Estudio de la emisión acústica de la fractura de rocas basálticas en ensayo de compresión uniaxial

Abstract

La emisión acústica (EA) es un fenómeno útil para estudiar materiales estructurales bajo condiciones de carga variables. A partir de vincular el comportamiento mecánico y algunos parámetros de la EA se puede obtener información sobre los procesos de nucleación y crecimiento de fisuras. En el monitoreo de estructuras volcánicas es de interés el estudio de las ondas elásticas generadas por la fractura de rocas. En este trabajo se realizaron ensayos de compresión uniaxial hasta la rotura en rocas basálticas extraı́das del volcán Peteroa de Argentina y se registró la EA generada con el objetivo de comprender los mecanismos de fractura y obtener parámetros indicadores que permitan interpretar la dinámica de las fallas en rocas, en muchos casos por compresión. La carga, controlada por desplazamiento, fue aplicada por etapas de aumento lineal y otras de carga constante en función del tiempo. La amplitud y también los hits, las cuentas y la energı́a acumulada fueron los parámetros más representativos para evaluar el avance del daño en la roca. El modo de fractura predominante durante cada etapa de carga se midió mediante un método gráfico que vincula la FM y el valor RA. En las etapas iniciales de carga el modo predominante de fractura fue el ténsil, mientras que en la última etapa aumentó la cantidad de señales provenientes de fracturas de tipo corte. También se calculó el valor b-value, el cual fue disminuyendo mientras el daño y la energı́a de la EA aumentaban. Los resultados obtenidos permiten una caracterización a tiempo real del avance del daño de la roca.

Acoustic emission (AE) is a useful phenomenon to study structural materials under varying loading conditions. By linking mechanical behavior with certain AE parameters, information about nucleation processes and crack growth can be obtained. In the monitoring of volcanic structures, the study of elastic waves generated by rock fracture is of interest. In this work, uniaxial compression tests were carried out until rupture in basaltic rocks extracted from the Peteroa volcano in Argentina, and the generated AE was recorded with the aim of understanding the fracture mechanisms and obtaining indicator parameters that allow interpreting the dynamics of rock faults, often under compression. The load, controlled by displacement, was applied in stages of linear increase and others of constant load as a function of time. The amplitude, hits, counts, and accumulated energy were the most representative parameters to evaluate the damage progress in the rock. The predominant fracture mode during each loading stage was measured by a graphical method linking the FM and the RA value. It was calculated that in the initial stages, the predominant mode was tensile, while in the last stage, the number of signals from shear cracks was higher. The b-value was also calculated and found to decrease as the damage and AE energy increased. The results obtained allow a real-time characterization of the rock damage progress.