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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GEOTECNIA
SALIDA LABORATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS FIGMM – UNI. UNI. DOCENTE:
ING. CARLOS HUAMA HUAMAN N
CURSO:
MECÁNICA DE ROCAS
ESTUDIANTES:
23 de octubre del 2014
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INTRODUCCIÓN. El Laboratorio de Mecánica de Rocas fue inaugurado en abril del 2001, siendo Decano el Ing. Isaac Ríos Quinteros, en los ambientes del antiguo Laboratorio de Mecánica de Rocas del INGEMMET, los enseres necesarios fueron obtenidos directamente del decanato. A lo largo de estos años el Laboratorio de Mecánica de Rocas se ha posicionado en el sector minero y de construcción debido básicamente al nivel profesional de su personal.
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LABORATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS DE LA FIGMM – UNI.
SERVICIOS
Ensayo de propiedades físicas, con determinación de densidades seca y saturada, contenido de humedad, porosidad y absorción. Ensayo de compresión simple, para la determinación de la resistencia compresiva no confinada de la roca intacta. Ensayo de compresión triaxial, para la determinación de los parámetros de resistencia al corte (cohesión y ángulo de fricción) de la roca intacta y determinación de la constante "m" del Criterio de Falla de Hoek & Brown. Ensayo de constantes elásticas, para determinar el módulo de deformación y la relación de Poisson de la roca intacta.
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Ensayo de tracción indirecta por el Método Brasilero, para la determinación de la resistencia a la tracción de la roca intacta. Ensayo de flexión, para la determinación de la resistencia a la flexión de la roca intacta. Ensayo de corte directo sobre superficies de discontinuidad, para determinar los parámetros de resistencia al corte (cohesión, ángulo de fricción básica y ángulo de fricción residual) de las discontinuidades de la masa rocosa. Ensayo de carga puntual, para determinar los índices de resistencia Franklin (en compresión diametral) y Louis (en compresión axial) de la roca intacta. Ensayo de impacto con el esclerómetro Schmidt de dureza, para determinar el índice de rebote de la roca e indirectamente la resistencia compresiva no confinada de la roca.
EQUIPOS
Sonda sacatestigos, para la preparación de testigos a partir de bloques rocosos. Cortador de disco diamantino, provisto de refrentador, para cortar y refrentar las bases de las probetas cilíndricas a partir de los testigos rocosos. Máquina de compresión de rocas. Equipo de compresión triaxial. Máquina de corte directo sobre superficies de discontinuidad. Máquina de carga puntual. Esclerómetro Schmidt de dureza para rocas. Mecanismos de medición de deformaciones. Polariscopio electrónico. Horno ventilado. Balanza de precisión
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TIPOS DE ENSAYO EN ROCAS El siguiente informe muestra los procedimientos adecuados, para los distintos tipos de rocas, en los cuales en algunos se parecen mucho a los de suelo; a continuación se presentan los tipos de ensayo que son 7 en total, los que nos demostraron, debiéndose tomar para cada ensayo foto antes y después de este, para así poder hacer la comparación correspondiente y poder visualizar de qué forma fallan, en algunos casos el eje de falla es el correcto en otros no, lo cual implicaría volver a hacer el ensayo. Tipos de Ensayos demostrados 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Ensayo Uniaxial Ensayo Triaxial Ensayo de Carga Puntual Ensayo Elástico Ensayo de Tracción Ensayo de Corte Directo Ensayo de Prueba física de roca
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1.-ENSAYO UNIAXIAL Este ensayo permite determinar en el laboratorio la resistencia uniaxial no confinada de la roca, o resistencia a la compresión simple , σc. Es un ensayo para la clasificación de la roca por su resistencia. La relación entre los esfuerzos aplicados en el ensayo es:
En este ensayo se deben cumplir las siguientes condiciones: • Razón Largo/Ancho de la probeta debe ser 2.5 a 3.0:1 • Extr emos deben ser paralelos y pulidos, sin grietas. • Ancho de muestra debe ser >10 veces el tamaño medio del grano.
El ensayo trata de la aplicación 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 compresión simple)
Procedimiento
Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructuras. Identificar las muestras. Medir las dimensiones de la muestra para validar si satisface las condiciones del ensayo. Se recubre la muestra con una membrana cuyo fin será el de evitar que al momento de fallar la roca no salten fragmentos y dañen a personas u objetos de alrededor. Se sitúa el testigo de tal forma que el pistón de la máquina quede paralelo a las caras transversales de la muestra. Una persona se encarga de medir la presión a la cual esta siendo sometida la muestra mediante un manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica, la presión debe ser medida a cada instante ya que al momento de fallar, la aguja que indica el valor de la carga vuelve al punto de partida. 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.
2.-ENSAYO TRIAXIAL Debe guarda una proporción de diámetro vs altura de 1:2, se usan relojos calibradores los cuales miden las deformaciones (en mm) en los 3 ejes, también se usa con confinamiento aplicando la carga gradualmente, simulando la roca bajo superficie. Se debe tomar foto antes y después del ensayo. La aplicación de la carga gradualmente es con los siguientes valores: 1° 2MN/m2 2° 4MN/m2 3° 6MN/m2 MECÁNICA DE ROCAS
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Este ensayo representa las condiciones de las rocas in situ sometidas a esfuerzos confinantes, mediante la aplicación de presión hidráulica uniforme alrededor de la probeta. Permite determinar la envolvente o línea de resistencia del material rocoso ensayado a partir de la que se obtienen los valores de sus parámetros resistentes cohesión (c) y ángulo de fricción (phi). La relación entre los esfuerzos aplicados a la probeta es: En este ensayo se deben cumplir las siguientes condiciones: • Razón Largo/an cho de la probeta debe ser 2.0 a 2.5:1 • Extremos deben ser paralelos y pulidos, sin grietas. • Ancho de muestra debe ser >10 veces el tamaño medio del grano.
Procedimiento
Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructuras. Identificar las muestras. Medir las dimensiones de la muestra para validar si satisface las condiciones del ensayo. Se recubre la muestra con una membrana impermeable cuyo fin será el de evitar el líquido usado para generar la presión de confinamiento no penetre en el testigo. Se sitúa el testigo dentro de una cámara que será la encargada de mantener la muestra con prensa hidráulica manipulada por el encargado de laboratorio cuyo único fin es inyectar líquido hidráulico a la cámara y de esta forma fijar la presión de confinamiento 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, la presión debe ser medida a cada instante ya que al momento de fallar, la aguja que indica el valor de la carga vuelve al punto de partida. Una segunda persona será la encargada de ir aumentando paulatinamente la presión en la prensa hidráulica. Una tercera persona en este caso el encargado del laboratorio se dedica a regular la presión confinante manteniéndola constante durante todo el ensayo, esta presión puede ser cualquiera sin embargo es recomendado ir aumentándola de forma progresiva dependiendo de la respuesta de la roca durante los ensayos. Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura.
Finalmente usando los datos obtenidos en el ensayo de compresión triaxial se puede conocer el ángulo de fricción y la cohesión de la roca intacta mediante el criterio de falla de Mohr - Coulomb.
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3.- ENSAYO DE CARGA PUNTUAL La máquina está diseñada para medir la carga en KN Este ensayo es para fines de cimentación, los cuales ensayan la roca extraída, lo ideal es que la línea de falla sea en lo posible horizontal. Se debe tomar foto antes y después del ensayo. 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 máquina es portátil. Procedimiento
Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructuras. 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 máquina 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.
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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
4.- ENSAYO ELÁSTICO También debe guarda una proporción de diámetro vs altura de 1:2 Se debe tomar foto antes y después del ensayo. Equipos: Prensa hidráulica Deformómetros
Procedimiento: 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.
5.- ENSAYO DE TRACCIÓN Al contrario del ensayo triaxial la proporción de diámetro vs altura de 2:1, se coloca la roca en forma horizontal; para que de esta manera al aplicar la carga se estire (traccione). Se debe tomar foto antes y después del ensayo.
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Este ensayo consiste en someter a compresión diametral una probeta cilíndrica, igual a la definida en el ensayo Marshall, aplicando una carga de manera uniforme a lo largo de dos líneas o generatrices opuestas hasta alcanzar la rotura Esta configuración de carga provoca un esfuerzo de tracción relativamente uniforme en todo el diámetro del plano de carga vertical, y esta tracción es la que agota la probeta y desencadena la rotura en el plano diametral 6.-ENSAYO DE CORTE DIRECTO Determinar la Cohesión y el Ángulo de Rozamiento Interno, que permitan establecer la resistencia al corte de los suelos ensayados. Equipos 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 deformimetros verticales y horizontales.
Procedimiento:
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. Después de 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.
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7.- ENSAYO DE PRUEBA FÍSICA DE ROCA La altura del espécimen cilíndrico debe ser de 2cm Se lleva al horno para eliminar las cantidades de agua, que aun no se conocen A continuación se sumerge en agua para la prueba de absorción, entre este y el paso anterior debe de esperarse un cierto intervalo de tiempo (1hr-2hr), de lo contrario la muestra reventaría Cuando la muestra es muy débil se corta en forma de paralelepípedo Se debe tomar foto antes y después del ensayo. Determinación de los parámetros físicos: Densidad Porosidad Absorción Peso específico aparente
Equipos: Balanza con precisión 0.01 gr Horno ventilado 105o C Pie de metro
Pie de Metro: Es un instrumento para medir longitudes que permite lecturas en milímetros y en fracciones de pulgada, a través de una escala llamada Nonio o Vernier. Se utiliza para hacer mediciones con rapidez, con grados de precisión de 0,05 mm, 0,02 mm. 1/128”, 0,001”.
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