UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE
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Método de prueba estándar para
División de la resistencia a la tracción de muestras de testigos de roca intactos
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PRESENTADO POR:
@@@@@@@@ (ALUMNOS)
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ÍNDICE GENERAL ................................................................. ........... 2 RESUMEN EJECUTIVO ............................................. ...................................................... INTRODUCCIÓN ................................................ ....................................................... ........................................................................... .................... 3 1.1 Logros ........................................................ ............................................................................................................... ........................................................................... .................... 3 1.2 Objetivos Específicos ................................................ ........................................................ .......................................................... 4 1.3 Metodología ..................................................................................................... .................... 4 ............................................................................................................. ................................................................. ........... 5 MARCO TEORICO ....................................................... MARCO CONCEPTUAL ........................................................ .............................................................................................................. ........................................................ 6 MARCO NORMATIVO ................................................. ...................................................... ................................................................. ........... 6 1.4 Importancia y uso .............................................. ...................................................... ................................................................. ........... 6 1.5 Alcance ...................................................... ............................................................................................................. ........................................................................... .................... 7 2.1 Materiales ........................................ ........................................................ .................................................................................... ............................ 8 2.1.1 TESTIGO............................................... ....................................................... ........................................................................... .................... 8 2.1.2 Prensa.................................................... ........................................................................................................... ........................................................................... .................... 9 2.2 Procedimiento .................................................... .......................................................................................................... ............................................................... ......... 10 2.2.1 Marca ................................................................................. ............................................. 11 2.2.2 Posición ............................................................................. ............................................. 11 2.2.3 Carga ..................................................... ............................................................................................................ ......................................................................... .................. 11 2.3 Cálculos..................................................... ............................................................................................................ ......................................................................... .................. 11 2.3.1 Límites Máximos ...........................................................Error! Bookmark not defined. 2.4 Informe ...................................................... ............................................................................................................. ......................................................................... .................. 13 2.4.1 Muestra .................................................. ....................................................... ......................................................................... .................. 13 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................... 14 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................... ............................................. 15 ANEXOS ...................................................................... .......................................................... ....... 16
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INDICE DE TABLAS Tabla Nº 1 Calculos ....................................................................................................... 12 INDICE DE FIGURAS
Figura Nº 1 Configuración de prueba propuesta para dividir la resistencia a la tracción . 9
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RESUMEN EJECUTIVO
En este informe se presenta el procedimiento y desarrollo de la tracción indirecta, conocida también como el método brasileño. El presente informe tiene como finalidad determinar la resistencia a la tracción que presenta un roca a través de la aplicación de un carga uniaxial de compresión sobre un diámetro del disco de roca. La resistencia a la tracción se obtiene por el ensayo de tracción uniaxial directa, pero dicho ensayo es más complicado y costoso, en cambio, el ensayo de tracción indirecta es una opción para obtener la resistencia a la tracción. Además este ensayo en más fácil y menos costoso de ejecutar.
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INTRODUCCIÓN
El presente ensayo se rige por la norma ASTM D3967-08, para un mejor procedimiento, en este documento se menciona los pasos a seguir según la norma ASTM Este método de prueba abarca el aparato de prueba, la preparación de la muestra y los procedimientos de prueba para determinar la resistencia a la tracción de división de la roca mediante la compresión de la línea diametral de un disco. Los ingenieros que participan en el diseño de la mecánica de las rocas suelen lidiar con campos de esfuerzos complicados, que incluyen varias combinaciones de campos de tensión de compresión y tensión. Bajo tales condiciones, la resistencia a la tracción debe ser obtenida con la presencia de esfuerzos de compresión que sean representativos de las condiciones del campo. La prueba de fuerza de tracción es una de las pruebas más simples en las que se producen campos de tensión. Dado que es ampliamente utilizado en la práctica, se necesita un método de prueba uniforme para que los datos sean comparables.
1.1 Logros
Ejecutar y estudiar el ensayo de tracción indirecta
Investigar y comprender todos los aspectos concernientes al ensayo de tracción indirecto o ensayo brasileño en rocas.
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Investigar cómo se calcula el ensayo de tracción indirecto o ensayo brasileño en rocas y las utilidades de este ensayo en la ingeniería.
1.2 Objetivos Específicos a) Realizar ensayos de tracción indirecta en el laboratorio de mecánica de rocas b) Poner en practica la norma ASTM D3967-08 c) Conocer y comprobar la resistencia que tiene una roca a la tracción indirecta d) Conocer los equipos que harán posible nuestro ensayo
1.3 Metodología Las técnicas utilizadas en este estudio, son de investigación documental obtenidas por las normas ASTM D3967-08
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MARCO TEORICO El ensayo de tracción indirecta se rige por la norma ASTM D3967-08. Este ensayo consiste en someter a compresión diametral una muestra (disco), aplicando una carga de manera uniforme a lo largo de de la muestra (disco) hasta alcanzar la rotura. El disco de roca es sometido a una carga lineal de compresión actuando sobre un diámetro. 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. El resultado de este esfuerzo de compresión es una tensión horizontal y un esfuerzo de compresión vertical variable Cerca de los bordes de contacto, los esfuerzos compresivos toman valores máximos, lo que puede causar un fracturamiento local. Esta anomalía se reduce empleando testigos con relación (esbeltez) espesor/diámetro de 0.5. La fractura inicial producida sobre el testigo será el resultado del esfuerzo de tracción que ocurre en el centro del disco. El equipo utilizado para el ensayo es ………………. que puede aplicar y medir la carga diametral sobre el testigo y que cumpla con los requerimientos de la Norma ASTM E4. Adicionalmente se requiere el apoyo suplementario entre el testigo y los bloques de la prensa de mordazas que permiten reducir la alta concentración de esfuerzos. Estos se utilizan para reducir las tensiones de contacto. El radio de curvatura de las mordazas deben ser diseñados de manera que su arco de contacto con la muestra serán en
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ningún caso superar el 15 ° o que el ancho de contacto es menor que D / 6, donde D es el diámetro de la espécimen. (ASTM, 2008) MARCO CONCEPTUAL Roca: Es un cuerpo heterogéneo, pero a su vez también es inorgánico y es finalmente natural. Así mismo se define como un elemento abiótico de los ecosistemas que forman la naturaleza. Se forman a partir de la asociación de varios minerales, que tienen una composición química que es variable. Su formación responde a un proceso o fenómeno geológico determinado, que tras un cierto período de tiempo culmina en la formación de dicho cuerpo.
Resistencia a la compresión: Esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de aplastamiento. La resistencia a la compresión se calcula dividiendo la carga máxima por el área transversal original de una probeta en un ensayo de compresión.
Espécimen: Muestra de roca utilizada para la realización del ensayo, posee una geometría definida de acuerdo a la normatividad. MARCO NORMATIVO El ensayo de tracción indirecta o ensayo brasileño obedece a la norma (ASTM D396708 American Section of the International Association for Testing Materials) el cual en su norma se refiere al significado, uso y alcance que tiene este método.
1.4 Importancia y uso Por definición, la resistencia a la tracción se la obtiene mediante el ensayo de tracción uniaxial directa. Sin embargo, el ensayo de tracción es difícil y caro para la aplicación 6
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rutinaria. La prueba de tracción indirecta parece ofrecer una alternativa deseable, porque es mucho más simple y de bajo costo. Además, los ingenieros involucrados en mecánica de rocas suelen tratar con campos de esfuerzos complicados, incluyendo varias combinaciones de campos de esfuerzos de compresión y tracción. Bajo tales condiciones, la resistencia a la tracción debe ser obtenida con la presencia de tensiones y compresión las cuales sean representativas a las condiciones de campo. El ensayo de resistencia a la tracción indirecta es una de las pruebas más sencillas en las que se producen dichos campos de tensión. Puesto que se utiliza ampliamente en la práctica.
También se necesita un ensayo uniforme para garantizar que los especímenes de disco diametralmente se rompan debido a la tracción tirando a lo largo del diámetro de carga. A pesar de las declaraciones de precisión y sesgo contenidas en este ensayo, la precisión de este método depende de la competencia del personal que realice, y la adecuación de los equipos y las instalaciones utilizadas.
1.5 Alcance a. Este ensayo cubre la prueba de algunos aparatos, preparación de muestras y métodos de prueba para determinar la resistencia a tracción indirecta de la roca por compresión diametral lineal de un disco. b. La resistencia a la tracción de la roca determinada por esta prueba de tracción se designa como la resistencia a la tracción "indirecta" y, en 7
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concreto, el valor obtenido en esta prueba se denomina resistencia a la tracción "splitting". c. Los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como estándar. Los valores entre paréntesis son conversiones matemáticas y se proporcionan como título indicativo. d. Todos los cálculos de dimensiones y medidas de fuerza, y la tensión se ajustarán a las directrices de cifras significativas y redon deo establecidos en la norma ASTM D 6026.
Esta norma no pretende dirigir todas las inquietudes sobre seguridad, si las hay, asociadas con su uso. Es la responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas apropiadas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.
2.1
Materiales
2.1.1 TESTIGO Los testigos deben ser discos circulares con una relación espesor/diámetro entre 0.5 y 0.75.- El diámetro del testigo debe ser por lo menos 10 veces mayor que el grano más grande del mineral que forma la roca. Un diámetro de 4.92 cm por lo 8
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general satisface este criterio. Cuando el diámetro es menor que el indicado y se deben ensayar pues no hay disponibilidad de material, se debe anotar este hecho en el informe. Se determinará el diámetro del testigo con una aproximación de 0.1 mm. Se tomará tres medidas y obtendrá el promedio. Una de las medidas debe ser tomada en el diámetro que se va ensayar.- Se determinará el espesor del disco con aproximación de 0.1 mm. Se tomará tres medidas y obtendrá el promedio. Una de las medidas debe ser tomada en el eje del disco. En nuestro caso la muestra/testigo que usamos es una granodiorita
2.1.2 Prensa Una prensa que puede aplicar y medir la carga diametral sobre el testigo, con una capacidad de carga de 100 toneladas y que cumplan con los requerimientos de la Norma ASTM E4 y British Standard 1610.- Apoyos suplementarios. Entre el testigo y los bloques de apoyo se coloca nudos de apoyos adicionales que permiten reducir la alta concentración de esfuerzos. Estos apoyos pueden ser pedazos de cartón grueso (0.01D de espesor). Preparación de testigos Figura Nº 1 Configuración de prueba propuesta para dividir la resistencia a la t racción
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Plato de maquina
Muestra/testigo
Plato falso
Configuración de prueba propuesta para dividir la resistencia a la tracción (ASTM)
2.2
Procedimiento
Para este ensayo primeramente se tomó el espesor de la roca
Luego se pesó la muestra (véase anexo 01)
Luego se coloco la muestra en la prensa (véase anexo 04)
Se llenan los datos requeridos por la maquina (véase anexo 03)
Finalmente, se toma anotan los resultados luego del ensayo (véase anexo 05) 10
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2.2.1 Marca la orientación vertical deseada de la muestra se indicará marcando una línea diametral en cada extremo de la muestra. estas líneas se usarán al centrar la muestra en la máquina de prueba para garantizar una orientación adecuada, y también se utilizan como líneas de referencia para mediciones de espesor y diámetro.
2.2.2 Posición
Coloque la muestra de prueba para asegurarse de que el plano diametral de las dos líneas marcadas en los extremos de la muestra se alinee con el centro de empuje de la superficie de apoyo esférica
2.2.3 Carga Aplique una carga de compresión continuamente creciente para producir una tasa de carga o deformación aproximadamente constante, de modo que la falla ocurra dentro de 1 a 10 minutos de carga, que debería caer entre 0.05 y 0.35 MPa / s (500 y 3000 psi / min) de velocidad de carga , dependiendo del tipo de roca
2.3
Cálculos El esfuerzo de tracción indirecta del testigo se halla calculando como sigue:
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12 2 =
Dónde: =
Esfuerzo de tracción indirecta, MPa o kg/cm2
P = Máxima fuerza aplicada sobre el testigo, carga de ruptura del disco, kg L = Espesor del testigo, mm D = Diámetro del testigo, mm 2 ∗ 6.23 =
∗ 46 ∗ 40 = 2.16
2.3.1 Datos Figura Nº 2 Datos obtenidos por la prensa
Tabla Nº 1 Calculos
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7
6
5
4 Series1
3
2
1
0 0
2.4
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Informe
2.4.1 Muestra Descripción física del espécimen incluyendo roca tipo; ubicación y orientación de los planos aparentes de debilidad, planos de camas y esquistosidad; grandes inclusiones o inhomogeneidades Diámetro y longitud de la muestra, conformidad con requisitos dimensionales, dirección de carga si anisotropía existe Tipo de contacto entre la muestra y la carga platens. Velocidad de carga o tasa de deformación.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones Los resultados obtenidos en el ensayo de tracción indirecta dieron a conocer que nuestra muestra tiene una resistencia a la tracción de 2.16KPa
Los resultados dependen mucho de la posición de la muestra, por ello, es mejor seguir al pie de la letra las indicaciones dadas por la norma ASTM D3967-08
El ensayo de tracción indirecta es método fácil y económico de hacer
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BIBLIOGRAFÍA
ASTM. (2008). Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Intact Rock Core Specimens.
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ANEXOS ANEXO 01
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ANEXO 03
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ANEXO 04
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ANEXO 05
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