Informe Carga Puntual Martillo

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UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería en Minas Ayudantía Fundamentos de Geotecnia

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Informe Carga Puntual Martillo

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UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTAFacultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería en MinasAyudantía Fundamentos de Geotecnia

Carolina Cortés MartínezAyudante: Marcelo González Avalos

Antofagasta, 8 de Julio del 2008INDICE

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Pagina

Introducción …………………………………………………………………………………3

Resistencia a la Compresión Simple……………………………………………4

Ensayo De Tracción Indirecta (Método Brasileño)……………………6

Carga Puntual………………………………………………………………………………8

Dureza de Schmidt………………………………………………………………………12

Ensayo de Corte Directo………………………………………………………………16

Conclusión……………………………………………………………………………………19

INTRODUCCION

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La mecánica de rocas esta enfoca a la aplicación de los principios de la

ingeniería mecánica al diseño de las estructuras de roca generadas por la

actividad minera.

De esta manera podemos encontrar propiedades índices y parámetros

básicos de un macizo rocoso lo que nos permitirá clasificarlos según sus

discontinuidades geológicas que se definen como un plano de debilidad dentro

de la roca, a través del cual el material que constituye la roca se vuelve

estructuralmente discontinuo y presenta una resistencia a tracción nula o muy

pequeña, o menor que la de la roca matriz, a los niveles de tensión

generalmente aplicables en la ingeniería.

Así vemos por ejemplo que el Ensayo de Corte Directo tiene como

objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante de una muestra que

pertenece al parámetro geotécnico mas citado para clasificar un macizo

rocoso, valor que entre otras cosas nos será muy útil para el cálculo de la

estabilidad de taludes.

Estos parámetros en la minería en general pueden incluso llegar a

condicionar la selección de la maquinaria tanto de arranque, como de carga y

transporte.

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ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE

Las pruebas de compresión simple son las más comunes que se emplean para la determinación de las propiedades mecánicas de las rocas, y consisten en la aplicación de cargas sobre muestras, generalmente de forma cilíndrica. La carga es aplicada a lo largo del eje axial de la probeta y a medida que la carga aplicada aumenta, tanto la deformación axial como la lateral son registradas. Los resultados son interpretados en un gráfico Esfuerzo-Deformación.

Además, se debe señalar que la única forma de poder caracterizar un macizo rocoso cualquiera es mediante la realización de ensayos de laboratorio o de terreno, que corresponde a una etapa de gran importancia, pues se requiere de personal calificado con experiencia para obtener resultados confiables, ya que es difícil predecir el comportamiento de una roca cuando se somete a un estado de esfuerzo cualquiera.

Para realizar de manera correcta el ensayo de compresión simple se deben cumplir cabalmente las siguientes etapas:

Preparación de Muestras Extracción de Testigos Corte de Testigos Pulido de Caras Mediciones de rectitud, paralelismo e irregularidades

Las muestras a ocupar en los ensayos de laboratorio, deben cumplir con determinadas normas establecidas por diversos organismos o laboratorios que han experimentado en este campo. Las normas más usadas y conocidas, son establecidas por la A.S.T.M. (American Society Testing Materials) y la I.S.R.M. (International Society of Rock Mechanics).

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Estos requisitos de las muestras son necesarios para minimizar los errores de ensayo y para hacer posible comparaciones de resultados obtenidos por distintos laboratorios.

Pulido El pulido de las caras paralelas de la muestra, se hace cambiando la

Cierra corta testigos por un Disco Pulidor (Esmeril)

Probeta rectificada y dimensionada:

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σt σt

ENSAYO DE TRACCION INDIRECTA (METODO BRASILEÑO)

El ensayo de tracción indirecta, destaca por ser un método simple y distintivo, que permite imitar la respuesta de un disco de roca a la flexibilidad y obtener la carga máxima que aguanta esta antes de romper.

σc

σc

Existen dos formas usuales de realizar el ensayo, uno es aplicando cargas axiales sobre la rodaja de roca directamente por medio de una prensa y la otra metodología es insertar la muestra de roca en dos mandíbulas de acero, y aplicar la carga axial.

Método N°1

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Método N°2

El diámetro de la probeta no debe ser inferior a 42 mm y el espesor de esta misma debe ser aproximadamente el radio de la probeta, existiendo una relación largo/diámetro como se muestra a continuación:

LD

=0,25−0,75

Para obtener los Esfuerzos por tracción del disco de roca, se debe calcular como sigue:

σt= 2×Pπ ×D×e

Donde:σt = Esfuerzos por Tracción

P = Carga [Kg]D = Diámetro del Disco [cm]

e = Espesor [cm]

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ENSAYO CARGA PUNTUAL

El índice de carga puntual es un indicador de la resistencia obtenida al someter un espécimen de roca a una carga puntual concentrada creciente, aplicada a través de un par de conos truncados, hasta que ocurra una falla por fracturamiento del espécimen. La carga concentrada es aplicada a través de conos truncados coaxiales. Su importancia radica en que los valores geotécnicos como la Resistencia a la Compresión Simple.

El calculo para obtener su valor índice esta dado por:

I S=PD2

Donde:

I S = Índice de Carga puntual no corregido [Kg/cm2]

P = Carga que produce la ruptura de la probeta [Kg]

D2= Diámetro de la probeta [cm]

I S Corregido por factor de tamaño:

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I S=PDe2

×Ft

Donde:

I S = Índice de Carga puntual no corregido [Kg/cm2]

P = Carga que produce la ruptura de la probeta [Kg]

De2= Diámetro de la probeta [cm]

Ft= Corrección por tamaño en función del diámetro

Donde el calculo de Ft esta dado para muestras regularizadas y no regularizadas.

Muestra Regularizada

Ft= ϕ√5

Muestra No Regularizada

Ft= ϕe√5

Considerando:

ϕ= Diámetro de la probeta

ϕe= Diámetro Equivalente

EJERCICIO N°1 :

Se realizo un Ensayo de Carga Puntual (IS) a probetas que poseen un diámetro superior a 50 mm. Determine la Resistencia a la Compresión Simple (R.C.S) de cada dato observado y realice un ajuste estadístico.

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DESARROLLO :Para Probetas Normalizadas de 50 milímetros de

diámetro podemos recurrir a la Relación que Existe entre la Carga Puntual (Is) y la Relación a la Compresión Simple según el método propuesto y sugerido por E.Broch y J.A Franklin, la cual establece por formula lo siguiente:

σc=K ×I S (50)

σc = Resistencia a la Compresión Simple

I S (50) = Índice de Carga Puntual Estándar [Kg/cm2]

K = Constante con valor comprendido entre 20 y 25.

Para efectos de este ejercicio, le daremos a esta constante el valor de 24 que es lo más recomendado para determinar aproximadamente el valor de la Resistencia a la Compresión, lo que nos queda:

σc=24×I S (50)

Considerando lo anterior:

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IS

68,13 85,42 92,4255,00 55,83 91,2565,00 68,75 78,7578,29 60,79 60,5481,25 58,75 64,7988,00 56,67 87,6373,67 53,33 80,9681,42 52,0879,79 88,25

I S (50)[Kg/cm2]

σc[Kg/cm2]

68,13 1635,1255,00 1320,0065,00 1560,0078,29 1878,9681,25 1950,0088,00 2112,0073,67 1768,0881,42 1954,0879,79 1914,9685,42 2050,0855,83 1339,9268,75 1650,0060,79 1458,9658,75 1410,0056,67 1360,0853,33 1279,9252,08 1249,9288,25 2118,0092,42 2218,0891,25 2190,0078,75 1890,0060,54 1452,9664,79 1554,9687,63 2103,1280,96 1943,04

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DUREZA DE

SCHMIDT

Es el más utilizado por su sencillez y bajo

coste, mide la dureza superficial en función del rechazo de un martillo ligero. Debe obtenerse el rechazo medio de varias determinaciones, limpiando y alisando previamente la superficie que se ensaya. Útil para determinar la

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50 55 60 65 70 75 80 85 90 950

500

1,000

1,500

2,000

2,500

Grafico entre IS(50) v/s σC

IS(50)

σC

Esfuerzo Normal

Grafico del Circulo de Mohr σn vs Τ

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marcha del endurecimiento del hormigón, o para comparar su calidad entre distintas zonas de una misma obra. Los resultados que se obtienen vienen afectados x varias variable y por ello en manos inexpertas conduce a conclusiones erróneas.

El ensayo se puede realizar en laboratorio en muestras de diversa geometría, o directamente en terreno sobre una superficie lisa de roca, y los valores que se obtienen son influenciados por la posición del martillo al efectuar la medición. El ensayo consiste en presionar el émbolo del martillo sobre la superficie de la muestra, hasta que se libera la energía almacenada en un resorte, cuyo nivel (altura de rebote) se registra en una escala de referencia adosada al martillo.

Este ensayo es una buena alternativa para obtener una primera aproximación de las características geotécnicas de la roca en terreno en forma sencilla y rápida, no requiriendo en forma urgente de un laboratorio para calificar la muestra. Se puede realizar sobre colpas y probetas de diferentes dimensiones, en ambos casos se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones técnicas:

EJERCICIO N°2:

Se realizo un Ensayo de Rebote de Schmidt a colpas, de los resultados obtenidos determine la Resistencia a la Compresión Simple (R.C.S)

Considere ρRx = 2,6 [gr/cc]

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Método de SchmidtMedición Lecturas1 222 253 314 335 236 257 368 369 3410 3611 3312 3213 3214 3415 3216 3317 3518 3619 3420 32

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DESARROLLO:

Para calcular la dureza de Schmidt (R), se debe resolver la siguiente formula:

R=∑ r ×64n×Ra

Donde:

R = Dureza de Schmidt

∑ r = Suma de los 50% valores más altosn = Numero de muestras tomadas (50%)Ra = Moda de los valores

Pasos a seguir:

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1.- Descartar el 50 % de los valores más bajos. La tabla de valores entonces, nos queda como sigue:

2.- ∑ r= Realizar la

Sumatorio de los valores mas altos (50%), obtener la moda de los valores Ra.

∑ r = 347 Ra =

363.- Reemplazar en la formula

R=347×6410×36

R=61,6888889

4.- Evaluar en la Relación que existe entre Dureza de Schmidt y la Resistencia a la Compresión Simple (R.C.S)

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Método Schmidt Método Schmidt 50% mas Altos

Mediciones Lecturas Medición Lecturas1 22 7 362 25 8 363 31 9 344 33 10 365 23 11 336 25 14 347 36 16 338 36 17 359 34 18 3610 36 19 3411 3312 32

13 32

14 34

15 32

16 33

17 35

18 36

19 34

20 32

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log(σc)=0,0088× ρRX×Ra+1,01

5.- Calcular el valor de la Resistencia a la Compresión Simple

log(σc)=0,0088×2,6×61,6888889+1,01

log(σc)=2,42144178

σc=102,42144178

σc=263,901451 [Kg/cm2]

ENSAYO CORTE DIRECTO

La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga.

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Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades.

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre este plano de falla actúan dos esfuerzos:

- Un esfuerzo normal (σn), aplicado externamente debido a la carga vertical

- Un esfuerzo cortante (t ), debido a la aplicación de la carga horizontal.

Según esta ecuación la resistencia al corte depende de la cohesión (Co) y la fricción residual (ΦR).

Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones y con estos valores es posible graficar la tensión de corte (Τ), en función de la deformación (ε ) en el plano de esta tensión de corte. De la gráfica es posible tomar el punto máximo de tensión de corte como la resistencia al corte.

Los valores de t se llevan a un gráfico en función del esfuerzo normal (σn), obteniendo la recta intrínseca, donde t va como ordenada y σn como abscisa. El ángulo que forma esta recta con el eje horizontal es el ángulo Φ y el intercepto con el eje Τ, la cohesión Co.

EJERCICIO N°3 Para un macizo rocoso explorado a través de colpas, se efectuaron

Ensayos de Resistencia Fricciónales y Cohesión de este Macizo Rocoso.

Calcule un valor para la Fricción Residual φR y la Co de este. Grafique el Resultado (σn v/s Τ).

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XEsfuerzo Normal[Kg/cm2]

YEsfuerzo de Corte[Kg/cm2]

5,10 3,485,10 4,645,10 4,565,10 4,085,10 5,0010,19 6,3910,19 6,9710,19 7,5510,19 8,1310,19 9,2910,19 6,3915,29 10,4515,29 12,1915,29 13,9315,29 10,4515,29 12,56

DESARROLLO:

Por regresión lineal se obtienen los valores de Cohesion (Co) y Fricción Residual (Φ).

y=mx+b0

bo = 0,3119319191m = 0,7423452649

Cohesión (Co) = 0,3119319191Fricción (ΦR) = 36,57°

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4 6 8 10 12 14 160

2

4

6

8

10

12

14

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f(x) = 0.742345264913191 x + 0.311931921581733R² = 0.886701160000517

Grafico σN v/s τ

σN

Τ

CONCLUSION

En base a los resultados obtenidos en los ejercicios podemos mencionar lo siguiente:

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El Ensayo de Resistencia a la compresión simple tiene como objetivo obtener rápidamente un valor aproximado de R.C de los suelos que tienen suficiente cohesión para ser sometidos a dicho ensayo (rocas). Existen a su vez factores que afectan los resultados:

Caras planas y paralelas de las probetas Tamaño de la probeta Forma de la probeta Contenido de humedad Fricción entre probeta y soportes Velocidad de carga

El Ensayo de Carga puntual, es una herramienta que nos permite correlacionarla con otros parámetros como la resistencia a la compresión simple, sus valores son fiables para valores comprendidos entre 30Mpa a 100 Mpa.

Ensayo de Corte Directo se determina al evaluar el esfuerzo de corte que es necesario aplicar para que las superficies que define el plano de discontinuidad deslicen una respecto a la otra.

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