Abstract.
-
Characterizing
the
rock
material
in
mining
projects
is
essential
concerning
the
compressive
strength
since
this
parameter
establishes
safety
factors
for
slopes
and
tunnels.
The
objective
of
this
work
was
to
propose
a
simple
methodology
for
practical
application
in
the
field,
for
the
estimation
of
resistance,
with
the
application
of
physical
tests,
specifically
granulometric
indices
and
point
load
test
index,
with
a
predetermined
dimensioning
of
specimens.
The
tests
are
evaluated
thoroughly
and
carried
out
on
180
samples,
of
the
same
material,
from
the
Cojitambo
sector,
province
of
Cañar
(Ecuador).
The
results
allow
its
characterization,
establishing
that
the
compressive
strength
varies
between
75.9
MPa
and
124.8
MPa,
categorizing
the
material
as
hard
rock.
It
is
concluded
that
the
proposal
avoids
permanently
sending
samples
to
the
laboratory,
saving
time
and
money.
Therefore,
a
methodology
has
been
structured
for
the
stated
objective.
Keywords:
Granulometry,
compression,
rock,
point
load
test
index.
Resumen.
-
Es
importante
la
caracterización
del
material
rocoso
en
proyectos
mineros,
respecto
a
la
resistencia
a
compresión,
ya
que
mediante
este
parámetro
se
establecen
factores
de
seguridad
para
taludes
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campo,
para
la
estimación
de
resistencia,
con
la
aplicación
de
ensayos
físicos,
específicamente
índices
granulométricos
e
índice
de
carga
puntual,
con
un
predeterminado
dimensionamiento
de
probetas.
Los
ensayos
se
valoran
de
forma
sencilla,
y
se
han
ejecutado
en
180
probetas,
del
mismo
material,
proveniente
del
sector
Cojitambo,
provincia
del
Cañar
(Ecuador).
Los
resultados
permiten
su
caracterización,
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material
como
roca
dura.
Se
concluye
que
la
propuesta
evita
el
envío
permanente
de
muestras
a
laboratorio,
ahorrando
tiempo
y
dinero,
por
lo
tanto,
se
ha
estructurado
una
metodología
para
el
objetivo
planteado.
Palabras
clave:
Granulometría,
compresión,
roca,
índice
de
carga
puntual.
ISSN-E:
2697-3650
Minerva
Journal
Feijoo
Patricio
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3
3
pfeijoo@uazuay.edu.ec
Universidad
del
Azuay
Cuenca-Ecuador
Estimation
of
the
compressive
strength
of
rock
material
employing
point
load
test
index,
granulometry,
and
dimensions
of
test
tube
76
Recibido
(23/11/2022),
Aceptado
(5/02/2023)
Estimación
de
la
resistencia
a
compresión
del
material
rocoso
mediante
ensayos
de
carga
puntual,
granulometría
y
dimensiones
d
e
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s
https://doi.org/10.47460/minerva.v4i10.102
Vol.9,
Issue
N°10,
(pp.
76-86)
Feijoo
P.
e
t al.
Estimación de la resistencia a compresión del material rocoso mediante ensayos de carga puntual, granulometría
y
dimensiones de probetas
I.
INTRODUCCIÓN
Para
la
ejecución
de
proyectos
mineros
es
importante
determinar
la
resistencia
a
la
compresión
de
las
r
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l
a
estabilidad
de
las
estructuras
mineras,
tanto
a
cielo
abierto
como
en
subterráneo.
La
resistencia
de
una
roca
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hay
entre
ellas
[1].
Estas
características
han
permitido
que
se
desarrollen
pruebas
en
laboratorio
para
la
determinación
de
la
resistencia
a
la
compresión,
pero
en
muchas
ocasiones,
debido
a
la
distancia
a
la
que
se
encuentran
los
proyectos
mineros
en
desarrollo
y
a
los
altos
costos
que
generan
los
análisis
de
laboratorio,
no
se
envían
muestras
o
probetas
y
la
problemática
se
presenta
permanentemente
para
los
ingenieros
encargados.
Un
ensayo
alternativo
para
la
determinación
de
la
resistencia
a
la
compresión
es
el
denominado
índice
de
carga
puntual
o
Is
(50),
el
cual
ha
sido
desarrollado
ampliamente
por
algunos
autores
y
el
mismo
es
factible
de
realizarlo
en
el
campo.
En
este
trabajo
se
propone
determinar
propiedades
físicas
de
las
rocas,
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a
obtener
de
una
manera
aproximada
la
resistencia
al
a
compresión
del
material
rocoso.
En
la
Mecánica
de
Rocas,
que
es
la
encargada
de
estudiar
las
propiedades
de
las
rocas
y
de
los
macizos
rocosos,
es
muy
importante
definir
algunas
de
ellas,
que,
sin
restar
importancia
a
otras,
se
consideran
prioritarias.
El
comportamiento
de
una
masa
o
macizo
de
roca
in
situ
es
diferente
de
un
material
rocoso,
debido
a
que
el
material
rocoso
es
mucho
más
fuerte
y
un
macizo
rocoso
presenta
casi
siempre
sistemas
de
debilidades
estructurales
llamadas
diaclasas
(fracturas,
fisuras,
juntas,
discontinuidades,
fallas
de
varios
tamaños).
Prácticamente
todas
las
rocas
que
forman
los
kilómetros
de
la
corteza
terrestre
están
atravesadas
por
fisuras
y
grietas
de
corta
extensión
[2].
En
este
punto
cabe
analizar
cada
una
de
las
propiedades
de
las
rocas,
que
se
verán
involucradas
en
las
diferentes
propuestas
de
correlación
de
este
trabajo,
tomando
en
consideración
que
la
heterogeneidad
de
los
materiales
o
rocas
usados
siempre
puede
ser
un
limitante
para
su
análisis.
También,
incluso
en
rocas
aparentemente
isótropas
y
homogéneas,
entendiéndose
como
homogeneidad
si
dos
muestras
cualesquiera
de
una
masa
rocosa
del
mismo
volumen
e
igualmente
orientadas
son
idénticas
desde
todos
los
puntos
de
vista
[3],
las
propiedades
pueden
variar
según
el
grado
de
cementación
o
variaciones
en
la
composición
mineralógica.
Este
trabajo
con
una
base
teórica
y
el
respectivo
análisis
de
la
misma,
permite
la
variación
de
parámetros
técnicos,
dentro
de
los
límites
permitidos.
En
la
parte
metodológica
se
hace
una
explicación
de
esta
variación.
Los
resultados
obtenidos
presentan
un
rango
variable,
pero
aceptable,
lo
que
nos
hace
demostrar
la
validez
de
la
teoría,
pero
permiten
establecer
pautas
para
un
desarrollo
de
los
ensayos
de
manera
más
óptima.
Las
conclusiones
evidencian
lo
expuesto
anteriormente.
II.
METODOLOGÍA
Se
denomina
resistencia
a
la
compresión
simple
de
una
roca
(RCS)
al
esfuerzo
medido
sobre
la
misma
de
una
manera
técnica.
Esta
valoración
del
parámetro
se
debe
a
la
necesidad
de
emplear
clasificaciones
de
macizos
rocosos.
Estas
clasificaciones
son
conocidas
como
clasificaciones
geomecánicas
y
derivan
de
la
diferencia
existente
entre
las
propiedades
de
la
roca
por
su
naturaleza
y
las
del
macizo,
que
presenta
diferentes
grados
de
fracturación
y
meteorización.
Las
clasificaciones
geomecánicas
son
sistemas
de
valoración
del
comportamiento
del
terreno
rocoso.
Se
basan
en
calificar
numéricamente
las
propiedades
y
características
específicas
de
la
roca
en
un
emplazamiento
determinado
y
posteriormente
obtener
una
calificación
final
como
la
suma
de
las
valoraciones
parciales.
ISSN-E:
2697-3650
Minerva
Journal
77
Vol.9,
Issue
N°10,
(pp.
76-86)
Feijoo
P.
e
t al.
Estimación de la resistencia a compresión del material rocoso mediante ensayos de carga puntual, granulometría
y
dimensiones de probetas
En
la
actualidad
las
clasificaciones
geomecánicas
se
han
generalizado
y
son
ampliamente
utilizadas,
tanto
en
las
fases
de
diseño
como
en
las
fases
de
ejecución,
en
todo
tipo
de
obras
en
macizos
rocosos.
Es
importante,
por
tanto,
conocer
las
limitaciones
y
dificultades
que
presenta
cada
una
de
las
clasificaciones[4].
Las
diferentes
clasificaciones
toman
en
cuenta
un
parámetro
fundamental,
la
resistencia
a
la
compresión
uniaxial
o
simple
de
la
roca.
La
RCS
es
una
medida
de
resistencia
de
la
matriz
rocosa,
la
cual
representa
el
esfuerzo
de
compresión
axial
máximo
que
puede
soportar
una
muestra
de
material
antes
de
fracturarse.
Este
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doble
y
el
triple
del
diámetro
[5].
Normalmente
estas
probetas
se
obtienen
a
partir
de
testigos
de
perforación.
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aumentar
las
existentes,
lo
cual
se
traduciría
en
una
pérdida
de
resistencia
de
las
probetas
que
se
obtengan
de
ellos.
Averiguar
la
resistencia
a
compresión
simple
de
una
roca
es
importante
porque
permite
clasificar
la
roca
según
su
resistencia,
es
un
parámetro
importante
en
los
criterios
de
rotura
más
utilizados
(Mohr-
Coulomb
y
Hoek-Brown),
así
mismo,
conocer
el
grado
de
anisotropía
de
las
rocas
es
importante
para
comprender
su
comportamiento
ante
las
cargas,
y
su
omisión
puede
ocasionar
errores
en
la
estimación
de
su
resistencia[6].
Una
alternativa
para
determinar
la
RCS
es
el
ensayo
de
carga
puntual,
el
cual
consiste
en
romper
un
pedazo
de
roca
entre
dos
puntas
cónicas
de
acero
endurecido.
El
equipo
utilizado
se
lo
puede
observar
en
la
f
i
g
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r
a
1
.
ISSN-E:
2697-3650
Minerva
Journal
78
Fig. 1.
Equipo para determinación de Is (50).
Fuente:
propia.
Las
muestras
que
son
colocadas
entre
dichas
puntas
pueden
ser
de
cualquier
forma,
pero
lo
recomendable
es
que
su
diámetro
no
sea
inferior
a
50
milímetros
(mm),
ya
que,
el
volumen
de
dicha
probeta
influye
en
su
resistencia
[7].
La
ecuación
1
permite
calcular
el
índice
de
carga
puntual
sin
corrección:
Dónde:
P=carga
aplicada
en
N.
De=diámetro
del
núcleo
equivalente
en
milímetros
(mm).
Se
toman
las
distancias
de
los
fragmentos
los
cuales
deben
cumplir
con
las
disposiciones
que
se
indican
en
la
norma.
La
razón
0.3
<
D/W
<
1
que
de
preferencia
quede
cerca
de
1.
La
distancia
L>
0.5W
(L
distancia
del
extremo
de
la
roca
a
las
puntas
cónicas)
y
se
conoce
W.
En
la
ecuación
2
se
determina
el
diámetro
equivalente
(De)
en
función
de
las
dimensiones
de
los
fragmentos
irregulares
[8]:
Vol.9,
Issue
N°10,
(pp.
76-86)
Feijoo
P.
e
t al.
Estimación de la resistencia a compresión del material rocoso mediante ensayos de carga puntual, granulometría
y
dimensiones de probetas
El
índice
de
resistencia
a
la
carga
puntual
corregido
Is
(50),
de
una
muestra
de
roca
se
define
como
el
valor
de
Is
que
se
ha
medido
por
una
prueba
diametral
con
D
=
50
mm.
Cuando
una
clasificación
de
roca
es
fundamental,
el
método
más
fiable
para
conseguir
Is
(50)
es
llevar
a
cabo
las
pruebas
con
diámetros
de
D
=
50
mm
o
muy
cercanos
a
dicho
valor.
La
mayoría
de
las
pruebas
de
carga
puntual,
son
utilizando
tamaños
de
muestras
diferentes
al
diámetro
mencionado
[9].
En
la
ecuación
3
podemos
obtener
la
corrección
de
tamaño:
I
S
S
N
-
E
:
2
6
9
7
-
3
6
5
0
Minerva
Journal
79
Finalmente,
en
la
ecuación
4,
podemos
observar
la
relación
que
existe
entre
la
resistencia
a
la
compresión
s
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.
Las
rocas
presentan
relaciones
lineales
y/o
no
lineales
entre
las
fuerzas
aplicadas
y
las
deformaciones
producidas,
obteniéndose
diferentes
modelos
de
curvas
de
tensión
contra
deformación
para
distintos
tipos
de
rocas
[10].
Ahora
bien,
la
propuesta
consiste
en
obtener
una
correlación
entre
la
granulometría
del
material
rocoso
y
el
índice
de
carga
puntual,
por
lo
que
cabe,
a
este
punto,
definir
temas
como
trituración
y
clasificación
de
los
materiales.
La
trituración
de
rocas
tiene
como
objetivo
disminuir
el
tamaño
de
partícula
de
las
muestras
sólidas,
siempre
teniendo
en
cuenta
que
debe
conservarse
su
homogeneidad.
La
principal
herramienta
que
se
utiliza
para
reducir
el
tamaño
de
partícula
de
los
sólidos
es
una
trituradora
de
mandíbulas
(Figura
2).
A
la
trituradora
de
mandíbulas
también
se
le
conoce
como
trituradora
de
quijada.
Fig. 2.
Trituradora de mandíbulas.
Fuente:
propia.
V
o
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.
9
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N
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y
dimensiones de probetas
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Es
una
máquina
utilizada
en
la
trituración
primaria.
El
campo
que
más
utiliza
a
las
trituradoras
de
mandíbulas
es
el
de
la
producción
mineral
e
industrial
[11].
Realizada
la
trituración
de
las
muestras,
usualmente
se
continúa
con
la
clasificación
de
los
elementos
fragmentados.
Se
han
desarrollado
diferentes
sistemas
de
clasificación
de
las
partículas.
La
separación
de
un
suelo
en
diferentes
fracciones,
según
sus
tamaños,
resulta
necesaria
para
conocer
su
competencia
y
eficiencia,
desde
la
perspectiva
geotécnica.
Esta
acción
comprende
los
ensayos
de
tamizado,
que
tienen
por
objetivo
distribuir
los
diferentes
tamaños
de
partículas
del
material
rocoso
mediante
el
empleo
de
una
serie
de
tamices
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c
a
c
i
ó
n
comprende
dos
partes:
por
tamizado
para
las
partículas
gruesas
(gravas
y
arenas)
y
el
de
sedimentación
para
la
fracción
fina
del
suelo
(limos
y
arcillas)
[12].
Donde:
F(x)=
%
en
peso
acumulado
pasante
por
cada
malla.
n
=
parámetro
de
distribución.
KSch
=
constante
de
Schumann.
x
=
tamaño
de
partícula.
La
base
de
cualquier
trabajo
es
la
planificación
de
las
actividades
a
realizar.
Para
cumplir
con
el
objetivo
disponemos
de
una
serie
de
herramientas,
unas
para
aplicar
en
campo
y
otras
en
laboratorio.
Fig. 3.
Tamices para clasificación.
Fuente:
propia.
Una
forma
de
representar
gráficamente
los
resultados
obtenidos
de
los
ensayos
de
tamizado
es
mediante
la
curva
granulométrica,
donde
el
porcentaje
de
muestra
pasante
es
graficado
en
las
ordenadas
y
el
diámetro
de
las
partículas
en
las
abscisas.
A
partir
de
la
curva
granulométrica,
se
pueden
obtener
diámetros
característicos
tales
como
el
D50,
D60,
D70,
D80,
D90,
etc.
La
letra
D
se
refiere
al
diámetro
aparente
de
la
partícula
y
el
subíndice
(50,
60,
70,
80,
90)
denota
el
porcentaje
de
material
más
fino.
Por
ejemplo,
un
parámetro
muy
utilizado
luego
de
la
generación
de
una
curva
granulométrica
es
el
denominado
D80,
el
cual
se
define
como
el
tamaño
que
permite
pasar
el
80
%
en
peso
de
la
población
de
partículas.
Para
determinar
el
D80
se
utilizó
el
modelo
de
Schumann,
descrito
por
la
ecuación
5
[13].
Vol.9,
Issue
N°10,
(pp.
76-86)
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Estimación de la resistencia a compresión del material rocoso mediante ensayos de carga puntual, granulometría
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o
Cojitambo,
presentan
una
morfología
de
tipo
multiforme,
es
una
formación
volcánica
en
la
provincia
del
Cañar
(Ecuador)
[14].
Estas
muestras
se
toman
de
afloramientos,
pero
trabajando
en
los
mismos
para
que
la
matriz
rocosa
extraída
sea
sana
y
no
contenga
ningún
tipo
de
alteración
o
descomposición.
Es
muy
importante
que
las
muestras
tengan
superficies
frescas
y
limpias,
que
nos
permita
realizar
una
valoración
correcta
del
estado
de
la
roca
a
la
cual
se
procede
a
realizar
los
ensayos
[15].
Realizada
la
toma
de
muestras
se
las
prepara
para
la
producción
de
probetas,
las
mismas
que
se
elaboraron
en
tres
grupos
de
60
cada
uno,
el
primer
grupo
con
dimensiones,
en
centímetros
(cm),
de
aproximadamente
5
cm
x
10
cm
x
10
cm,
el
segundo
con
dimensiones
aproximadas
de
7
cm
x
10
cm
x
10
cm
y
el
tercer
grupo
con
dimensiones
aproximadas
de
9
cm
x
10
cm
x
10
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e
carga
puntual.
En
la
primera
fase
se
ejecutaron
con
el
subgrupo
A
los
ensayos
de
trituración
y
clasificación
y
finalmente
con
el
subgrupo
B
los
ensayos
de
carga
puntual.
En
la
figura
4
se
pueden
observar
algunas
probetas
utilizadas
para
los
ensayos.
Fig. 4.
Muestras o probetas de roca.
III.
RESULTADOS
Luego
de
evaluar
los
resultados,
Tabla
1,
se
han
establecido
las
diferentes
relaciones
entre
los
índices
granulométricos
y
el
Is
(50),
para
las
muestras
de
5
cm
x
10
cm
x
10
cm,
esto
se
observa
en
la
figura
5
(Fig.5).
Vol.9,
Issue
N°10,
(pp.
76-86)
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Estimación de la resistencia a compresión del material rocoso mediante ensayos de carga puntual, granulometría
y
dimensiones de probetas
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Tabla1.
Datos de granulometría e Is (50) para las muestras de 5 cm.
Fig.
5.
Valores de índices granulométricos e Is (50) de muestras 5 cm.
Las
relaciones
se
presentan
a
continuación:
Vol.9,
Issue
N°10,
(pp.
76-86)
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Estimación de la resistencia a compresión del material rocoso mediante ensayos de carga puntual, granulometría
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s
s
e
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o
s
pueden
observar
en
la
Figura
6
(Fig.
6).
De
igual
forma
se
han
obtenido
sus
respectivas
relaciones.
Tabla2.
Datos de granulometría e Is (50) para las muestras de 7 cm.
Fig.
6.
Valores de índices granulométricos e Is (50) de muestras 7 cm.
Las
relaciones
se
presentan
a
continuación:
Vol.9,
Issue
N°10,
(pp.
76-86)
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y
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s
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s
pueden
observar
en
la
Figura
7(Fig.
7).
De
igual
forma
se
han
obtenido
sus
respectivas
relaciones.
Tabla 3.
Datos de granulometría e Is (50) para las muestras de 7 cm.
Fig.
7.
Valores de índices granulométricos e Is (50) de muestras 9 cm.
Las
relaciones
se
presentan
a
continuación:
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aumenta
en
los
resultados
de
los
D80,
así
mismo
mientras
las
muestras
son
de
mayor
dimensión,
en
lo
que
se
refiere
a
su
diámetro,
la
correlación
tiene
una
mejor
respuesta.
CONCLUSIONES
Una
vez
evaluados
los
resultados
y
las
experiencias
llevadas
a
cabo,
reconocemos
el
empleo
del
procedimiento
para
la
valoración
del
índice
de
carga
puntual
de
las
rocas
y
caracterizarlas
por
medio
de
los
índices
granulométricos
presentados,
específicamente
D80
y
con
muestras
de
roca
de
dimensiones
9
cm
x
10
c
m
x
1
0
c
m
.
La
metodología
planteada
nos
permite
determinar
que
la
roca
del
Cojitambo
tiene
un
índice
de
carga
puntual
que
varía
desde
1.546
MPa
hasta
los
4.992
MPa,
pero
debido
al
análisis
de
correlaciones,
se
puede
concluir
que
este
rango
es
más
reducido,
debido
a
las
muestras
de
9
cm
por
su
R2,
por
lo
que
los
límites
están
entre
los
3.037
MPa
y
4.992
MPa,
lo
que
la
encasilla
en
un
tipo
de
roca
dura.
Debido
a
lo
expuesto
se
concluye
que
la
resistencia
a
compresión
de
la
roca
(andesita),
presente
en
el
sector
de
Cojitambo,
tiene
un
valor
entre
75.925
MPa
y
124.8
MPa.
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resistencia
a
compresión
mantendría
una
durabilidad
en
el
tiempo,
pero
al
mismo
tiempo
permite
una
maniobrabilidad
en
el
trabajo
de
destaje.
Este
trabajo
presenta
una
metodología
de
trabajo
simple
y
sencilla,
para
la
caracterización
de
la
roca
en
un
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s
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diferentes
tipos
de
rocas
y
de
esta
forma
el
proceso
sea
avalado.
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"Distribución
del
tamaño
de
partículas
en
material
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y
su
relación
con
el
índice
de
carga
puntual,"
Tesis
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Grado,
Universidad
del
Azuay,
Cuenca,
Ecuador,
2022.
http://dspace.uazuay.edu.ec/handle/datos/11951.
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P.
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"Propuesta
de
correlación
entre
el
corte
de
rocas
y
el
índice
de
Point
Load
Test
Is
(50),"
Tesis
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Grado,
Universidad
del
Azuay,
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Vol.9,
Issue
N°10,
(pp.
76-86)
Feijoo
P.
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t al.
Estimación de la resistencia a compresión del material rocoso mediante ensayos de carga puntual, granulometría
y
dimensiones de probetas
ISSN-E:
2697-3650
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86
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material
rocoso
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granulometría
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índice
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Grado,
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del
Azuay,
Cuenca,
Ecuador,
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http://dspace.uazuay.edu.ec/handle/datos/10802.
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Román,
"Correlación
entre
la
Deformación
y
la
Resistencia
a
la
Compresión
Uniaxial
en
rocas,"
Tesis
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Grado,
Universidad
del
Azuay,
Cuenca,
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Padrón,
"Correlación
entre
la
resistividad
de
las
rocas
y
la
resistencia
a
la
compresión
simple,"
Tesis
de
Grado,
Universidad
del
Azuay,
Cuenca,
Ecuador,
2020.
http://dspace.uazuay.edu.ec/handle/datos/10023.
AUTOR
E
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,
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g
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a
U
n
i
v
e
r
s
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d
a
d
d
e
l
Azuay
(Cuenca-Ecuador),
con
estudios
y
pasantías
en:
Bolivia,
Brasil,
España,
Australia
en
áreas
de
geología,
geofísica
y
desarrollo
de
actividades
mineras.
Está
vinculado
a
la
docencia
e
investigación
en
la
Universidad
del
Azuay
desde
1991.
V
o
l
.
9
,
I
s
s
u
e
N
°
1
0
,
(
p
p
.
7
6
-
8
6
)
Feijoo
P.
e
t al.
Estimación de la resistencia a compresión del material rocoso mediante ensayos de carga puntual, granulometría
y
dimensiones de probetas