FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS : MECÁNICA DE ROCAS I.
: VII
: Ing. CAMARA CHAMPAC, Elvira Diana.
:
Carga Puntual, RQD, Martillo Schmidt, Propiedades Físicas, corte Directo, Compresión triaxial y constantes Elásticas
S:
POMPA RAMOS, Robert. SALAZAR BOYD, Anthony. SANCHEZ CIPRIANO, Kathia. TACILLA LLANOS, Nancy.
Cajamarca, 26 de Septiembre del 2014
Mecánica de rocas I
Ó .
I.
En la presente práctica en laboratorio se realizó haciendo uso de muestras de roca argílica avanzada, argílica y sílice. Argílica avanzada: 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 ó xidos de Al (diásporo). Argílica: 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 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.
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.
Ó
III.
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 1.2. Equipo necesario El equipo utilizado es la versión portátil. Este equipo consta de: a) Sistema de carga b) Lector de carga c) Lector de distancia
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a) Sistema de carga o
Marco de carga
El 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 cónicas
Las 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 hidráulico
El 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 carga Dos manómetros calibrados con aguja de arrastre para registrar la carga máxima de falla. c) Lector de distancia Un 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 muestras Las 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
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b)
c)
d) e) f) g) h)
a) Las muestras de forma cilíndrica apropiadas para este ensayo son los que tienen relación longitud/ diámetro mayor que 1. 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. 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. La distancia D es registrada con aproximación al mm. 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. Se anota la carga de ruptura P. Si la superficie de falla pasa solo a través de un punto de carga, el ensayo no será considerado válido. 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 relación longitud/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 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.
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1.5. Cálculos El esfuerzo de carga puntual Is = P/De2, donde De (diámetro equivalente) es: En el ensayo diametral 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. Correcciones a) 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 de D=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:
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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.
Los materiales y equipos utilizados fueron:
Muestras irregulares de la roca . Muestras cilíndricas de testigos de argílica avanzada y ar gílica. Bernier Digital. Máquina de carga puntual.
V.
Paso 1: Reducir 1: Reducir la muestra testigo según las dimensiones requeridas. Paso2: Limpiar Paso2: Limpiar la muestra Paso3: Medir Paso3: Medir su altura y diámetro y en las irregulares medir ancho, largo y espesor. VI.
ENSAYO DIAMETRAL Argílica D = 54.48mm Abanzada L = 66.15mm P = 4.39 KN
ENSAYO AXIAL Argílica D = 37.25mm Abanzada W = 54.72mm P = 1.0 KN
MUESTRAS IRREGULARES D = 40.87mm Argílica W = 53.07mm L = 74.56mm P =1.23KN D = 43.39mm Sílice W = 47.39mm L = 55.77mm P = 11.82KN
VII.
Ensayo Diametral. Is = P/De2 De2 = D2 Argílica Avanzada De2 = (54.48)2 = 2968.07mm2 Is = 4.39KN/2968.07mm2 = 0.00148 KN/mm2 =
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1480KPa
Correcciones:
F = (D e /50)0.45 F = (54.48mm/50) 0.45 = 1.04 Is (50) = F x I s 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 I s (50)
c = 24*1539.2KPa = 36940.8KPa
Ensayo Axial. Is = P/De2
De2 = 4A/π A = WD
rgílica Avanzada = 2038.32mm2 De2 = (4*2038.32mm2)/ π = 2595.35mm 2 -4
Is = 1.0KN/2595.35mm2 = 3.85*10 = 385.30KPa Correcciones: 0.5
F = (De /50) F = (50.94mm/50) 0.5 = 1.009 Is (50) = F x I s Is (50) = 1.009*385.30KPa = 388.7677KPa
-
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 I s (50)
c = 24*388.7677KPa = 9330.4248KPa
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Ensayo de Bloques y Pedazos Irregulares: Is = P/D e2 De2 = 4A/π A = WD
Argílica A = 2178.97mm2 De2 = (4*2178.97mm2)/ π = 2761.7mm2
Sílice A = 2419.86mm2 De2 = (4*2419.86mm2)/ π = 3081.15mm2
Is = 1.23KN/2761.7mm2= 4.45*10 = 445.48KPa
Is = 11.82KN/3081.15mm2 = 3.84*10 = 3840KPa
-4
-3
Correcciones:
Argílica:
F = (De /50)0.5 F = (52.55mm/50) 0.5 = 1.025 Is (50) = F x I s 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 I s (50)
c = 24*456.617KPa = 10958.808KPa
Sílice:
F = (De/50)0.5 F = (55.51mm/50) 0.5 = 1.05
Is (50) = F x I s Is (50) = 1.05*3840KPa = 4032KPa
-
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 I s (50)
c = 24*4032KPa = 96768KPa
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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 (axial)
⁄
⁄
Argilica
⁄
⁄
Sílice
⁄
⁄
AA (diametral)
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Fuerza mecánico de compresión Uniaxial (AA Axial) Fuerza mecánico de compresión Uniaxial (AA diametral)
Fuerza mecánico de compresión Uniaxial (Argilica) Fuerza mecánico de compresión Uniaxial (Sílice)
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3.
Análisis Geotécnico de un testigo. En el laboratorio se calculó el RQD de un testigo con los siguientes datos:
Para la obtención del 319.63cm 319.63cm se ha tenido que sumar varias medidas por lo que habido trozos mecánicos más no naturales.
x 100
4.
88 88
Recuperación en un taladro
()
( () ()
No hay Recuperación de Taladro porque la caja de testigo analizada no se encontró trozos de testigos menores que 10cm.
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VIII. VIII.
De acuerdo a los resultados r esultados 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.
ASTM D2216-98
ISRM Suggested Methods for Determining Water Content, Porosity, Density, Absorption and Related Properties.
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X.
Fig 01. Realizando el ensayo diametral
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Fig 02. Realizando el ensayo Axial.
Fig 03. Realizando el ensayo en las muestras irregulares Fig 04. Tomando medidas con el b
Fig 05. Tomando la F en el ensayo de carga
Fig 06. Tomando medidas para calcular el RQD
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