Informe Ensayos de Rocas

ENSAYOS-LABORATORIO ENSAYOS-LABOR ATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS

MECÁNICA DE ROCAS I

2017

ENSAYOSLABORATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS

MECÁNICA DE ROCAS I FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA MINERA Y METALÚRGIC M ETALÚRGICA A

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA | FIGMM

FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA MINERA Y METALÚRGICA

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1



Tabla de contenido ENSAYO DE PROPIEDADES FÍSICAS .............................................................................................. FÍSICAS .............................................................................................. 4 OBJETIVOS: ..................................................................................................................... OBJETIVOS: ................................................................................................................................ ........... 4 MARCO TEÓRICO: TEÓRICO: ...................................................................................................................... ..................................................................................................................... 4 MUESTREO: ............................................................ ............................................................................................................................... ................................................................... 4 PREPARACIÓN DE PROBETAS: PROBETAS: .................................................................................................... ................................................................................................... 4 EQUIPOS UTILIZADOS: ............................................................................................................... UTILIZADOS: ............................................................................................................... 5 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: ................................................................................................. ENSAYO: ................................................................................................. 5 DATOS MEDIDOS: ...................................................................................................................... MEDIDOS: ...................................................................................................................... 7 PROCESAMIENTO DE DATOS: .................................................................................................... DATOS: .................................................................................................... 8 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS RESULTADOS ............................................................................................... .............................................................................................. 9 CONCLUSIONES .................................................................. ....................................................................................................................... ..................................................... 10 RECOMENDACIONES ......................................................... ............................................................................................................... ...................................................... 10 ENSAYO DE COMPRESIÓN UNIAXIAL UNIAXIAL ......................................................................................... ........................................................................................ 11 OBJETIVOS: ..................................................................................................................... OBJETIVOS: .............................................................................................................................. ......... 11 11 MARCO TEÓRICO: TEÓRICO: .................................................................................................................... ................................................................................................................... 1 1 PREPARACIÓN DE PROBETAS: PROBETAS: .................................................................................................. ................................................................................................. 11 EQUIPOS UTILIZADOS: ............................................................................................................. UTILIZADOS: ............................................................................................................. 12 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: ............................................................................................... ENSAYO: ............................................................................................... 12 RECOMENDACIONES ......................................................... ............................................................................................................... ...................................................... 12 ENSAYO DE CARGA PUNTUAL .................................................................................................... PUNTUAL .................................................................................................... 13 OBJETIVOS: ..................................................................................................................... OBJETIVOS: .............................................................................................................................. ......... 13 13 MARCO TEÓRICO: TEÓRICO: .................................................................................................................... ................................................................................................................... 1 3 PREPARACIÓN DE PROBETAS: PROBETAS: .................................................................................................. ................................................................................................. 14 EQUIPOS UTILIZADOS: ............................................................................................................. UTILIZADOS: ............................................................................................................. 14 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: ............................................................................................... ENSAYO: ............................................................................................... 15 RECOMENDACIONES ......................................................... ............................................................................................................... ...................................................... 15 ENSAYO DE REBOTE CON MARTILLO SCHMIDT SCHMIDT ......................................................................... ........................................................................ 16 OBJETIVOS: ..................................................................................................................... OBJETIVOS: .............................................................................................................................. ......... 16 16 MARCO TEÓRICO: TEÓRICO: .................................................................................................................... ................................................................................................................... 1 6 EQUIPOS UTILIZADOS: ............................................................................................................. UTILIZADOS: ............................................................................................................. 17 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: ............................................................................................... ENSAYO: ............................................................................................... 17 RECOMENDACIONES ......................................................... ............................................................................................................... ...................................................... 17 ENSAYO DE TRACCIÓN METODO BRASILERO ............................................................................ BRASILERO ............................................................................ 18


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ENSAYOS-LABORATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS


OBJETIVOS: .............................................................................................................................. 18 MARCO TEÓRICO: .................................................................................................................... 1 8 PREPARACIÓN DE PROBETAS: .................................................................................................. 20 EQUIPOS UTILIZADOS: ............................................................................................................. 20 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: ............................................................................................... 20 RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 21 ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL .......................................................................................... 21 OBJETIVOS: .............................................................................................................................. 21 MARCO TEÓRICO: .................................................................................................................... 2 1 MUESTREO .............................................................................................................................. 22 PREPARACIÓN DE PROBETAS ................................................................................................... 22 EQUIPOS UTILIZADOS: ............................................................................................................. 23 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO ................................................................................................ 23 DATOS MEDIDOS ..................................................................................................................... 25 PROCESAMIENTO DE DATOS ................................................................................................... 26 CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 27 RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 27 ENSAYO DE CONSTANTES ELÁSTICAS ........................................................................................ 28 OBJETIVOS: .............................................................................................................................. 28 MARCO TEÓRICO: .................................................................................................................... 2 8 PREPARACIÓN DE PROBETAS: .................................................................................................. 29 EQUIPOS UTILIZADOS: ............................................................................................................. 30 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: ............................................................................................... 30 RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 30 ENSAYO DE CORTE DIRECTO ...................................................................................................... 31 OBJETIVOS: .............................................................................................................................. 31 MARCO TEÓRICO: .................................................................................................................... 3 1 MUESTREO: ............................................................................................................................. 32 PREPARACIÓN DE PROBETAS: .................................................................................................. 32 EQUIPOS UTILIZADOS: ............................................................................................................. 32 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: ............................................................................................... 33 DATOS MEDIDOS: .................................................................................................................... 33 PROCESAMIENTO DE DATOS: .................................................................................................. 34 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS: ............................................................................................ 3 6 CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 36 RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 36


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Determinación de los parámetros físicos: Densidad Porosidad aparente Absorción Peso específico aparente    

Muestra N° 9 dada en clase, testigo de perforación. Código:

sin código

Características macro: Roca dura (competente) de color grisácea. Presencia de minerales (pirita y calcopirita). No presenta mucha porosidad.   

Probeta brindada por el laboratorio de Mecánica de Rocas de la Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica.


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Balanza electrónica con precisión de 0.01gr

Pie de rey

Horno eléctrico ventilado

Recipiente con agua

1. Determinar las dimensiones de la probeta (diámetro y altura), esto se consigue midiendo repetidas veces, en diferentes posiciones, las dimensiones de la probeta. Una vez organizados los datos tomados en una tabla, se procede a calcular un valor promedio de las dimensiones de la probeta.


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2. Como segundo paso se procede a pesar la probeta en una balanza electrónica para determinar el peso inicial.

3. Se coloca la muestra en un horno eléctrico a una temperatura de 105 ºC, esto se hace para eliminar todo el contenido de agua presente en la probeta. Luego de 8h se retira la probeta del horno y se pesa nuevamente para ver la variación del peso por la eliminación del agua, se repite este proceso hasta que el valor de la última pesada y de la penúltima pesada se diferencien en 0,01 g. Entonces el valor de la última pesada es el peso seco de la probeta.

4. Una vez determinado el peso seco, se introduce la probeta en un recipiente con agua para saturar la muestra. Luego de 8h, se retira la muestra del recipiente y se seca la muestra, solo quitando el exceso de agua en la superficie; sin frotar la muestra, y se pesa la muestra. Se repite este proceso hasta que el valor de la última pesada y de la penúltima pesada se diferencien en 0,01 g. Entonces el valor de la última pesada es el peso saturado de la probeta.


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5.


Una vez determinados el peso seco, saturado y las dimensiones de la probeta, realizamos un trabajo de gabinete para calcular las propiedades índices de la probeta, las cuales son el objetivo del presente informe.

49.53 49.53 49.49 49.47 49.51 49.53 49.53 49.5 49.51 49.49 49.45 49.47 49.50 4.950


23.06 23.04 23.03 23.04 23.04 23.06 23.08 23.04 22.96 22.95 23.05 23.93 23.11 2.311

112.68

7



112.14

112.11

112.08

112.07

113.95

114.29

114.31

114.32

19.245 44.468

 



 ( )  

 =

 =

 

=

112.07  44.468 

2.520

= 2.52 /

/

  

  =

γ w ∗ 

∗ 100(%)

 = Densidad del agua (gr/cm³).

  =

(114.32  112.07)  ∗ 100(%)   1 ∗ 44.468    5.06


%

8



  =

  =

  

∗ 100(%)



(114.32  112.07)  112.07  2.01

∗ 100(%)

%

 í  =

 í  =



 ∗ 9.81(  )  

112.07

 ∗ 9.81(  ) 44.468 

24.723

KN / 

001-UNI Curso de Mecánica de Rocas I Relaciones gravimétricas y volumétricas Laboratorio de Mecánica de Rocas UNI 25 de Noviembre de 2017 Grupo 9

2.52

5.06


2.01

24.723

9


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Las mediciones del ensayo fueron realizadas en el laboratorio de Mecánica de Rocas, utilizando normas sugeridas por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas – ISRM (Society International For Rock Mechanic’s), a partir de muestras de roca que pueden ser

extraídos y transportados de la mina. 

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Los resultados obtenidos son fiables dada la rigurosidad del ensayo, además estos ensayos se realizaron bajo los estándares del ISMR, el cual garantiza un resultado confiable para una futura toma de decisiones en el campo de la geomecánica.

Se recomienda verificar que los materiales a utilizar estén en perfecto estado (vernier, balanza) ya que estos pueden generar recolectar malos datos. Se recomienda al momento de retirar la muestra del remojo para ser pesada secarla con mucho cuidado ya que no se puede frotar ni mucho menos raspar porque alteraría los cálculos. Se recomienda hacer las mediciones del dimensionamiento con cuidado, ya que de ello resulta el volumen, utilizado en el cálculo de las demás propiedades. Se recomienda manipular con mucho cuidado el horno, para así evitar quemaduras, siempre se debe retirar la bandeja con un guante que soporte la temperatura. Se recomienda que se debe esperar siempre a que la probeta retirada del horno de enfrié, y si esta húmedo se puede secar con un paño teniendo mucho cuidado de que solo se extraiga agua solo de la superficie. Si se tiene una probeta de roca permeable, se recomienda tener paciencia.


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Determinación de la resistencia compresiva de la roca intacta. Especificar el equipo, instrumentación y procedimientos empleados para determinar la resistencia máxima a la compresión sin confinamiento lateral en un testigo cilíndrico de roca.

El esfuerzo máximo de compresión es definido como el esfuerzo necesario para producir la fractura del testigo cilíndrico. Se considera que la fractura ocurre cuando se produce una caída repentina en la aplicación de la carga, no siendo capaz el testigo de soportar incrementos de carga posteriores. Para poder relacionar los ensayos es necesario uniformizar los resultados empleando testigos con una relación longitud/diámetro (l/d) constante. Saint Venant estableció que en ensayos de testigos cilíndricos se produce una distribución de esfuerzos anómalos en una zona de longitud igual al diámetro del testigo medida a partir del área de aplicación o contacto de la carga por lo que recomendó el uso de testigos con relaciones l/d mayores o iguales a 2. El paralelismo entre las bases es muy importante ya que pequeñas imperfecciones pueden causar considerables errores en los resultados.

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Los testigos deben ser cilindros rectos circulares con una relación longitud -diámetro (L/D) entre 2 y 2.5. Deberá tener un diámetro mayor de 47mm, cuando se cuente con testigos de menor diámetro como sucede en minería se deberá reportar en el informe La superficie cilíndrica del testigo debe ser lisa y sin irregularidades abruptas, con todos sus elementos paralelos entre sí, sin una desviación mayor a 0.5 mm. Las bases deben ser paralelas entre sí, sin una desviación mayor a 0.025 mm y perpendiculares al eje longitudinal del cilindro, sin una desviación mayor a 0.25°. Para lograr el paralelismo de las bases se emplea una máquina refrentadora. No se permiten testigos que estén cubiertos con algún material o que tengan algún tratamiento superficial. El diámetro debe ser medido con aproximación a 0.1 mm y debe ser el promedio de la medida de dos diámetros perpendiculares entre sí y tomadas en la parte media del testigo. La altura debe ser tomada con aproximación a 0.1mm y debe ser tomada al centro de las bases. La condición de humedad del testigo puede tener un efecto significativo en la resistencia que pueda alcanzar la roca. Los testigos no deben ser almacenados por más de 30 días y se debe tratar de conservar las condiciones de humedad natural del testigo hasta el momento del ensayo.


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Pie de rey o vernier.

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Prensa hidráulica.

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Asegurar que el asiento esférico pueda girar libremente sobre su base. Limpiar las caras de los bloques superior e inferior y del testigo. Colocar el testigo sobre el asiento inferior. La carga y asiento superior se acercan hacia el testigo gradualmente hasta que se obtienen un asentamiento uniforme de la carga sobre el testigo. Muchos tipos de roca fallan por compresión de manera violenta. Una malla protectora se coloca alrededor del testigo para prevenir posibles daños al volar los fragmentos de roca. La carga debe ser aplicada en forma continua con una razón constante de manera que la falla ocurra entre 5 y 10 minutos después de iniciada la carga. Registrar la carga máxima aplicada sobre el testigo.

El número de testigos a ensayar depende de la disponibilidad de estos. Se recomienda ensayar por lo menos 3 testigos de cada muestra de roca, para poder tener un resultado estadísticamente confiable.


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Se recomienda hacer las mediciones del dimensionamiento con cuidado. Se recomienda usar los zapatos de seguridad para evitar daños. Se recomienda alejarse del equipo para poder evitar daños.

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Determinación de índice de resistencia a la carga puntual (Compresión Franklin y Tracción Louis) El ensayo determina el Índice de Resistencia Is (50) en testigos de roca que requieren de poca preparación y que pueden tener formas regulares o irregulares.

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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. Las ventajas de este ensayo son que se pueden usar muestras de roca irregulares sin preparación previa alguna y que la maquina es portátil. 

El ensayo de carga puntual denominado también “Axial” se ejecuta sobre muestras de roca y/o mineral por lo general sobre testigos de perforaciones de raise boring, teniendo en consideración el estándar del ISRM, como se aprecia en la Foto


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El ensayo de carga puntual denominado también “Diametral”, Se ejecuta sobre muestras de roca y/o mineral por lo general sobre testigos de perforaciones de raise boring, teniendo en consideración el estándar del ISRM, como se aprecia en la foto.

Los testigos pueden tener las siguientes formas: a) testigos cilíndricos de roca (ensayo axial o diametral) b) bloques cortados (ensayo de bloques) c) pedazos irregulares (ensayos de pedazos irregulares) 

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Una muestra está definida por un grupo de testigos de similares características geológicas y mecánicas para el cual se determinará un solo valor de índice de resistencia Is (50). La muestra debe contener suficientes testigos con las medidas y formas requer idas para el ensayo diametral, axial, de bloques o de pedazos irregulares.

Máquina de carga puntual

Pie de rey o vernier.


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Identificar las muestras. Medir las dimensiones de la muestra. Dependiendo del tipo de muestra, se sitúa el testigo entre las puntas cónicas de la máquina, resguardando que se cumplan las configuraciones de carga y requerimientos de forma del testigo. 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 dañen 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

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Se recomienda hacer las mediciones del dimensionamiento con cuidado. Se recomienda alejarse del equipo en el momento de la fractura miento. Se recomienda el uso de la bota punta de acero, para evitar daños.


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Determinación Indirecta de la Resistencia compresiva uniaxial

El esclerómetro es un instrumento de medición empleado, generalmente, para la determinación de la resistencia a compresión en hormigones ya sea en pilares, muros, pavimentos, etc. En algunos países ya no se usa para determinar la resistencia del hormigón endurecido, sino que solamente se utiliza para evaluar la uniformidad del hormigón in situ, delinear zonas de hormigón deteriorado o de baja calidad o estimar el desarrollo de resistencias in situ. Su funcionamiento consiste en una pesa tensada con un muelle. Dicha pesa tensada es lanzada contra el hormigón y se mide su rebote. Aunque no es un método excesivamente fiable, su uso está muy extendido. Proporciona valores aproximados y se emplea principalmente como método de comprobación, siendo menos usado que el ensayo de compresión. En 1950 se diseñó el primer esclerómetro para la medición no destructiva del hormigón. Patentado con el nombre SCHMIDT, su valor de rebote "R" permite medir la dureza de este material. Se ha convertido en el procedimiento más utilizado, a nivel mundial, para el control no destructivo en hormigón. Esclerometro digital: frente a los esclerómetros convencionales, la ventaja de incorporar una pantalla en la que se recogen valores mínimos y máximos de una serie cuyo número de medidas establece el usuario. Además de establecer de forma automática tablas de edad del hormigón, descartar valores erráticos, mostrar la desviación estándar y corregir directamente la dirección de impacto, traduce el valor medio R a las unidades convencionales de resistencia, asigna un número a la medida y puede transferir todos los datos a documentos digitales a través de un PC. Es un método muy subjetivo. Según quién lo haga y cómo lo haga, arrojará unos valores más o menos fiables. Algunas de las causas que pueden alterar el valor son:    

Si no está el esclerómetro perfectamente perpendicular con la superficie, nos dará un rebote menor. Si la superficie no está muy limpia y pulida nos dará valores menores (capas de pintura o polvo crean una capa blanda que amortigua el golpe). El hormigón es una mezcla de cemento, grava y arena. Si golpeamos sobre una piedra nos dará una dureza mayor. Si es hormigón armado corremos el riesgo de golpear cerca de una barra corrugada de acero, con una dureza mucho mayor.


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

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Martillo Schmidt

Se “tara” el martillo usando el yunque patrón suministrado por el fabricante. Se hacen 10medidas y se calcula la media. Se calcula el factor de corrección: Factor de correción =

vl sá l yuqu pó m  ls  ms

Las muestras se sujetan firmemente en el soporte y se comprueba que su superficie es lisa y plana y que no hay discontinuidades, cracks, etc por lo menos en los 6 cm superficiales de la muestra. Se realizan al menos 20 medidas por muestra aplicando preferentemente el martillo en posición perpendicular a la superficie de la muestra. Cada nueva medida se hará con una separación mínima equivalente al diámetro de la punta del martillo. Se descarta la mitad de las medidas, concretamente las que den los valores inferiores, y se hace la media de las medidas restantes. La dureza al rebote se calcula multiplicando esta media por el factor de corrección.

Calibrar el instrumento antes de realizar la prueba, ya que si no se realiza esto podría conllevar a errores. Evitar el uso del botón del martillo Schmidt ya que este se malogra fácilmente si le damos un uso muy repetitivo.


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Determinar en forma indirecta la resistencia a tracción de la roca intacta.

La solución teórica de la distribución de tensiones dentro de una probeta cilíndrica está basada en el análisis de un material de comportamiento elástico y lineal. Cuando una probeta cilíndrica es sometida a compresión diametral desarrolla un estado de tensiones bidimensional en su interior. La carga aplicada a lo largo de dos generatrices diametralmente opuestas describe planos principales de tensiones, uno horizontal y otro vertical. Particularmente en el plano vertical se produce una tensión variable d e compresión y una tensión teóricamente. El análisis de rotura de probetas cilíndricas de mezclas bituminosas sometidas a compresión diametral demuestra que la fisura inicial ocurre cuando la tensión horizontal de tracción desarrollada en el plano vertical de carga alcanza el valor de la resistencia a tracción del material.

Distribución de tensiones en el diámetro horizontal: En la distribución de tensiones en el diámetro horizontal, se puede observar que en el centro de la probeta el esfuerzo de compresión vertical es 3 veces superior al de tracción horizontal. Las tensiones producidas en el diámetro horizontal son las siguientes: Tensión horizontal:

Tensión vertical:

Tensiones tangenciales: 0=xyτ Ecuación 2.3

Donde:


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P, es la carga total aplicada (N) t, es la altura de la probeta (mm±0,1mm) d, es el diámetro de la probeta (mm±0,1mm) x, y, son las coordenadas respecto al centro de la probeta. Distribución de tensiones en el diámetro vertical En la zona central de la probeta, se produce un estado biaxial de tensiones, donde la tensión vertical de compresión es 3 veces superior a la de tracción horizontal generada. Así mismo se puede ver como los máximos de tensión vertical se localizan en los puntos de aplicación de la carga vertical. Por este motivo se puede pensar que la rotura se puede iniciar en estos puntos por agotamiento a compresión, pero realmente estas tensiones son pequeñas debido a que en la práctica la carga aplicada se distribuye en un área finita definida por una pieza metálica de contacto entre la prensa y la probeta. Cabe mencionar que tanto el tipo de carga como la anchura de esta pieza metálica tienen una gran influencia en la distribución de tensiones de la probeta real. Las tensiones en el diámetro vertical, a lo largo del eje de carga, son las siguientes: Tensión horizontal:

Tensión vertical:

Tensiones tangenciales: 0=xyτ

Donde: P, es la carga total aplicada (N) t, es la altura de la probeta (mm±0,1mm) d, es el diámetro de la probeta (mm±0,1mm) x, y, son las coordenadas respecto al centro de la probeta. Tensión de rotura Las ecuaciones descritas anteriormente son válidas para un sólido elástico lineal idealizado. Aunque la mayoría de los materiales no son elásticos, los valores de tensión horizontal se aproximan suficientemente a los reales. El fallo inicial se produce por rotura a tracción de acuerdo con la ecuación 2.4, por lo tanto, la resistencia a tracción indirecta en el momento de la rotura viene dada por la siguiente ecuación:

Donde: St es la resistencia a la rotura por tracción indirecta. Pmáx, es la carga máxima o carga de rotura t, es el espesor de al probeta de la probeta d, es el diámetro de la probeta x, y, son las coordenadas respecto al centro de la probeta.


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Los testigos deben ser cilindros rectos circulares con una relación longitud -diámetro (L/D) entre 2 y 2.5. Deberá tener un diámetro mayor de 47mm, cuando se cuente con testigos de menor diámetro como sucede en minería se deberá reportar en el informe La superficie cilíndrica del testigo debe ser lisa y sin irregularidades abruptas, con todos sus elementos paralelos entre sí, sin una desviación mayor a 0.5 mm. Las bases deben ser paralelas entre sí, sin una desviación mayor a 0.025 mm y perpendiculares al eje longitudinal del cilindro, sin una desviación mayor a 0.25°. Para lograr el paralelismo de las bases se emplea una máquina refrentadora. No se permiten testigos que estén cubiertos con algún material o que tengan algún tratamiento superficial. El diámetro debe ser medido con aproximación a 0.1 mm y debe ser el promedio de la medida de dos diámetros perpendiculares entre sí y tomadas en la parte media del testigo. La altura debe ser tomada con aproximación a 0.1mm y debe ser tomada al centro de las bases.

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1. 2. 3. 4. 5.

Prensa hidráulica.

Se buscaron muestras que tengan el diámetro el doble de longitud que la altura. Se realizaron las mediciones de las longitudes de diámetro y de altura. Se colocaron en la prensa hidráulica de manera que este lo mejor posicionado posible. Se realizó la compresión de la muestra hasta llegar a fracturar la muestra. Se tomó nota de los resultados obtenidos.


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Se recomienda hacer las mediciones del dimensionamiento con cuidad o, ya que un mal dato puede provocar errores en los cálculos. Se aconseja ensayar tres probetas de una misma muestra, para tener una confianza mayor en los datos obtenidos. Se recomienda alejarse del equipo para poder evitar daños.

Determinar los parámetros de Resistencia al corte (Cohesión y Ángulo de fricción interna) y la constante mi de la roca intacta

Este ensayo es imprescindible para estudiar la resistencia de las rocas sometidas a un estado triaxial de tensiones, que es la situación en la que se encuentra con mayor frecuencia en las obras de ingeniería. Aunque por el nombre del ensayo se podría suponer que la roca se somete a tres tensiones principales distintas, en realidad no es así. Lo que se realiza normalmente es un ensayo biaxial en el cual dos tensiones principales menores, es decir, σ_2 y σ_3, son iguales.

Este ensayo se lleva a cabo en probetas cilíndricas que se preparan de manera similar a las utilizadas en los ensayos de compresión simple. La probeta se rodea de una camisa de goma y se coloca dentro de una celula en la que se puede obtener líquido a presión, normalmente aceite o agua. La camisa tiene por objeto impedir el contacto de la roca con dicho líquido y debe ser suficientemente flexible para que la presión del líquido se transmita a la roca. La tensión axial principal, σ_1, se ejerce sobre la probeta mediante dos cilindros de acero que pasan a través de

la cara superior e inferior de la celula. Habitualmente no se utilizan equipos de medición de presión de poro en este ensayo, ya que en la mayor parte de las rocas son poco porosas, por lo que la presión intersticiales suelen tener poca importancia en ellas; dada la velocidad con la que se aplica la tensión axial no hay tiempo, en general, para que la probeta drene completamente durante el ensayo, lo que puedo producir un incremento de las presiones intersticiales. La deformaciones axial y circunferencial de la muestra se suelen medir, a veces, mediante bandas estenciometricas pegadas a la superficie misma. Para llevar a cabo los ensayos triaxiales, además de la celula, es necesario según se muestra en la figura, una prensa convencional y una bomba capaz de generar la presión de confinamiento y mantenerla constante durante la prueba. En este ensayo es habitual aplicar en primer lugar la presión lateral de confinamiento, que se mantiene constante, y a continuación ir subiendo la presión axial hasta que se produce la rotura. Esta trayectoria de las tensiones, no es, en la mayoría de casos, la que tiene lugar en un macizo rocoso cuando se efectúa en el una excavación subterránea o a cielo abierto. Sin embargo,


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como demostraron Swanson y Brown (1971) , en el dominio elástico la trayectoria de tensiones no influye en el resultado final , es decir , la resistencia de la roca sometida a un estado triaxial de tensiones es independiente del camino que hayan seguido estas para llegar a la rotura.

Muestras brindadas por el Laboratorio de Mecánica de Rocas

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La superficie lateral de la probeta debe ser lisa y estar libre de irregularidades (tolerancias según norma). Las bases deben ser planas y formar un ángulo recto con el eje de la probeta de ensayo. Siempre que sea posible, las condiciones de humedad in situ deben preservarse hasta el momento del ensayo


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Máquina de comprensión triaxial.

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Preparación de la muestra para el ensayo



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El ensayo triaxial se ejecuta en muestras de rocas contenidas en una membrana de goma que se colocan dentro de una célula triaxial y se someten a una presión confinante isótropa.


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Posteriormente se incrementa la carga axial hasta alcanzar la rotura de la probeta, determinan do los siguientes datos: La carga o esfuerzo axial (  ) Las deformaciones axial ( ) y transversal ( ) de la probeta El ángulo del plano de rotura El ángulo que forman los planos de anisotropía con respecto a la carga axial

Se aplica la carga de compresión sobre la muestra de roca de forma continua, sin choque, de tal forma que la velocidad de deformación sea lo más constante posible, para que la rotura se produzca entre los 5 y 15 minutos de carga. Alternativamente, el ensayo se puede realizar a velocidad de tensión constante, dentro de los límites de 0,5 – 1,0 MPa/s. Además, la presión de confinamiento deberá mantenerse constante con una tolerancia de ± 2 %. Se deben romper de 3 a 5 testigos con distintas presiones de confinamiento.

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 =

29.13 29.13 29.13

(6.09) 4


 = 29.13 

344.6 400.1 566.8


1209.4 1404.1 1989.2

103.1 137.3 190.8

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  


Se recomienda hacer las mediciones del dimensionamiento con cuidado. Se recomienda usar los zapatos de seguridad para evitar daños. Se recomienda alejarse del equipo para poder evitar daños.


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


Determinar mediante el ensayo de constantes elásticas las características de deformabilidad de la roca intacta (Módulo de deformación y relación de poisson)

Es una propiedad de un material ideal y podemos vincularla con los materiales que se utilizan en ingeniería incluyendo a las rocas en mayor o menor grado y en función de cuanto estos materiales se acercan al ideal, estos factores dependen de tres factores principales: homogeneidad, isotropía, continuidad y linealidad entre esfuerzo y deformación (Ley de Hooke) La Isotropía es una medida de las propiedades direccionales de un material; por ejemplo, un cuerpo granular será isótropo si todos sus granos tien en una orientación al azar y cuando un plano de dimensiones equivalentes lo intercepta en cualquier dirección, corta al mismo en un número igual o equivalentes de granos. La Homogeneidad es una medida de la continuidad física de un cuerpo, de esta manera en un material homogéneo, los constituyentes están distribuidos de tal forma que un pequeño fragmento separado de cualquier parte del cuerpo deberá tener constituyentes y propiedades representativas del todo. La Continuidad puede ser considerada como una referencia a la porosidad y a la cantidad de fallas y diaclasas en un cuerpo rocoso particular. El grado de continuidad afectara su cohesión y por lo tanto la diferente distribución de tensiones a través de todo el cuerpo. Los extremos al considerar la continuidad de una roca estarán entre una masa rocosa fracturada y un cuerpo rocoso masivo de grano muy fino con un diaclasamiento muy espaciado. Es posible estimar una probable elasticidad de la roca, recordando siempre que con la posible excepción de la obsidiana o de un metal nativo, todas las rocas son de alguna medida anisótropas, no homogéneas y discontinuas y por lo tanto no son perfectamente elásticas. La mayoría de las rocas elásticas deben de ser de grano fino, masivo y compacto, una propiedad de las rocas extrusivas, rocas filoneanas y algunas rocas metamórficas finamente granudas. 

Rocascuasi-elásticas: Se

aproximan de muchas formas a las propiedades de un material elástico, frágil que tiene una relación cuasi-lineal entre tensión / deformación hacia el punto de ruptura

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Rocas semi-elasticas:



Rocasnoelásticas: Se

Rocas de menor elasticidad, son las rocas de grano grueso y sedimentos compactados de grano fino, con baja porosidad y una razonable cohesión. Estas tienen una relación tensión/deformación en el cual la pendiente de la curva decrece con el incremento de la tensión. incluye las rocas cohesivas, con mucha porosidad, comprendiendo a la mayoría de las rocas sedimentarias débiles, cualquier análisis apoyando en criterios de elasticidad podría ser peligroso. Tienden a exhibir características variables en la relación tensión/deformación.


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Los testigos deben ser cilíndricos circulares con una relación longitud-diámetro (L/D) entre 2 y 2.5. Se pueden utilizar testigos con diámetros entre 22 y 61 mm. La relación entre el diámetro del testigo y el diámetro del grano más grande de la roca debe ser como mínimo de 10 a 1. La superficie del testigo debe ser lisa y libre de irregularidades abruptas, con todos sus elementos alineados sin desviarse más de 0.5 mm a lo largo del testigo. Las bases deben ser paralelas entre sí, sin desviarse más de 0.025 mm y perpendiculares con respecto al eje longitudinal del cilindro sin apartarse más de 0.05 mm en 50 mm. No se permiten testigos que estén cubiertos con otro material o que tengan algún tratamiento superficial diferente al de la máquina refrendadora. El diámetro debe ser medido con aproximación a 0.1 mm y ser el promedio de las medidas de dos diámetros perpendiculares entre sí y tomadas en t res partes del testigo: superior, medio, inferior. Se instalan dos medidores de deformación o deformometros: uno axial o longitudinal y otro diametral o transversal sobre la superficie del testigo. El medidor de deformación longitudinal se coloca perpendicular a las bases del testigo y el medidor de deformación transversal se coloca a lo largo de un diámetro paralelo a las bases. Se trata de que los medidores de deformación queden ubicados en la parte central del testigo y en puntos opuestos de un mismo diámetro. Se recomienda realizar no menos de 3 ensayos por muestra de roca.


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Prensa hidráulica.

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Deformómetros

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Preparación de la probeta de esbeltez 2. La probeta debe ser colocada en la prensa hidráulica de tal manera que los deformómetros estén bien ubicados ya que de estos depende el éxito de la medición. La carga axial que se le aplica de compresión debe ser en aumento constante y lento, la cuál va ocasionar la deformación longitudinal y diametral de la probeta. Los deformómetros van a indicar ese incremento diametral y disminución axial. Se procede a tomar nota de la carga y deformación cada cierta variación de 2-5 kN hasta su rotura.

Se recomienda hacer las mediciones del dimensionamiento con cuidado. Se recomienda alejarse del equipo para poder evitar daños.


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Determinar la Cohesión y el Ángulo de Rozamiento Interno, que permitan establecer la resistencia al corte de los suelos ensayados.

La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento y luego una carga horizontal creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra.

La teoría de Mohr-Coulomb es un modelo matemático que describe la respuesta de materiales quebradizos, tales como hormigón, o agregados de partículas como el suelo, a esfuerzo cortante, así como tensión normal. La mayoría de los materiales en ingeniería clásica se comportan siguiendo esta teoría al menos en una parte del corte. En general, la teoría se aplica a los materiales para los que la resistencia a la compresión es muy superior a la resistencia a la tracción, caso de los materiales cerámicos. La teoría explica que el corte de un material se produce para una combinación entre tensión normal y tensión tangencial, y que cuanto mayor sea la tensión normal, mayor será la tensión tangencial necesaria


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Gráfica que representa las tensiones tangenciales en el eje de ordenadas y las tensiones normales en el eje de coordenadas. La rotura se producirá en la línea marcada. Aplicaciones de este ensayo: En Ingeniería geotécnica se utiliza para definir resistencia al corte de suelos y rocas en diferentes casos de tensión efectiva. En la ingeniería estructural se utiliza para determinar la carga de rotura, así como el ángulo de la rotura de una fractura de desplazamiento en materiales cerámicos y similares (como el hormigón). La hipótesis de Coulomb se emplea para determinar la combinación de esfuerzo cortante y normal que causa una fractura del material. El círculo de Mohr se utiliza para determinar los ángulos donde esas tensiones sean máximas. Generalme nte la rotura se producirá para el caso de tensión principal máxima.

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Cortar la muestra probeta en la mitad, luego señalarla en su centro con un flecha. Pasar grasa sobre el molde para evitar que se quede pegado algo de cemento en el molde. Colocar la probeta en el molde pero antes echar en el molde la mezcla de cemento.

Muestra de roca. Cemento y arena. Molde de corte directo. Máquina de corte Directo.

El aparato de corte directo, consta de una caja de corte y dispositivos para aplicación de cargas verticales y horizontales, así como también deformometros verticales y horizontales.


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Colocar la muestra en el molde de corte directo e inmovilizarla con la ayuda de los seguros. Luego de haber asegurado la primera mitad del molde se deja fraguar el cemento por unos días (en nuestro caso 3 días). Después se regresa al laboratorio para voltear la muestra. Después de unos días se regresa al laboratorio para realizar el ensayo. El ensayo consiste en primero cargar el esfuerzo normal y mantenerla constante, para luego cargar el esfuerzo de corte que va a variar hasta que llegue a la resistencia pico en donde ya dejara de marcar así se siga desplazando. Mientras se hace el ensayo se anotan los datos.

−

Diámetro. 63.25

Área 31.42

500

1000

1500


250 375 500 250 375 500 625 750 800 250

0.4 2 69 0.1 0.5 2.2 5.5 10.2 115 0.4

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2000

2500

500 625 750 875 900 250 375 500 625 750 875 1000 1125 1250 1375 1500 1650 1750 250 375 500 625 750 875 1000 1125 1250 1375 1500 1625 1750 1875

0.9 1.0 1.0 75 101 0.1 0.9 1.2 2 3 4 5.2 6.5 7.5 9.0 16.0 49.0 175 0.5 1 2 4 6.5 7.5 8 10 12 16 36 12.0 16.0 24.0

−

Diámetro. 63.25

Área 31.42

500

1000

250 375 500 250 375 500 625 750


0.4 2 69 0.1 0.5 2.2 5.5 10.2

0.71662572 0 0 1.43325143 0 0 0

0.358312858 0.537469287 0.716625717 0.358312858 0.537469287 0.716625717 0.895782146

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1500

2000

2500

800 250 500 625 750 875 900 250 375 500 625 750 875 1000 1125 1250 1375 1500 1650 1750 250 375 500 625 750 875 1000 1125 1250 1375 1500 1625 1750 1875



115 0.4 0.9 1.0 1.0 75 101 0.1 0.9 1.2 2 3 4 5.2 6.5 7.5 9.0 16.0 49.0 175 0.5 1 2 4 6.5 7.5 8 10 12 16 36 12.0 16.0 24.0

2.14987715 0 0 0

0.358312858 0.537469287 0.716625717 0.895782146

2.806650287 0 0 0 0 0 0 0

0.358312858 0.537469287 0.716625717 0.895782146 1.074938575 1.254095004 1.433251433 1.612407862

3.58312858 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0.358312858 0.537469287 0.716625717 0.895782146 1.074938575 1.254095004 1.433251433 1.612407862 1.791564292 1.970720721 2.14987715

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Luego hacemos uso del software ROCDATA, para la obtención de la COHESIÓN y EL ÁNGULO DE FRICCIÓN.

Angulo de Fricción 6.45º



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





Cohesión (MPA) 1.757

Mediante este ensayo se logró a obtener con satisfacción el ángulo de fricción y cohesión de nuestra muestra en estudio, siendo estos valores aceptables en el campo de la geomecánica. Ya que nuestra muestra se trata de una discontinuidad simulada, nos resultó algo sencillo obtener los datos referidos al área y la altura de la probeta. En el proceso de mesclado del cemento es de suma importancia realizar un buen mezclado ya que al momento de hacer el ensayo el molde obtenido necesita de una buena resistencia, ya que si se fractura el ensayo seria invalido.

La relación de arena y cemento en el molde donde se colocará el molde debe ser 1:1 para no sufrir fracturamientos que interfieran en el ensayo. La discontinuidad generada debe estar lo más cercana al medio de la probeta de roca.


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Informe Ensayos de Rocas

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