Ensayo De Permeabilidad.docx

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS MECANICA DE ROCAS “ENSAYO DE PERMEABILIDAD EN ROCAS”

Integrantes: Carrasco Chanta, Cesar Gonzales Montalvo, Gian Marco Quispe Monsalve, Stefany Yglesias Ramírez, José Yovera Sotero, Alberto Zurita Peña, Miguel

Docente: Ing. Marco Cotrina

Chiclayo - Perú

(2017)

Contenido 1.

INTODUCCIÓN................................................................................................................... 3

2.

OBJETIVOS ........................................................................................................................ 3 a.

OBJETIVO GENERAL: ................................................................................................. 3

b.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ....................................................................................... 3

3.

METODOLOGIA................................................................................................................. 4

4.

EQUIPOS Y MATERIALES .............................................................................................. 4 a)

EQUIPO DE PERMEABILIDAD .................................................................................. 4

b)

EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL (EPP) ................................................... 5

c)

MATERIAL ROCOSO ................................................................................................... 6 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 6

5. a)

LA PERMEABILIDAD ................................................................................................... 7

b)

LEY DE DARCY ............................................................................................................. 7 PROCEDIMIENTO ............................................................................................................. 8

6. a.

DATOS OBTENIDOS .................................................................................................... 9

7.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................. 10

8.

LINKOGRAFIA ................................................................................................................. 11

9.

ANEXOS ............................................................................................................................ 12

TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: MAQUINA DE PERMEABILIDAD. .............................................................................. 5 Ilustración 2: EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL (EPP) ........................................................... 5 Ilustración 3: MATERIAL ROCOSO GRANITO ................................................................................. 6 Ilustración 4: ECUACION DE LEY DE DARCY................................................................................... 7 Ilustración 5: EXPERIMENTO DE DARCY. ....................................................................................... 8 Ilustración 6: COLOCACION DE LA MUESTRA. ............................................................................. 12 Ilustración 7: FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO DE PERMEABILIDAD. ......................................... 12 Ilustración 8: CELDA DE HOEK ..................................................................................................... 13

ENSAYO DE PERMEABILIDAD EN ROCAS 1. INTODUCCIÓN El presente informe detalla los trabajos realizados con la máquina de permeabilidad en el laboratorio de mecánica de rocas de la escuela de Ingeniería de Minas de la UCVCHICLAYO, comprende el uso adecuado de la máquina, características de la máquina, el uso adecuado de los equipos de protección personal, características del testigo, pasos y finalidades de la obtención de testigos. Ya que como mineros debemos conocer y clasificar los tipos de rocas porque es de gran utilidad en nuestra profesión para realizar los diseños de sostenimiento en nuestras labores mineras. La permeabilidad es la capacidad que tiene un material de permitirle a un flujo que lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable o no permeable si la cantidad de fluido es despreciable. La permeabilidad constituye una de las propiedades de los macizos rocosos que presentan mayor variación dentro de una misma formación rocosa. Por ello cuando se cuantifica la permeabilidad de un macizo rocoso es más propio que hablar de un orden de magnitud que de valores precisos. Este informe fue realizado con la finalidad de aprender a manipular el equipo de permeabilidad que se encuentra en laboratorio para así saber que la permeabilidad se aplica en diferentes tipos de rocas; para nosotros poder utilizar este equipo se pasó por diferentes procesos para la preparación de nuestra muestra a utilizar este ensayo; el primer proceso fue de perforación diamantina y el segundo se aplicó el equipo llamado la cortadora. Una vez realizado estos dos procesos obtuvimos nuestra muestra lista de 10 cm de tipo roca andesita y caliza para así ser aplicado a nuestro ensayo de permeabilidad.

2. OBJETIVOS a.

OBJETIVO GENERAL:

Como objetivo general tenemos el de reconocer el equipo de permeabilidad del laboratorio, además de aprender su uso y manejo. b.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Obtener los datos y valores en el laboratorio. Utilizar de manera correcta los Equipos de Protección Personal (EPP).

3. METODOLOGIA La metodología utilizada en nuestro informe es experimental ya que mediante la práctica experimental en el laboratorio, podremos reconocer el grado de permeabilidad de los diferentes macizos rocosos y así poder clasificarlos. 4. EQUIPOS Y MATERIALES Los materiales y equipos utilizados en esta práctica experimental de laboratorio son los siguientes: a)

EQUIPO DE PERMEABILIDAD

Para medir la permeabilidad o flujo de agua mediante una muestra de roca introducida en una célula Hoek con un sistema controlado de agua a presión. El ensayo se realiza con las células Hoek utilizadas en el ensayo de compresión Triaxial, adaptándolas el cabezal correspondiente. Dichos cabezales suministrados por pares, deben pedirse por separado, sustituyendo al cabezal standard. El juego está formado por un conjunto de tapón superior e inferior, completo con suplementos adicionales La celda de Hoek se puede utilizar con presiones de hasta 70 Mpa. El ensayo con la célula de Hoek, permite determinar la resistencia y propiedades elásticas en probetas cilíndricas de roca, sometidas a compresión triaxial. La célula está compuesta por: Cuerpo de acero zincado, con dos conexiones laterales, una para conectar el sistema de presión hidráulico, y otra para expulsar el aire presente en el interior de la célula (o para conectar un sistema para medir la presión). Dos casquillos roscados de acero zincado, utilizados como cabezal para la camisa. Dos pistones templados y rectificados, para aplicar una carga axial uniforme a la probeta. Un manguito de caucho de alta resistencia, para uniformar la presión confinada (utilizable en más ensayos)

Alimentación: monofásico 220/240 V. 50 Hz. Dimensiones: 310 x 300 x 400 mm. Peso: 20 Kg aprox.

Ilustración 1: MAQUINA DE PERMEABILIDAD.

. b)

EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL (EPP)

Los equipos de protección personal o (EPP) son aquellos accesorios, dispositivos y vestimentas de diversos diseños que se emplean para el trabajador o manipulador de una maquinaria u objeto, estos equipos sirven para protegerse contra posibles lesiones. Además estos constituyen uno de los conceptos más básicos en cuanto a la seguridad en lugar de trabajo y son utilizados en lugares de peligro para la salud física del trabajador.

Ilustración 2: EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL (EPP)

c)

MATERIAL ROCOSO

El material rocoso ensayado en el laboratorio de mecánica de rocas es una muestra de roca granito. El granito es una roca ígnea plutónica formada esencialmente por cuarzo, feldespato alcalino, plagioclasa y mica. El término granito abarca varias rocas de aspecto granular y de colores claros, pero con proporciones diferentes entre sus minerales.

Ilustración 3: MATERIAL ROCOSO GRANITO

5. MARCO TEÓRICO Mecánica de rocas es la ciencia teórica y aplicada al comportamiento mecánico de rocas y de macizos rocosos. Tal como en geología, es la rama de la mecánica concerniente a la respuesta de estos entes litológicos a los campos de fuerzas de su ambiente físico. La mecánica de rocas forma parte de la geo mecánica, disciplina relativa a las respuestas mecánicas de todos los materiales geológicos, incluidos los suelos. El término geo mecánica se aplica a la disciplina relacionada con la ingeniería geológica principalmente, y otras como la ingeniería civil, ingeniería de minas y la geofísica, para estudio de las condiciones de estabilidad, deformación y resistencia de macizos rocosos. Parcialmente se le puede considerar sinónimo de mecánica de rocas, pues además comprende mecánica de suelos. La geo mecánica se distingue de la geotecnia en que en ésta se atienden principalmente terrenos no consolidados. En algunos casos, para el avance y la culminación de proyectos constructivos, las características geológicas locales requieren integración de ambas disciplinas. Se puede dividir en: -

Geo mecánica de superficie

-

a)

Geo mecánica aplicada al subsuelo

LA PERMEABILIDAD

La permeabilidad es la capacidad que tiene un material de permitirle a un flujo que lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable o no permeable si la cantidad de fluido es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos: 

la porosidad del material y su estructura;



la viscosidad del fluido considerado, afectada por su temperatura;la presión a que está sometido el fluido.

Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que permitan un paso fácil del fluido a través del material. A su vez, tales espacios deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material. Por otro lado, hay que hablar de una "permeabilidad intrínseca" (también llamada "coeficiente de permeabilidad"); como constante ligada a las características propias o internas del terreno. Y de una "permeabilidad real" o de Darcy, como función de la permeabilidad intrínseca más las de las características del fluido. b)

LEY DE DARCY

La Ley de Darcy describe, con base en experimentos de laboratorio, las características del movimiento del agua a través de un medio poroso. La expresión matemática de la Ley de Darcy es la siguiente:

Ilustración 4: ECUACION DE LEY DE DARCY.

Siendo: Q = descarga o caudal. L = longitud en metros de la muestra. K = una constantes, actualmente conocida como coeficiente de permeabilidad de Darcy, variable en función del material de la muestra.

A = área de la sección transversal de la muestra. ℎ3 = Altura, sobre el plano que alcanza el agua en un tubo colocado a la entrada de la capa filtrante. ℎ4 = Altura, sobre el plano que alcanza el agua en un tubo colocado a la salida de lam capa filtrante. La ley de Darcy es una de las piezas fundamentales de la mecánica de los suelos. A partir de los trabajos iniciales de Darcy, un trabajo monumental para la época, muchos otros investigadores han analizado y puesto a prueba esta ley. A través de estos trabajos posteriores se ha podido determinar que mantiene su validez para la mayoría de los tipos de flujo de fluidos en los suelos. Para filtraciones de líquidos a velocidades muy elevadas y la de gases a velocidades muy bajas, la ley de Darcy deja de ser válida. En el caso de agua circulando en suelos, existen evidencias abrumadoras en el sentido de verificar la vigencia de la Ley de Darcy para suelos que van desde los limos hasta las arenas medias. Asimismo es perfectamente aplicable en las arcillas, para flujos en régimen permanente. Para suelos de mayor permeabilidad que la arena media, deberá determinarse experimentalmente la relación real entre el gradiente y la velocidad para cada suelo y porosidad estudiados.

Ilustración 5: EXPERIMENTO DE DARCY.

6. PROCEDIMIENTO -

Seleccionamos la muestra.

-

Introducimos la muestra en la celda de Hoek.

-

Conectamos la manguera blanca y anaranjada de la celda de Hoek a sus respectivos lugares.

-

Enchufamos y prendemos el equipo de permeabilidad. Graduamos la presión.

-

Gracias a al probeta nosotros iremos calculando cuanto es que demora en subir el fluido a diferentes presiones.

-

Repetimos el procedimiento las veces que sean necesarias, para tener datos más exactos.

a.

DATOS OBTENIDOS -

Hallamos el caudal para cada tiempo: 𝑸=

𝑸𝟏 =

𝟏𝟐𝟓. 𝟕𝒄𝒎𝟑 𝟑 = 𝟖. 𝟑𝟖 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝟏𝟓𝒔

𝑸𝟐 =

𝟏𝟐𝟓. 𝟕𝒄𝒎𝟑 𝟑 = 𝟕. 𝟑𝟗 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝟏𝟕𝒔

𝑸𝟑 =

𝟏𝟐𝟓. 𝟕𝒄𝒎𝟑 𝟑 = 𝟏𝟎. 𝟒𝟖 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝟏𝟐𝒔

-

𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐

Hallamos el coeficiente de permeabilidad para cada presión y tiempo: 𝒌=

𝑸 𝑳 𝒙𝒍𝒐𝒈 ( ) 𝟐𝝅𝑳𝑯 𝒓

𝟑

𝟑

𝟑

𝟑

𝟖. 𝟑𝟖 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝟏𝟎 𝟖. 𝟑𝟖 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝒌𝟏 = 𝒙𝒍𝒐𝒈 ( ) = 𝒙𝟎. 𝟕 = 𝟎. 𝟎𝟐𝟑 𝟐𝒙𝟑. 𝟏𝟒𝟏𝟔𝒙𝟏𝟎𝒄𝒎𝒙𝟒𝒄𝒎 𝟐 𝟐𝟓𝟏. 𝟑𝟑𝒄𝒎𝟐 𝟕. 𝟑𝟗 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝟏𝟎 𝟕. 𝟑𝟗 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝒌𝟐 = 𝒙𝒍𝒐𝒈 ( ) = 𝒙𝟎. 𝟕 = 𝟎. 𝟎𝟐𝟏 𝟐𝒙𝟑. 𝟏𝟒𝟏𝟔𝒙𝟏𝟎𝒄𝒎𝒙𝟒𝒄𝒎 𝟐 𝟐𝟓𝟏. 𝟑𝟑𝒄𝒎𝟐 𝟑 𝟑 𝟏𝟎. 𝟒𝟖 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝟏𝟎 𝟏𝟎. 𝟒𝟖 𝒄𝒎 ⁄𝒔 𝒌𝟑 = 𝒙𝒍𝒐𝒈 ( ) = 𝒙𝟎. 𝟕 = 𝟎. 𝟎𝟑 𝟐𝒙𝟑. 𝟏𝟒𝟏𝟔𝒙𝟏𝟎𝒄𝒎𝒙𝟒𝒄𝒎 𝟐 𝟐𝟓𝟏. 𝟑𝟑𝒄𝒎𝟐

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES -

Como primera recomendación tenemos que al momento de ingresar al laboratorio siempre se debe de hacer uso de los equipos de protección personal (EPP) para así evitar riesgos para la salud física de la persona o manipulante de la maquinaria.

-

Concluimos que para realizar el ensayo de permeabilidad es necesario saber el uso adecuado de esta máquina para obtener datos y resultados exactos y evitar accidentes posteriores.

-

Concluimos que los coeficientes de permeabilidad van a variar dependiendo al macizo rocoso que se utilice en el ensayo, ya que los macizos rocosos tienen diferentes características.

8. LINKOGRAFIA -

-

http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas2.htm https://es.slideshare.net/IAAFS/preparacin-de-muestra-testigo-de-roca http://oa.upm.es/10695/1/20120330_El_Proceso_de_Exploracion_Minera_medi ante_Sondeos.pdf https://es.slideshare.net/JorgeVizneyChambiMamani/30512569informeensayodecompresionsimple https://es.pdfcoke.com/document/239713565/Laboratorio-N-01RECONOCIMIENTO-DE-EQUIPOS-DEL-LABORATORIO-DE-MECANICA-DEROCAS https://www.tiendagam.com/alquiler/producto/perforadora-sacatestigos/ https://es.pdfcoke.com/document/332281328/OBTENCION-DE-TESTIGOSPARA-SU-ANALISIS-MECANICO-Y-FISICO

9. ANEXOS

Ilustración 6: COLOCACION DE LA MUESTRA.

Ilustración 7: FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO DE PERMEABILIDAD.

Ilustración 8: CELDA DE HOEK