carga puntual

5/17/2018 CARGA PUNTUAL - slidepdf.com

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ENSAYO DE RESISTENCIA A LA CARGA PUNTUAL

ASTM D5731-95 Determinar el índice de resistencia a carga puntual de la roca.

Observaciones Este método se aplica a rocas con una resistencia a compresión uniaxial superior a 20 MPa.

Cantidad de muestra Son recomendables al menos 12 especímenes con dimensiones entre 30 y85 mm y una relación Altura/Diámetro 2.5 < L/D > 2.

Generalidades

El ensayo de carga puntual se utiliza para determinar la resistencia a la compresión simple defragmentos irregulares de roca, testigos cilíndricos de sondajes o bloques, a partir del índice deresistencia a la carga puntual (Is), de tal forma que el stress aplicado se convierte a valoresaproximados de UCS, según el diámetro de la muestra. El procedimiento consiste en romper unamuestra entre dos puntas cónicas metálicas accionadas por una prensa.

Las ventajas de este ensayo son que se pueden usar muestras de roca irregulares sin preparaciónprevia alguna y que la maquina es portátil.

RELACIÓN DE ESBELTEZ:La probeta a ser ensayada debe tener la siguiente relación:L/D = 1.4Donde:L = Longitud de la probeta (cm).D = Diámetro de la probeta (cm).

FÓRMULA MATEMÁTICA:

Is = P/D²Donde:Is = Índice de Carga Puntual Franklin (Kg/cm²).P = Carga última de rotura (Kg).D = Diámetro de la probeta (cm).Estimación de la “dc”, en relación a la Carga Puntual.

FÓRMULA MATEMÁTICA:

dc = (14 + 0.175 D) Is

Donde:dc = Resistencia Compresiva de la roca en (Kg/cm²).D = Diámetro de la probeta en mm.

Procedimiento1. Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructuras.2. Identificar las muestras.3. Medir las dimensiones de la muestra.

4. Dependiendo del tipo de muestra (ver figura 1), se sitúa el testigo entre las puntas cónicas de lamaquina, resguardando que se cumplan las configuraciones de carga y requerimientos de formadel testigo.5. Se recubre la maquina con una bolsa resistente cuyo fin será el de evitar que al momento defallar la roca no salten fragmentos y dañen a personas u objetos de alrededor.6. Una persona se encarga de medir la presión a la cual esta siendo sometida la muestra medianteun manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica.7. Una segunda persona será la encargada de ir aumentando paulatinamente la presión en laprensa hidráulica.8. Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura(Figura 2).

Figura 1: Configuración de carga y requerimientos en la forma de los testigos (a) muestradiametral, (b) muestra axial, (c) bloque y (d) muestra irregular. L = largo, W = ancho, D = diámetro,

y De = diámetro del núcleo equivalente

Figura 2: Modos típicos de falla para muestras validas e invalidas (a) muestras diametrales validas;(b) muestras axiales validas; (c) bloques validos; (d) muestras invalidas.

CálculoEl índice de carga puntual sin corrección se calcula de la siguiente manera:

Is = P/De2MPaDonde:

P = carga de falla, N, (Debido a que la presión se realiza a través de puntas cónicas, esnecesario realizar una corrección, la cual es: P = valor medido en la maquina * 14.426 cm2)

De = diámetro del núcleo equivalente = D para muestras diametrales (ver figura 1), m, y esdada por:

De2 = D2 para muestra diametrales, mm2, o

=4A/π para muestras irregulares, axiales o bloques, mm2; Donde: A= WD= áreade la sección transversal mínima (ver figura 1)

CORRECCIÓN Is varia en función de D en muestras diametrales, y en función de De en muestras axiales,

irregulares y bloques.El índice de resistencia a la carga puntual corregido [Is (50)] es definido como el valor de Ismedido en muestras diametrales con D=50mm.

Cuando se tienen muestras de variados diámetros distintos a 50mm, se debe plotear P vsDe2 en un grafico log-log, y con una regresión lineal se puede determinar el valor de Is50.El valor promedio de Is (50) se calcula eliminando los 2 valores más altos y los 2 valoresmás bajos de 10 o más ensayos validos. Si pocos especímenes son testeados, solamente elvalor más alto y mas bajo se descarta y se promedian el resto.

El valor de la resistencia a la compresión uniaxial a partir del Is (50) es el siguiente:UCS= 23*Is (50)Cuando se tiene un Is corregido a un diámetro distinto de 50 mm, la relación entre UCS eIs es distinta (figura 3).

Figura 3 Valor generalizado de C. UCS=C*Is

ABORATORION°6ENSAY

O DECARGA

PUNTUALObjetivo

El ensayodetermina el

Indice deResistencia

I s (50) en

testigos deroca

querequieren

de pocapreparación yque puedentener formasregulares oirregulares.

Se utiliza en laclasificación dematerialesrocosos.También paraestimarotrosparámetro

s de esfuerzo

como porejemplo:Tracciónuniaxial ocompresiónuniaxial.

Equipo

El equipoutilizado es laversión portátilque consta de:-Sistema decarga- Lectorde carga-

Lector dedistancia

Sistema de carga

Marco decarga- Elmarco de cargaesta diseñado y

construido de

manera quepor laaplicaciónrepetida de la cargano se desvíe ylas puntascónicas

permanezcan

coaxialesconuna desviaciónmáxima de 0.2mm.- Se puedefijar enposiciones quepermitan la

colocación de

testigos derocacondiferentesdimensiones.Generalmenteestasdimensiones

varían de 15

a100 mm.Dospuntas cónicas-Las puntascónicas debentener asientosrígidos demanera que no

existanproblem

as dedeslizamientoscuando lostestigos degeometríairregularseanensayado

s.- Una de ellas

está fija almarco de cargay la otra estásituada en elcilindrohidráulico.- Las puntasson conos

esféricamente

truncados. Elcono es de60°y el radiodela esfera esde 5 mm ydeben coincidirtangencialment

e. (figura

1)CilindrohidráulicoElcilindrohidráulico esaccionadomediante unabomba

hidráulica

manual atravésdel cualse aplica lacarga decompresiónsobre lamuestra. Lector de carga

Dosmanómetroscalibrados conaguja dearrastre pararegistrar lacarga

máximadefalla. Lector de

distancia

Un sistema demedicióninstalado sobre

el marco de

carga queregistraladistanciaentre lospuntos decontacto de laspuntas cónicas

con el testigo.

Calibración

El equipo debeser calibradoperiódicamenteusando unacelda decargacertificad

a y un juego de

bloques parachequear quelas lecturas deP y Desténdentro delos rangospreviamente

establecidos

para esteensayo.

Selecciónde

muestras - Los testigos

pueden tenerlas siguientes

formas:(a)testigoscilíndricos deroca (ensayoaxial odiametral)(b)bloques

cortados

(ensayo debloques)(c)pedazosirregulares(ensayos depedazosirregulares)-

Una muestra

está definidapor un grupode testigos desimilarescaracterísticasgeológicas ymecánicas

para el cual se

determinara unsolo valor deíndicederesistencia

I s (50).

- La muestra

debe contener

suficientestestigos con lasmedidas yformasrequeridas para elensayodiametral, axial,

de bloques o

depedazosirregulares.

Procedimie

nto Ensayo

diametral(figura 2a)a)

Los testigos deforma cilíndricaapropiadospara esteensayo son losquetienenrelación

longitud/

diámetro mayorque 1.b) Debenser por lomenos 10testigos pormuestra y mássi la muestra

esheterogénea

oanisotrópica.c)El testigo escolocado en lamáquina deensayo y laspuntas cónicas

deben juntarse

hasta hacercontacto conun diámetro deltestigo,asegurandoque ladistanciaL entre el punto

de contacto y la

base libre máscercana sea0.5veces eldiámetro D omayor.d) Si lamuestra es dematerial blando

de manera que

se produzcaunasignificativapenetración delas puntas en elmomento de lafalla,deberegistrarse

esta distancia

como D.e) Ladistancia D esregistrada conaproximación almm.f) La cargaes aplicadabombeando en

constante demanera que lafallaocurradentro de los10 o 60segundos deiniciada la

carga.g) Se

anota la cargade ruptura P.h)Si la superficiede falla pasasolo a travésde un punto decarga, el

ensayo noserá

consideradoválido.i) Elprocedimientoserá repetidopara el resto delos testigos dela

muestra.Ensay

o axial (figura2b)a) Lastestigoscilíndricosutilizados eneste ensayodeben cumplir

con la

relaciónlongitud /diámetro de0.3 a 1.b) Laspiezas de lostestigos quehan sidoutilizadas en

los ensayos

diametralesyque cumplencon lacondición a)pueden serusados en elensayo

axial.Se repiten

los pasos b),c), d), e), f), g),h), i) delprocedimientopara elensayodiametral.

Ensayo debloques ypedazosirregulares(figura 2c y2d)a) En esteensayo se

utilizan bloques

de roca opedazosirregularesdedimensionesentre 15 a 85mm y de lasformas

mostradas en

la figura.Larelación D/Wdebe ser entre0.3 y 1.0,preferiblementecercano a1.0.b) La

distancia L

deberá ser depor lo menos0.5 W. Lasmuestras deeste tamañoyforma seránseleccionadas

si están

disponibles odeberán serpreparadas,obteniéndolas depiezasgrandes.c) Eltestigo es

colocado en la

máquina deensayos y laspuntas cónicasseajustaránhasta hacercontacto con lamenor

dimensión del

bloque opedazo.d) Seharán por lomenos 10ensayos pormuestra y mássi son

heterogéneas

oanisotrópicas.e) La distanciaD entre lospuntos decontacto deltestigo con lasplatinas

estomada con

aproximación a0.1 mm. Elancho Wperpendicular ala direccióndecarga esanotado con

aproximación almm. Si loslados nosonparalelosentonces W escalculado como(W 1

) / 2.f) La cargadebe ser

aplicadaconstantement

e de maneraque la falla

ocurra entrelos10 y 60

segundos deiniciada lacarga. La cargaúltima P esanotada.Elensayodeberá ser

anulado sí la

superficie defalla no pasa através delospuntos lospuntos deaplicación de lacarga.g) El

procedimiento

se repite parael resto detestigos de lamuestra.

Cálculos El esfuerzo decarga puntual

= P , donde D e

(diámetroequivalente)

es:D e2

en el ensayodiametral D

en el ensayoaxial, de

bloques opedazos

irregulares D e2

donde A = WDy entonces D e2

= 4WD π Correcciones-

varía como unafunción de D enel ensayodiametral ycomo una

función deD e

en el ensayoaxial, debloques ypedazosirregulares, poreso sedebeaplicar

una corrección

para obtenerun valor únicode esfuerzo decargapuntualpara unamuestra deroca. y para

que este valor

pueda serusadoparapropósitosde clasificaciónde la roca.- Elvalor deesfuerzo de

carga puntualcorregido

I s (50)

de un testigo omuestrade rocaestá definido

como el valor

medido en unensayodiametralcondiámetroD= 50mm.

- El métodomás efectivode obtener

I s (50)

es ejecutarensayos

diametrales

muycerca deD=50mm. Lacorrecciónentonces noserá necesariao seintroduciráun

mínimo de

error (p.e. en elcaso deensayosdiametrales detestigoscilíndricos NX conD=54mm, la

corrección no

es necesaria).Sin embargono

todos losensayos decarga puntualson ejecutados

con estos

testigos porloque lasiguientecorreccióndebe seraplicada:

I s (50)

= F x I s

donde el factorF es lasiguienteexpresión:

F = (D e

/50) 0.45

- Para testigoscon medidascerca delestándar 50mm, un

pequeño error

seráintroducidosi se usa laexpresión:

F = (D e

/50) 0.5

- Losresultadosfinales

I s (50)

seráncalculados

eliminando los

dos valoresmásaltos y losdos más bajosde una muestrade 10 o másensayosválidos

ycalculando el

promedio conlos valoresrestantes. Silos ensayosválidosfueranpocossolo se

eliminará el

mayor y elmenor y secalculará elpromedio conlosrestantes.-Los resultadosde los ensayos

diametrales,

axiales, debloques ypedazosirregulares deben sercalculadosseparadamente.- A partir del

índice de carga

puntualcorregido

I s (50)

se puedeutilizar laformulade E.

Broch y J. A.

Franklin paraestimar laresistencia a lacompresiónnoconfinada:

σσσσ c

= 24 I

s (50)

Informe - Procedencia,ubicación y tipode roca.-Contenido deagua de la roca

al momento del

ensayo.- Unatabla con losvalores de P,D, W, D e,

, I s,

F, I s (50)

y tipo deensayo quese

aplicó de cadatestigo.-

Determinar el

σσσσ

de la muestrade rocaensayada.

Observacio

Cuando seintrodujo elensayo decarga puntualse usóprincipalmenteparapredecir el

esfuerzo de

compresiónuniaxial que enese entoncesera elensayoestablecido para laclasificación de

la roca.Ahora el

esfuerzo decarga puntualpuedereemplazar alensayo decompresiónuniaxial si se

realiza

siguiendo lasnormasestablecidas.

Referencias

ASTM D 5731-95ISRMSuggestedMethod for

DeterminingPoint LoadStrength

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