Cap Iii B Ensayos De Laboratorio De Mec Nica De Rocas

ENSAYOS LABORATORIO DE MECANICA DE ROCAS

ING. H. Raúl Machaca Condori RPM #951524438 [email protected]

1

ENSAYOS DE MECANICA DE ROCAS o Ensayo de propiedades físicas o Ensayo de compresión uniaxial o Ensayo de carga puntual o Ensayo de rebote con martillo Schmidt o Ensayo de tracción método brasilero o Ensayo de compresión triaxial o Ensayo de constantes elásticas o Ensayo de corte directo

LABORATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS VISTA GENERAL

3

PREPARACIÓN DE MUESTRAS EN ROCAS ASTM D 4543

OBJETIVO: obtener testigos cilíndricas y/o rectángulos del núcleo de la roca intacta para determinar propiedades de la roca con dimensiones estándar requerida para los ensayos. EQUIPOS:  SONDA SACATESTIGOS (obtención de testigos)  CORTADORA DE DISCO DIAMANTINO (obtención de especímenes para ensayos) 4

CORTADOR DE TESTIGOS CON DISCO DE CORTE MOTOR MUESTRA

AJUSTE DE LA MUESTRA (MORDAZA)

MANDO

MANGUERA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

5

RECORTADOR DE MUESTRAS CUBICAS (BLOQUES) CAJA DE CONTROL MOTOR

DESCONEXIÓN CONEXIÓN

MANDO DEL OPERADOR

ENTRADA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO DISCO 350MM 6

MATERIALES • Cuaderno de apuntes • Marcador • Vernier • Martillo de hule

• Botas

EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL

• Guantes • Tapón de oídos • Mandil • Lentes • Mascarilla de respiración 7

ENSAYO DE PROPIEDADES FISICAS OBJETIVO: DETERMINACION DE LOS PARAMETROS FISICOS:    

Densidad Porosidad Absorción Peso específico aparente

EQUIPOS:  Balanza con precisión 0.01 gr  Horno ventilado 105° c

8

RELACIONES GRAVIMETRICAS Y VOLUMETRICAS

Psat = Peso saturado (gr) Pseco = Peso seco (gr) Vol = volumen probeta (cm3) Dendidad =

P sec o Vol

PorosidadAparente =

Absorciòn =

(gr/cm3) Psat − P sec o * 100 γw * Vol

Psat − P sec o * 100 P sec o

PesoEspecificoAparente =

(%)

(%)

P sec o * 9.81 Vol

(KN/m3) 9

ENSAYO COMPRESION UNIAXIAL D2938-95 ASTM D 2938-86 OBJETIVO: Determinar la resistencia máxima a la compresión sin confinamiento lateral en un testigo cilíndrico de roca. EQUIPO: Prensa hidráulica Las muestras deben ser cilindros rectos con una relación longituddiámetro (L/D) entre 2 y 2.5. El diámetro de la probeta deberá ser mayor de diez veces el tamaño máximo del grano de la roca y no debe ser menor de 47 mm. 10

CÁLCULOS

Antes

Después 11

ENSAYO CARGA PUNTUAL ASTM D 5731-02 OBJETIVO: Determinar el índice de resistencia a la carga puntual. EQUIPO: Máquina de ensayo de carga puntual.

12

SISTEMA DE CARGA: El sistema de carga tendrá un marco de carga con una distancia placa a placa que permite realizar pruebas de muestras de roca en el rango de tamaño requerido. Típicamente, este intervalo es de 30 a 85 mm(3mm a 117mm) de manera que una distancia ajustable está disponible para acomodar tanto pequeñas como grandes especímenes. La capacidad de carga del equipo deberá ser suficiente para romper los ejemplares más grandes y más fuertes a ser probados. SISTEMA DE MEDICIÓN DE CARGA: Un sistema de medición de carga, un manómetro de presión hidráulica, que indica carga de rotura, P, requerida para romper la muestra. Las mediciones de la carga de rotura, P, deberá ser de una precisión de ± 5% 13

TIPOS DE ENSAYO DE CARGA PUNTUAL Existen como mínimo cuatro tipos de ensayos de carga puntual simple: el ensayo tipo Franklin y el de tipo Louis, ambos para cuerpos de prueba cilíndricos; y dos métodos para muestras irregulares. (Suarez Burgoa, 2013)  Ensayo diametral  Ensayo axial  Ensayo de bloques y pedazos irregulares  Roca Anisotropica

14

Configuración de carga y requerimientos en la forma de los testigos (a) muestra diametral, (b) muestra axial, (c) bloque y (d) muestra irregular. L = largo, W = ancho, D = diámetro, y De = diámetro del núcleo equivalente 15

Modos típicos de falla para muestras validas e invalidas (a) muestras diametrales validas; (b) muestras axiales validas; (c) bloques validos; (d) muestras invalidas. 16

CALCULOS

17

ENSAYO DE REBOTE CON EL MARTILLO SCHMIDT OBJETIVO: DETERMINACION INDIRECTA DE LA RESISTENCIA COMPRESIVA UNIAXIAL.

EQUIPO: Martillo schmidt de dureza.

18

19

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA TRACCION INDIRECTA EN ROCA (BRASILEÑO) ISRM, ASTM D 3967 – 95a OBJETIVO: DETERMINAR EN FORMA INDIRECTA LA RESISTENCIA A LA TRACCION DE LA ROCA INTACTA.

EQUIPO: Prensa hidráulica

20

EQUIPO PRENSA HIDRAULICA - PROCEDIMIENTO P

2P σt = π DL

D L

Dónde: σt = esfuerzo de tracción indirecta (MPa o kg/cm2) P = máxima fuerza aplicada sobre la probeta (kg) L = espesor del probeta (cm) D = diámetro del probeta (cm)

Antes

Después 21

ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL EN ROCA (ASTM D7012-10) OBJETIVO: DETERMINAR LOS PARAMETROS DE RESISTENCIA AL CORTE (COHESION Y ANGULO DE FRICCION INTERNA) Y LA CONSTANTE “mi” DE LA ROCA INTACTA.

EQUIPO: Máquina de compresión triaxial.

22

23

PROCEDIMIENTO

Sigma1

Sigma3

Sigma3

Sigma1

24

PRESENTACION DE RESULTADOS

25

ENSAYO DE CONSTANTES ELASTICAS OBJETIVO: DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS DE DEFORMABILIDAD DE LA ROCA INTACTA (MODULO DE DEFORMACION Y RELACION DE POISSON).

EQUIPO:  Prensa hidráulica  Deformómetros

26

PROCEDIMIENTO P

P L 2 L D L 2

D 2

P

P

LONGITUD DE LA PROBETA = L DIAMETRO DE LA PROBETA = D CARGA AXIAL = P

27

PROCEDIMIENTO Deformación unitaria axial = εL = ΔL / L Deformación unitaria diametral = εD = ΔD / D

Módulo Deformación = E =

σ c (50%) εL

εD Relación Poisson = ν = εL

28

UNIAXIAL COMPRESSION TEST ON ROCK SAMPLES (ISRM Suggested Method) TEST DETAILS Certificate:

1

Specimen height:

83.33

mm

Test date:

05/09/2015

Specimen area:

13.70

cm²

Client:

BUENAVENTURA - TAMBOMAYO

71.50

N/mm²

Site:

LAB. GEOTECNIA Y GEOMECANICA UNAP

Maximum strength: Etan*:

476.12

kN/mm²

Location:

PUNO

483.53

kN/mm²

Specimen label:

NIVEL 4640 M-2

479.82

kN/mm²

Esec*: Eaverage:

* Calculated at a vertical stress of 33.32 N/mm²

Specimen type: TEST DATA Rdg no.

Time

sec 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Vertical strain Gauge 1 Gauge 2

0 1.44 1.74 1.98 2.28 2.52 2.82 3.06 3.36 3.6 3.9 4.2 4.44 4.74 4.98 5.28 5.58 5.82 6.12 6.36 6.66 6.96 7.2 7.5

(ε 1) V µε

0 51 60 66 69 76 86 96 99 111 128 132 142 158 174 179 194 216 247 257 285 319 325 395

(ε 2) V µε

Horizontal strain Avg

Gauge 1 Gauge 2

∆ε V

(ε 1) H

0 51 60 66 69 76 86 96 99 111 128 132 142 158 174 179 194 216 247 257 285 319 325 395

0 -15.7 -21.8 -28 -31 -37.5 -47.8 -58 -61 -67.6 -76.4 -78.6 -82.6 -90.8 -98.9 -101.3 -109.9 -129.6 -180.8 -195.6 -266.8 -363 -465.6 -760.2

µε

µε

(ε 2) H µε

Avg

Volume strain

∆ε H

∆ε VOL

0 -16 -22 -28 -31 -38 -48 -58 -61 -68 -76 -79 -83 -91 -99 -101 -110 -130 -181 -196 -267 -363 -466 -760

µε

Load

Vertical stress

P

∆P

µε

kN

kN

0 20 17 10 7 1 -10 -20 -23 -25 -24 -26 -23 -24 -24 -24 -26 -43 -114 -135 -248 -407 -607 -1126

0.00 26.04 39.82 43.89 45.65 49.48 48.99 50.51 51.37 52.03 48.45 49.65 55.12 51.54 53.55 55.65 61.74 71.94 72.43 75.66 82.68 95.92 96.65 97.98

0.00 26.04 39.82 43.89 45.65 49.48 48.99 50.51 51.37 52.03 48.45 49.65 55.12 51.54 53.55 55.65 61.74 71.94 72.43 75.66 82.68 95.92 96.65 97.98

Etan

Esec

σ1

ν

N/mm2 kN/mm2 kN/mm2 0.00 19.00 29.06 32.03 33.32 36.11 35.75 36.86 37.48 37.97 35.36 36.23 40.23 37.61 39.08 40.61 45.06 52.50 52.86 55.21 60.34 70.00 70.53 71.50

Poi s s on's ra ti o

371.16 1129.92 486.95 476.12 404.96 -35.09 107.71 270.97 40.51 -146.77 273.85 383.73 -166.40 89.47 348.40 288.54 339.90 11.40 250.58 177.92 288.44 93.48 13.84

371.16 483.52 483.83 483.53 476.38 415.72 382.77 380.17 343.31 275.37 275.34 283.28 238.51 224.47 227.52 232.37 243.28 213.83 215.17 211.41 219.51 217.29 181.16

0.307 0.363 0.423 0.450 0.495 0.556 0.602 0.619 0.611 0.595 0.597 0.582 0.576 0.568 0.568 0.567 0.601 0.731 0.762 0.935 1.138 1.434 1.926

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UNIAXIAL COMPRESSION TEST ON ROCK SAMPLES (ISRM Suggested Method)

UNIAXIAL COMPRESSION TEST ON ROCK SAMPLES (ISRM Suggested Method)

TEST DETAILS

TEST DETAILS Certificate:

1

Specimen height:

83.33

mm

Test date:

05/09/2015

Specimen area:

13.70

cm²

Client:

BUENAVENTURA - TAMBOMAYO

Maximum strength:

71.50

N/mm²

Site:

LAB. GEOTECNIA Y GEOMECANICA UNAP

Poisson's ratio at failure:

1.926

Location:

PUNO

Specimen label:

NIVEL 4640 M-2

Poisson's ratio at vertical stress of 33.32 N/mm² :

0.450

Certificate:

1

Specimen height:

83.33

mm

Test date:

05/09/2015

Specimen area:

13.70

cm²

Client:

BUENAVENTURA - TAMBOMAYO

71.50

N/mm²

Site:

LAB. GEOTECNIA Y GEOMECANICA UNAP

Maximum strength: Etan*:

476.12

kN/mm²

Location:

PUNO

483.53

kN/mm²

Specimen label:

NIVEL 4640 M-2

479.82

kN/mm²

Esec*: Eaverage:

Specimen type:

* Calculated at a vertical stress of 33.32 N/mm²

Specimen type:

Compression curve Vol ume strain

Hori zontal strain

80

70

Verti cal s train

Vertical stress , σ1 (N/mm2 )

70

Vertical stress , σ1 (N/mm2 )

60 50 40 30 20

Rescale x axis

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

0

200

400

600

30 20

0

50

100

150

Rescale y axis

200

250

300

350

400

450

Autoscale

Vertical strain, εV (µε)

Autoscale

Strain modulus

1200

Etan

1000

Esec

800

E (kN/mm2 )

2.00

Poisson's ratio, ν (-)

40

Rescale x axis

Poisson's ratio

2.50

50

0

Strain, ε (µε)

Rescale y axis

60

10

10

-1400

Compression curve

80

1.50

600 400 200

1.00 0

0.50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

-200 -400

0.00

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Rescale x axis

Rescale y axis

Vertical strain, εV (µε)

Autoscale

30

ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN ROCA ISRM, ASTM D 5607-95 OBJETIVO: DETERMINAR LOS PARAMETROS DE RESISTENCIA AL CORTE EN DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA.

EQUIPO:  Máquina de ensayo de corte directo

 Molde para preparación de probeta de ensayo

31

ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN ROCA ISRM, ASTM D 5607-95 El ensayo de corte directo tiene como finalidad encontrar el valor del ángulo de fricción residual (ør) en probetas de roca que han sido previamente fracturados. Este ensayo se puede aplicar en rocas duras o blandas y en probetas de roca que contengan planos de falla o discontinuidades naturales o artificiales (interfase concreto-roca).

32

PREPARACION DE PROBETA DE ENSAYO

Sigma

Tau Tau Sigma 33

PROCEDIMIENTO

ESQUEMA DE LA MAQUINA DE CORTE DIRECTO PORTATIL MOSTRANDO LA POSICION DE LA PROBETA Y LA SUPERFICIE DE CORTE. UNA MAQUINA TIPICA TIENE 51 cm DE LONGITUD, 48 cm DE ALTURA Y 39 kg DE PESO 34

PRESENTACION DE RESULTADOS

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