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propiedad de abrasividad que afecta a las perforación y métodos para su determinaciónTRANSCRIPT
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PROPIEDADES FISICAS DE LAS ROCAS QUE
AFECTAN LA PERFORACIÓN
ABRASIVIDAD
CURSO: PERFORACIÓN Y VOLADURA
DOCENTE: BOHORQUEZ HUARA
ARMANDO HUMBERTO
ALUMNA: SALAZAR SARMIENTO
MARYEL
UNIVERISAD PRIVADA DEL NORTE
FACULTAD DE INGENIERÍA
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Contenido
INTRODUCIÓN……………………………………………………………………………………
.……
3
OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………… .4
PROPIEDADES DE LA ROCA QUE AFECTAN LA PERFORACIÓN……………….….5
ABRASIVIDAD…………………………………………………………………………… .….5
METODOS DE ESAYO PARA MEDIR LA ABRASIVIDAD……………………..6
Abrasividad por el tanto por ciento de granos de cuarzo………
..6
Abrasividad según el coeficiente de SCHIMAZEK …………………….7
Abrasividad NCB……………………………………………….……………………9
Abrasividad Cerchar ………………………………………………………………10
Curso
Docente:
Alumno:
ABRASIVIDAD DE LAS ROCAS
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INTRODUCCIÓN
Las principales propiedades físicas de las rocas que influyen en los mecanismos de penetración
y consecuentemente en la elección del método de perforación son: Dureza, resistencia
elasticidad, plasticidad, abrasividad, textura, estructura; en el siguiente informe hablaremos
acerca de la propiedad de abrasividad que es la capacidad de las rocas de desgastar la
superficie de contacto de otro cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el
movimiento, las rocas que contienen cuarzo en abundancia como granito, granodiorita y
cuarcita son particularmente abrasivas y producen un fuerte efecto de desgaste en los equipos
de excavación (desgarradores mecánicos y cuchillas) y perforación (brocas de perforación)
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OBJETIVOS
Aprender la definición de abrasividad
Conocer que efectos produce durante la perforación
Informarnos sobre los métodos de ensayo para conocer la abrasividad
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PROPIEDADES FISICAS DE LAS ROCAS QUE AFECTAN LA
PERFORACIÓN
ABRASIVIDAD
La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de otro
cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento.
Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son las siguientes:
La dureza de los granos constituyentes de la roca.
Las rocas que contienen granos de cuarzo son sumamente abrasivas.
La forma de los granos. Los más angulosos son más abrasivos que los redondeados.
El tamaño de los granos.
La porosidad de la roca. Da lugar a superficies de contacto rugosas con
concentraciones de tensiones locales.
La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aunque éstos tengan igual dureza, son
más abrasivas, pues van dejando superficies ásperas con presencia de granos duros,
por ejemplo, los granos de cuarzo en un granito.
La abrasividad es un parámetro, dependiente del tiempo, de la medida de desgaste de la brocadurante la perforación; ésta depende de la composición de la roca, a la cual el desgaste de la
broca es proporcional. El contenido del cuarzo se considera un indicador del desgaste de los
aceros de perforación
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NORMA DE LA ASTM D7625 PARA LA DETERMINACIÓN EN LABORATORIOS DE LA
ABRASIVIDAD DE LAS ROCAS
La abrasividad de las rocas tiene un rol de fundamental importancia en el comportamiento de
cualquier máquina de excavación mecánica, ya que la velocidad a la que se reemplaza o repara
la herramienta de corte y el tiempo de inactividad de la máquina influyen en los costos totales.
Una nueva norma de la ASTM International satisfizo la necesidad de contar con una norma
que asista a las industrias civil y minera a cuantificar bien y de manera uniforme la abrasividad
de las rocas.
El desarrollo de la nueva norma D7625, Método de prueba para la determinación en
laboratorios de la abrasividad de las rocas utilizando el método CERCHAR, estuvo a cargo del
Subcomité D18.12 sobre mecánica de rocas, bajo la jurisdicción del Comité D18 de la ASTM
International sobre suelos y rocas.
MÉTODOS DE ENSAYO PARA MEDIR LA ABRASIVIDAD
Abrasividad por el tanto por ciento de granos de cuarzo tamaños de los granos
y cementación
El contenido de granos de cuarzo y su tamaño proporcionan una medida conveniente de la
abrasividad de una amplia gama de rocas. Sin embrago, estos factores por sí solos no son
suficientes para explicar las propiedades abrasivas de las rocas y predecir el desgaste de losinstrumentos de corte. Es necesario saber también la intensidad de cementación
Por tanto, para conocer la abrasividad de la roca se define un coeficiente de cementación
como se describe a continuación:
1. Rocas no cementadas o que tienen unos vacíos mayores que el 20%
2. Cemento ferrugino
3. Cemento arcilloso y ferruginoso
4. Cemento arcilloso
5.
Arcilla y cemento de calcita6. Cemento de calcita y halita
7. Limo, arcilla o calcita con crecimiento excesivo de cuarzo
8. Limo con crecimiento excesivo de cuarzo
9. Cemento de cuarzo, cemento de cuarzos mosaico
10. Cemento de cuarzo con menos del 2% de vacíos
Las medidas de esta propiedad pueden hacerse simplemente con un microscopio electrónico
o un análisis de láminas delgadas, aunque el exámen de un geólogo diestro puede ser
suficiente. Normalmente este estudio se aplica a rocas sedimentarias.
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Abrasividad según el coeficiente de SCHIMAZEK
Este coeficiente se calcula mediante la fórmula siguiente:
=
100
Donde:
Q : Contenido en cuarzo de la roca en %
: Resistencia a tracción de la roca en Kp/cm2
D : Diámetro medio de los granos de cuarzo en cm
Las dificultades que se presentan son las siguientes:
a) Con rocas de grano muy fino, como calizas de sílice, F tiende a 0; incluso en calizas de
sílice extremadamente abrasivas
b) Con rocas cristalinas de cuarzo libre, como anfibolitas, etc… El contenido de cuarzo
será uno, a pesar del alto contenido de minerales abrasivos como granate, horblenda,
epidota, etc.
c) Con rocas exfoliadas. El diámetro de minerales laminados es difícil de medir en
secciones delgadas.
Para demostrar el contenido de minerales abrasivos en la roca se procede de la siguiente
manera:
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En primer lugar, se hace un análisis cuantitativo de los minerales presentes, como p. ej., cuarzo
el 30%, feldespato el 50%, filosilicatos el 20%. Hay que tener en cuenta que todos los minerales
cuyo tamaño de grano sean inferior a 20/f (se consideran siempre como filosilicatos.
En segundo lugar, hay que tener en cuenta una serie de factores para los minerales que
componen la roca, como por ejemplo: el cuarzo tiene el factor 100, el feldespato el factor 35
y los filosilicatos el factor 4.
Por tanto la cantidad de minerales abrasivos se determina por:
=3 0 × 1 0 0 + 5 0 × 3 3 + 2 0 × 4
100
= 47,38
Otros factores de minerales típicos para rocas del carbonífero son los siguientes:
Magnetita 31
Hematites 51
Piroxenos 56
Calcita 2,9
Pirita 50
Hornablanda 23
Olivino 72
Para el cálculo del diámetro medio de los granos de cuarzo sólo se tienen en cuenta los granos
que se presentan en –forma de Si02 libre. Para ello, se hace una preparación –de lámina
delgada de la roca y se cuenta con el microscopio, mediante el llamado procedimiento de
medición de la cuerda, el número de granos de cuarzo n, así como los largos de la cuerda "L".
El microscopio no se tiene que enfocar en el centro de los granos.
El diámetro medio se calcula de la manera siguiente:
× 1.5
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Abrasividad NCB
El NCB para determinar la abrasividad utiliza un instrumento normalizado de 6,4 mm de
diámetro con carburo de tungsteno en la punta, con un ángulo en la punta de 120Q y unángulo de incidencia de 72, que gira contra la roca a 1380 r.p.m., con una carga axial de 623
N, hasta que perfora un agujero de 8,1 mm de profundidad; calculándose el par transmitido a
la muestra por la barrena y el tiempo-requerido para perforar el agujero. La relación entre la-
energía necesaria para perforar el agujero y el volumen de roca arrancado se define como la
energía específica, la cual es expresada en J/cm3.
Según avanza la perforación, la barrena se va despuntando y la energía requerida para
perforar un volumen de roca dado cada vez es mayor. Se perforan diez agujeros sucesivos con
las mismas dimensiones, sin afilar la barrena, v a continuación se calcula una línea de regresión
por el método de mínimos cuadrados. Esta regresión tiene la siguiente forma:
= +
Donde:
y : Energía específica para cada agujero (variable dependiente)
x : Número del agujero (variable independiente)
m : Grado medio de aumente en la energía específica necesaria para perforar
agujeros consecutivos
El desgaste del taladro producido por la roca es causa de un aumento de la energía específica,
lo cual da una medida de la abrasividad de la roca, que es expresada por un índice de
abrasividad medido en J/cm3/agujero estándar.
El índice de energía específica para la roca es el valor de "y" para el primer agujero e igual a m
+ c.
En la práctica, se encontró que barrenas aparentemente iguales pueden dar resultados muy
diferentes en este ensayo, por lo que los resultados de cada barrena nueva ensayada son
comparados con los resultados de una barrena estándar, de la siguiente forma
Las dos barrenas son utilizadas para medir el índice de abrasividad de la misma muestra de
roca. La varianza con respecto a la recta de regresión puede ser calculada para los dos grupos
de lecturas.
Si la varianza de las cifras de la nueva barrena es mayor que tres veces la de las cifras de la
barrena estándar, entonces la nueva barrena es rechazada.
Si la varianza d2 la nueva barrena es menor que tres veces la de la estándar., entonces se
comparan los índices de abrasividad dados por las dos barrenas. Si la diferencia entre los dos
índices es mayor que el 10% del valor dado por la barrena estándar, entonces esta nueva
barrena es también rechazada.
Así, la nueva barrena debe satisfacer dos criterios antes de ser aceptada para su utilización: la
varianza y la pendiente de la línea de regresión deben caer dentro de los límites descritos.
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Abrasividad Cerchar.
El ensayo normalizado para determinar la abrasividad se lleva a cabo con una barrena de acero
que termina en un cono de ángulo en el vértice de 904, sometida a un empuje de 7 Kg. Lamuestra se desplaza bajo la punta de la barrena 1 cm a velocidad lenta.
Para determinar la abrasividad se mide el diámetro del plano de desgaste de la punta de la
barrena producido por el rozamiento. La medida se expresa en décimas de mm y se adopta
como indice de abrasividad.
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Por ejemplo, los carbones presentan una abrasividad entre 0 y 1. La de las areniscas del
Carbonífero, que depende de la proporción de cuarzo y de la dimensión de sus granos, alcanza
4 y a veces 8.
Para medir el plano de desgaste se utiliza un instrumento óptico de aumento suficiente (lupa
binocular de aumento 70, provista de un micrómetro ocular). En este estudio aparecen dosfenómenos de desgaste muy diferentes según el trayecto recorrido:
a) En un principio hay un desgaste muy rápido en el curso del cual el plano de desgaste
aparece entallado de estrías profundas ahondadas por los granos duros de la -roca;
durante esta fase la barrena penetra en la roca y el fondo de la marca que ha dejado
está erizado de granos abrasivos con aristas vivas.
b) En una segunda fase, el desgaste se relentiza y no hay más destrucción de la roca,
también el útil desliza sobre una superficie pulida y no penetra más, por consiguiente
el desgaste del mismo no tiene ninguna relación con la abrasividad de la roca.
Otro ensayo, llevado a cabo por el CERCHAR para medir la abrasividad, se realiza con una
barrena de acero termina- da en punta, en un diedro de 994 de ángulo y de 8 mm de arista,
aplicada contra la roca por una carga constante de 7 Kg y Girando alrededor de su eje con una
velocidad de 120 r.p.m.
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CONCLUSIONES
El termino abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la
superficie de contacto de otro cuerpo más duro
La abrasividad influye en la vida de los útiles de perforación
Los métodos de ensayo para conocer la abrasividad son: Abrasividad por
el tanto por ciento de granos de cuarzo, Abrasividad según el coeficiente
de SCHIMAZEK, Abrasividad NCB, Abrasividad Cerchar.
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BIBLIOGRAFÍA
https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/tecnicos_extraccion_perforacion_rocas.asp
http://www.astm.org/SNEWS/SPANISH/SPSO10/d1812_spso10.html
http://www2.etcg.upc.edu/asg/engeol/pdf_files/4.1_4.2roca_txt.pdf
http://serviciosdegeologia.es/descargas/Abrasividad%20y%20Dureza%2
0Rocas_ESCORSA_Info%20v.0.pdf
http://info.igme.es/SidPDF%5C000000%5C662%5C662_0001.pdf