EVA test - Nuevo ensayo para determinar el valor de la resistencia a la compresión inconfinada en núcleos de roca de forma Alterna. Ing. Ing. Adolfo Camilo Torres, miembro Comisión Técnica Permanente de Geotécnia, CTPG - SCI.

1. EVA Test – Ensayo para
determinar el Valor de (σc) de
manera Alterna
Ing. Adolfo Camilo Torres Prada
SOCIEDAD COLOMBIANA DE INGENIEROS13.04.2018

2. 1. Introducción
2. Objetivo general del ensayo EVA
3. Etapas fundamentales en el desarrollo del ensayo EVA
4. Conclusiones
5. Recomendaciones
5. Agradecimientos y créditos
EVA Test – Ensayo para determinar el Valor de (σc) de
manera Alterna
Índice

3. Se propone la utilización de especímenes con una configuración en forma de disco, lo que permite
trabajar menores valores de D/T (diámetro/espesor) y lograr ejecutar un ensayo de compresión
inconfinada.
INTRODUCCIÓN

4. • En muchos casos no es posible cumplir los parámetros geométricos sugerido por la normas ASTM
D7012 y la ISRM 1978 (Blue Book), dentro de las cuales se establece que los núcleos de roca
cumplan con una relación geométrica que especifica que la altura del cilindro debe ser entre 2 a 3
veces el diámetro del espécimen.
INTRODUCCIÓN

5. • Condiciones particulares de cada trabajo de perforación; el uso de diámetros de taladro más
pequeños que los sugeridos en las normas; estructuras y edad de algunas formaciones geológicas;
las condiciones ambientales y la meteorización (típica de los trópicos) y los muy bajos valores de
RQD. De esta manera y después de la alta inversión de recursos durante el trabajo de perforación
se elimina un gran número de muestras al no cumplir los requisitos para el ensayo estándar.
INTRODUCCIÓN

6. En el caso de caracterización de macizos rocosos
INTRODUCCIÓN

7. • El objeto del ensayo EVA es contar con un dispositivo y una metodología para obtener la resistencia
a la compresión inconfinada en muestras en forma de disco de especímenes de muestras de rocas
u otros materiales, asegurando la obtención de éste parámetro mecánico mediante una carga de
tipo diametral. El método de la presente invención, permite asegurar una completa falla a
compresión de la muestra.
Campo de la invención
• La presente invención tiene su aplicación dentro del campo de la exploración geotécnica y más
específicamente en el análisis de muestras de materiales rocosos para su caracterización
geomecánica, además se puede ampliar su aplicación al campo de resistencia de materiales.
OBJETIVO GENERAL DEL ENSAYO EVA

8. ETAPAS FUNDAMENTALES EN EL DESARROLLO DE LA
INVESTIGACIÓN

9. • El estado de esfuerzos internos en un disco ensayado bajo carga diametral
presenta una distribución muy compleja que varía notablemente en función
del tipo de carga aplicada. El problema ha sido estudiado teóricamente por
diferentes autores (Chou y Pagano, 1967), (Timoshenko y Goodier, 1968),
(Ma y Hing, 2008), (Markides et al., 2010;2012), (Erarslan y Williams, 2011) )
entre otros. Empleando el método de elementos finitos F.E.M. se han
realizado importantes investigaciones sobre el problema, entre otros
trabajos se destacan los de (Yu et al., 2008), (Erarslan and Williams, 2011).
Marco teórico - estado del arte

10. Marco teórico - estado del arte

11. Análisis teórico del estado de esfuerzos del disco

12. Análisis teórico del estado de esfuerzos del disco

13. Análisis teórico del estado de esfuerzos del disco
Finalmente, la hipótesis planteada de si existe un valor para ω0 en el que hay una condición
primordialmente de compresión dentro del material, no se corrobora con el presente estudio analítico, pero
se estableció que la mejor condición de un estado de esfuerzos a compresión prevalece en el material del
disco cuando se tiene una carga aplicada p en un arco de valor ω0 = 30º, esto relacionado también con la
menor relación de esfuerzos radiales de tracción - compresión de valor de σtrr/σcrr ≈ 0.6.

14. Análisis numérico experimental y simulación
a
r
h
y
x
20
19
22
24
23
w
0
Componente
de esfuerzo
X (m) Y (m) Magnitud del
esfuerzo (MPa)
σmax
xx 1,71E-04 1,71E-04 22,16
σmix
xx 1,08E-02 1,38E-02 2,71
σmax
yy 2,34E-02 3,97E-04 -13,65
σmix
yy 2,92E-03 2,32E-02 -127,25
τmax
xy 1,08E-02 1,38E-02 19,20
σmix
xy 3,92E-04 2,34E-02 -0,02

15. Diseño y fabricación del dispositivo
NOTA:
Todas las unidades están en
(mm)
M4X07: tornillo de ø 4mm y
paso 0.7 20
26
25

16. Pruebas físicas experimentales sobre muestra patrón

17. Pruebas físicas experimentales sobre muestra patrón
Parámetro Unidad Ensayo con
carga axial
Ensayo con
carga diametral
Carga Máxima kN 74,85 32,52
Carga de agrietamiento kN 55,00 20,71
Esfuerzo de compresión (σc) MPa 41,93 42,84
Rata de carga MPa/s 0,85 0,77
Tiempo de ensayo s 2825,68 2570,53

18. Pruebas físicas experimentales sobre muestra patrón
Cuando el índice de forma es cercano a 1 indica
que los especímenes con tamaños más cercanos
al diámetro de las mordazas del ensayo y de
redondez más regular, se aproximan mucho más
a la resistencia de diseño de la mezcla que se
había ajustado a 50 MPa.
Para las muestras que presentan un índice de
forma alejado de 1 se puede apreciar que tienen
una resistencia a la compresión baja.
El ensayo puede perder validez para muestras
con diámetros menores a 47.5 mm, ya que es
posible llegar a una concentración de esfuerzos
tal que el espécimen falle por tensión y no por
compresión.

19. Pruebas de validación en rocas y ajuste del protocolo
del ensayo
17 sondeos
Fecha de toma:
Septiembre de
2012
Profundidades de 8 a 201 metros
Según los parámetros geométricos
establecidos en la ASTM se
obtuvieron 27 cilindros para ensayar
con la prueba estándar (ASTM 7012)
PEQUEÑA CENTRAL HIDROELECTRICA MORROAZUL

20. De los núcleos de perforación se obtuvieron un total de 17 muestras cilíndricas para realizar las
pruebas de acuerdo a la norma ASTM-72 y 48 muestras en forma de disco para el nuevo ensayo EVA
con carga diametral.
Pruebas de validación en rocas y ajuste del protocolo
del ensayo

21. Se realizaron los últimos ajustes al dispositivo y al protocolo del nuevo ensayo propuesto, teniendo en
cuenta observaciones a lo largo de un primer ciclo de muestras ensayadas.
Pruebas de validación en rocas y ajuste del protocolo
del ensayo

22. Etapas de carga definidas en el protocolo del ensayo EVA
Pruebas de validación en rocas y ajuste del protocolo
del ensayo

23. Etapas de carga definidas en el protocolo del ensayo EVA
Pruebas de validación en rocas
• σ =
F
𝐴
→
F
𝑃𝑡
→
F
75
360
2.𝜋.
𝑑
2
.𝑡
→
F
5
24
.𝜋.𝑑.𝑡
→
F.1000
5
24
.𝜋.𝑑.𝑡
• 𝜎 =
24000𝐹
5.𝜋.𝑑.𝑡
Donde
σ: Esfuerzo (MPa)
F: Fuerza (kN)
π: constante matemática 3,1416
d: diámetro del espécimen (mm)
t: espesor del espécimen (mm)
A: Área (mm2)
P: Perímetro (mm)

24. El resumen de los resultados comparativos obtenidos
Pruebas de validación en rocas

25. Con base en las observaciones durante las diferentes fases experimentales y en el análisis de resultaos
comparativamente realizado, se pueden proponer las siguientes conclusiones:
• El ensayo propuesto EVA-TEST transmite al espécimen en forma de disco, un estado primordialmente
de compresión que induce la falla del material, por lo tanto se obtiene el valor de (σc) de forma directa.
• El nuevo ensayo propuesto aumenta el número de la muestra y mejora los datos estadísticos para hallar
la resistencia, ya que por cada cilindro que cumpla con los parámetros geométricos establecidos en la
ASTM D72012-10 se pueden ensayar 4 discos aproximadamente.
• Dada la geometría y dimensiones de los especímenes para el ensayo con probetas en forma de discos
se tiene mayor probabilidad de recuperar muestras de sondeos muy fracturados y donde no se logren
recuperar especímenes cilíndricos que cumplan con las dimensiones recomendadas por la norma ASTM
D72012-10.
• El nuevo ensayo presenta en principio ventajas en comparación con el ensayo estándar ya que
contempla menores tiempos en los procedimientos de corte y preparación de las muestras, y menores
recursos de herramientas, equipos y mano de obra para estas actividades.
Conclusiones

26. • Promover una validación masiva del nuevo ensayo para diferentes tipos de rocas y diámetros de las
muestras, además se hizo evidente durante los ensayos que las estructuras geológicas presentes
en los especímenes de roca en forma de disco inciden en los resultados de la resistencia, según se
orienten estos planos particulares de debilidad con respecto al sentido de aplicación de la carga,
éste tema entre muchos otros se presenta como una nueva pregunta para futuros trabajos de
investigación alrededor de la validación del ensayo EVA.
Recomendaciones finales
El video del ensayo completo puede observarse en:
https://youtu.be/L9quQ9i6bh4

27. Agradecimientos especiales y créditos
Álvaro Correa Jorge Puerto Fabián Lamus
Sebastián Bahamón Luna Cubillos Sebastián Vesga Jenny Pira

28. Dedicada a:
EVA
Quien me motiva a hacer las
mejores cosas en mi existencia
Muchas Gracias