LABORATORIO SOSTENIMIENTO DE MINAS ENSAYO DE RESISTENCIA A LA TRACCION DE UNA VARILLA DE ACERO PARA ANCLAJE MECANICO
ANDRES YAÑEZ CASANOVA NATALY DUQUE VEGA MAYRA LEAL UREÑA CAROLINA MONTAÑEZ CAICEDO EDY MARÍA DURÁN MADARIAGA JARVINSON JESUS LOPEZ CASADIEGOS CODIGO: 1180617
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA DE MINAS SOSTENIMIENTO DE MINAS CUCUTA 2017
LABORATORIO SOSTENIMIENTO DE MINAS ENSAYO DE RESISTENCIA A LA TRACCION DE UNA VARILLA DE ACERO PARA ANCLAJE MECANICO
PRESENTADO POR: ANDRES YAÑES CASANOVA (1180749) NATALY DUQUE VEGA (1180671) MAYRA LEAL UREÑA (1180772) CAROLINA MONTAÑEZ CAICEDO (1180757) EDY MARÍA DURÁN MADARIAGA (1180371) JARVINSON JESUS LOPEZ CASADIEGOS CODIGO: 1180617
PRESENTADO A: JOSE AGUSTIN VARGAS ROSAS INGENIERO DE MINAS-MSC.
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA DE MINAS SOSTENIMIENTO DE MINAS CUCUTA 2017
INTRODUCCIÓN Muchos materiales cuando están en servicio, están sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones conocer las características del material, su comportamiento después de añadir una carga, las condiciones de uso, propiedades de fabricación son estándares indispensables para diseñar el instrumento donde va a usarse, de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture, provocando daños físicos y económicos en la infraestructura de la obra. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación, ante una fuerza o carga aplicada. Los términos de ensayo de tensión que se usan normalmente a la hora de hablar de ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga uniaxial (estática) hasta que ocurre la falla, momento en el cual gracias a una serie de sensores y demás sistemas eléctricos en la maquinaria, es permitido conocer una serie de puntos que a su vez forman una gráfica en el plano esfuerzo vs deformación, describiendo su comportamiento antes y después de la rotura, es decir, con carga y sin carga. En un ensayo de tensión simple, la operación se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separándolos. En un ensayo de tensión, la probeta se alarga en una dirección paralela a la carga aplicada. Dentro de los límites de lo práctico resultante de la carga se hace coincidiendo con el eje longitudinal de la probeta. .
OBJETIVOS Objetivo general.
Determinar el comportamiento de un metal cuando es sometido a esfuerzos axiales de tensión.
Objetivos Específicos
Conocer las normas y técnicas para la realización del ensayo de tensión para metales. Determinar las principales propiedades mecánicas de un metal.
TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................................
3
OBJETIVOS ...................................................................................................................................................... 4 ANALISIS Y RESULTADOS ......................................................................................................................... 1.
7
ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA BARRA DE ACERO ENSAYADA ..........................7
1.1.
PERNOS FRP DE ROSCA CONTINUA PARA ANCLAJE ........................................................ 8
1.1.1.
Usos .....................................................................................................................................................
8
1.1.2.
Ventajas ..............................................................................................................................................
8
2. DESCRIBA LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y PARTES DEL EQ UIPO E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO ................................................................................. 8 3. EXPLIQUE EL PROCEDIMIENTO UTILIZADO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA TRACCION DE LA VARILLA DE ACERO .....................................................12 4.
REGISTRE Y TABULE LOS RESULTADOS .................................................................................14
5.
OBSERVE, ANALICE, Y TOME FOTOS SOBRE EL TIPO DE ROTURA ..............................14
6.
RESUELVA LOS SIGUIENTES ITEMS ...........................................................................................18
¿En que afecta la capacidad de soporte en el diseño de pernos? .....................................................18
Mencione las condiciones que condicionan la capacidad de soporte de un perno de anclaje ....18
Explique el comportamiento mecánico de la roca ensayada. Describa la curva completa esfuerzo deformación antes y después de la rotura ....................................................................................18
Según el Ensayo Preliminar, ¿cual es la importancia del ensayo a tensión? .................................22
Debido a la baja resistencia al corte de las mordazas en la maquinaria utilizada para el ensayo, ¿qué se puede hacer en el momento de hacer cálculos con estos resultados? ........................................22
De acuerdo a los resultados obtenidos del ensayo, ¿qué tan convenientes sería usar pernos de anclaje en un techo de carbón, en cuya columna estratigráfica presente materiales poco resistentes como la arcillo lita? ......................................................................................................................................... 22
Si en una labor minera existe la presencia de una cuña, que este propensa al deslizamiento debido a sus paredes poco cohesivas, ¿la implementación de pernos de anclaje se tomaría como una opción? ..............................................................................................................................................................22
Bajo que efectos actua un perno de anclaje cuando sostiene un paquete de datos, anclandolo para impedir el deslizaiento de éstos. ........................................................................................................... 23
Explique la influencia de la separación entre pernos en el mecanismo de transferencia de carga. .................................................................................................................................................................24
Un sistema de refuerzo de perno de roca se compone de cinco elementos: la roca, la lechada, el perno y la interfaz de roca / lechada y la interfaz de lechada / perno. Teniendo en cuanta esto, explique los modos de falla. ............................................................................................................................ 24
¿Porque es importante la barra de acero en el funcionamiento del perno? ..................................24
Como influye el perfil de la superficie del perno en la transferencia de carga del sistema de atornillado de roca. ......................................................................................................................................... 24
CONCLUSIONES ...........................................................................................................................................
27
BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................................
28
ANALISIS Y RESULTADOS 1. ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA BARRA DE ACERO ENSAYADA
1.1.
PERNOS FRP DE ROSCA CONTINUA PARA ANCLAJE
Los RESPOL BOLT son pernos de anclaje con rosca en toda su longitud y fabricados en materiales compuestos conformados por fibras de refuerzo embebidas en una matriz de resina polimérica. Debido a la naturaleza del material compuesto los RESPOL BOLT tienen alta resistencia mecánica, alta resistencia química, bajo peso, no son inflamables y no tienen conductividad eléctrica.
1.1.1. Usos • Para sostenimiento de la masa rocosa suelta en obras subterráneas. • Para consolidación de roca en la estabilización de taludes. • Como pernos de carácter permanente en obras civiles. • Como pernos de carácter provisional en minería. • Para todo tipo de anclaje que está sometido a condiciones severas de ataque químico.
1.1.2. Ventajas • Alta resistencia a tracción. • Alta resistencia a la corrosión. Debido a la naturaleza del material compuesto, los pernos FRP poseen excelente durabilidad y son el material más idóneo para pernos de carácter permanente • Alta resistencia química. Los pernos FRP tienen alta resistencia a ácidos, álcalis del cemento, resistencia al agua y el suelo. • Los pernos FRP son fabricados con rosca en toda su longitud, facilitando el despiece y permitiendo el reajuste de la placa en caso de que el perno pierda soporte. • Bajo peso. Los pernos FRP pesan la cuarta parte de un perno de acero del mismo diámetro, permitiendo así disminución en los costos de mano de obra para su aplicación y disminución en los costos de transporte. • Los pernos FRP no tienen conductividad eléctrica, por lo tanto ofrecen seguridad en la manipulación dentro de la obra, ya que no producen chispa. Esto es de vital importancia en obras subterráneas donde exista concentración de gases. • Los pernos FRP no son inflamables, lo que significa que se auto extinguen en pocos segundos. • Los pernos FRP tienen un alto aislamiento térmico, lo cual es una gran ventaja en caso de incendio, ya que sólo la parte expuesta del perno se calentaría, mientras que la parte embebida en la roca continúa ejerciendo su función. • Los pernos FRP tiene baja expansividad térmica que se basa en su baja conductividad térmica. • Reduce tiempos y costos eliminando la utilización de pesados entibamientos. • Instalación rápida y sencilla. • En combinación con Cartuchos de Resina Adhe-Rok® la acción de refuerzo es inmediata. • Método fácil de mecanizar
2. DESCRIBA LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y PARTES DEL EQUIPO E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO
PIE DE REY
Es un instrumento de medición, principalmente de diámetros exteriores, interiores y profundidades. BALANZA
Es un instrumento de laboratorio que mide la masa de un cuerpo o sustancia química, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo.
MAQUINA UNIVERSAL IBERTEST 600kn Es un ensayo versátil y con una alta capacidad de ensayo. La máquina incluía el suministro de accesorios para loa realización de ensayos de:
Tracción. Compresión. Flexión. Plegado. Así como un sistema de extensómetro de alta precisión, para la medición e xacta de la deformación de la probeta y la determinación de parámetro como el módulo elástico del material.
Máquina de ensayos universal IBMT2 600 MD2W
CARACTERISITICAS TÉCNICAS SISTEMA HIDRÁULICO. La aplicación de la carga se realiza por medio de un pistón hidráulico, Situado dentro del bastidor de la máquina. Para generar la presión, una unidad de potencia servo-hidráulica, está comprendido. La unidad de alta presión está bien ajustada Y resistente a la contaminación, con muy poco ruido.
La regulación del flujo de fluido hidráulico (y velocidad de carga) se realiza por medio de un rendimiento servo válvula montado en un colector (Distribuidores hidráulicos). El conjunto del conjunto de potencia, colector y servo válvula es situado dentro de un escritorio de trabajo y se basa en un conjunto de cuatro amortiguadores que evitan la transmisión de vibraciones el marco. El escritorio de trabajo está hecho de aluminio con paneles de chapa de acero pintado con acabado epo xi para alta corrosión y resistencia.
SISTEMA DE CONTROL Control de lazo cerrado la velocidad de aplicación de la carga, mandado por un módulo electrónico microprocesador, modelo MD2 El módulo está instalado en el bastidor de y su funcionamiento es completamente independiente del ordenador que se conecta a través de USB 2.0 o Ethernet. Así, el usuario puede, si se desea, reemplazar el ordenado r sus propios sin intervención de Servicio Técnico asistencia IBERTEST sin ajustes ni re calibración la máquina. El software adquiere WINTEST32 estos datos en tiempo real para gráficos, cálculos, resultados de muestras, etc. Para pruebas universales de alta carga fabricado según las normas EN 10002-2; ASTM E4, ISO 7500 - 1; DIN 51221 y guía BS1610. Cabezales de agarre hidráulicos (superior e inferior) con cuña cierre. Especialmente indicado para la prueba de combinación debido a su doble diseño del espacio Prueba de tracción / compresión o de flexión / flexión Llevado a cabo sin interrupción para cambiar los dispositivos. Adicionalmente se puede complementar con dispositivos opcionales Para otro tipo de pruebas: >> Extrusión >> Cizalla Calidad de fabricación Cabezales de agarre hidráulicos: incorporados al móvil Crucero, cuya altura es ajustable por medio de dos Accionamientos de tornillos motorizados. NUEVO: ALL en una interfaz de la PC del tacto Nueva interfaz de usuario, con pantalla táctil incorporada PC, moderno, más fácil y con mejores prestaciones. Una alternativa a las PC de mesa convencional, colocando junto con un diseño compacto con pantalla táctil, con las prestaciones de otros sistemas. Este sistema se monta directamente en el bastidor de prueba con soporte orientable, reduciendo los requisitos de espacio y ofrece una posición de trabajo ergonómica para la máquina así como para la gestión de dispositivos de prueba.
Marco de prueba de espacio doble compuesto por: >> columnas de guía de 4 columnas. >> Travesaño superior fijo. >> Plegado >> Punzonado >> Penetración Máquina de ensayos universal IBMT2 600 MD2W
3. EXPLIQUE EL PROCEDIMIENTO UTILIZADO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA TRACCION DE LA VARILLA DE ACERO a. Medición de la probeta: Antes de comenzar a realizar los ensayos de tensión se deben tomar las respectivas medidas dimensionales de las probetas. Este procedimiento de medición es efectuado con un gran cuidado y debe implementarse la correcta utilización del Calibrador "pie de rey", y la regla un instrumento de medición de vital importancia para tomar el valor de nuestros datos.
b. Para tomar las medidas de nuestras probetas utilizaremos las unidades del sistema métrico internacional (SI) expresando dichas medidas en milímetros (mm). Es muy importante ser bastante cuidadosos en la toma de estas medidas ya que después de someter las probetas a los ensayos de tensión se van a ser unas comparaciones finales, tanto en la longitud de la probeta como el diámetro de la misma. b. Programación y puesta a punto de la maquina universal de ensayos: Paso siguiente con la ayuda del encargado le laboratorio o el docente procedemos a calibrar y programar el software de la maquina universal para poder realizar el ensayo de tensión según los parámetros establecidos; Para poder realizar esto tenemos que reconocer y manejar unos conceptos básicos de servirán como datos de entrada y mecanismo de cálculo para la maquina universal.
c. Realización de la prueba y toma de los datos: La máquina universal impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada “load” en toneladas fuerza (Tf). La máquina también poseen un potenciómetro lineal el cual toma los datos de posición los cuales denomina “Stroke” en milímetros (mm); resultando así una tabla de datos donde tenemos una relación de la carga y el estiramiento del material.
MORDAZA SUPERIOR
PERNO DE ANCLAJE
MORDAZA INFERIOR
4. REGISTRE Y TABULE LOS RESULTADOS
5. OBSERVE, ANALICE, Y TOME FOTOS SOBRE EL TIPO DE ROTURA FRACTURA DUCTIL. Las superficies de fractura dúctiles tienen sus propios rasgos tanto a nivel microscópico como microscópico. La figura muestra esquemáticamente dos perfiles microscópicos característicos de fractura. La configuración mostrada en la figura (a) se encuentra en metales muy blandos, tales como oro y plomo a temperatura ambiente, y en otros metales, polímeros y vidrios inorgánicos a
temperaturas elevadas. Estos materiales son muy dúctiles y se rompen cuando la estricción se reduce prácticamente a un punto, presentando una reducción de área virtualmente igual al 100%. El tipo más común de perfil de fractura a tracción en los materiales dúctiles es el representado en la figura (b), en la cual la fractura es precedida por solo una cantidad moderada de estricción.
El proceso de fractura normalmente ocurre en varias etapas (Figura). En primer lugar, después de iniciarse la estricción, se forman pequeñas cavidades, o microcavidades, en el interior de la sección, tal como se indica en la figura (b). A continuación, a medida que la d eformación aumenta, estas microcavidades se hacen mayores, se juntan y coalescen para formar una grieta elíptica, la cual tiene su eje mayor perpendicular a la dirección de la fuerza aplicada. La grieta continua creciendo en una dirección paralela a su eje mayor mediante este proceso de coalescencia de microcavidades (Figura (c)). Finalmente, se produce la fractura por la rápida propagación de un a grieta alrededor del perímetro exterior de la estricción (Figura (d)), por deformación de cizalladura formando un ángulo de alrededor de 45° con respecto al eje de tracción, o sea, el Angulo en el cual la tensión de cizalladura es máxima. Algunas veces, una fractura que tiene este contorno característico se denomina fractura copa-cono debido a que una de las superficies tiene la forma de una copa y la otra la de un cono.
REISTRO FOTOGRAFICO VARILLA FALLADA
6. RESUELVA LOS SIGUIENTES ITEMS
¿En que afecta la capacidad de soporte en el diseño de pernos?
R: la capacidad de soporte es un factor muy importante porque es la carga que pueden so stener sin deformación apreciable. Si no se tiene una capacidad de soporte ma yor a la fuerza ejercida al perno se va a deformar. El diseño de pernos se basa en la resistencia límite a la tracción Sp, que es el máximo esfuerzo que puede soportar el perno sin experimentar deformación permanente.
Mencione las condiciones que condicionan la capacidad de soporte de un perno de anclaje
Esta capacidad depende de varias condiciones:
Condiciones del techo (resistencia de la roca, grietas o fisuras, etc.)
Condiciones atmosféricas (temperatura, humedad relativa )
Tipo del perno de anclaje (mecánico, con lechada de cemento, con resina, etc.)
Método de anclaje del perno
Resistencia del acero
Explique el comportamiento mecánico de la roca ensayada. Describa la curva completa esfuerzo deformación antes y después de la rotura Grafica carga deformación
Basados en el libro de diseño de ademes en minas subterráneas tenemos la grafica carga vs deformación.
En el laboratorio de resistencia de materiales se realizó el ensayo de la resistencia de la tracción de una varilla de acero de perno. Es lineal y se compone por dos partes, no existe extensión al empezar aunque se aplique una carga (punto 1) esto se explica que por el hecho de que la carga aplicada aun no llega a afectar al perno, este hecho también hace que la curva obtenida se prolongue de un color más pronunciado después de un punto, puesto el perno no adquiere algún tipo de elongación a pesar de que se está aplicando una carga constante. Después del punto 2 la deformación lineal se incrementa, es decir ya la carga empieza hacer efecto (sección 2-3). La capacidad de anclaje se pierde desde el punto 3. Y el valor del punto 4 es la carga aproximada de trabajo del perno. En el punto 5 se habla de la post-rotura en dicha zona se determina el comportamiento del perno el cual es reflejado por la forma de la curva una vez llega a una carga que excede su capacidad, el perno tiende a romperse y no recupera su forma original, a esto se le llama un comportamiento plástico, es decir el perno sufre una deformación permanente debido a la carga aplicada. También se puede deducir que la zona de la curva la cual se refiere a un comportamiento elástico (punto 1) es muy mínima y es donde no se ha pronunciado la carga, por tanto se concluye que por la dirección decreciente que toma la gráfica casi inmediatamente de que llega a una carga máxima el perno tiene un comportamiento plástico.
1. Deformaciones elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional. 2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de Lüders). No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara. 3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las de formaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica. 4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensióndeformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente hasta el comienzo de la estricción) entre la sección inicial: cuando se produce la estricción la sección disminuye (y por tanto también la fuerza necesaria), disminución de sección que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura. Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de tracción son la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías elásticas y totales absorbidas y que vienen representadas por el área comprendida bajo la curva tensión-deformación hasta el límite elástico en el primer caso y hasta llegar a rotura en el segundo.
Según el Ensayo Preliminar, ¿cual es la importancia del ensayo a tensión?
Se realiza Con el objetivo de obtener experiencia con el material y la máquina universal usada en los ensayos, se realizaron ensayos de tracción hasta la fluencia de la barra reforzada. Este ensayo sirvió para notar que, en primer lugar, la máquina a medida que se sometía el perno ala tracción en las mordazas por su baja resistencia al corte. Como consecuencia de esto se generaba una falla local en los extremos de las barras que no permitía ensayarlas.
Debido a la baja resistencia al corte de las mordazas en la maquinaria utilizada para el ensayo, ¿qué se puede hacer en el momento de hacer cálculos con estos resultados?
Es irreverente no tener un margen de error en cualquier ensayo de tracción o de compresión que se realice a un material, por ello es indispensable ofrecer un castigo o un porcentaje de exactitud en los resultados obtenidos, este valor de precisión se puede obtener haciendo comparaciones con datos confiables que se hallan realizado en máquinas que cumplan con un mismo fin, pero que estén más actualizadas, por tanto proporcionando valores más acordes al comportamiento del material ensayado.
De acuerdo a los resultados obtenidos del ensayo, ¿qué tan convenientes sería usar pernos de anclaje en un techo de carbón, en cuya columna estratigráfica presente materiales poco resistentes como la arcillo lita?
Por supuesto que es muy conveniente hacer uso de este tipo de sostenimiento, puesto que actualmente es el mas popular por las condiciones elástico-platicas que ofrece, claro está que se debe hacer una buena aplicación en el momento de implementarlos puesto que de lo contrario, no permitiría usar y aprovechar los beneficios que este presenta generando sobrecostos en un proyecto minero. En un techo de baja calidad se debe buscar en la columna estratigráfica un punto de apoyo firme donde el perno se pueda anclar el paquete de estratos propensos al derrumbe proporcional a la longitud máxima que éste cumpla. Dado que no se cuente con un punto compatible para anclar el perno, es conveniente hacer un estudio de cada uno de los tipos de pernos para mirar cual es la viabilidad de cada uno y tener en cuenta el factor seguridad y economía anticipadamente a una decisión final, por otro lado la remoción de este techo hasta llegar a un punto más seguro para el perno se tomaría en cuanta siempre y cuando sea factible económicamente.
Si en una labor minera existe la presencia de una cuña, que este propensa al deslizamiento debido a sus paredes poco cohesivas, ¿la implementación de pernos de anclaje se tomaría como una opción?
Los sistemas de reforzamiento con pernos de roca minimizan las deformaciones inducidas por el peso muerto de la roca aflojada, así como también aquellas inducidas por la redistribución de los esfuerzos en la roca circundante a la excavación. En general, el principio de su funcionamiento es
estabilizar los bloques rocosos y/o las deformaciones de la superficie de la excavación, restringiendo los desplazamientos relativos de los bloques de roca adyacentes. En roca masiva o levemente fracturada y en rocas fracturadas, el papel principal de los pernos de roca es el control de la estabilidad de los bloques y cuñas rocosas potencialmente inestables. Esto es lo que se llama también el “efecto cuña”. Cuando los bloques o cuñas son aislados solo amerita estabilizarlas con pernos aislados, a esto es lo que se denomina también, sostenimiento aislado o esporádico, de lo contrario lo usual será el sostenimiento sistemático en todo el techo y/o paredes de la excavación, según sea requerido. .
Bajo que efectos actua un perno de anclaje cuando sostiene un paquete de datos, anclandolo para impedir el deslizaiento de éstos.
Los pernos ayudan a resistir el desplazamiento relativo entre los estratos, aumentando la rigidez de la viga estructural que forman y creando ligazón entre los bloques tabulares, para minimizar la deflexión del techo. Esto es lo que se llama también el “efecto viga”. Este concepto puede se extendido al caso de paredes paralelas a estratos o discontinuidades subverticales, generando el denominado “efecto columna”, para minimizar el pandeo de los bloques tabulares.
Explique la influencia de la separación entre pernos en el mecanismo de transferencia de carga.
El perno de roca se ha utilizado firmemente como refuerzo del techo de las minas subterraneas de carbón. El efecto de empernado de perno de las barras de refuerzo co mpletamente con lechada está estrechamente relacionada con el perfil de la superficie del perno. Un estudio experimental logro confirmar que la longitud interna del nervio del perno tiene gran influencia en el efecto de perno. Se realizaron ensayos de extracción utilizando un perno de varilla de refuerzo con diferentes separaciones de nervadura de 12, 24, 36 y 48 mm de forma representativa de tubo de acero y de hormigón. Los resultados muestran que la carga máxima aumenta un 25,3% para el perno con un gran espaciamiento de las costillas.
Un sistema de refuerzo de perno de roca se compone de cinco elementos: la roca, la lechada, el perno y la interfaz de roca / lechada y la interfaz de lechada / perno. Teniendo en cuanta esto, explique los modos de falla.
El modo de fallo axial del sistema de pernos de rejilla cementada tiene una o más maneras: el perno, la lechada, la roca, la interfaz de la boquilla o de la lech ada-roca.
¿Porque es importante la barra de acero en el funcionamiento del perno?
El tipo de fallo axial dependía de las propiedades del elemento individual. La barra de acero es el elemento gobernante el comportamiento axial del sistema de refuerzo. Si el perno tenía la longitud suficiente para transferir toda la carga a la masa rocosa circundante, fallaría. El esfuerzo cortante en la interfaz perno / rejilla era a menudo mayor q ue en la interfaz de lechada / roca debido al área de contacto más pequeña. Si la lechada y la roca fueran de fuerzas similares, el fallo podría ocurrir en la interfaz de la boquilla-rejilla. Si la roca circundante era más blanda, entonces, el fallo podría ocurrir en la interfaz de lechada / roca.
Como influye el perfil de la superficie del perno en la transferencia de carga del sistema de atornillado de roca.
Estudios experimentales y numéricos han confirmado que el perfil de la superficie del perno juega un papel importante en la transferencia de carga de sistemas de atornillado de roc a completamente rejuntados. Fabjanczyk y Tarrant investigaron el mecanismo de transferencia de carga en las pruebas de empuje para el perno de varilla de refuerzo con varias alturas de costilla. Encontraron que los tornillos con una altura de perfil más bajo tenían una rigidez más pequeña y concluyeron que la transferencia de carga era una función de parámetros tales como diámetro de orificio, propiedades mecánicas de resina y configuración de superficie de barra.
Figura 1. Configuración del perfil de la nervadura del perno de acero Más tarde, un estudio experimental realizado por Kang et al. Encontró que el aumento de la altura de las costillas de 0,48 a 1,42 mm mejorado rendimiento de atornillado de rejuntado completamente perno. Para el estudio del espaciamiento de las nervaduras, Blumel fue el primero en reportar la influencia del espaciamiento de las nervaduras sobre la capacidad de transferencia de carga del perno. Los ensayos de tracción se realizaron utilizando una tubería de acero de 500 mm de longitud llena de hormigón. El perno se ancló en la tubería de acero con lechada de cemento. El resultado muestra que las cargas de arrastre aumentan con un incremento en el espaciamiento de las nervaduras de 13,7, 27,4 y 54,8 mm, respectivamente. Después del estudio de los hallazgos experimentales se observó que se desarrollaron tensiones axiales mayores en el caso de las costillas espaciadas más grandes en comparación con el espaciamiento de nervios pequeños. Aziz y Webb estudiaron las configuraciones de los perfiles mediante la prueba de empuje de los tornillos de resina cementada en tubos cilínd ricos de acero de 75 mm. Sin embargo, se encontró que la longitud del tubo de acero era insuficiente para acomodar un número adecuado de nervios de perno. Estudios adicionales indicaron que el aumento del espaciado del perfil contribuyó a mejorar la rigidez del anclaje del perno, como se indica en la Fig. 2. Estudios previos proporcionan una comprensión fundamental de la función del perfil del perno y su influencia en el fallo de los pernos de roca. Sin embargo, todas las pruebas se realizaron utilizando tubos de acero como confinamiento para simular la masa rocosa circundante. No se ha informado de ningún intento de evaluar el efecto de perno para el perno de varilla de refuerzo con diferentes separaciones de nervaduras incrustadas en bloques de hormigón, lo que puede simular mejor las geo-condiciones realistas de las minas de carbón subterráneas. En consecuencia, este trabajo presenta una serie de ensayos de extracción de laboratorio anclados en bloques de ho rmigón para evaluar el efecto de perno para el perno de varilla de refuerzo con diferentes espaciamientos de las nervaduras. Además, también se realizan ensayos de extracción para empernar especímenes usando tubo de acero como material confinante como comparación con estudios previos. Este trabajo de investigación proporciona evidencia experimental para lograr un diseño óptimo de pernos en aplicaciones de ingeniería.
Estudios de laboratorio de ensayos de extracción de pernos de acero que muestran la carga máxima para distintos espaciamientos del perfil del perno.
CONCLUSIONES
Se concluye que, la fuerza de adherencia en barras de acero, está controlada por tres factores: adhesión química, fricción y los resaltos de las barras. En barras de acero es éste último factor el más importante. Globalmente, con el análisis de los resultados experimentales, se puede validar la hipótesis de que los distintos núcleos de las barras no afectan de mayor manera la rigidez de las mismas, ya que el comportamiento de las barras con núcleo de acero no varió en relación al comportamiento y valores máximos obtenidos con las barras de sólo fibra. Además realizando un análisis de los resultados experimentales se observa que los módu los de elasticidad de cada una de las barras no difieren en mayor cantidad, ya que todos tienen el mismo orden de magnitud. Las disimilitudes se pueden atribuir a diferencias en el proceso constructivo o en algunas variaciones en los tiempos de fraguado. También existen variaciones entre las proporciones de la barra libre con la barra embebida en hormigón, lo que genera un módulo de elasticidad distinto. Si observamos los ensayos con las condiciones más similares a las condiciones reales, es decir las probetas de 20 centímetros de empotramiento, se observaron masivas grietas en el hormigón. Esto se explica ya que el hormigón es la zona de mayor debilidad para esa configuración. Se espera que en condiciones reales los valores de las tensiones de adherencias aumenten a medida que el macizo rocoso en el cual sean instalados tenga una mayor resistencia. Esto se puede explicar porque la distribución de tensiones dentro de la barra no e s uniforme, sino que llega un valor máximo y luego decae exponencialmente con la profundidad. Para una relación más exacta se requiere el ensayo de más probetas. Los resultados validan entonces el análisis teórico antes expuesto ya que las meno res longitudes de empotramiento presentan las mayores tensiones de corte, que en estos primeros centímetros es donde la distribución real es mayor. De forma análoga, las mayores longitudes de empotramiento presentaron menores tensiones de corte pues la distribución de tensiones teóricas es cercana a cero para longitudes mayores.
Se puede concluir, a través de la investigación que el pico de carga aumenta un 25,3% para el perno con un gran espaciamiento de las nervaduras para las pruebas de extracción con tubos de acero, y que a su vez, el perno con gran separación entre nervaduras tiene una gran absorción de energía deformacional que un perno con pequeña separación de nervadura. Se concluye, que al aumentar la longitud interna del nervio del perno se logra mejorar grandemente el efecto del perno.
BIBLIOGRAFIA
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