informe final-mecanica rocas _cristian ahumada torrejón
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7/22/2019 Informe Final-Mecanica Rocas _Cristian Ahumada Torrejn
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Universidad La Serena
Facultad de Ingeniera
Departamento de Minas
INFORME FINAL LABORATORIO DEMECNICA DE ROCAS
Nombre: Cristian Ahumada TorrejnProfesor:Federico Brunner MontesAyudante:Claudio Fredes BarrazaFecha: 17/12/2010
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Introduccin.
Durante el presente semestre, dentro de la asignatura de mecnica de
rocas, se desarrollaron diversas experiencias de laboratorio, las cuales
tenan como finalidad llevar a la prctica algunos de los conceptosaprendidos durante las clases de teora y profundizar un poco ms los
conocimientos aprendidos anteriormente en ramos como geologa
estructural.
Las experiencias de laboratorio se llevaron a cabo en los laboratorios de
mecnica de rocas del departamento de minas, donde se trabaj en grupo
junto con el ayudante y en algunas clases con el profesor de la
asignatura.
A partir de dichas experiencias se obtuvo datos, los cuales sern
mostrados y analizados en el presente informe, como por ejemplo el ensayo
de carga puntual sobre un testigo de roca que nosotros mismos tuvimos que
cortar, pulir y posteriormente someterlo a pruebas para obtener valores
experimentales de su resistencia a la compresin uniaxial.
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Desarrollo del laboratorio.
LABORATORIO 1
Durante el primer laboratorio se determin la densidad de la roca, atravs del siguiente procedimiento:
Primero se partieron 10 muestras pequeas de un trozo de roca.
Se enumeraron las muestras del 1 al 10.
Luego se pesaron las 10 muestras en una balanza electrnica.
Con una probeta se procedi a medir el volumen de las muestras,
llenando esta con, aproximadamente, 300 ml de agua.
Se echaron las muestras en la probeta con agua y se midi lavariacin del volumen total provocado por cada una de las 10
muestras (V).
Resultados:
Muestra Peso [gr] V [ml] [gr/ml]
1 46 15 3.100
2 36 15 2.400
3 20 10 2.000
4 32 10 3.200
5 39 15 2.600
6 23 10 2.300
7 27 10 2.700
8 13 5 2.600
9 11 5 2.200
10 14 5 2.800Densi dad Pr omedi o 2. 59
m=2.6 gr/ml
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LABORATORIO 2
En el siguiente laboratorio se nos entreg una gua con una muestra de
datos, los cuales debamos analizar y calcular el valor del RQD
representativo de la muestra de datos, encontrando la funcin y
posteriormente el valor del RQD respectivo. A continuacin se entrega lalista de datos y el anlisis realizado a la muestra.
Esta es la lista de
datos entregada, se
obtuvieron de roca
tipo andesita.
I DMant eo
( )
Rumbo
( azi mut )
Mant eo
mi n. ( )
Espesor
( cm)
Res. Comp
( Mpa)Lar go ( mt s )
1 18 53 18 0.0 10 1,1
2 42 66 42 0.0 11 0,6
3 82 196 82 0.0 10 0,4
4 65 212 65 0.0 10 0,8
5 41 214 41 0.0 10 1,5
6 75 51 75 0.0 10 0,4
7 49 265 49 0.0 10 1,1
8 89 49 89 0.0 10 0,4
9 64 4 64 0.0 11 0,8
10 41 214 41 0.0 10 0,3
11 34 82 34 0.0 10 0,4
: : : : : : :
54 47 233 47 0.0 10 1,1
55 65 296 65 15.0 11 1,8
56 64 238 64 0.0 10 1,7
57 80 60 80 0.0 10 0,4
58 67 246 67 0.0 9 0,4
59 40 211 40 0.0 9 4,5
60 74 272 74 0.0 9 0,8
61 76 37 76 0.0 10 1,1
: : : : : : :
94 52 260 52 0.0 9 1,1
95 70 292 70 30.0 8 2,4
96 88 264 88 0.0 10 0,5
97 37 266 37 0.0 8 0,7
98 80 23 80 0.0 8 0,8
99 73 352 73 0.0 9 2,4
100 75 357 75 0.0 8 2,4
101 26 312 26 0.0 9 1
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Valores Promedio
Desviacin Estndar
La lnea de detalle se realiz durante el segundo laboratorio. Los datoscon los cuales se trabaj son los expuestos en la tabla de la pgina
anterior, con estos datos se pudo obtener una funcin exponencial que es
la representacin del nmero de fracturas con respecto al espaciamiento
nominal (1/N de fracturas).
Tr amoNde
f r a ct ur a s
Espaci ami ent o
Nomi nal
0_1 11 0.09
1_2 3 0.33
2_3 8 0.13
3_4 1 1.00
4_5 7 0.14
5_6 9 0.11
6_7 3 0.33
7_8 11 0.09
8_9 4 0.25
9_10 7 0.14
10_11 6 0.17
11_12 6 0.17
12_13 9 0.11
13_14 4 0.25
14_15 4 0.25
15_16 1 1.00
16_17 2 0.50
17_18 5 0.20
Y aplicando el Ln a la funcin se obtiene que B= -Ln(b) = 2.46537, por lo
cual la funcin de la serie de datos es la siguiente:
y= 9.42643*.
- 57, 772 184, 624 58, 030 - 9, 683 0, 932
- 17, 821 112, 948 17, 602 0, 882 0, 768
Luego, realizando una regresin
exponencial a la serie de datos, se
obtiene la curva caracterstica y la
funcin que representa el
comportamiento de los set de fracturas
con el tramo correspondiente.
La regresin exponencial usada para el
anlisis es del tipo:
y= a*
Donde a=9.42643 y b=0.0847977, pero best definido de la siguiente forma:
bx=
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Esta funcin es la que debemos, posteriormente, integrar considerando los
criterios desarrollados por Deere para el clculo del RQD o Rock Quality
Designation (aplicado a testigos de roca), que nos indica la calidad de
la roca como un parmetro que podemos utilizar para anlisis posteriores.
RQD =
* 100
RQD= ...
..
100= 0.781502*100= 78.15
A partir del RQD obtenido (RQD=75.15%), se puede decir que la roca es de
calidad regular.
El objetivo principal de estos clculos es analizar la estabilidad de un
cierto macizo rocoso, el cual depende a su vez de un estudio detallado de
las orientaciones y caractersticas de las discontinuidades dentro de la
masa de roca. Discontinuidad se define como aquel plano de debilidad
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estructural o superficie de debilidad a lo largo de la cual podra tomar
lugar el desplazamiento de la masa rocosa.
Los tipos de discontinuidades de roca normalmente encontrados incluyen
las fallas, fracturas, zonas de corte, foliaciones y planos deestratificacin. Cada discontinuidad tiene sus propias caractersticas
que la identifican, tales como la longitud, manteo, rumbo, espaciamiento,
rugosidad de la superficie, material de relleno, propiedades fsicas de
la roca y condiciones de agua, que condicionan directamente la
probabilidad de falla a lo largo de dicha discontinuidad.
LABORATORIO 3
En este laboratorio comenzamos con el trabajo de preparar los testigos de
roca que, posteriormente, seran utilizados en los ensayos de carga
puntual, uniaxial y con el martillo de Schmidt.
Se tom un bloque de roca caliza que se cort en la mquina, dando lugar
a trozos de rocas del tamao necesario para ser utilizadas en la mquina
que permite cortar los testigos. Esta mquina tiene la facultad de dar la
forma y tamao a un trozo de testigo de 10 centmetros de largo. Luego eltestigo es pulido para darle su forma final, con un dimetro de 5,3 cm y
una altura de 9 cm.
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LABORATORIO 4.
ndice de carga puntual: Este ensayo consiste en aplicar una carga concentrada sobre una
muestra de roca, mediante un par de puntas cnicas en la direccin de su menor
dimensin, hasta producir la ruptura del testigo.
El equipo consiste en una estructura de 2 columnas fijadas a un marco y
montado directamente sobre una gata hidrulica accionada manual.
I s = P/D2
Is: ndice de carga puntual
P: carga aplicadaD: dimetro de la probeta
Caso ideal: Probetas cilndricas
D = 5 cm y longitud al menos 1.4 veces D
Correlacin con la resistencia a
compresin simple:
Franklin y Broch (1972):
c = 23.7*Is 24*Is [RCU]
Roig (1983): muestras irregulares
c 39*Is
Geological Society Engineering Group (1972):c = 16*Is
Mediante compresin se obtiene el valor de la carga de ruptura. El ndice
de carga puntual, Is, esta dado por:
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Al realizar los ensayos para muestras regulares, la probeta cilndrica
de dimetro distinto de 50 mm, se procede de la forma anterior para medirel valor de la carga de ruptura, se determina Is para el dimetro de la
muestra y luego este se corrige para un dimetro de 50 milmetros,
mediante la relacin:
Al realizar los ensayos para muestras irregulares (guijarros), probeta de
forma irregular, de dimensiones no superiores a 10 cms. De espesor y 10
cms. De ancho
Se debe calcular un Dimetro equivalente, De, segn la siguiente
expresin:
Datos ensayo carga puntual:
*P=8 [KN] *D=53 [mm] *Is=
Is= 8/502 =0,0032 [KN/mm2]
Is*= Is (De/50)0.45[KN/mm2]
Is*= 0.0032(53/50)0.45
=0.003285 [KN/mm2]
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RCU= 24 * Is= 24*0.003285 = 0.07884 [KN/mm2]
RCU= 0,07884 [KN/mm2]=78.84 [MPa]
LABORATORIO 5.
Mtodo indirecto (Martillo Schmidt): instrumento inventado por
Ernst Schmidt, tambin conocido como martillo suizo o rebote martillo, es
un dispositivo para medir la elasticidad o la fuerza de las
propiedades de la roca.
El martillo Schmidt, permite determinar la dureza del material ensayado a
partir del rebote. El martillo est compuesto por un mbolo, un resorte
de una determinada rigidez (K) y un pistn. El mbolo se presiona haciael interior del martillo para ejercer un empuje contra el espcimen de
roca ensayado. La energa queda almacenada en el resorte, el cual libera
esta energa (automticamente) a un cierto nivel previamente determinado,
impactando el pistn contra el mbolo. La altura de rebote del pistn se
lee sobre una escala adherida al martillo y se toma como la medida de la
dureza.
La prueba tambin es sensible a otros factores, tales como:
La variacin local en la muestra. Para minimizar esto, se recomiendatomar una seleccin de lecturas y tener un valor medio.
El contenido de agua de la muestra, a partir de un material saturadose obtendrn resultados diferentes que si lo hacemos con el material
totalmente seco.
Procedimiento
1) Calibrar el martillo antes de cada secuencia de ensayos, utilizandoel yunque de calibracin suministrado por el fabricante. Debe
obtenerse un promedio de 10 lecturas sobre el yunque.
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2) Utilizar, cuando sea posible, especmenes ms grandes de roca paralos ensayos de dureza con el martillo Schmidt. Para esta prueba, la
superficie de ensayo de todos los especmenes, tanto en campo como
en el laboratorio, debe ser plana y estar pulida sobre el rea
cubierta por el mbolo.
3) Como el valor de la dureza es afectado por la orientacin delmartillo, se recomienda que este se utilice en una de las
siguientes tres posiciones: verticalmente hacia arriba,
verticalmente hacia abajo u horizontalmente, con el eje del
martillo en una posicin de +- 5 a partir de la posicin deseada.
4)Los puntos de ensayo deben separase por, como mnimo, el dimetrodel mbolo. Cualquier ensayo que cause fractura o cualquier otra
falla visible, obligara a que dicho ensayo y el espcimen sean
rechazados. Los errores en la preparacin de los especmenes y la
tcnica de ensayo, tienden a producir bajos valores de dureza
Frmulas empricas para este ensayo
Log 10 (JCS) = 0, 00088 * * R + 1, 01 (MPa)
JCS: Resistencia Compresin Uniaxial
: Densidad de la roca seca en (KN / m ) = * g
R: Numero de rebote (Valor de Martillo)
(KN / m3) = (Kg / m
3) * g (m / s
2) = (Kg m / s
2) * (1 / m
3)
Densidad Promedio ()= 2600 (Kg/m3
)
= 2600 (Kg. / m3) * 9,81 (m / s
2) = 25506 (KN / m
3)
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Rebotes medidos con el martillo.
Muestra Cara
1 40
2 35
3 33
4 30
5 30
6 39
7 35
Promedio 34.57
Correccin por inclinacin del ngulo de golpe
R -90 -45 +90 +45
10 +3, 2 +2, 4 - -
20 +3, 4 +2, 5 -5, 4 -3,5
30 +3, 1 +2, 3 -4, 7 -3, 1
40 +2, 7 +2, 0 -3, 9 -2, 6
50 +2, 2 +1, 6 -3, 1 -2, 1
60 +1, 7 +1, 3 -2, 3 -1, 6
Correccin por inclinacin del ngulo -90 = +3.1
R = Rebote promedio + Correccin por inclinacin del ngulo -90
R = 34.57 + 3.1 = 37.67
CALCULO DEL JCS
Log 10 (JCS)= 0, 00088 * 25.506* 37.67 + 1, 01
= 1.856
JCS = 71.779 [MPa]
LABORATORIO 6
RCU= 49458lb-f=220KN
El valor del RCU para la muestra analizada fue de 49458lb-f=220KN
99.71MPa
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A partir de los datos presentes en la tabla adjunta, se puede apreciar
que el valor de resistencia de la caliza obtenida en laboratorio
99.71MPa, est dentro del rango esperable para este tipo de roca.
LABORATORIO 7.
Se realizaron 10 ensayos con la mquina para medir ngulo de
deslizamiento, a continuacin la tabla adjunta con los datos obtenidos.
Tangente()=1.155*tang()
Al f a= medi a ar i t mt i ca
Tang()=1.155*tang(34)
Tang()=0.779057
=37.9
Ensayo Angulo de deslizamiento ()
1 34
2 32
3 32
4 34
5 31.5
6 33
7 32
8 34
9 39
10 34
Pr omedi o 34
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Conclusin.
Haber trabajado en el laboratorio de mecnica de rocas durante este
semestre ha sido provechoso, ya que se ha podido ahondar an ms en los
conocimientos anteriormente aprendidos, llevndolos a la prctica demanera sencilla y eficaz, trabajando en experiencias que si bien es
cierto son simples en su forma de hacer y en los clculos que ellas
involucran, permiten que nuestro aprendizaje se vea acompaado por las
experiencias de la vida diaria, dndonos a entender que todos los hechos
que nosotros analicemos en el papel, siempre van a tener su base en la
vida real y es nuestra labor como futuros ingenieros el saber como
identificar ciertas anomalas o comportamientos errneos que se alejan
de los resultados esperables, es por eso que el laboratorio forma parteimportante en nuestro curso, ya que nos permite interactuar directamente
con estos problemas e intentar corregirlos ahora de manera fcil,
aprovechando que an somos estudiantes.