El ensayo de compresión uniaxial es una prueba de laboratorio que se utiliza para obtener la resistencia a la compresión no confinada (UCS – unconfined compressive strength) de una muestra de roca. La resistencia a la compresión uniaxial (UCS) representa la máxima tensión de compresión axial que puede soportar una muestra bajo una tensión de confinamiento nula. El UCS es un parámetro muy utilizado en el diseño geotécnico, pero puede no representar la resistencia in situ. A gran escala, las propiedades de la masa rocosa se ven muy afectadas por otros factores, como las discontinuidades, las fallas y la meteorización.
Durante el ensayo, además de la carga axial, se suele medir la deformación axial y lateral para obtener el módulo elástico de la muestra y la relación de Poisson.
Procedimiento de laboratorio
Muestreo
Las muestras se obtienen por sondajes de perforación y se seleccionan con precaución para que sean representativas de la formación rocosa original. El diámetro mínimo de una muestra debe ser de al menos 47 milímetros y 10 veces mayor que el tamaño del grano mineral más grande (o 6 veces mayor para rocas más débiles, por ejemplo, areniscas o margas).
La relación longitud/diámetro de las muestras (L/D) debe estar entre 2,0 y 2,5, según la ASTM (American Society for Testing and Materials) y entre 2,5 y 3,0 según la ISRM (International Society for Rock Mechanics). Las superficies cilíndricas se preparan para que sean planas y lisas. En particular, los extremos de la muestra deben estar nivelados con una tolerancia de 0,02 milímetros y no deben apartarse de la perpendicularidad más de 0,06 grados.
El propósito del procedimiento es preservar las propiedades in situ de la muestra hasta que se realice el ensayo. Por lo tanto, la humedad registrada en el campo también debe preservarse hasta el ensayo.
Se requieren al menos 5 muestras para conseguir un valor fiable del UCS.
Aparato
El aparato utilizado para realizar el ensayo de compresión no confinada consta de las siguientes partes:
- Dispositivo de carga: El dispositivo de carga debe estar diseñado para aplicar constantemente la carga a la velocidad requerida hasta el final del ensayo. El ensayo puede ser controlado por tensión o por deformación. Se señala que sólo los dispositivos controlados por la deformación pueden capturar el comportamiento posterior a la falla de un material.
- Placas: El esfuerzo axial aplicado por el dispositivo de carga se transfiere al sondaje mediante dos pletinas de acero que se fabrican con una dureza Rockwell mínima de 58. Su diámetro debe ser al menos igual al de la muestra. La relación entre la longitud y el diámetro debe ser también de al menos 0,5.
- Dispositivos de medición de la deformación: Las deformaciones axiales y laterales se miden mediante diversos dispositivos (por ejemplo, transformadores diferenciales variables lineales (LVDT), compresómetros, bandas extensométricas de resistencia eléctrica).
Procedimiento de ensayo
Las dos placas se limpiarán cuidadosamente antes de colocar la muestra en la cámara de ensayo. La carga debe aplicarse continuamente a una velocidad de 0,5 MPa/s a 1,0 MPa/s (en el caso de un dispositivo de carga controlada por tensión) y el fallo debe producirse en aproximadamente 10 minutos. Los datos de tensión y deformación pueden registrarse mediante un sistema electrónico que tenga las especificaciones de precisión adecuadas. La carga máxima se registra en Newtons con una precisión del 1%.
Resultados
En la figura 1 se presenta un diagrama típico de tensión-deformación derivado de un ensayo de compresión uniaxial de una muestra de basalto no alterada. El UCS es el valor máximo del diagrama y es igual a 44,7 MPa. En la figura 2 se presenta el equipo utilizado por Aminpro para la realización del ensayo, mientras que la figura 3 muestra la realización de un ensayo.
Referencias
ASTM D7012-14e1, (2014). Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures, ASTM International, West Conshohocken, PA.
Attewell, P.B. and Farmer, I.W. (1976). Principles of engineering geology. Chapman and Hall, London.
ISRM, (1979). Suggested Methods for Determining the Uniaxial Compressive Strength and Deformability of Rock Materials. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 16, 2.
