Practica Determina No3.docx

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Aragón Ingeniería Civil

Practica. 3

Materia: Mecánica de rocas

Profesor: Álvarez Bautista Gabriel

Practica determina No. 3 Determinar la resistencia a la compresión de un macizo rocoso. Introducción La compresión simple es el ensayo de laboratorio que consiste en aplicar a los especímenes de roca cargas axiales sin confinamiento. Los especímenes son generalmente cilindros de 2.5 a 7.5cm de diámetro y cuya altura es igual a dos veces el diámetro. La resistencia del espécimen es el valor del esfuerzo bajo el cual el material falla dicho esfuerzo se calcula comúnmente en megapascales (MPa) o kilopascales (KPa). El intervalo de variación de la resistencia a la compresión simple en rocas es usualmente de 5 a 400MPa. Dentro de este gran intervalo han surgido varias propuestas de subdivisión que no son enteramente satisfactorias, pero que pueden resumirse en la siguiente tabla. Resistencia (MPa) 5 a 20

Condición

Descripción

Muy débil

20 a 40

Débil

40 a 80

Resistencia madia

80 a 160

Resistencia alta

160 a 320

Resistencia muy alta

Sedimentarias alteradas y débilmente compactadas Sedimentarias y esquistos débilmente cementados Sedimentarias competentes y rocas ígneas cuarzosas de densidad un poco baja Ígneas competentes, metamórficas y algunas areniscas de grano fino Cuarcitas: rocas ígneas densas de grano fino

En pruebas de deformación bajo carga constante (creep), se requiere adaptar al marco de carga un sistema de control de resortes, hidromecánico, electroneumático o electrónico para mantener la carga constante durante la deformación del espécimen. Para obtener las propiedades mecánicas de las rocas hay que acudir a una muestra de un tamaño suficiente para que incluya a un gran numero de partículas constituyentes, pero suficientemente pequeño para excluir las discontinuidades estructurales mayores, de forma que las propiedades de la muestra sean homogéneas.

Desarrollo Luego de que la profesora nos dio una breve introducción acerca del procedimiento de la practica y de la utilidad de la misma, se seleccionaron los especímenes, mismos que desde la primera practica fueron obtenidos; estos fueron dos cilindros, uno de piedra de cantera y otro de basalto. Antes de aplicarles la carga a los especímenes, fue necesaria la cortadora para que las secciones transversales de los especímenes no tuvieran partes sobrantes que evitaran su adecuada colocación vertical en la maquina universal. Una vez que la cara superior de cada espécimen quedo adecuadamente formada, se empleo el vernier para medir sus respectivos diámetros; el diámetro de la probeta hecha de basalto fue de 4.5cm, al igual que la probeta de piedra de cantera. Una vez conocidos los diámetros de las probetas se cortaron nuevamente las probetas, pero esta vez desde la cara inferior y procurando cumplir la relación de h=2D Desafortunadamente, la probeta de basalto no cumplió con dicha regla, por lo que los cálculos podrían verse influenciados por un error debido a esto; pero a pesar de eso la otra probeta si cumplió con la altura requerida. Finalmente, con ayuda de la maquina universal y con los aditamentos para compresión simple (que evitan la necesidad de cabecera las probetas de roca). Se les aplico carga axial constante a los especímenes hasta llegar a la falla. La primera probeta sometida a dicha carga fue la hecha de piedra de cantera; esta presento el desprendimiento de un pequeño fragmento al cual luego le siguió la falla total de la roca; este espécimen resistió una carga axial de 11300Kg. Luego de eso, se sometió a una carga axial constante a la probeta de basalto, esta a diferencia de la primera probeta se rompió más rápido y en fragmentos de tamaño considerables; esta probeta resistió una carga de 4300kg. Empleando la expresión:

Se obtuvieron los esfuerzos a la compresión simple de cada espécimen; primero se obtuvieron en kg/cm2 y después se transformaron a MPa.

Ensayo de Velocidad de Onda P y S: Dentro de los ensayos no destructivos, está la determinación de constantes elásticas dinamicas que se realizan mediante mediciones de velocidad de ondas de compresión (Vp) y de corte (Vs), en probetas de peso específico conocido. El equipo que se utiliza para las mediciones de ondas Py S consta de: -Unidad generadora de pulso, que consta de un generador de pulso y un amplificador de poder -Unidad de transducer (palpadores piezoeléctricos), que consiste en un transmisor el cual convierte los impulsos eléctricos en mecánicos. -Unidad receptora de ondas, que consiste en un oscikiscioio TEX TRONIX 5515, que tiene incorporado un amplificador de voltaje. El procedimiento consiste en colocar los palpadores piezoeléctricos sobre la probeta, en donde la línea que conecta los centros de las áreas de contacto no debe estar inclinada más de dos grados con respecto a la línea perpendicular de cada área. Se pone un poco de grasa sobre las caras del testigo o probeta para permitir una mejor transmisión de ondas por lo transducer. La lectura del tiempo inicial en la pantalla se determina uniendo los trasducer sin el testigo, donde el tiempo inicial todo está determinado por la primera onda de forma recta en la pantalla del osciloscopio. Luego, estando los palpadores piezoeléctricos sobre la probeta, se determinan en forma simultánea los tiempos P y S. Ensayos Destructivos: En este grupo de ensayos, se proceden a determinar las propiedades mecánicas de la roca, como por ejemplo:    

Resistencia a la compresión uniaxial. Resistencla de carga puntual. Resistencia a la tracclón (método brasileño) Resistencia a la compresión triaxial, etcétera.

. A realizar estos ensayos, se logra a la destrucción total del testigo. Material y equipo -Muestreador de roca -Vernier -Cortadora -Máquina Universal -Aditamentos para compresión

Para el dimensionamiento de minas subterráneas es necesario obtener muestras del techo, muros, caja, pilares, etcétera. Las probetas se suelen preparar a partir de los testigos de sondeos de investigación del yacimiento, aunque en determinados puntos específicos se pueden efectuar sondeos con el único objetivo de ensayar los testigos obtenidos. A veces se pueden extraer bloques de roca de la mina y obtener de ellos probetas cilíndricas mediante una sonda en el laboratorio. Estos bloques deben extraerse prescindiendo de voladuras, para evitar posibles errores en los resultados de los ensayos debido a las tensiones generadas en la voladura. Cuando la humedad tiene una influencia sensible en el comportamiento de la roca, las muestras que se van a ensayar en el laboratorio deben parafinarse en el momento de la extracción de la mina. La determinación de la dinámica y propiedades geomecánicas de las rocas, sigue un procedimiento preestablecido. Estos procedimientos se inician con la obtención de testigos de rocas obtenidos mediante saca, los cuales están equipadas mediante coronas de diamantes. Este tipo de equipo, permite la obtención de testigos de diámetros que oscilan en un variado rango de diámetros. En la siguiente etapa, los testigos son cortados en sus extremos mediante sierras especiales para reca las cuales están diamantadas, luego sus extremos son pulidos en máquina esmeril, tratando lo posible de que las bases sean lo más paralelas posibles entre sí, para los posteriores ensayos destructivos, y de que estas no contengan asperezas. El pulido de las bases se realiza usando el compuesto carburo de silicio, malla 320 y 240, más agua logrando el paralelismo necesario. Los ensaos o pruebas de testigos, se pueden dividir en dos grupos, los cuales son:  

Ensayos no destructivos. Ensayos destructivos.

Ensayos no Destructivos: Dentro de estos ensayos se contemplan aquellos en que la muestra no se destruye al ser ensayada, lo cual permite que sea usada en otro tipo de ensayo, como ejemplos de estas pruebas se tienen: Ensayos de:      

Densidad Porosidad Peso especifico Humedad Medición de ondas S y P (Obtención del módulo de Young y de Poisson) Angulo de fricción básico

La carga axial fue la proporcionada por la maquina universal, mientras que el área se obtuvo mediante la expresión:

Donde: A = Área de la sección transversal de la probeta (cm2). D = Diámetro de la probeta (cm). Por lo que al ser ambos diámetros de 4.5m ambas áreas fueron de:

Por lo tanto, el valor del esfuerzo de compresión de la probeta de piedra de cantera valió:

El valor del esfuerzo de compresión de la probeta de basalto fue:

Finalmente sabiendo que 1MPa = 10.197kg/cm2 se cambiaron de unidades los valores de los esfuerzos a compresión de las dos probetas, por lo que para la piedra de cantera:

Mientras que para el basalto:

Por lo que de acuerdo a la tabla de clasificación, la piedra de cantera tiene una resistencia media y de basalto resulto ser una roca débil.

Conclusión En esta practica podemos observar la resistencia que tiene una roca sometida a compresión, y ver que la deformabilidad del macizo rocoso depende del grado de fracturación y de las propiedades de la roca