laboratorio rocas i (resumen)

Universidad de Santiago, Chile Depto. de Ingeniería en Minas Laboratorio de Mecánica de Rocas y Geotecnia

Laboratorio Rocas I

“Experiencias”

Lab 1 “Dimensiones de muestra”

Norma D4543

Objetivos:

Determinar tolerancia en caras, perpendicularidad y paralelismo

Procedimiento:

- medir 3 diámetros a lo largo de un testigo y mediante relación L/D = 2 a 2,5 determinar

longitud del testigo a cortar.

- marcar longitud de testigo a cortar

- cortar en “Cortadora de testigo” limpiar extremos, volver a medir para comprobar que

este en relación L/D aceptable

- Si cumple, pintar extremos con plumón y llevar a rectificadora

- Rectificar caras con rectificadora

- Limpiar y secar

- Determinar tolerancias en tres direcciones a 120° cada una, estas no deben sobrepasar

los 0,25mm

- Determinar Paralelismo y Perpendicularidad de caras

Fórmulas:

Tolerancia < 0,025 mm,

< 0,0043 con ∆ = |Xmax|-|Xmin|, α < 0,25°

Lab 2 “Densidad de Muestra”

Norma D4531, D2216, C97C97M

Objetivos:

Determinar densidad por métodos geométrico, cera-parafina y suspendido, dentro de este

determinar porosidad, humedad, absorción y densidad aparente

Ivo Fritzler Página 2

Procedimiento:

- Para densidad geométrica, sólo basta masar y tomar dimensiones del testigo

- Para densidad cera-parafina se debe calentar parafina en fundidora, a 60° es la

temperatura ideal.

- Una vez derretida la parafina, se sumerge el testigo en esta, con tres capas es ideal

- Se masa, luego en balanza con canasta sumergida en agua se sumerge testigo con

parafina y se masa.

- Con estos datos más la masa del testigo y densidad de agua y parafina conocidas se

puede determinar densidad.

- Para densidad por método sumergido, se debe poner a un horno el testigo a 110±5°C

por 48 hrs.

- Posterior a esto, se retira y se masa, obteniendo la masa seca (se asume que ya se

maso la masa original del testigo)

- Luego se deja sumergido por 24 hrs. en agua

- Se retira y se masa obteniéndose así, la masa húmeda

- Este testigo se vuelve a masar, esta vez en la balanza con canasto suspendido en agua,

obteniéndose la masa suspendida

- Luego con esos datos más densidad de agua conocida, se puede obtener la densidad

de la muestra

Fórmulas:

Norma D4531

Densidad geométrica:

Con m = masa muestra, V = volumen muestra,

Densidad Cera-Parafina:


Con m = masa muestra, = masa muestra con parafina, = masa muestra

parafina sumergida, =densidad agua ( ), =densidad parafina ( )

Densidad Suspendida:

Con =volumen muestra suspendida=

Porosidad:

Norma D2216

Humedad:

Norma C97C97M

Absorción:

Densidad aparente:

Lab 3 “Picnometría”

Norma D854

Objetivos:

Determinar densidad mediante el uso de picnómetros para cera y suelo

Procedimiento:

- Para Picnometría de parafina, se debe primero masar el picnómetro


- Posterior a esto, tener una masa de aprox. 3 gr de parafina seca y depositarla en

picnómetro, luego masarla.

- Luego depositar alcohol dentro de esta, junto con la parafina y masarla nuevamente

- Posteriormente botar contenido y limpiar picnómetro, volver a depositar alcohol pero sin

parafina seca y masar.

- Volver a botar contenido y limpiar picnómetro, esta vez llenar con agua y masar

- Con estos datos se puede realizar Picnometría para parafina

- Para Picnometria de suelo, se debe tomar una muestra de suelo cercana a 3 gr y masar.

- Posterior a esto masar picnómetro con agua y masar

- Luego masar picnómetro con agua y muestra de suelo, nuevamente masar

- Con densidad de agua conocida, se puede determinar la densidad de suelo

Fórmulas:

Densidad de parafina por Picnometría:

Densidad de suelo por Picnometría:

Lab 4 “Martillo de Schmidt y Carga Puntual”

Norma D5871, D5731

Objetivos:

Por martillo de Schmidt poder determinar esfuerzo uniaxial de forma indirecta o densidad

de la muestra en estudio, por método de carga puntual determinar esfuerzo uniaxial

(UCS) (Uniaxial Compressive Strength)(Esfuerzo de Compresión Uniaxial) de forma

indirecta

Norma D5871 “Martillo de Schmidt para determinación de UCS o Densidad”

Procedimiento:

- Tomar 10 puntos en muestra y cuarzo con Martillo de rebote.


- Promediar puntos en muestra y cuarzo.

- Descartar puntos de muestra si tienen una diferencia de 7 o más respecto al promedio

general, también descartar para cuarzo.

- Mediante fórmulas obtener e ingresar a diagrama de Miller para obtener UCS o

densidad en

dependiendo que dato se tenga.

Fórmulas:

- Correction factor (Factor de Corrección)

Con 39 dureza estándar del cuarzo y = promedio puntos tomados y aceptados en

cuarzo

- Rebound hardness number (Número de dureza de rebote)

=

Con X’ lecturas aceptadas de muestra

- De todos los obtenidos sacar promedio

Norma D5731 “Carga Puntual para obtención de UCS de forma implícita”

Procedimiento:

- Tomar muestra y presionar en Jaula de Compresión

- Encender Sensor de fuerza y activar Peak, para registrar carga de ruptura

- Presionar haciendo palanca testigo entre 10-60 segundos, para que sea valido

- Conseguir ruptura y anotar carga P en Kn.

- Mediante fórmulas determinar UCS

Fórmulas:

Carga Puntual:

(Mpa)


Con P carga de ruptura (kN) (pasar a N) y diámetro equivalente (mm)

Corrección Carga Puntual para diámetro ideal (50 mm):

Con F como Size correction factor (factor de corrección de tamaño)

F varía según diámetro de muestra:

Si es cercana a 50 mm:

Si es lejana a 50 mm:

UCS (Normalización):

Con K como Conversion Strength factor (Factor de conversión de fuerza, para 50 mm)

Lab 5 “Ensayo de Tracción Indirecta” o “Ensayo Brasileño”

Norma D3967

Objetivos:

Determinar esfuerzo de tracción en muestra de forma indirecta

Procedimiento:

- Envolver testigo en aluza y marcar dimensión con relación con L/D = 0,2 a 0,75

- Cortar testigo con “Cortadora de testigo”

- Limpiar extremos y verificar relación L/D

- Analizar orientación de clastos y trazar una línea perpendicular a estos, en toda la cara

- Usar mordaza para presionar disco

- Llevar a máquina de compresión (Automax) y conseguir fractura de este

- Analizar tipo de fractura y anotar carga de ruptura P en Kn y esfuerzo de tracción

obtenido en máquina


- Utilizar fórmulas para determinar esfuerzo de tracción y normalizarlo con un D ideal.

Fórmulas:

Tracción Indirecta:

(Mpa)

Con P = carga de ruptura (kN)(Pasar a N), D = Diámetro de disco, L = Longitud de disco

Tracción indirecta corregida a 50 mm

(Mpa)

UCS =

(Mpa)

*Si se quiere obtener un valor cercano o más realista para la tracción directa, se debe

multiplicar valor de tracción indirecta por el 77% aprox. ya que el valor de la tracción

indirecta no es tan preciso como el de tracción directa, pero es más económico.

Lab 6 “Velocidad de Onda y Módulos elásticos dinámicos”

Norma D2845

Objetivos:

Determinar velocidad de onda Primaria y Secundaria, además de los módulos elásticos

estáticos presentes en la muestra

Procedimiento:

- Masar y medir dimensiones del testigo (largo y diámetro)

- Instalar Pundit Lab y Osciloscopio

- Usar gel para ultrasonido en extremos, para adherir transductores a probeta de

calibración

- Encender y calibrar Pundit Lab (dependiendo la densidad del gel, si es baja se obtendrá

una velocidad de onda compresiva y si es alta de corte o cizallamiento)

- Usar nuevamente gel para adherir transductores en testigo, con Pundit Lab, para

determinar velocidad de onda y con Osciloscopio determinar gráficos de viaje de onda

(esta es otra opción para determinar velocidad de onda corte o compresiva, sólo se

obtiene tiempo de viaje)

- Con fórmulas determinar velocidad de onda Primaria y Secundaria, además de los

módulos elásticos dinámicos.


Fórmulas:

Velocidad de onda secundaria:

Módulos elásticos dinámicos (dejar en Gpa):

Poisson (ν):

Rigidez (G):

Lammé (K):

(Pa)

Young (E):

(Pa)

Compresibilidad (K):

(Pa)

Lab 7 “Ensayo Uniaxial y Triaxial”

Norma D7012

Objetivos:

Para ensayo uniaxial determinar UCS de forma directa, para triaxial determinar esfuerzos

actuantes en testigo (Principal y secundario) y determinar los módulos elásticos estáticos

actuantes en el testigo.


Procedimiento:

Para ensayo Uniaxial:

- Medir testigo según norma D4543

- Se lleva a Automax y se programa dicho instrumento, para conseguir fracturarlo

- Se registran valores de carga de ruptura y UCS obtenido

- Con carga de ruptura se comprueba mediante fórmula si concuerda con UCS obtenido y

para lograr una comparación ideal, se normaliza a 50 mm

Para ensayo Triaxial:

- Medir testigo según norma D4543

- Se envuelve en camisa de latex

- En un borde se utiliza un casquete y en el otro un casquete + casco, para que un

extremo sea plano.

- Cortar bordes de camisa de latex sobrante

- Sellar con scotch todo el testigo (primero extremos)

- Llevar a cámara triaxial, parte plana debe quedar en superficie, se asegura que quede

centrado y ajustado

- Aplicar aceite ATF hasta marca (dentro de cámara, está cerca del tamaño del testigo)

- Poner tapa de cámara triaxial, sin forzar (no sellar de inmediato)

- Desquinchar (abrir válvula para botar aceite a medida que se está cerrando cámara, ya

que se junta aire)

- Una vez cerrada cámara, desatornillar cámara triaxial

- Preparar puente (plataforma de metal incluida en mesa de cámara triaxial, sirve como

medio de traspaso desde la mesa a la maquina compresora Automax5)

- Trasladar cámara triaxial a través de puente a máquina compresora

- Preparar automax para ensayo uniaxial (programar)

- Preparar maquina de aceite Sercomp 7 (programar)

- Volver a desquinchar o spitch pero con automax 5, abrir valvula de cámara y comprimir,

esta compresión no debe superar los 5 kN


- Al terminar el spitch, quedará un espacio entre cámara y uno de los brazos compresores

de máquina, empatar con una pieza de metal

- Encender bomba de aceite en Sercomp 7 (F3) y atornillar manguera en parte trasera de

cámara

- Traspasar aceite a cámara (F4)

- Ver pantalla Sercomp 7, cuando salga “Inicio de ensayo en curso”, dar a F5 (inicio de

ensayo)

- Ir instantáneamente a automax 5 e iniciar ensayo en dicha maquina

- cuando testigo reviente, detener traspaso de aceite (F4), desconectar manguera de

cámara y apagar bomba de aceite (F3)

- Sacar cámara a través de puente, volver a fijar cámara a mesa y abrirla para sacar

testigo.

- Al sacar testigo, retirar scotch y camisa de latex, analizar ruptura (matriz, estructura o

mixta) y mediante datos obtenidos, determinar esfuerzo triaxial

Fórmulas:

(Ensayo Uniaxial)

UCS =

( )

Con P = carga de ruptura (kN) (pasar a N) y A = área de testigo ( )

UCS Normalizado =

(Ensayo Triaxial) Diferencial de estrés de falla:

σ = -

**no se consideró fórmulas de módulos elásticos estáticos**

**Sercomp 7 permite simular el confinamiento de la roca intacta**


Bonus

Regresión Lineal

,

Mohr-Coulomb

,

*Regresión lineal para Mohr-Coulomb

**Envolvente de falla según mohr-coulomb**

*Al obtener cohesión con los datos estudiados, se recomienda dejar el 75% del resultado

como cohesión, debido a que mohr- coulomb sobreestima el valor real, no es tan

especifico como Hoek and Brown*


Hoek and Brown

,

*Regresión lineal para Hoek and Brown

**Esta imagen corresponde a la envolvente de falla según Hoek and Brown y Mohr-

Coulomb para macizo rocoso, no para roca intacta**

*Hoek and Brown sólo se utiliza para macizo rocoso y roca intacta, en el laboratorio se

trabaja con roca intacta (testigo)

*Las normas de laboratorio están regidas por ASTM

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