LABORATORIO MECANICA DE ROCAS

MAURICIO MOLINA

C.c. 1152212979

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Sede Medellín

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

MEDELLIN

2015

LABORATORIO MECANICA DE ROCAS

MAURICIO MOLINA

C.c. 1152212979

ALVARO CASTRO CAICEDO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Sede Medellín

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

MEDELLIN

2015

INTRODUCCION.

En este documento se presenta de manera básica algunos de los ensayos en roca disponibles en el laboratorio de geotecnia y pavimentos de la facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia, con el fin de determinar propiedades y características importantes de diferentes muestras de rocas que pueden ser usadas para fines propios de la ingeniería en general.

Los ensayos de Mecánica de rocas son muy importantes, puesto que se comportan como una de las herramientas tecnológicas contundentes a la hora de tomar decisiones acertadas, que conlleven a la mejora de la seguridad, la productividad y la eficiencia en las diferentes obras civiles.

Algunas aplicaciones de la Mecánica de rocas en la Ingeniería Civil:

Construcción de túneles. Cimentaciones. Estabilización de taludes.

Algunas aplicaciones de la Mecánica de rocas en la Ingeniería de minas o geológica:

Reducción de desprendimiento de rocas. Minimización de los daños al personal y equipos en obras subterráneas. Maximización de las ganancias económicas en las explotaciones. Avances significativos en la seguridad laboral, económica y ambiental.

OBJETIVOS.

1) Proporcionar información sobre procedimientos de montaje, cálculo y análisis de resultado de cada tipo de ensayo efectuado (Ensayo de corte directo, Medición de ondas de ultrasonido, Ensayo de carga puntual, Martillo Smith y Ensayo de tracción indirecta).

2) Permitir conocer a los estudiantes sobre los equipos y ensayos disponibles presentes en el laboratorio de la Facultad de minas; con el fin de usar dichos ensayos como la herramienta tecnológica más importante en el ejercicio profesional.

3) Informar sobre los alcances de estos ensayos para cada una de sus aplicaciones en la ingeniera.

4) Dar representatividad al contenido teórico visto en clase, para entender en campo cual es el sentido de cada una de las variables que modelan las diferentes fórmulas de la mecánica de rocas.

LABORATORIO 2.

Medición de ondas de ultrasonido.

Objetivo.

LABORATORIO 3.

Ensayo de Carga Puntual

Objetivo.

El objetivo del ensayo de determinar el índice de resistencia a la carga puntual (Is) en un testigo de roca y eestimar el índice de resistencia de la roca el cual se relaciona con la resistencia a la compresión simple.

Resumen del ensayo.

El ensayo consiste en romper una muestra entre dos puntas cónicas metálicas accionadas por una prensa.

Ventajas del ensayo.

1) Puede ser usado en muestras de rocas irregulares sin preparación previa.2) La máquina para realizar el ensayo es portátil.3) Económico, rápido, representativo y seguro.4) Repetitividad.

Procedimiento.1) Concebir un testigo de la roca que represente su litología y estructura.2) Medir las dimensiones de la muestra.3) Situar el testigo entre las puntas cónicas de la máquina.

4) Medir la presión a la cual está siendo sometida la muestra.5) Cargar de manera paulatina la presión en la prensa hidráulica.6) Una vez falle la muestra se retira y se analizan las condiciones y datos

obtenidos al momento de la ruptura.7) Se realizan los cálculos y análisis de resultados.

Descripción de la muestra

Datos del laboratorio

Diámetro (mm) 48,40 mm

Altura(mm) 81,50 mm

Carga P(bares) 21,3737 bar

Diámetro Pistón (mm) 37,62 mm

Área del pistón = 2,24 Pulgadas2=1445,158mm2

Diámetro Pistón = 37,62mm2

Cálculos y Resultados

Calculo el índice de carga puntual (I s(50)¿

I s=Presiondelmanometro (bares )∗Areadel embolo (mm2)

¿¿

I s=21,3737 Bares∗1445,158mm2

¿¿

I s=21,3737 Bares∗1445,158mm2

3831,61mm2

I s=8,06 bares

I s=806000 pascales

I s=806000N

m2

Se debe tener en cuenta que existen dos casos para los cuales el Índice de carga puntual se calcula de una manera diferente, estos son:

Si Dequivalente=50mm,nose hace transformacion, por lo tanto I S=I S (50)

Si Dequivalente≠50mm,se hace transformacion , por lotanto I S (50)=F∗I S , donde

F=( Dequivalente

50 )0,45

En este laboratorio, se usara el segundo caso pues 61.9mm≠50mm.

F=( 61,9mm50mm )

0,45

F=¿1,10

Ahora, se calcula el índice de carga puntual:I S (50)=1,10∗I S, donde

I S (50)=1,10∗0,806

I S (50 )=0.89

A continuación, se calcula la resistencia a la compresión simple, la cual es:

σ c=k∗I S (50)

σ c=20∗0.89MPa=17,80MPa

σ c=17.800 .000N

m2

Análisis de Resultados.El método más efectivo de obtener Is(50) es ejecutar ensayos diametrales muy cerca de D=50 mm. La corrección entonces no sería necesaria o se introduciría un mínimo de error. Sin embargo es más adecuado aplicarle la corrección.

Una fuente de error en este ensayo está dada por la cantidad de muestras a las que se les realizo la prueba de carga puntual, pues en este laboratorio solo se usó una y mínimo deben ser 10 muestras.

σ ci Is50 k 5025 – 50 1.8 – 3.5 14

50 – 100 3.5 – 6.0 16100 – 200 6.0 – 10 20

>200 >10 25

Cabe aclarar, que el comportamiento mecánico de las rocas está definido por su resistencia y su deformabilidad. La resistencia es el esfuerzo que soporta una roca para determinadas deformaciones. Cuando la resistencia se mide en probetas de roca sin confinar se denomina resistencia a compresión simple, y su valor se emplea para la clasificación geotécnica de las rocas, de ahí la importancia de la obtención de σ c.

De acuerdo a la Tabla, podemos concluir que como la resistencia a la compresión simple obtenida en este ensayo fue de σ c=17,80MPa y este valor se encuentra entre 30−60MPa, entonces la roca empleada en el ensayo es una roca medio blanda.

LABORATORIO 5.

Ensayo de tracción indirecta.

Objetivo.

El objetivo del ensayo es determinar la resistencia a la tracción de una roca a través de la aplicación de una carga lineal de compresión sobre un diámetro del disco de roca a ensayar.

Resumen del ensayo.

El ensayo consiste en aplicar una carga de compresión diametral en una prensa accionada de manera manual, la cual produce fuerzas de tracción en el testigo de roca que la hacen fallar.

Ventajas del ensayo.

1) Económico, rápido, representativo y seguro.2) Repetitividad.3) De un testigo de roca se pueden obtener varias muestras para el ensayo.

Procedimiento.1) Concebir un testigo de la roca que represente su litología y estructura.2) Medir las dimensiones de la muestra.3) Situar el testigo sobre la prensa manual.4) Medir la presión a la cual está siendo sometida la muestra.5) Cargar de manera paulatina la presión en la prensa hidráulica.6) Una vez falle la muestra se retira y se analizan las condiciones y datos

obtenidos al momento de la ruptura.7) Se realizan los cálculos y análisis de resultados.

Datos de laboratorio

Diámetro (cm) 62,67 mmAltura (cm) 21,25 mmCarga de Falla P (lbf) 2071 lbf

Cálculos y resultados

Para comenzar a calcular convertimos el diámetro y la altura del testigo a pulgadas.

1cm=0,3937 pulg

Asi tenemos entoncesque la altura=0,8366 pulg y el diametro=2,4673

σ t=2 P

π∗Diámetro∗Altura= 2∗2071lbf

π∗2,4673 pulg∗0,8366 pulg=638,7345 Psi

En MPa tenemos que σt = 4.4 Mpa

Análisis y resultados.

La fractura inicial producida sobre la muestra será el resultado del esfuerzo de tracción que ocurre en el centro del disco. Esta fractura es inducida, por lo que el resultado del esfuerzo a la tracción obtenida a partir de este ensayo será algo mayor del que se obtiene en un ensayo de tracción directa en donde el testigo tiene más opción a fallar por la zona de menor resistencia.

El esfuerzo de tracción debería ser obtenido de un ensayo de tracción uniaxial directa, pero este ensayo es difícil y caro de ser realizado repetidamente.

Bibliografía

Edilma Gomez. Notas del Curso de Mecánica de Suelos y Rocas. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. 2012.

Astm d5731-95: método de prueba estándar para la determinación del índice de carga puntual de las rocas.

Astm d3967 – 08: método de prueba estándar para resistencia a la tracción de la división de muestras de rocas intactas núcleo.

Caracterización de rocas, ensayos de laboratorio. Álvaro de la Cruz Arroyave. Bogotá. Universidad Nacional de Colombia.