6Carga puntual Introducción. El presente laboratorio se llevó a cabo en el laboratorio de mecánica de Rocas, sector de la ex Enami en la zona del laboratorio del Departamento de Ingeniería en Minas de la Universidad de Santiago de Chile, Av. Portales #3510, comuna de Estación Central. Conocer el macizo rocoso donde se creara a futuro alguna labor minera, posible tránsito de grandes maquinarias, creación de stock pile, entre otras, es imprescindible ya que se podrá conocer la respuesta de este tras la intervención. Es por esto que la clasificación clasificación de la roca ro ca es fundamental y es posible gracias a pruebas geomecánicas como es el caso de la carga puntual. Dicha prueba permite determinar el índice de la carga puntual el cual permite su clasificación. A su vez, la energía (trabajo) que se produce dentro del macizo rocoso al aplicar una carga cada vez mayor es sumamente importante, ya que permite conocer la forma en que se comporta ante alguna carga natural. A continuación, se explicará el procedimiento en que se lleva a cabo dicha prueba.
Procedimiento
La metodología utilizada es la siguiente. Se comenzó por situar la maquina en un lugar firme y sin desnivel, como se muestra en la siguiente imagen.
Luego, se seleccionaron muestras, a las cuales se midió un promedio de su diámetro y largo (3 datos para cada uno) de tal forma clasificar la prueba a utilizar para cada uno (diametral, axial, bloque o irregular), donde se debe clasificar según la razón longitud/diámetro. Las dos primeras muestras tienen las siguientes dimensiones. Muestra 1. Diametro (cm) Largo (cm) 1 6,34 3,00 2 6,03 2,95 3 3,38 2,97 promedio 5,25 2,97 razon L/D 0,57 tipo de prueba axial masa (gr) 199,7 carga (KN) 5,683
Muestra 2. Diametro (cm) Largo (cm) 1 6,180 4,465 2 6,170 4,345 3 6,170 4,660 promedio 6,173 4,490 razon L/D 0,727 tipo de prueba axial masa (gr) 305,6 carga (KN) 7,453
Con los datos obtenidos, se procede a marcar dos líneas ortogonales entre si en las dos secciones transversales de cada muestra, a modo de encontrar su centro. Tal como se muestra a continuación.
Con las marcas en cada muestra, es momento de aplicar la carga puntual. Utilizando la máquina, se aplica bombeo al aceite para que hidráulicamente se comiencen a comprimir los conos truncados, hasta el límite de sujetar sin compresión la muestra en el punto central marcado, ver imagen. Luego, quitar el “peak” de la maquina (ver visor) y presionar “zero”, a continuación, volver a a ctivar “peak” para que se registre el último dato de compresión justo antes del fallo de la roca.
Se comienza a bombear lentamente, pero se descarta esta muestra ya que tuvo falla a los 9 segundos (10 segundos es lo mínimo por norma). La segunda muestra se descarta de igual manera tras fallar a los 5 segundos. Ambos descartes se llevaron a cabo a pesar de un buen rompimiento, como lo exige la norma.
Se seleccionaron dos muestras más, las cuales fueron medidas tal como las dos anteriores, teniendo lo siguiente.
Muestra 3. Diametro (cm) Largo (cm) 1
6,1
2,66
2
6
2,67
3
6,2
2,65
promedio
6,1
2,660
razon L/D
0,436
tipo de prueba
axial
masa (gr)
194
carga (KN)
12,596
Muestra 4. Diametro (cm) Largo (cm) 1 3,54 8 2 3,53 7,9 3 3,55 8,1 promedio 3,54 8 razon L/D 2,260 tipo de prueba diametral masa (gr) 215,4 carga (KN) 13,336
Aplicando el procedimiento descrito anteriormente ambas muestras fallaron a los 39.30 y 18.20 segundos correspondientemente. La forma de falla se muestra a continuación. Muestra 3.
El cual, según norma corresponde a:
Muestra 4.
El cual, según norma corresponde a:
Cálculos y resultados.
Energía de deformación. En la siguiente etapa se determinará la energía de deformación que tienen las muestras. Aquí, se tomaran ambas pruebas (prueba diametral y axial) para realizar un análisis sobre su comportamiento en el macizo rocoso, cabe recordar que solo se cuentan con dos ensayos, por lo tanto solo se tienen dos puntos de la recta o curva. Aplicando la formula expuesta en el marco teórico, se tiene que:
() ()
1. Módulo de Young = 2.
Cálculos. Para la prueba diametral se tiene que: m (gr) 194 N (N) 125,960
v (cm^3) ρ (gr/cm^3) E (kg/cm^2) 77,74 2,495 355948,0319 L (cm) 2,660
A (cm^2) 29,224
Para la prueba axial se tiene que:
E (kg/cm^2) 355948,032
Edef (J) 0,002029
m (gr)
v (cm^3) ρ (gr/cm^3) E (kg/cm^2) 215,4 78,74 2,73558547 572026,924
N (N)
L (cm) 133,36
A (cm^2) E (kg/cm^2) Edef (J) 8 9,84 572026,924 0,01263862
A su vez, se genera un trabajo (W) al aplicar una fuerza. Asi:
() () () Para la prueba diametral: () () () Para la prueba axial:
Gráficamente se tiene:
Como se puede apreciar, el área bajo la curva representa el trabajo (J) realizado por la carga puntual.
Índice de carga. Para la prueba axial
() ( )
Para la prueba diametral diametral.
() ( )
Conclusiones. Las dos primeras pruebas caen fuera de norma ya que su fallo fue antes de los 10 segundos. Las siguientes dos pruebas caen en la norma ya que la prueba axial falló a los 39.3 segundos y la diametral a los 18.38 segundos. Dichas pruebas se pueden explicar ya que la razón entre longitud y distancia (ver relación en marco teórico) así lo demostraba. La energía de deformación aplicada por los profesionales tiene un alto porcentaje de error (según ellos mismos) la cual se puede demostrar viendo si bibliografía. Esta energía de deformación no representa en su totalidad el trabajo realizado por la máquina. El resultado del trabajo obtenido según formulas objetivas, se acerca a la realidad, ya que depende directamente de los datos obtenidos en el laboratorio (energía aplicada y desplazamiento). Sin embargo, no es representativo, ya que como es una prueba de rompimiento la gráfica muestra un método elástico (vuelve a su estado inicial) siendo que debería ser inelástico. La causa de esto se debe a la baja toma de muestras (según norma, un mínimo de 10 para una prueba diametral), es entendible no poder lograrlo por la falta de probetas en el laboratorio de geomecánicas. A pesar de lo expresado anteriormente, la metodología empleada es apropiada para la determinación del trabajo empleado (forma objetiva). Según la siguiente tabla:
Las muestras
puestas bajo pruebas (tanto diametral como axial) se clasifican como roca media, según BROCH. E and J.A FRANKLIN (1972). No se utiliza el () ya que las muestras son cercanas a muestras NX, y como la norma lo propone, no es necesario utilizarlo.