Universidad Andrés Bello Facultad de Ingeniería Escuela de Ciencias de la Tierra Ingeniería Civil en Minas
Laboratorio N° 3: Geomecánica Ensayo de testigo de roca bajo la Norma ASTM D5873 “Método de prueba estándar para determinar la dureza de la roca por el método de martillo rebote”
INDICE RESUMEN EJECUTIVO......................................................................................... 3 INTRODUCCIÓN................................................................................................... 4
OBJETIVOS.......................................................................................................... 5 ALCANCES.......................................................................................................... 6 MARCO TEÓRICO................................................................................................. 7 DESARROLLO EXPERIMENTAL........................................................................9 ANALISIS DE RESULTADOS................................................................................ 10 CONCLUSIÓN.................................................................................................... 13 ANEXO.............................................................................................................. 14
RESUMEN EJECUTIVO
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En el tercer ensayo realizado en el laboratorio de geoemcánica de la Universidad Andrés Bello, se abordaran los pasos que se deben llevar a cabo en la recepción y posterior preparación de una muestra de roca en forma de probeta a partir de un testigo para su posterior análisis. Es indispensable cumplir con la norma ASTM D4543-08; para que el estudio geomecánico que se le realice a la muestra tenga validez. El siguiente ensayo se rige bajo la norma ASTM D5873 “Método de prueba estándar para determinar la dureza de la roca por el método de martillo rebote”, donde el principal equipo a utilizar es un martillo de rebote que fue ideado en un principio para estimar la resistencia a compresión simple del concreto, el martillo de rebote se ha modificado convenientemente dando lugar a varios modelos, alguno de los cuales resulta apropiado para estimar la resistencia a compresión simple de la roca. Su uso es muy frecuente dada la manejabilidad del aparato, pudiendo aplicarse sobre la roca in situ y sobre las discontinuidades. EL ensayo consiste en medir la dureza de un testigo de roca mediante el rebote de un martillo accionado por un resorte.
INTRODUCCIÓN pág. 3
Las rocas son materiales muy duros y se requiere conocer las características, medidas de sus propiedades mecánicas, así como su competencia para poder hacer uso de esta. El estudio de la resistencia a la compresión simple es fundamental para el análisis de materiales tanto en obras civiles como en minería. Para esto existen muchos tipos de ensayos que determinan su valor. Sin embargo en minería existen ocasiones en que no se puede escatimar en tiempo y mucho menos en espacio y para esto se puede utilizar el martillo de rebote, el cual por sus dimensiones y manejabilidad se puede llevar a terreno y tomar las medidas in situ. En el laboratorio encontramos su versión que solo entrega número de rebotes, pero en la actualidad se encuentran modelos con las últimas tecnologías que entregan el valor directo y hacen todos los cálculos automáticamente, introduciendo previamente la curva poligonal de ese modelo, que relaciona el número de golpes y la resistencia asociada. Por lo que en el presente informe se muestra un ensayo de laboratorio no destructivo de la muestra, donde obtendremos la determinación de la dureza de un testigo de roca mediante un martillo de rebote.
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OBJETIVOS Objetivo Principal: Realizar un ensayo de resistencia a la compresión simple, para determinar la dureza de la roca utilizando el martillo de Rebote. Objetivos Secundarios: Adquirir conocimiento de la norma. Obtener un valor estimado de la resistencia a la compresión simple. Cumplir los parámetros establecidos en la norma ASTM D5873 Correcto uso de los instrumentos y equipos de Laboratorio.
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ALCANCES Este método de ensayo es el más adecuado para el material de roca con resistencia a la compresión uniaxial que oscilan entre aproximadamente 1 y 100 MPa. El martillo de rebote es un equipo de ensayo portátil que puede ser utilizado en el laboratorio o en terreno para proporcionar un medio de evaluación rápida de la dureza de la roca o para ser un indicador de la dureza de la roca. Este método de prueba se aplica sólo a los martillos con una energía de impacto que no exceda de 0.735 Nm. Los martillos con energías superiores a 0.735 Nm tienden a romper la roca y no se recomiendan.
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MARCO TEÓRICO Norma D5873 Esta norma especifica cuáles son las características que debe tener el ensayo de compresión simple con el martillo de rebote. También especifica las condiciones mínimas para realizar este ensayo, y cuál es el mantenimiento que debe tener el instrumento para poder estar en regla. Procedimiento El martillo únicamente se debe usar en las superficies de los materiales a ensayar y en el yunque de prueba. Para la ejecución del ensayo, se realizan los siguientes pasos: -
Posicionar el martillo perpendicularmente a la superficie de la roca ensayada. Disparar el vástago o punzón de impacto empujando el martillo hacia la superficie de ensayo hasta que el botón salte hacia fuera. Pulsar el botón para bloquear el vástago de impacto después de cada impacto. A continuación, leer y anotar el valor de rebote indicado por el puntero del martillo. Colocar el yunque de prueba en una superficie dura y lisa. Limpiar las superficies de contacto del yunque y del vástago de impacto. Ejecutar el impacto con el martillo y comprobar el resultado comparándolos con el valor de calibración especificado en el yunque de prueba.
El factor de corrección (FC) se debe aplicar a todas las lecturas obtenidas en los ensayos y se calcula como: FC=
Valor de calibracióndel yunque de prueba Promedio de losdiez impactos sobre el yunque
De esta manera se tiene en cuenta la pérdida de rigidez del martillo con el paso del tiempo. Corrección de los valores obtenidos por el martillo de rebote sobre la muestra
[ CF x HR ] HR = Numero de rebotes que el martillo da sobre la muestra. pág. 7
Equipos utilizados Martillo de Rebote: El ensayo con este instrumento consiste en medir la resistencia al rebote de la superficie de la roca ensayada y gracias a su tamaño y manejabilidad es altamente usado. Consiste en un martillo de resorte de acero con una cantidad predeterminada de energía que, cuando se libera, atacan a un émbolo de metal en contacto con la superficie lisa de la roca (Ver Figura N°1). Figura N°1 Soporte de acero: Es un bloque en V de acero o es un soporte de acero con una ranura mecanizada semicircular con una masa mínima de 20 kg a los que las muestras se llevan a cabo de forma segura con algún tipo de dispositivo que sujeta la muestra. Las muestras de testigo de roca deben estar firmemente asentado en la base para la prueba (Ver Figura N°2). Figura N°2 Yunque calibrador: Es un bloque de verificación o cilindro, se utiliza para determinar el valor actual del martillo de rebote, contra el valor suministrado por el fabricante. El tamaño del yunque de verificación debería coincidir con el tamaño necesario para el tipo de martillo de rebote que es utilizado y deberá estar hecho de acero, es una herramienta con un área de impacto endurecido, tan firme como la punta del émbolo (Ver Figura N°3). N°3
Figura
Conceptos claves Rebote de martillo: Es accionado por un resorte, martillo de acero utilizado para clasificar la dureza de la roca en el campo o en el laboratorio. Número de dureza rebote: HR-un número adimensional que representa la dureza relativa del material de roca u otra sustancia dura mediante el uso de un martillo de rebote. Número de rebote: número adimensional en dos tiempos de lectura o valor basado en la absorción de parte de la energía elástica almacenada del muelle a través de la deformación plástica de la superficie de la roca y ondas mecánicas que se propagan a través de la piedra. pág. 8
DESARROLLO EXPERIMENTAL Como primer paso marcar 12 puntos, a una distancia de 3 cm, no muy cercano a los extremos. Medir el número de rebote al testigo de roca con el martillo (Ver Imagen 1, Anexo), registrar el valor marcado en el martillo, luego calibrar el martillo con el yunque de verificación de dureza definida (Ver Imagen 2, Anexo), registrar el valor marcado. Realizar el proceso para los 12 puntos marcados en la muestra, alternando con la calibración del martillo en el yunque. Obtenidos los valores, calcular el factor de correlación dividiendo el valor estándar del yunque de calibración por el promedio de los 12 valores tomados de la calibración del martillo Teniendo el factor de corrección, multiplicar por cada valor tomada de la muestra para obtener la corrección. Determinar la densidad geométrica para posteriormente sacar la resistencia uniaxial a la compresión y la dispersión media de valores de resistencia.
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ANALISIS DE RESULTADOS Calculo densidad: Primero se debe transformar la unidad de medida de la roca que se encuentra en 3 3 [g/ cm ] a [KN/ m ] se expresa como:
g cm cm 3 KN /m¿ [¿¿ 3] 1[K ] 1 [ KN ] m 1.000.000 ∗9.8 2 ∗ ∗ =26.362 ¿ 3 1000 [ g ] 1000 [ N ] s 1[ m ] 2.69[¿¿ 3]∗¿ ¿
[ ](
)(
)
Tabla N°1: “Registro lecturas de rebote del martillo” N° Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Promedio
Resultado Lectura 46 52 52 50 42 50 50 50 42 50 48 46 0,991
Debido a que ningún valor del resultado de lectura difiere con el promedio en más de 7 unidades, no se elimina ningún valor y se trabaja con dicho promedio. Se pág. 10
realizan los cálculos respectivos de Hr con las 12 lecturas que se registraron, aplicando factor de corrección.
Tabla N°2: “Calculo Hr” N° Hr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Lectura * Factor Corrección 46*1 52*1,029 52*1 50*0,972 42*0,972 50*1 50*0,972 50*0,972 42*1 50*1 48*0,972 46*1 Promedio
Hr 46 53,508 52 48,6 40,824 50 48,6 48,6 42 50 46,656 46 47,732
N ° Rebote Corregido=0.991∗48.167=47.733
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CONCLUSIÓN El ensayo de laboratorio se realizó según la normaASTM-D5873, donde el método del martillo de rebote es una metodología muy simple y confiable para estimar la resistencia a la compresión de los materiales. En el laboratorio se tomaron 12 valores de dureza de un testigo de roca, con los que se realizaron cálculos de corrección. A pesar de su aparente simplicidad el Martillo de rebote ha demostrado ser uno de los más útiles indicadores para determinar la resistencia de la roca.
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ANEXO Equipo de protección personal (EPP)
Figura N° 4: Guantes
Figura N° 5: Delantal
Figura N° 6: Mascarilla de Seguridad
Figura N° 7: Protectores Auditivos
Figura N° 9: Zapatos de Seguridad Figura N° 8: Antiparras
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Fotografías tomadas de la experiencia
Imagen 1: Medición de dureza.
Imagen 2: Calibrador del martillo
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