LABORATORIO DE MECANICA DE ROCAS
Ing. de Minas
ENSAYO DE CARGA PUNTUAL
I.
OBJETIVOS.
Determinar el índice “IS” de Bieniawski y la resistencia compresiva de la roca cuando no
se puede obtener testigos cilíndricos. II. EQUIPOS.
Equipo de carga puntual El equipo utilizado es la versión portátil que consta de:
Sistema de carga
Lector de carga
Lector de distancia
Sistema de carga Marco de carga El marco de carga esta 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 testigos de roca con diferentes dimensiones. Generalmente estas dimensiones varían de 15 a100 mm.
Dos puntas cónicas
Las puntas cónicas deben tener asientos rígidos de manera que no existan problemas de deslizamientos cuando los testigos de geometría irregular sean ensayados. 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.
Cilindro hidráulico El cilindro hidráulico es accionado mediante una bomba hidráulica manual a través del cual se aplica la carga de compresión sobre la muestra.
Lector de carga Dos manómetros calibrados con aguja de arrastre para registrar la carga máxima de falla.
Lector de distancia
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Un sistema de medición instalado sobre el marco de carga que registra la distancia entre los puntos de contacto de las puntas cónicas con el testigo. Calibración 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. III. FUNDAMENTO TEORICO.
GENERALIDADES
El ensayo de carga puntual se utiliza para determinar la resistencia a la compresión simple de fragmentos irregulares de roca, testigos cilíndricos de sondajes o bloques, a partir del índice de
resistencia a la carga puntual (Is), de tal forma que el stress aplicado se convierte a valores aproximados de UCS, según el diámetro de la muestra. El procedimiento consiste en romper una muestra entre dos puntas cónicas metálicas accionadas por una prensa.
Aplicación en Obras: Presas, Túneles, Fundaciones de Puentes y Estabilidad de Taludes, etc.
Las ventajas de este ensayo son que se pueden usar muestras de roca irregulares sin preparación previa alguna y que la maquina es portátil.
A continuación una breve descripción de todos los métodos del ensayo carga puntual:
METODO OPERATIVO
EL ENSAYO DIAMETRAL Las probetas adecuadas para el ensayo diametral serán aquellas con una relación longitud – diámetro mayor de uno. Se debe realizar 10 o más ensayos por muestra, según la cantidad disponible de testigos y según la uniformidad de la roca. La probeta se coloca en la máquina de ensayo y se aproximan las bases hasta que hagan contacto diametral con la probeta, asegurando que la distancia L entre el punto de contacto y el extremo libre más cercano sea por lo menos 0.5 D, con una precisión de ±2 por 100 y se aumenta la carga hasta la rotura de tal forma que se produzca en un periodo de 10 a 60 segundos. Se anota la carga de rotura P y se repite el ensayo con los demás probetas de muestra.
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El ensayo debe rechazarse si la rotura se produce afectada solamente a un punto de carga.
EL ENSAYO AXIAL
Son adecuados para el ensayo axial las probetas con una relación de longitud – diámetro de 0.30.1. Las probetas de la longitud requerida pueden obtenerse partir de los ensayos diametrales descritos en el ensayo diametral, siempre que antes se marquen exactamente en la probeta los tramos longitudinales para el ensayo. Se deben realizar más de 10 ensayos por muestra, según la cantidad disponible del testigo y según la uniformidad de la roca de la muestra. La probeta se coloca en la máquina de ensayo y se cierran las bases hasta que haga contacto con la axial con la probeta. Se anota la distancia D con una precisión de ±2 por 100 y se aumenta la carga hasta la rotura que debe producirse entre los 10 y 60 segundos. Se anota la carga de rotura P y se repite el ensayo con los demás probetas de muestra Se rechazará el ensayo si la rotura afecta solamente a uno de los puntos de carga.
ENSAYO CON BLOQUES O FRAGMENTOS IRREGULARES
Se escogen bloques o trozos irregulares de roca con una dimensión media de aproximadamente 50 ±35 mm, y con una relación entre D/ancho entre 0.3 y 1 preferiblemente 1.0. La distancia L debe ser por lo menos 0.5 ancho el ensayo debe hacerse con al menos 10 fragmentos de roca. Se coloca cada fragmento en la máquina de ensayo y se aproximan las bases para que hagan contacto con la probeta en su eje mayor y, siempre que sea posible, lejos de los salientes o aristas. Se anota la distancia D con una precisión de 2 por ciento. Se aumenta la carga hasta la rotura, para que esta se produzca entre los 10 y 60 segundos. Se anota la carga de rotura P y se repite el ensayo con los demás fragmentos de la muestra. Se rechazara el ensayo si se produce una rotura como en la siguiente figura.
Figura n° 01 fallos típicos
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ENSAYO EN ROCA ANISOTROPICA Cuando la roca esta estratificada, es esquistosa o exhibe alguna anisotropía manifiesta, el ensayo debe realizarse en las dos direcciones, la más resistente y la más débil. Por ejemplo, los ensayos de una probeta estratificada con el eje perpendicular a los planos de estratificación dan normalmente valores de más bajos de resistencia. Debe tener cuidado de asegurar que la carga se aplique estrictamente en sentido paralelo y perpendicular a los planos de debilidad.
Figura n° 02. Direcciones de carga para rocas anisotrópicas.
FORMULA MATEMATICA PARA MUESTRA IRREGULAR El índice de carga puntual se calcula de la siguiente manera:
Donde: Is = carga puntual en Kg/cm² P = carga de rotura en kN, D = diámetro de la muestra en cm.
Este ensayo no sirve para rocas blandas.
RELACIÓN DE ESBELTEZ: La probeta a ser ensayada debe tener la siguiente relación: L/D ≤ 1.4 Donde: L= Longitud de la probeta (cm). D= Diámetro de la probeta (cm).
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Estimación de la G’c ,en relación a la Carga Puntual. G’c = ( 14 + 0.175 D) Is
Donde: G’c = Resistencia Compresiva de la roca en (Kg/cm²).
D = Diámetro de la probeta en mm.
IV. PROCEDIMIENTOS DE LA PRACTICA (MUESTRA IRREGULAR).
Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructuras. Identificar las muestras. Dependiendo del tipo de muestra, se sitúa el testigo entre las puntas cónicas de la maquina, resguardando que se cumplan las configuraciones de carga y requerimientos de forma del testigo. Medir las dimensiones de la muestra en el equipo de carga puntual. Se recubre la maquina con una bolsa resistente cuyo fin será el de evitar que al momento de fallar la roca no salten fragmentos y dan en a personas u objetos de alrededor. Una persona se encarga de medir la presión a la cual está siendo sometida la muestra mediante un manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica. Una segunda persona será la encargada de ir aumentando paulatinamente la presión en la prensa hidráulica. Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura
Datos obtenidos: MUESTRA 1 2 3 4 5
TIPO DE ROCA Granodiorita Pizarra andesita Pizarra Toba puzolana
DIAMETRO(cm) 2.9 2.4 2.3 4.1 2.3
V. CALCULOS.
Muestra n° 01: roca irregular, se puede usar índice de Franklin
D = 2.9 cm. P = 1.8 KN
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CARGA DE ROTURA(KN) 1.8 0.2 6.8 3.5 Roca blanda
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Ahora hallamos la resistencia compresiva
( ) ( )
Muestra n° 02: roca irregular, se puede usar índice de Franklin D = 2.4 cm. P = 0.2 KN
Hallamos la resistencia compresiva
( ) ( )
Muestra n° 03: roca irregular, se puede usar índice de Franklin D = 2.3 cm. P = 6.8 KN
Hallamos la resistencia compresiva
( ) ( )
Muestra n° 04: roca irregular, se puede usar índice de Franklin. D = 4.1 cm. P = 3.5 KN.
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Hallamos la resistencia compresiva
( ) ( )
Muestra n° 05: roca irregular, y es demasiado suave No cumple con las condiciones para utilizar el ensayo de carga puntual.
VI. CONCLUCIONES
Contar con una buena correlación entre el ensayo de Carga Puntual (PLT) y de Resistencia a Compresión Simple (RCS) puede ser de gran importancia, pues se obtienen beneficios por la realización de ensayos más rápidos y económicos, que pueden aportar la misma seguridad en los cálculos de estructuras y actuaciones en macizos rocosos. Cuando se introdujo el ensayo de carga puntual se usó principalmente para predecir el esfuerzo de compresión uniaxial que en ese entonces era el ensayo establecido para la clasificación de la roca. Ahora el esfuerzo de carga puntual puede reemplazar al ensayo de compresión uniaxial si se realiza siguiendo las normas establecidas. Cuando Is < 10 kg/cm2, este índice pierde su validez.
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BIBLIOGRAFIA APUNTES DE CLASE DEL DOCENTE. Ing. RUBINA SALAZAR, Grover ENSAYOS DE LABORATORIOS. UNI – FIGMM-CFTM. Lima 2010 González De Vallejo, Luis I. Ingeniería geológica. Madrid, Esp. Prentice Hall, c2002.
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