2da Clase de Mecanica de Rocas

MECANICA DE ROCAS

Facultad de Ingeniería In geniería de Minas- Tacna

CAPITULO II MECANICA DE ROCAS EXPERIMENTAL EQUIPOS E INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS En el presente Capitulo se detalla una serie de equipos e instrumentos de Laboratorio de Mecánica de Rocas. PREPARACION DE PROBETAS: La preparación de probetas, de muestras rocosas y minerales, se realiza mediante la Sonda Sacatestigos y la Cortadora de Disco Diamantino con sus respectios accesorios.


CAPITULO II MECANICA DE ROCAS EXPERIMENTAL EQUIPOS E INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS En el presente Capitulo se detalla una serie de equipos e instrumentos de Laboratorio de Mecánica de Rocas. PREPARACION DE PROBETAS: La preparación de probetas, de muestras rocosas y minerales, se realiza mediante la Sonda Sacatestigos y la Cortadora de Disco Diamantino con sus respectios accesorios.


Maquina Sonda Sacatestigos re!rentando una probeta para ser ensayada de acuerdo a los estándares el "SRM., por e#emplo$ para el ensayo de Compresión Simple y%o &nia'ial, para el ensayo de Constantes Elasticas, para el ensayo (ria'ial. Donde se requiere que las bases superior e in!erior de las probetas, tienen que estar re!rentadas, por la razón que al momento de e#ecutar el ensayo la carga aplicada debe ser uni!ormemente repartida en toda la super!icie de ambas bases.


Bocas de di!erentes diámetros )*+, +, .-+, +, -+/, 0ielador, 0ielador, tornillo de a#uste para cada diámetro de probeta, a#ustador de tuercas, re!rentadora y accesorio para re!rentar.

Facultad de Ingeniería de Minas- Tacna

En !a "oto se aprecia el equipo completo para el re!rentado, que se instala en la Sonda Sacatestigos.


CORTADORA DE DISCO DIAMANTINO El ob#etio de la Cortadora de disco diamantino es dimensionar a cada probeta de roca y%o mineral, en su longitud en relación a su diámetro, que resulta de la per!oración con la sonda sacatestigos, de acuerdo a los estándares )Relación de Esbeltez/ de cada uno de los ensayos 1a e#ecutarse en el programa plani!icado.


En !a "oto# se aprecia una probeta rocosa cortándose de acuerdo a su relación de esbeltez )L%D/, sobre la cual será realizado el ensayo de laboratorio para la determinación de sus propiedades !2sico3mecánicas.


ENSA$OS $ MEDICIONES EN LABORATORIO PROPIEDADES "%SICAS La determinación de las propiedades !2sicas se basa en el establecimiento de la 1umedad, absorción, olumen de poros, peso especi!ico%densidad de la probeta de roca y%o mineral, siendo los equipos y accesorios en la mayor2a de los casos los de un laboratorio qu2mico y%o metal4rgico. 5 están constituidas por$ &na balanza de precisión en grs. &n 1orno entilado. 6asos de precipitación. Lunas de relo#. (enazas de !ierro. 7gua destilada. (aras


PROPIEDADES MECANICAS MAQUINA DE COMPRESI&N DE ROCAS La determinación de las propiedades mecánicas, como es el caso de los ensayos de co'(esi)n si'(!e *+ unia,ia!# ensa*o de tacci)n indiecta -asi!eo# ensa*o Tia,ia!# ensa*o (aa !a dete'inaci)n de constantes e!.sticas# A-asion !os ange!es, son e#ecutados en la Maquina de Compresión de Rocas, con la !inalidad de determinar las caracter2sticas de de!ormabilidad y de rotura de la roca y%o mineral, en compresión.


MAQUINA DE CORTE DIRECTO En esta maquina portátil se e#ecuta el ensayo de corte directo sobre discontinuidades, cuyo ob#etio es la determinación de los parámetros !riccionantes$ Co1esión 8C+ y ángulo de !ricción 89i+ basica y residual.


MAQUINA DE CAR/A PUNTUAL Esta Maquina portátil se caracteriza por ser una peque:a prensa 1idráulica proista de 8conos de carga+ entre cuyos ;rtices se colocan probetas de roca y%o mineral, someti;ndolas a cargas compresias, seg4n la disposición de la probeta entre conos se mide ya sea el 2ndice
puesto que pueden ser Correlacionados e'perimentalmente a la resistencia compresia unia'ial y a la resistencia a la tracción.


ENSA$OS $ MEDICIONES IN0SITU SISMO/RA"O &tilizando ondas ultrasónicas que se 1acen propagar en el medio rocoso, se realizan mediciones de las elocidades de ondas longitudinales y transersales,

a partir de los cuales se determinan las constantes elásticas dinámicas$ Modulo de Elasticidad Dinámico 8Ed1 y Relación de >oisson Dinámico 8?d+. Se usa para tal !in un sismógra!o que puede e!ectuar mediciones en la misma operación minera.


MAQUINA DE ARRANQUE DE PERNOS La maquina de arranque de pernos permite determinar la capacidad de carga o de ancla#e de los pernos de roca )ancla#e puntual o repartido/ en un determinado macizo rocoso, mediante el ensayo del 8>ull (est+, esta capacidad de ancla#e de un perno de roca )Roc= @olt/, esta determinado por  aspectos importantes$ Longitud del perno, diámetro del taladro, tiempo de instalación y calidad del macizo rocoso, además permite controlar su comportamiento del perno de roca durante y despu;s de su instalación.


EXTENSOMETRO DE 2ARRILLAS E INCLINOMETRO Las mediciones de desplazamientos en el interior del macizo rocoso se realizan con el !in de controlar los desplazamientos o moimientos relatios dentro del macizo rocoso asociados con problemas de inestabilidad o durante la e#ecución de labores mineras subterráneas y super!iciales, instrumentándose taladros de gran pro!undidad, utilizando un E'tensometro Mecánico y%o Aidráulico de 6arillas de 7ncla#e M4ltiple, con el cual se eal4a los desplazamientos midiendo los cambios progresios de la componente a'ial de la de!ormación y un "nclinómetro para ealuar

EXTENSOMETRO


En la
placas de medición y dirección, equipos de medición, gata 1idráulica y cableado, accesorios de la cabeza de lectura.


INCLIN&METROS En la

EXTENSOMETRO DE CINTA En la

BARRA TELESCOPICA EXTENSOMETRICA En la erubar S.7


MARTILLO SC3MIDT DE DURE4A Denominado tambi;n esclerómetro o martillo estandarizado, nos permite obtener alores de dureza de la roca por el procedimiento del reboteG con el !in de determinar en !orma rápida alores apro'imados de parámetros de dise:o como la estimación de la resistencia compresia, en !unción a la densidad de la roca.


PROCEDIMIENTOS DE ENSA$O Ensayos estándares para la determinación de las propiedades <2sico3 Mecánicas de las rocas. LABORATORIO PROPIEDADES "%SICAS La determinación de las >ropiedades <2sicas se basa, en el establecimiento de los >esos 0atural, Seco y Saturado, y el olumen de probetas rocosas y%o minerales. El >eso 0atural de acuerdo al "SRM )Society "nternational eso Seco se determina, mediante el secado de las probetas dentro de un 1orno entilado a una temperatura promedio entre -I 3 IC, El >eso Saturado, se obtiene sumergiendo a la probeta en agua destilada. >ara determinar dic1os pesos se llea un registro periódico de los pesos, el lapso de secado y saturado de las muestras rocosas se obtiene apro'imadamente en  1oras, determinado cuando la di!erencia entre dos pesadas sucesias no e'ceda de . grs.


E! 2o!u'en de la probeta rocosa y%o mineral a ser ensayado se determina mediante probetas sim;tricas y%o probetas irregulares, mediante el principio de 7rqu2medes, en el caso particular de probetas irregulares.

Densidad J

Peso Seco

)gr%cm*

2o!u'en >eso especi!ico 7parente )>.E.a./ J Peso Seco 2o!u'en >orosidad 7parente )>.a./ J 7bsorción )en peso/

' K. )0%m/

Peso Satuado 0 Peso Seco 5 6 , 2o!u'en

Peso Satuado 0 Peso Seco Peso

Donde$ 56 J Densidad del agua )gr%cm/.

'  '  N

)N/


PROPIEDADES MECANICAS ENSA$O DE COMPRESI&N SIMPLE Denominado tambi;n ensayo de Compresión &nia'ial, este ensayo consiste en aplicar cargas compresias a'iales cada ez mayores, a probetas rocosas y%o minerales cil2ndricas, 1asta producir su rotura, como se aprecia en la

RELACI&N DE ESBELTE4$ La probeta rocosa y%o mineral a ser ensayada debe tener la siguiente relación$ L%D J * Donde$ L J Longitud de la probeta )cms/. D J Diámetro de la probeta )cms/.


"ACTOR DE CORRECCI&N DE PROTOD$A7ONO2: Cuando la relación de esbeltez es L%D O *, se puede aplicar el !actor de Corrección de >rotodya=ono, cuya relación matemática es la siguiente$

σ O =

8σ C 7+2

D L

Donde$ Po J Resistencia Compresia unia'ial con L%D J *. Pc J Resistencia Compresia unia'ial con L%D O *. L J Longitud de la >robeta. D J Diámetro de la >robeta


"ACTOR DE CORRECCION DE O2ERT DU2ALL Cuando la relación de esbeltez es L%D O *, se puede aplicar el !actor de corrección dado por Qert Duall  K )Roc= Mec1anicHs and t1e desing o! Structures in Roc=/$ CQRRE"R L7
σ σ

c

=

0

0.778 + 0.222 D / L

Donde: RE2ISAR Po J Resistencia Compresia unia'ial con L%D J . Pc J Resistencia Compresia unia'ial con * TL%D T%. L J Longitud de la >robeta. D J Diámetro de la >robeta.

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"&RMULA MATEM8TICA:

σ C

=

F

L

A D

Donde: 0 c 9 Esue;o de Co'(esi)n en <7g+c'= 0" 9 Caga u!ti'a a(!icada 7i!os 0D 9 Di.'eto en c'>


ENSA$O DE TRACCI&N INDIRECTA ? METODO BRASILERO El ensayo consiste en someter a una probeta cil2ndrica )disco de roca y% mineral/ a una carga lineal compresia actuando a lo largo de su diámetro >

> D

L


"&RMULA MATEM8TICA:

2 P Donde:

σ t =

π DL

σ

t

> D L V

J Carga 4ltima de rotura de la probeta )g/. J Diámetro de la probeta )cm/. J Longitud de la probeta )cm/. J Constante.

J Resistencia a la tracción indirecta de la roca y%o mineral en )g%cmU/.

RELACI&N DE ESBELTE4$ La probeta rocosa y%o mineral a ser ensayada debe tener la siguiente relación$ L%D J .Donde$ L J Longitud de la probeta )cms/. D J Diámetro de la probeta )cms/.


ENSA$O PARA DETERMINAR CONSTANTES ELASTICAS Es igual al ensayo de compresión unia'ial y%o simple, con la adición de que durante la aplicación de la carga a'ial compresia se miden las de!ormaciones unitarias a'iales @A1 )acortamiento longitudinal/ y diametrales @D1 )e'pansión lateral/. Las constantes elásticas @E1 )Modulo de De!ormación/ y @ )Relación de >oisson/ están de!inidas por las siguientes !ormulas matemáticas$ ”


Las constantes elásticas @E1 )Modulo de De!ormación/ y @ )Relación de >oisson/ están de!inidas por las siguientes !ormulas matemáticas$ ”

Ε =

σ 1 ε A

ν

=

ε D ε A

Donde: E J Modulo de De!ormación y%o de Elasticidad. J Relación de >oisson. W J -N de la Resistencia Compresia. XD J De!ormación &nitaria Diametral. X7 J De!ormación &nitaria 7'ial. Estos alores corresponden al -N de la Resistencia Compresia o carga de rotura )W J .- W c/.


ENSA$O DE RESISTENCIA A LA CAR/A PUNTUAL ENSA$O DE CAR/A PUNTUAL @"RAN7LIN+ El ensayo de carga puntual denominado tambi;n 8Diametral+ se e#ecuta sobre muestras de roca y%o mineral por lo general sobre testigos de per!oraciones de raise boring, teniendo en consideración el estándar del "SRM, como se aprecia en la
l

D


RELACI&N DE ESBELTE4: La probeta a ser ensayada debe tener la siguiente relación$ L%D J .

Donde: L J Longitud de la probeta )cms/. D J Diámetro de la probeta )cms/. "&RMULA MATEM8TICA: "s J >%DU Donde: "s J Yndice de Carga >untual J Carga 4ltima de rotura )g/. D J Diámetro de la probeta )cms/. Estimación de la 8Pc+, en relación a la Carga >untual. "&RMULA MATEM8TICA: Pc J )  Z .B- D/ "s Donde: Pc J Resistencia Compresia de la roca en )g%cmU/. D J Diámetro de la probeta en mm.


ENSA$O DE CAR/A PUNTUAL @LOUIS+ El ensayo de carga puntual denominado tambi;n 87'ial+ se e#ecuta sobre muestras de roca y%o mineral por lo general sobre testigos de per!oraciones de raise boring, teniendo en consideración el estándar del "SRM, como se aprecia en la
D

[


RELACI&N DE ESBELTE4: La probeta a ser ensayada debe tener la siguiente relación$ L%D J  Donde$ L J Longitud de la probeta )cms/. D J Diámetro de la probeta )cms/.

"&RMULA MATEM8TICA: "L J >%S Donde$ "L J Yndice de Carga >untual Louis )g%cmU/. > J Carga 4ltima de rotura )g/. S J 7rea de rotura )cmsU/.


ENSA$O DE CAR/A PUNTUAL @Pue-a de B!oque + Es-e!te; : L   D F G H D  G L L

D

[

D > " J33333 , D S

*

J * "

σc

S


ENSA$O DE CAR/A PUNTUAL @Pue-a de B!oque Iegu!a + Es-e!te; : L   D •F G H D  G •

W

=

P I 9 00000 # D

9 > I

S

c

>

W 1 + W 2 2

D [

L

D

[

*

C

S

ENSA$O DE COMPRESI&N TRIAXIAL Colocando probetas cil2ndricas con relaciones L%D J *, dentro de una celda tria'ial y aplicando una presión de con!inamiento lateral P constante )Es!uerzo >rincipal Menor/, dentro de un rango establecido, se somete a estas a un cargado a'ial 1asta producir su rotura, en es!uerzos que corresponden a P )Es!uerzo principal mayor/. Con los datos de P y P registrados, se construye la Enolente de Mo1r, obteni;ndose de la misma los parámetros de Resistencia al Corte$ Co1esión So y el 7ngulo de


ENSA$O

DE

CORTE DIRECTO DISCONTINUIDADES

SOBRE

Los ensayos se llean a cabo a tra;s de super!icies de discontinuidad contenidas en testigos rocosos y%o minerales de - cm. )- mm./ de diámetro, de acuerdo al estándar del "SRM


El ensayo consiste en cizallar la probeta a tra;s de la super!icie de discontinuidad, someti;ndola a un Es!uerzo 0ormal constante 8Pn+.


E! Esue;o de Cote @Jc1 para iniciar y mantener el desplazamiento, es determinado para un rango de es!uerzos normales. Durante los ensayos se miden los desplazamientos 8\8 de la parte superior de la probeta en relación a la parte in!erior, producidas como consecuencia de la aplicación de los es!uerzos

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