Informe Final-Mecanica Rocas _Cristian Ahumada Torrejón

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.

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