Este documento presenta una introducción a los ensayos de laboratorio, mapeo geomecánico y uso de software geomecánico. Incluye secciones sobre ensayos de laboratorio como preparación de muestras, ensayos de carga puntual, compresión uniaxial y triaxial. También cubre temas de mapeo geomecánico como los sistemas Q de Barton y RMR. Finalmente, explica el uso de software como Roclab, DIPS y Unwedge para análisis geomecánico.

1. Introducción a ensayos de
laboratorio, mapeo geomecánico y
uso de software geomecánico
Carlos Enrique Morante Arroyo

2. Temario
1. Introducción
2. Ensayos de laboratorio
2.1 Preparación de muestras
2.2 Ensayo de Propiedades Físicas
2.3 Ensayo de Carga Puntual
2.4 Ensayo de Compresión Uniaxial
2.5 Ensayo de Compresión Triaxial
2.6 Ensayo de Propiedades Elásticas
2.7 Ensayo de Tracción Indirecta
2.8 Ensayo de Corte Directo
2.9 Ensayo de Slake Durability

3. Temario
3. Mapeo Geomecánico
3.1 Ejemplo práctico mapeo geomecánico Q de Barton
3.2 Ejemplo práctico mapeo Geomecánico RMR
4. Uso de software Roclab
4.1 Conceptos básicos
4.2 Ejemplo práctico con imputs de datos de laboratorio
5. Uso de software DIPS
5.1 Conceptos básicos
5.2 Aplicación de mapeo geomecánico
6. Uso de software unwedge
6.1 Conceptos básicos
6.2 Ejemplo aplicativo

4. 1. Introducción
Mecánica de Rocas
La Mecánica de Rocas es la ciencia teórico-
aplicada que estudia la respuesta del macizo
rocoso a un campo de esfuerzos presente.
Mecánica de Suelos
La Mecánica de Suelos es la aplicación de las
leyes de la física y las ciencias naturales a los
problemas que involucran las cargas impuestas
a la capa superficial de la corteza terrestre.

5. 1. Introducción
¿Suelo o Roca?

6. 1. Introducción
Padre de la mecánica de suelos Padre de la mecánica de rocas
Fundador de la Sociedad Internacional de
Mecánica de Rocas (ISRM)
Discontinuidades
Karl Von
Terzaghi
Leopold
Muller

7. 1. Introducción

8. Tipos de material
1. Introducción
Continuo
Discontinuo
Heterogéneo
Homogéneo
Isotrópico
Anisotrópico

9. 1. Introducción

10. 1. Introducción
Esfuerzo (σ)
La fuerza aplicada por unidad de área.
Esfuerzo Normal
Componente del esfuerzo aplicado perpendicularmente a una
superficie o plano.
Esfuerzo Cortante (Ꞇ)
Componente del esfuerzo aplicada paralela o tangencialmente al
plano sobre el cual actúa.

11. 1. Introducción
Deformación
Movimiento absoluto o relativo de un punto
sobre o dentro de un cuerpo rocoso. Cambio
en la forma o tamaño de un cuerpo rocoso.
Deformación unitaria (Ꜫ)
Deformación por unidad de longitud de un
material rocoso.
𝜀 =
∆𝐿
𝐿

12. 1. Introducción
Deformación unitaria (Ꜫ)
Deformación por unidad de longitud de
un material rocoso.
𝜀𝑁𝑂𝑅𝑀𝐴𝐿 =
∆𝐿
𝐿
𝜀𝐶𝑂𝑅𝑇𝐴𝑁𝑇𝐸 =
∆𝑋
𝑋

13. 1. Introducción
Material Elástico
Carga DP Deformación
Se recupera la longitud inicial.
Material Plástico
Deformación es no lineal.
Las deformaciones pueden ser
parcial o totalmente recuperadas
Material Elasto-plástico

14. 1. Introducción
Módulo de Young (E)
Constante física usada para caracterizar el comportamiento esfuerzo/deformación unitaria de un
material rocoso.

15. 2. Ensayos de Laboratorio
•Normas o estándares de ensayos
•https://www.isrm.net/gca/?id=1233

16. 2. Ensayos de Laboratorio
2.1 Preparación de Especímenes de Ensayo (ASTM D4543)
Sonda saca testigos Cortadora de disco diamantino

17. 2. Ensayos de Laboratorio
2.1 Preparación de Especímenes de Ensayo (ASTM D4543)
Llegada de muestras Perforación y corte de muestras

18. 2. Ensayos de Laboratorio
2.1 Preparación de Especímenes de Ensayo (ASTM D4543)
•Especímenes deben ser cilindros con un ratio Longitud / Diámetro (L/D) de 2 a 2.5 y un diámetro
no menor a 47 mm (1 7/8 in).
•Los lados del especímen deber estar libres de irregularidades o no exceder la tolerancia de 0.02
in.
•Las bases del especímen deben ser paralelas o no exceder la tolerancia 0.001 in.
Fuente: ASTM D4543

19. 2. Ensayos de Laboratorio
2.2. Ensayo de propiedades físicas (ASTM D2216-19)
Objetivo: Determinar las siguientes propiedades
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑎(𝑔𝑟/𝑐𝑚3
) =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 (𝑔𝑟)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑐𝑚3)
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎(𝑔𝑟/𝑐𝑚3
) =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 (𝑔𝑟)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑐𝑚3)
𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑃𝐴 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟 −𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 𝑔𝑟
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑐𝑚3 ∗ 100
𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑜 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐴𝑔𝑢𝑎 % =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟 −𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 𝑔𝑟
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 𝑔𝑟
∗ 100
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐾𝑁/𝑚3
=
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑔𝑟
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑐𝑚3 ∗ 9.81
Muestras para
ensayo de
propiedades físicas

20. 2. Ensayos de Laboratorio
•Horno 110ºC
•Pesado cada 8h
•Diferencia 0.01
respecto al peso previo

21. 2. Ensayos de Laboratorio
2.2. Ensayo de propiedades físicas (ASTM D2216-19)
Resultados de ensayos de propiedades físicas. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI

22. 2. Ensayos de Laboratorio
2.3. Ensayo de carga puntual (ASTM D5731 – 16)
•Se utiliza especímenes de roca en testigos, bloques o
trozos irregulares con un diámetro entre 30 a 85mm.
•Existen 4 tipos: Diametral, Axial, Bloques y trozos
irregulares.
•Según la norma ASTM D5731 – 16 se especifican las
dimensiones recomendadas para los distintos tipos de
ensayo de carga puntual

23. 2. Ensayos de Laboratorio
2.3. Ensayo de carga puntual (ASTM D5731 – 16)
•Donde: L = distancia entre punto de contacto y
cara libre más cercana
•De= Diámetro equivalente del testigo
Puntos de carga y requerimiento de dimensiones para (a) Ensayo Diametral, (b) Ensayo axial, (c) Ensayo de bloques, y (d) Ensayo de
pedazos irregulares. Fuente: ASTM

24. 2. Ensayos de Laboratorio
2.3. Ensayo de carga puntual (ASTM D5731 – 16)
𝐼𝑠 =
𝑃
𝐷𝑒
2 𝑀𝑃𝑎
Donde:
P: carga de rotura, N.
De: Diámetro equivalente, mm, y está dado por:
𝐷𝑒
2
= 𝐷2 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜𝑠 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑎𝑙𝑒𝑠 , 𝑚𝑚2
o
𝐷𝑒
2
=
4𝐴
𝜋
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜𝑠 𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠, 𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒𝑠 𝑦 𝑝𝑒𝑑𝑎𝑧𝑜𝑠 𝑖𝑟𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠, 𝑚𝑚2
Típicos modos de falla para ensayos válidos e inválidos – (a) Ensayos diametrales
válidos; (b) Ensayos axiales válidos; (c) Ensayos de bloque válidos; (d) Ensayos de
testigos inválidos; y (e) Ensayos axiales inválidos. Fuente: ASTM

25. 2. Ensayos de Laboratorio
2.3. Ensayo de carga puntual (ASTM D5731 – 16)
Factor de corrección por diámetro equivalente
Donde: F = factor de corrección
De = Diámetro equivalente

26. 2. Ensayos de Laboratorio
Antes
Después

27. 2. Ensayos de Laboratorio
2.3. Ensayo de carga puntual (ASTM D5731 – 16)
Resultados de ensayos de carga puntual diametral. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI
Resultados de ensayos de carga puntual axial. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI
Resultados de ensayos de carga puntual de bloques irregulares. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI

28. 2. Ensayos de Laboratorio
2.4. Ensayo de compresión uniaxial simple (ASTM D7012 – 14)
•Especímenes deben ser cilindros con un ratio Longitud / Diámetro (L/D) de 2 a 2.5 y un diámetro no
menor a 47 mm (1 7/8 in).
•Extremos de la muestra deben ser paralelos entre sí y en ángulo recto con el eje longitudinal.
•Las superficies cilíndricas de la muestra deberán ser suaves y libres de irregularidades
𝜎 =
𝑃
𝐴
𝑀𝑃𝑎
•Donde: P : carga máxima de rotura
•A: área del testigo
Máquina compresora manual. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI Máquina compresora pseudo controlada

29. 2. Ensayos de Laboratorio
2.4. Ensayo de compresión uniaxial simple (ASTM D7012 – 14)
Configuración del ensayo UCS. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI Muestra antes y después del ensayo UCS. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI Resultados de UCS (resistencia promedio). Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI
¿Cuál es la correlación de la Resistencia a la Compresión de la roca intacta y el Índice de Carga puntual?

30. 2. Ensayos de Laboratorio
2.5. Ensayo de compresión triaxial (ASTM D7012 – 14)
•Se deben realizar 3 ensayos como mínimo de diferentes confinamientos
Equipo de confinamiento. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI
Celda de Hoek. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI
Muestras antes y después del ensayo triaxial. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI

31. 2. Ensayos de Laboratorio
2.5. Ensayo de compresión triaxial (ASTM D7012 – 14)
Envolvente de Mohr. Fuente: ASTM

32. 2. Ensayos de Laboratorio
2.5. Ensayo de compresión triaxial (ASTM D7012 – 14)
Envolvente de Mohr. Fuente: Propia

33. 2. Ensayos de Laboratorio
2.6. Ensayo de módulos elásticos (ASTM D7012 – 14)
•Se realiza sobre un testigo de roca intacta en compression uniaxial no confinada con uso de
dispositivos para medir la deformación del testigo en todo momento del ensayo.
•Pueden usarse extensiómetros o strain gauges para determiner estas deformaciones axiales y
laterales.
Configuración de ensayo de módulos elásticas. Fuente: Lab. Mec. Roc UNI Strain Gauges. Fuente: Google Imagenes

34. 2. Ensayos de Laboratorio
2.6. Ensayo de módulos elásticos (ASTM D7012 – 14)
•Se grafican las curvas de esfuerzo versus deformación, tanto axial como lateral.
𝑣 = −
𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙
𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙
Gráfica de curvas esfuerzo - deformación. Fuente: ASTM

35. 2. Ensayos de Laboratorio
2.6. Ensayo de módulos elásticos (ASTM D7012 – 14)
Resultados módulos elásticas. Fuente: Lab. Mec. Roc UNI

36. 2. Ensayos de Laboratorio
2.7. Ensayo de tracción indirecta (ASTM D3967 – 16)
•Uso de testigos rocosos en forma de disco
•𝜎𝑡 =
2𝑃
𝜋𝑡𝐷
•Donde: P = Máxima carga aplicada
•t = espesor del especímen
•D = diámetro del especímen
Configuración del ensayo de tracción indirecta. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI

37. 2. Ensayos de Laboratorio
2.7. Ensayo de tracción indirecta (ASTM D3967 – 16)
Muestra antes y después del ensayo de tracción indirecta. Fuente: Lab. Mec.
Roc. UNI
Resultados de ensayos de tracción indirecta. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI

38. 2. Ensayos de Laboratorio
2.8. Ensayo de corte directo (ASTM D5607 – 95)
•Determinar el ángulo de fricción y la cohesión de una discontinuidad o de la roca.
•Se aplica una fuerza constante y normal al plano de corte, incrementando la fuerza cortante a lo
largo del plano para causar un desplazamiento de corte.
•La fuerza normal y de corte aplicadas son registradas para determinar los parámetros
requeridos.
Configuración esquemática del ensayo de corte directo. Fuente: ASTM

39. 2. Ensayos de Laboratorio
2.8. Ensayo de corte directo (ASTM D5607 – 95)
Presentación típica de los resultados de un ensayo de corte directo: (a) Esfuerzo cortante y desplazamiento de
corte y (b) Esfuerzo cortante y esfuerzo normal. Fuente: ASTM

40. 2. Ensayos de Laboratorio
2.8. Ensayo de corte directo (ASTM D5607 – 95)
Moldes fraguados para enasyo de corte directo. Fuente: Lab. Mec. Roc.
UNI Moldes insertados en equipo de corte directo. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI

41. 2. Ensayos de Laboratorio
2.8. Ensayo de corte directo (ASTM D5607 – 95)
Resultados de ensayo de corte directo. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI
Gráfico de esfuerzo normal vs esfuerzo tangencial. Fuente: Lab. Mec. Roc.
UNI

42. 2. Ensayos de Laboratorio
2.9. Ensayo de slake durability (ASTM D4644 – 04)
•Este ensayo nos permite determinar el índice de durabilidad de una roca (resistencia al
debilitamiento y desintegración cuando es sometida a dos ciclos de secado y mojado)
•Se deben disponer diez fragmentos de roca entre 40 a 60 gr cada uno.
•Se gira a 20 RPM por 10 min.
•Se retira el tambor y secar en horno por 10 min.
•Repetir el ciclo una vez más y obtener masa final.
Equipo Slake Durability. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI

43. 2. Ensayos de Laboratorio
2.9. Ensayo de slake durability (ASTM D4644 – 04)
𝐼𝑑 2 =
𝑊𝐹 − 𝐶
𝐵 − 𝐶
∗ 100
Donde:
Id(2) = Índice de Durabilidad (2do ciclo)
B = Masa del tambor más la muestra seca del horno antes del primer ciclo (gr)
Wf = Masa del tambor mas la muestra seca del horno obtenida después del segundo ciclo (gr)
C = Masa del tambor

44. 2. Ensayos de Laboratorio
2.9. Ensayo de slake durability (ASTM D4644 – 04)
Tambor con muestras. Fuente: Internet Resultados de ensayo de Slake Durability. Fuente: Lab. Mec. Roc. UNI Gráfica variación del índice de durabilidad. Fuente: Lab.
Mec. Roc. UNI