ensayo de carga puntual

FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA

DE MINAS

CURSO : MECÁNICA DE ROCAS I.

CICLO : VII

DOCENTE : Ing. CAMARA CHAMPAC, Elvira Diana.

TEMA : Carga Puntual, RQD, Martillo Schmidt, Propiedades Físicas, corte Directo, Compresión triaxial y constantes Elásticas

ALUMNOS:

POMPA RAMOS, Robert. SALAZAR BOYD, Anthony. SANCHEZ CIPRIANO, Kathia. TACILLA LLANOS, Nancy.

Cajamarca, 26 de Septiembre del 2014

Mecánica de rocas I

I. INTRODUCCIÓN.

En la presente práctica en laboratorio se realizó haciendo uso de muestras de roca argílica avanzada, argílica y sílice.

Argílica avanzada: Gran parte de los minerales de las rocas transformados a dickita, caolinita, pirofilita, diásporo, alunita y cuarzo. Este tipo de alteración representa un ataque hidrolítico extremo de las rocas en que incluso se rompen los fuertes enlaces del aluminio en los silicatos originando sulfato de Al (alunita) y óxidos de Al (diásporo).

Argílica: Importantes cantidades de caolinita, montmorillonita, smectita o arcillas amorfas, principalmente reemplazando a plagioclasas; puede haber sericita acompañando a las arcillas; el feldespato potásico de las rocas puede estar fresco o también argilizado. Hay una significativa lixiviación de Ca, Na y Mg de las rocas.

Sílice: estos son los únicos minerales estables en forma significativa en fluidos de pH bajo; Sílice opalina, cristobalita y tridimita ocurren en ambiente superficial de un sistema hidrotermal. Típicamente a tº<100ºC.

II. OBJETIVO.

El objetivo de este ensayo es determinar la resistencia máxima a la compresión sin confinamiento lateral en una muestra cilíndrica de roca.

Determinar el Índice Is(50) en muestras de roca que requieren de poca preparación y que pueden tener formas regulares o irregulares.

III. MARCO TEÓRICO.

1. ENSAYO DE CARGA PUNTUAL

1.1. Objetivo

Mediante este ensayo se determina el Índice Is(50) en muestras de roca que requieren de poca preparación y que pueden tener formas regulares o irregulares. Se utiliza en la clasificación de macizos rocosos y para estimar otros parámetros de esfuerzo como tracción uniaxial o compresión uniaxial.

1.2.Equipo necesario

El equipo utilizado es la versión portátil. Este equipo consta de:a) Sistema de cargab) Lector de cargac) Lector de distancia


a) Sistema de carga

o Marco de cargaEl marco de carga está diseñado y construido de manera que por la aplicación repetida de la carga no se desvíe y las puntas cónicas permanezcan coaxiales con una desviación máxima de 0.2 mm. Se puede fijar en posiciones que permitan la colocación de las muestras de roca con diferentes dimensiones. Generalmente estas dimensiones varían de 15 a 100 mm.

o Dos puntas cónicasLas puntas cónicas deben tener asientos rígidos de manera que no existan problemas de deslizamientos cuando las muestras de geometría irregular sean ensayadas. Una de ellas está fija al marco de carga y la otra está situada en el cilindro hidráulico. Las puntas son conos esféricamente truncados. El cono es de 60° y el radio de la esfera es de 5 mm y deben coincidir tangencialmente.

o Cilindro hidráulicoEl cilindro hidráulico es accionado mediante una bomba hidráulica manual a través del cual se aplica la carga de compresión sobre la muestra.

b) Lector de cargaDos manómetros calibrados con aguja de arrastre para registrar la carga máxima de falla.

c) Lector de distanciaUn sistema de medición instalado sobre el marco de carga que registra la distancia entre los puntos de contacto de las puntas cónicas con la muestra o testigo.

1.3. Calibración del equipo

El equipo debe ser calibrado periódicamente usando una celda de carga certificada y un juego de bloques para chequear que las lecturas de P y D estén dentro de los rangos previamente establecidos para este ensayo.

Selección de muestrasLas muestras pueden tener las siguientes formas:a) Muestras cilíndricas de roca (ensayo axial o diametral)b) Bloques cortados (ensayo de bloques)c) Pedazos irregulares (ensayos de pedazos irregulares)

1.4. Metodología

A. ENSAYO DIAMETRAL

a) Las muestras de forma cilíndrica apropiadas para este ensayo son los que tienen relación longitud/ diámetro mayor que 1.


b) La muestra es colocada en la máquina de ensayo y las puntas cónicas deben juntarse hasta hacer contacto con un diámetro del testigo, asegurando que la distancia L entre el punto de contacto y la base libre más cercana sea 0.5 veces el diámetro D o mayor.

c) Si la muestra es de material blando de manera que se produzca una significativa penetración de las puntas en el momento de la falla, debe registrarse esta distancia como D.

d) La distancia D es registrada con aproximación al mm.e) La carga es aplicada bombeando en forma constante de manera que la falla ocurra

dentro de los 10 o 60 segundos de iniciada la carga.f) Se anota la carga de ruptura P.g) Si la superficie de falla pasa solo a través de un punto de carga, el ensayo no será

considerado válido.h) El procedimiento será repetido para el resto de las muestras.

B. ENSAYO AXIAL

a) Las muestras cilíndricas utilizadas en este ensayo deben cumplir con la relaciónlongitud/diámetro de 0.3 a 1.

b) Las piezas de las muestras que han sido utilizadas en los ensayos diametrales y que cumplen con la condición a) pueden ser usados en el ensayo axial.Se repiten los pasos b), c), d), e), f), g), h), del procedimiento para el ensayo diametral.

C. ENSAYO DE BLOQUES Y PEDAZOS IRREGULARES

a) En este ensayo se utilizan bloques de roca o pedazos irregulares de dimensiones entre 15 a 85 mm y de las formas mostradas en la norma correspondiente. La relación D/W debe ser entre 0.3 y 1.0, preferiblemente cercano a 1.0.

b) La distancia L deberá ser de por lo menos 0.5 W. Las muestras de este tamaño y forma serán seleccionadas si están disponibles o deberán ser preparadas, obteniéndolas de piezas grandes.

c) El testigo es colocada en la máquina de ensayos y las puntas cónicas se ajustarán hasta hacer contacto con la menor dimensión del bloque o pedazo.

d) La distancia D entre los puntos de contacto de la muestra con las platinas es tomada con aproximación a 0.1 mm. El ancho W perpendicular a la dirección de carga es anotado con una aproximación al mm. Si los lados no son paralelos entonces W es calculado como (W1 + W2) / 2.

e) La carga debe ser aplicada constantemente de manera que la falla ocurra entre los 10 y 60 segundos de iniciada la carga. La carga última P es anotada. El ensayo deberá ser anulado sí la superficie de falla no pasa a través de los puntos los puntos de aplicación de la carga.


1.5. Cálculos

El esfuerzo de carga puntual Is = P/De2, donde De (diámetro equivalente) es:

En el ensayo diametral De2 = D2

En el ensayo axial, de bloques o pedazos irregulares De2 = 4A/π

donde A = WD y entonces De2 = 4WD/π

1.6. Correccionesa) Is varía como una función de D en el ensayo diametral y como una función de De en el ensayo axial, de bloques y pedazos irregulares, por eso se debe aplicar una corrección para obtener un valor único de esfuerzo de carga puntual para una muestra de roca. Y para que este valor pueda ser usado para propósitos de clasificación de la roca.

b) El valor de esfuerzo de carga puntual corregido Is(50) de una muestra de roca está definido como el valor Is medido en un ensayo diametral con diámetro D= 50mm.

c) El método más efectivo de obtener Is(50) es ejecutar ensayos diametrales muy cerca deD=50mm. La corrección entonces no será necesaria o se introducirá un mínimo de error (p.e. en el caso de ensayos diametrales de muestras cilíndricas NX con D=54mm, la corrección no es necesaria). Sin embargo no todos los ensayos de carga puntual son ejecutados con estas muestras por lo que la siguiente corrección debe ser aplicada:

Is(50) = F x Is

donde el factor F se calcula mediante la siguiente expresión:

F = (De/50)0.45

d) Para muestras con medidas cerca del estándar 50 mm, un pequeño error será introducido si se usa la expresión:

F = (De/50)0.50

e) Los resultados finales Is(50) serán calculados eliminando los dos valores más altos y los dos más bajos de una muestra de 10 o más ensayos válidos y calculando el promedio con los valores restantes. Si los ensayos válidos fueran pocos solo se eliminará el mayor y el menor y se calculará el promedio con los restantes.

f) Los resultados de los ensayos diametrales, axiales, de bloques y pedazos irregulares deben ser calculados separadamente.

g) A partir del índice de carga puntual corregido Is(50) se puede utilizar la fórmula de E. Broch y J. A. Franklin para estimar la resistencia a la compresión no simple:

σc = 24Is(50)


En la que:Is(50) : Índice de carga puntual corregido para un diámetro de muestra de 50 mm (en MPa)σc : Resistencia a la compresión simple estimada a partir del Is(50) (en MPa)K: Factor de conversión

IV. EQUIPO Y MATERIALES. Los materiales y equipos utilizados fueron:

Muestras irregulares de la roca . Muestras cilíndricas de testigos de argílica avanzada y argílica. Bernier Digital. Máquina de carga puntual.

V. PROCEDIMIENTO.

Paso 1: Reducir la muestra testigo según las dimensiones requeridas.Paso2: Limpiar la muestraPaso3: Medir su altura y diámetro y en las irregulares medir ancho, largo y espesor.

VI. DATOS OBTENIDOS:

ENSAYO DIAMETRAL ENSAYO AXIAL MUESTRAS IRREGULARESArgílica Abanzada

D = 54.48mmL = 66.15mmP = 4.39 KN

Argílica Abanzada

D = 37.25mmW = 54.72mmP = 1.0 KN

ArgílicaD = 40.87mmW = 53.07mmL = 74.56mmP =1.23KN

SíliceD = 43.39mmW = 47.39mmL = 55.77mmP = 11.82KN

VII. PROCESAMIENTO DE DATOS.

Ensayo Diametral.Is = P/De

2

De2 = D2

Argílica Avanzada

De2 = (54.48)2 = 2968.07mm2

Is = 4.39KN/2968.07mm2 = 0.00148 KN/mm2 = 1480KPa


Correcciones:

F = (De/50)0.45

F = (54.48mm/50) 0.45 = 1.04

Is (50) = F x Is

Is (50) = 1.04*1480KPa = 1539.2KPa

- A partir del índice de carga puntual corregido Is (50) se puede utilizar la formula de E. Broch y J. A. Franklin para estimar la resistencia a la compresión no confinada:

c = 24 Is (50)c = 24*1539.2KPa = 36940.8KPa

Ensayo Axial.Is = P/De

2

De2 = 4A/π

A = WD

Argílica AvanzadaA = 2038.32mm2

De2 = (4*2038.32mm2)/ π = 2595.35mm2

Is = 1.0KN/2595.35mm2 = 3.85*10-4 = 385.30KPa

Correcciones:

F = (De/50)0.5

F = (50.94mm/50) 0.5 = 1.009

Is (50) = F x Is

Is (50) = 1.009*385.30KPa = 388.7677KPa


c = 24 Is (50)

c = 24*388.7677KPa = 9330.4248KPa


Ensayo de Bloques y Pedazos Irregulares:Is = P/De

2

De2 = 4A/π

A = WD

Argílica SíliceA = 2178.97mm2

De2 = (4*2178.97mm2)/ π = 2761.7mm2

Is = 1.23KN/2761.7mm2= 4.45*10-4 = 445.48KPa

A = 2419.86mm2

De2 = (4*2419.86mm2)/ π = 3081.15mm2

Is = 11.82KN/3081.15mm2 = 3.84*10-3 = 3840KPa

Correcciones: Argílica:

F = (De/50)0.5

F = (52.55mm/50) 0.5 = 1.025

Is (50) = F x Is

Is (50) = 1.025*445.48KPa = 456.617KPa

- A partir del índice de carga puntual corregido Is (50) se puede utilizar la formula de E.

Broch y J. A. Franklin para estimar la resistencia a la compresión no confinada:c = 24 Is (50)

c = 24*456.617KPa = 10958.808KPa Sílice:

F = (De/50)0.5F = (55.51mm/50) 0.5 = 1.05

Is (50) = F x Is

Is (50) = 1.05*3840KPa = 4032KPa


c = 24 Is (50)c = 24*4032KPa = 96768KPa


2. Martillo Schmidt.

N° de Rebotes

Sílice Argilica avanzado Argilica

44 12 13

36 12 12

42 13 17

34 14 10

42 14 13

Prom: 39.6 Prom: 13 Prom: 13

Densidad (másica). bulk

AA (diametral) ρ=2.2982 gcm3

22.52 kNm3

AA (axial) ρ=2.3019 gcm3

22.55 kNm3

Argilica ρ=2.553 gcm3

22.02 kNm3

Sílice ρ=2.5213 gcm3

24.71 kNm3


Fuerza mecánico de compresión Uniaxial (AA Axial) σ c=156MPa

Fuerza mecánico de compresión Uniaxial (AA diametral) σ c=155MPa

Fuerza mecánico de compresión Uniaxial (Argilica) σ c=149MPa

Fuerza mecánico de compresión Uniaxial (Sílice) σ c=205 MPa


3. Análisis Geotécnico de un testigo.

En el laboratorio se calculó el RQD de un testigo con los siguientes datos:

RQD= Σ trozos de taladro>10cmlongitud total de perforacion x 100

RQD=319.63 cm+10.5 cm3.72m

x100

RQD=3.3013m3.72m

x100

4. Recuperación en un taladro

Recup .de taladro (%)= Med . total taladro recuperado (m )Longitud total de lacorrida (m)∨¿x 100 ¿


RQD=88.74%

Para la obtención del 319.63cm se ha tenido que sumar varias medidas por lo

que habido trozos mecánicos más no naturales.

No hay Recuperación de Taladro porque la caja de testigo analizada no se encontró trozos de testigos menores que 10cm.

VIII. CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos se puede concluir que:

Se logró obtener el área, diámetro equivalen y el esfuerzo de carga puntual de las c/u de las 6 muestras irregulares.

Se obtuvo la relación longitud – diámetro (L/D) Se logró obtener el RBD de la caja de muestras del laboratorio.

IX. BIBLIOGRAFIA

ASTM D2216-98

ISRM Suggested Methods for Determining Water Content, Porosity, Density, Absorption and Related Properties.


X. ANEXOS


Fig 03. Realizando el ensayo en las muestras irregulares

Fig 05. Tomando la F en el ensayo de carga puntual.

Fig 06. Tomando medidas para calcular el RQD

Fig 04. Tomando medidas con el bernier digital.

Fig 01. Realizando el ensayo diametral Fig 02. Realizando el ensayo Axial.

ensayo de carga puntual

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