la otra debe estar en un plano rígido. El diámetro del asiento esférico debe ser al menos tan grande como el del espécimen de ensayo, pero no debe exceder el doble del diámetro del espécimen de ensayo. El centro de la esfera en el asiento esférico deberá coincidir con el centro del extremo cargado del espécimen. El asiento esférico deberá estar lubricado para asegurar que se mueva libremente. La pare móvil de la placa debe retenerse cerca en el asiento esférico, pero el diseño debe ser tal que la cara de apoyo se pueda rotar e inclinar a través de ángulos pequeños en cualquier dirección. Asiento Rígido – Si no se usa un asiento esférico, las caras de apoyo de las placas deben estar paralelas a 0.0005 mm del diámetro de la placa. Este criterio se debe cumplir cuando las placas están en el dispositivo de carga y están separadas aproximadamente por la altura del espécimen de ensayo. 6. Precauciones de Seguridad Muchos tipos de roca fallan de manera violenta cuando se cargan para que fallen en compresión. Se debe poner un escudo protector alrededor del espécimen de ensayo para evitar las lesiones producto de fragmentos de roca que puedan salir volando. Las temperaturas elevadas aumentan el riesgo de cortocircuitos eléctricos e incendio. 7. Muestreo El espécimen debe ser seleccionado de los testigos para representar un promedio válido del tipo de roca que se está considerando. Esto se puede lograr mediante observaciones visuales de los constituyentes minerales, tamaños de grano y forma, separaciones y defectos tales como poros y fisuras, o mediante otros métodos tales como mediciones de velocidad ultrasónicas. 8. Especimenes de Ensayo Prepare los especimenes de ensayo de acuerdo con la Práctica D 4543. La condición de humedad del espécimen al momento del ensayo puede tener un efecto significativo sobre la deformación de la roca. Las buenas prácticas generalmente indican que los ensayos de laboratorio se hagan sobre especimenes representativos de las condiciones del terreno. Por lo tanto, se desprende que la condición de humedad del espécimen se debe preservar hasta el momento del ensayo. Por otra parte, puede que haya razones para someter a ensayo especimenes con otros contenidos de humedad incluido el cero. En cualquier caso, adecue el contenido de humedad del espécimen de ensayo al problema en cuestión y repórtelo de acuerdo con el punto 11.1.3. Si el contenido de humedad del espécimen se va a determinar, siga los procedimientos en el Método de Ensayo D 2216. Si se va a mantener la condición de humedad, y el cierre de temperatura elevada no está equipado con un control de humedad, selle el espécimen con una membrana flexible o aplique un plástico o goma de silicona para recubrir el espécimen en los costados. 9. Procedimiento Revise la capacidad del asiento esférico para rotar libremente en su soquete antes de cada ensayo. Ponga la placa inferior en la base o la varilla actuadora del dispositivo de carga. Limpie las superficies de apoyo de ambas placas y del espécimen de ensayo y ponga el espécimen en la placa inferior. Ponga la placa superior en el espécimen y alinee adecuadamente. Se puede aplicar una pequeña carga axial de aproximadamente 100N al espécimen por medio del dispositivo de carga para asentar adecuadamente las partes de apoyo del aparato. Cuando sea apropiado, instale el cierre de temperatura elevada. Si está realizando un ensayo a temperatura elevada, eleve la temperatura a una tasa que no exceda los 2ºC/min hasta que se alcance la temperatura requerida (Nota 2). Se debe considerar que el espécimen de ensayo ha alcanzado la temperatura de equilibrio cuando todas las salidas del dispositivo de medición de temperatura estén estables por al menos tres lecturas tomadas a intervalos iguales en un periodo de no menos de 30 minutos (3 minutos para los ensayos efectuados a temperatura ambiente). La estabilidad se define como una lectura constante que muestra solo los efectos del instrumento normal y las fluctuaciones de la unidad calentadora. Nota 2- Se ha observado que para algunos tipos de roca ocurrirán micro grietas para tasas de calentamiento sobre 1ºC/min. Se previene al operador para que seleccione una tasa de calentamiento en la que las micro grietas no sean significativas. Aplique la carga axial en forma continua y sin shock hasta que la carga se vuelva constante, se reduzca o se logre un monto predeterminado de tensión. Aplique la carga de manera tal que se produzca una tasa de estrés o bien una asa de tensión que sea tan constante como posible a lo largo de todo el ensayo. No permita que la tasa de estrés o de tensión en ningún momento se desvíe en más de un10 por ciento de lo seleccionado. La tasa de estrés o de tensión seleccionada debe ser la que produzca falla en un tiempo de ensayo entre 2 y 15 minutos. La tasa de estrés seleccionada o la tasa de tensión para un tipo dado se debe adherir para todos los ensayos en una serie dada de investigaciones (Nota 3). Registre la carga máxima sostenida por el espécimen. Nota 3 – Los resultados de los ensayos hechos por otros investigadores han mostrado que las tasas de tensión dentro de este rango entregan valores de resistencia que están razonablemente libres de los efectos de la carga rápida y son reproducibles dentro de tolerancias aceptables. Las tasas de tensión más bajas son permisibles, si s requieren para la investigación. 10. Cálculo Calcule la resistencia a la compresión en el espécimen de ensayo desde la máxima carga de compresión en el espécimen y el área transversal computada inicialmente de la siguiente manera: P σ= A Donde: Ơ = Resistencia de compresión P = Carga máxima A = Área transversal Nota 4 – Los estrés de tensión se usan como positivos. Una aplicación consistente de una compresión con convención de signo positivo se puede emplear si se desea. La convención de signo adoptada necesita ser establecida de manera explícita en el reporte. Las fórmulas dadas son para estrés de ingeniería. Se pueden usar estrés verdaderos, si se desea, siempre que el diámetro del espécimen al momento de la carga máxima sea conocido. 11. Reporte El reporte debe incluir lo siguiente: Fuente de la muestra incluido el nombre del proyecto y la ubicación (a menudo la ubicación se especifica en términos del número de perforación y la profundidad del espécimen desde el collar del agujero) Descripción litológica de la roca, nombre de la formación y dirección de carga con respecto a la litología Condición de humedad del espécimen antes del ensayo Diámetro del espécimen y altura, de acuerdo con los requerimientos de dimensión Temperatura a la cual se llevó a cabo el ensayo Tasa de carga o tasa de deformación Resistencia a la compresión sin confinamiento Tipo y ubicación de la falla. Se recomienda un diagrama del espécimen fracturado Si el equipo real o el procedimiento ha variado respecto a los requerimientos contenidos en este método de ensayo, cada variación y las razones para ello se deben discutir. 12. Precisión y Sesgo Los datos están siendo evaluados por medio de un programa de ensayo ínter laboratorios para las propiedades de roca a fin de determinar la precisión de este método de ensayo. No se puede determinar el sesgo debido a que no hay un valor estándar de resistencia a la compresión que se pueda usar para comparar con valores determinados utilizando este método. 13. Palabras Clave 13.1 ensayo de compresión; resistencia a la compresión, ensayos de carga; roca.
