Resumen A continuación de detalla la última experiencia realizada en el laboratorio de mecánica de rocas, correspondiente al Ensayo de Compresión Axial Simple bajo la norma ASTM D7 012. En dicha norma se nombran 4 metodos de prueba, dentro de los cuales solo el C y el D corresponden a comprensión uniaxial, pero nosotros nos enfocaremos en el método D, ya que en este se obtienen los modulos elásticos de la roca a la que se aplico el ensayo. Para este ensayo se utilizo una muestra de roca previamente preparada y que debe cumplir con las condiciones de la norma ASTM D4543. Nuestra probeta tenia un diámetro de 35,27 mm y un largo de 80,58 mm, e stos valores nos arrojan una relación L/D de 2 ,28 por lo que la probeta cumple con la norma de preparación de muestras. Asumimos que sus c aras basales también se encuentran dentro de la norma en c uanto a rectitud y superficie lisa. En si el procedimiento de este ensayo no es de gran dificultad, si se debe ser muy cuidadoso y preciso al momento de preparar la probeta para el ensayo, ya que se le debe adherir un Strain Gauge (estampilla lectora de esfuerzos), elemento sumamente delicado. La configuración de la Prensa de Compresion es muy similiar a la preparación cuando se realizo la prueba de Traccion Indirecta y menos complejo que la prueba de Compresion Triaxial. En cuanto a los resultados obtenidos en este ensayo, se obtuvieron para el 50% de los
Introducción El comportamiento mecanico de las rocas esta definido por su resistencia y su deformabilidad. La resistencia es el esfuerzo que soporta una roca para determinadas deformaciones. Cuando la resistencia se mide en probetas de roca sin confinar se denomina resistencia a compresión simple, y su valor se emplea para la clasificacion geotecnica de las rocas. La resistencia es funcion de las fuerzas cohesivas y friccionales del material (ademas de otros valores extrínsecos al material rocoso). La cohesión, c, es la fuerza de union entre las particulas minerales que forman la roca. El ángulo de fricción interna, phi, es el angulo de rozamiento entre dos planos de la misma roca, para la mayoria de las rocas este angulo varia entre 25° y 45°. Este ensayo permite determinar en el laboratorio la resistencia uniaxial no confinada de la roca, o resistencia a la compresion simple, σc. Es un ensayo para la clasificacion de la roca por su resistencia. La relacion entre los esfuerzos aplicados en el ensayo es:
El ensayo trata de la aplicacion gradual de una fuerza axial a un cilindro de roca, hasta que se produce su rotura, los datos obtenidos son: σ1 obtenido del ensayo, σ2, σ3. Con estos datos se puede obtener σc (resistencia a la compresion simple). Los objetivos de la experiencia son :
Determinación de UCS ensayo de compresión un axial, determinación de módulos estáticos, determinación de strain gauge modo de uso y clasificación.
Marco teórico En esta ocasión los implementos de seguridad utilizados fueron zapatos de seguridad y overol, lo más importante es mantener la distancia a los equipos de com presión, ya que hacen estallar la roca y nos podemos ver afectados por t rozos de muestra que salen disparados, pese a que la prensa cuenta con una puerta de seguridad. En cuanto a los equipos utilizados, estos fueron:
Cautín: Equipo para soldar piezas pequeñas, generalmente electrónica menor, utilizando estaño. Estaño: Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. U sado para soldadura blanda. Strain Gauge: Son microcircuitos eléctricos, que son adheridos a las probetas sometidas a compresión, para determinar el grado de deformación que estas experimentan, en función de una determinada carga. Pie de metro: Instrumentos Digitales que permiten mesurar las dimensiones de las muestras con una precisión de 0.01mm y largos de 15 y 30 centímetros. Prensa de compresión: la misma utilizada para ensayo de Traccion I ndirecta y Compresion Triaxial, su función es aplicar una carga constante a la probeta y a la vez registrar dichos valores de carga. Interface: Equipo que recibe los datos desde los Strain Gauge y los trapasa al computador para facilitar la graficacion de estos.
Como se menciona anteriormente la Norma ASTM D7012, me nciona 4 métodos de ensayo, donde los Métodos A y B determinan la compresión t riaxial resistencia a diferentes presiones y Métodos C y D determinar la no confinado, la fuerza uniaxial. Nosotros nos enfocaremos en el Metodo D, donde podemos obtener los modulos elásticos de las muestras de roca intacta en compresión uniaxial. Para un material isotrópico en los Métodos de Ensayo B y D, la relación entre los módulos elásticos es:
donde: G = módulo de corte, K = módulo de compresibilidad, E = módulo de Young, y
υ = coeficiente de Poisson.
Es importante mencionar que la aplicación de estas ecuaciones se limita a un tipo de roca (isótropa) y que la aplicación de estas disminuye a medida que la roca se vuelve menos homogénea. En la norma se mencionan algunas particularidades que deben cumplir los equipos donde se realizan los ensayos, para nuestro caso (método D) se tiene: Equipo de carga: deberá tener la capacidad suficiente para aplicar la carga a una tasa conforme a los requisitos, Se verificará a intervalos de tiempo adecuados. Superficies de apoyo: Dos pletinas de acero se usan para transmitir la carga axial a los e xtremos de la muestra. Deberán ser de acero para herramientas endurecido. Las caras de apoyo no se apartará de un plano de más de 0 ,015 mm cuando las placas son nuevas y se mantendrán dentro de una variación permitida de 0.025 mm. El diámetro del asiento esférico debe ser al menos tan grande como el de la muestra de ensayo. Dispositivos de deformación: las mediciones de las deformaciones se pueden determinar por diversos dispositivos dispuestos para ello, en nuestro caso utilizamos strain gauge, estampillas que miden la deformación. Estas estampillas miden la deformación tanto axial como la presión diametral. Las muestras a ensayar deben ser analizadas previamente para la observación de alguna anomalía (estructuras, diaclasasa, etc) es importante identificar esto previa a la realización del ensayo, ya que una vez se lleve a cabo se debe observar el tipo de ruptura presente. La manera de preparar la muestra es la descrita en la Norma ASTM D4543. La aplicación de la carga: La c arga axial se aplica de forma continua y sin shock hasta que la carga se hace constante, se reduce, o se logre una cantidad predete rminada de tensión. Para calcular la Resistencia a la compresión uniaxial se utiliza:
donde: σu = resistencia a la compresión uniaxial (MPa), P = carga de rotura (kN), A = área de sección transversal (mm2), tensión axial, εa y tensión lateral, εl, se obtienen directamente de los equipos cepa que indica o se
calcularán a partir de las lecturas de deformación, en función del tipo de aparato o instrumentación empleada. tensión axial, εa se calculará de la siguiente manera:
donde: εa = deformación axial (mm), L = longitud original no deformada de calibre axial (mm), y ΔL = cambio en la medida de longitud de calibre axial (mm). deformación lateral, ε1, se calculará de la siguiente manera:
donde: εl = tensión lateral (mm), D = diámetro original no deformada (mm), y ΔD = cambio en el diámetro (mm); donde positivo es un increment o en el diámetro y negativo es una disminución en el diámetro. El valor del módulo de Young, E, se calculará utilizando cualquiera de los diversos métodos empleados en la práctica de la ingeniería. Los mé todos más comunes, son los siguientes:
Tangente módulo a un nivel de estrés que es un porcentaje fijo, normalmente 50% de la fuerza máxima. pendiente media de la porción de línea re cta de la curva tensión-deformación. La pendiente media se calculará ya sea dividiendo el cambio en el esfuerzo por el cambio en la deformación o haciendo un lineal de mínimos cuadrados ajuste a los datos de tensióndeformación en la porción de línea recta de la curva. módulo secante, por lo general de estrés cero a un porcentaje fijo de la fuerza máxima.
Procedimiento Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litologia y estructuras. 2. Identificar las muestras. 3. Medir las dimensiones de la muestra para validar si satisface las condiciones del ensayo. 5. Se situa el testigo de tal forma que el piston de la maquina quede paralelo a las caras transversales de la muestra. 8. Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura. 1.
Resultados Análisis
Conclusión Referencias Libro Ingenieria Geologica de Luis I G onzalez Vallejo. 2002.
Anexos
