05 - Mecanica de Rocas - Ensayos de Laboratorio

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Ing. JOSE GERLEY CORTÉS MARTÍNEZ Ing. JOSE GERLEY CORTÉS MARTÍNEZ

ASIGNATURA: ASIGNATURA:

MECÁNICA DE ROCAS BÁSICA MECÁNICA DE ROCAS BÁSICA

BOGOTÁ D.C., MARZO DE 2008, BOGOTÁ D.C., MARZO DE 2008,

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CONTENIDO CONTENIDO DET

DETERMERMNACNACIÓN IÓN DE DE LA LA DUDUREZREZA A DE DE REBREBOTE OTE A A PARPARTIR TIR DEL DEL MARMARTILTILLOLO SCHMIDT...

SCHMIDT...11 PESO UNITARIO EN MUESTRA CILÍNDR

PESO UNITARIO EN MUESTRA CILÍNDRICA DE ROCA...ICA DE ROCA...1.1 ENSAYO DE VELOCIDAD SÒNICA EN ROCAS – ULTRASO

ENSAYO DE VELOCIDAD SÒNICA EN ROCAS – ULTRASONIDO...NIDO...11 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DE AGREGADOS DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DE AGREGADOS

UTILIZAND

UTILIZANDO MÁQUINA DE LOS ÁNGELES...O MÁQUINA DE LOS ÁNGELES...11 COMPRESIÓN INCONF

COMPRESIÓN INCONFINADA...INADA...11 EN

ENSASAYO YO BRBRASASILILERERO O PAPARA RA DEDETETERMRMININAR AR DE DE LA LA RERESISISTSTENENCICIA A A A LALA TRACCIÓN

TRACCIÓN INDIRECTA...INDIRECTA...11 DETERMINACIÓ

DETERMINACIÓN DE N DE LA RESISTENCIA A LA RESISTENCIA A CARGA PUNTUAL...CARGA PUNTUAL...1...1 DETERMINACIÓ

DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE DESLEIMIENTO - DURABILIDAD...N DEL ÍNDICE DE DESLEIMIENTO - DURABILIDAD...11

ANEXOS ANEXOS

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CONTENIDO CONTENIDO DET

DETERMERMNACNACIÓN IÓN DE DE LA LA DUDUREZREZA A DE DE REBREBOTE OTE A A PARPARTIR TIR DEL DEL MARMARTILTILLOLO SCHMIDT...

SCHMIDT...11 PESO UNITARIO EN MUESTRA CILÍNDR

PESO UNITARIO EN MUESTRA CILÍNDRICA DE ROCA...ICA DE ROCA...1.1 ENSAYO DE VELOCIDAD SÒNICA EN ROCAS – ULTRASO

ENSAYO DE VELOCIDAD SÒNICA EN ROCAS – ULTRASONIDO...NIDO...11 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DE AGREGADOS DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DE AGREGADOS

UTILIZAND

UTILIZANDO MÁQUINA DE LOS ÁNGELES...O MÁQUINA DE LOS ÁNGELES...11 COMPRESIÓN INCONF

COMPRESIÓN INCONFINADA...INADA...11 EN

ENSASAYO YO BRBRASASILILERERO O PAPARA RA DEDETETERMRMININAR AR DE DE LA LA RERESISISTSTENENCICIA A A A LALA TRACCIÓN

TRACCIÓN INDIRECTA...INDIRECTA...11 DETERMINACIÓ

DETERMINACIÓN DE N DE LA RESISTENCIA A LA RESISTENCIA A CARGA PUNTUAL...CARGA PUNTUAL...1...1 DETERMINACIÓ

DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE DESLEIMIENTO - DURABILIDAD...N DEL ÍNDICE DE DESLEIMIENTO - DURABILIDAD...11

ANEXOS ANEXOS

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DETERMNACIÓN DE LA DUREZA DE REBOTE A PARTIR DEL

DETERMNACIÓN DE LA DUREZA DE REBOTE A PARTIR DEL MARTILLO SCHMIDTMARTILLO SCHMIDT

1.1. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA 1.1. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA Muestra No.: 17

Muestra No.: 17

Origen: Muestra extraída del Túnel Daza entre Pasto y Chachagüí al suroccidente del Origen: Muestra extraída del Túnel Daza entre Pasto y Chachagüí al suroccidente del país.

país. La

La muestmuestra ra de de roca a roca a ensayensayar ar presenpresenta ta las siguientlas siguientes es caraccaracterísterísticasticas: : GranitGranito, o, color griscolor gris oscuro, con tonos verdosos y claros, con presencia de mica, textura cristalina y de origen oscuro, con tonos verdosos y claros, con presencia de mica, textura cristalina y de origen ígneo.

ígneo.

1.2. MARCO TEÓRICO 1.2. MARCO TEÓRICO Dureza

Dureza La dureza es un concepto del comportamiento de un material antes que unaLa dureza es un concepto del comportamiento de un material antes que una propiedad fundamental. Como tal, la medida cuantitativa de la dureza depende del tipo de propiedad fundamental. Como tal, la medida cuantitativa de la dureza depende del tipo de ensayo; para rocas y minerales los más usados son: ensayos de indentación, ensayos ensayo; para rocas y minerales los más usados son: ensayos de indentación, ensayos dinámicos o de rebote y ensayos de raya.

dinámicos o de rebote y ensayos de raya. Ensayos dinámicos o de rebote

Ensayos dinámicos o de rebote Estos ensayos emplean un indentador (diente oEstos ensayos emplean un indentador (diente o marti

martillo) móvillo) móvil que golpea el espéciml que golpea el espécimen. en. La altura de rebote se toma comLa altura de rebote se toma como una medidao una medida de la dureza del espécimen.

de la dureza del espécimen.

El equipo de impacto denominado MARTILLO SCHMIDT es un equipo para ensayos de El equipo de impacto denominado MARTILLO SCHMIDT es un equipo para ensayos de laboratorio (no destructivo) que determina la dureza mediante el rebote de un martillo en laboratorio (no destructivo) que determina la dureza mediante el rebote de un martillo en forma de punta de diamante, dejado caer desde una altura fija sobre el espécimen. Entre forma de punta de diamante, dejado caer desde una altura fija sobre el espécimen. Entre más alto el rebote,

más alto el rebote, mayor la dureza. mayor la dureza. Debido al pequeño tamaño de la Debido al pequeño tamaño de la punta del martillo ypunta del martillo y la naturaleza heterogénea de la mayoría de las rocas, es necesario realizar un gran la naturaleza heterogénea de la mayoría de las rocas, es necesario realizar un gran número de ensayos de rebote a fin de obtener un promedio para un material particular. número de ensayos de rebote a fin de obtener un promedio para un material particular. Su uso es muy limitado en

Su uso es muy limitado en rocas ya sean muy duras o muy rocas ya sean muy duras o muy blandas. blandas. Puede ser utilizadoPuede ser utilizado en

en núnúclcleoeos s de de roroca ca de de didiámámetetro ro 5.5.4 4 cm cm (pa(para ra roroca ca dudurara), ), o o tatambmbiéién n en en mumuesestrtrasas ir

irreregugulalareres. s. LoLos s esespepecícímemenenes s obobteteninidodos s papara ra enensasayoyos s de de lalaboboraratotoririo o dedebeben n seser r representativos de la roca a estudiar.

representativos de la roca a estudiar. 1.3. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS 1.3. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS

Para el desarrollo de este ensayo se emplearon los siguientes equipos: Para el desarrollo de este ensayo se emplearon los siguientes equipos: El martillo Schmidt

El martillo Schmidt, el cual determina la dureza de, el cual determina la dureza de re

rebbootte e ddeel l mmaatteerriiaal l eennssaayyaaddo o y y qquue e ccoonnssiissttee es

esenencicialalmementnte e de de un un émémbobololo, , un un reresosortrte e de de ununaa determinada rigidez y un pistón. El émbolo se presiona determinada rigidez y un pistón. El émbolo se presiona hacia el interior del martillo al ejercer un empuje contra hacia el interior del martillo al ejercer un empuje contra

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L, que tiene una energía de

L, que tiene una energía de impacto de 0.74 N impacto de 0.74 N x m es elx m es el ma

mas s cocomúmún n y y dedebe be ututililizizararse se sosobrbre e núnúclcleoeos s NX NX oo mayores, o sobre especímenes en bloque que tengan mayores, o sobre especímenes en bloque que tengan lados de 6 cm de

lados de 6 cm de longitud, como mínimo.longitud, como mínimo. Base de acero

Base de acero de un peso mínimo de 20 Kg, a la cualde un peso mínimo de 20 Kg, a la cual deben estar fijamente sujetados los especímenes

deben estar fijamente sujetados los especímenes

Equipo de laboratorio Equipo de laboratorio Cuña de acero

Cuña de acero la cual permitirá el ensayo de los núcleos; cuenta con una muescala cual permitirá el ensayo de los núcleos; cuenta con una muesca maquinada semicilíndrica del mismo radio de núcleo, o se conforma de un bloque de maquinada semicilíndrica del mismo radio de núcleo, o se conforma de un bloque de acero en V.

acero en V.

1.4. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO 1.4. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO

Durante el ensayo se siguió el siguiente procedimiento: Durante el ensayo se siguió el siguiente procedimiento: Previo a ensayar la probeta, se tomaron lecturas de Previo a ensayar la probeta, se tomaron lecturas de

diáme

diámetro, altura y tro, altura y peso de peso de la muestra a la muestra a ensayaensayar,r, con el fin de calcular el peso unitario de ésta. con el fin de calcular el peso unitario de ésta. Se procede a calibrar el martillo antes de cada Se procede a calibrar el martillo antes de cada secuencia de ensayos, utilizando el yunque de secuencia de ensayos, utilizando el yunque de calibración suministrado por el fabricante. Debe calibración suministrado por el fabricante. Debe obtenerse un promedio de 10 lecturas sobre el obtenerse un promedio de 10 lecturas sobre el yunque.

yunque.

Paralelamente se debe ir preparando la muestra; la Paralelamente se debe ir preparando la muestra; la

superf

superficie de icie de ensayensayo o de de todos los todos los especespecímeneímenes,s, de

debe be seser r plplanana a y y esestatar r pupulilida da sosobrbre e el el áráreaea cubierta por el émbolo. Esta área, y el material cubierta por el émbolo. Esta área, y el material rocoso bajo ella hasta una profundidad de 6 cm, rocoso bajo ella hasta una profundidad de 6 cm, de

debeben n esestatar r lilibrbres es de de grgrieietatas s o o de de cucualalququieier r discontinuidad localizada en la masa de roca. discontinuidad localizada en la masa de roca. El cuerpo de la muestra fue dividido en ocho partes El cuerpo de la muestra fue dividido en ocho partes simétricas, las cuales sumadas a la cara superior simétricas, las cuales sumadas a la cara superior e

e ininfeferirior or de de éséstata, , cocompmpleletatan n lalas s didiez ez papartrteses sobre las cuales se tomarán las 20 lecturas de sobre las cuales se tomarán las 20 lecturas de du

durereza za (d(dos os en en cacada da ununa a de de lalas s didivivisisiononeses realizadas).

realizadas).

Ya para el ensayo, la muestra de roca, se fijó sujeta Ya para el ensayo, la muestra de roca, se fijó sujeta a una base (con muesca semicilíndrica) rígida a una base (con muesca semicilíndrica) rígida para asegurarla adecuadamente contra vibración para asegurarla adecuadamente contra vibración y

y momovivimimienento to dudurarantnte e el el enensasayoyo. . La La babase se sese ccoollooccó ó ssoobbre re uunna a ssuuppeerrffiicciie e ppllaanna a ppaarraa suministrar un soporte firme.

suministrar un soporte firme.

Preparación de la muestra Preparación de la muestra

Ensayo Martillo Schmidt Ensayo Martillo Schmidt

Como el valor de la dureza es afectado por la orientación del martillo, se utilizó en la Como el valor de la dureza es afectado por la orientación del martillo, se utilizó en la posición verticalmente hacia abajo, cumpliendo con la tolerancia de +/- 5° del eje del posición verticalmente hacia abajo, cumpliendo con la tolerancia de +/- 5° del eje del martillo a partir de la posición deseada.

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Luego de fijada la muestra y de ubicado de forma conveniente el martillo, se procedió a realizar las 20 lecturas de dureza (dos en cada una de las diez divisiones de la muestra), asegurando valores de dureza en toda la superficie de la muestra.

Durante el ensayo no se presentaron alteraciones a la muestra. Cualquier ensayo que cause fractura o cualquier otra falla visible, hubiera obligado a que dicho ensayo y el espécimen sean rechazados.

1.5. TOMA DE INFORMACIÓN

Para la toma de información se empleó el formato mostrado en el anexo 1, en el cual se incluyen los datos de: calibración del yunque, descripción, características de la muestra y las 20 lecturas de dureza tomadas sobre la totalidad de la superficie de la muestra. En la tabla 1 se presentan los datos tomados.

1.6. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

Se realizaron los siguientes cálculos para calcular la dureza Schmidt de la muestra y su respectiva resistencia a la compresión:

Factor de corrección del yunque Promedio de los datos aceptados Dureza de rebote martillo Schmidt Densidad de la roca (Peso unitario)

Resistencia a la compresión de la roca en MPa

El procesamiento de la información se presenta en la tabla 2. 1.7. ANÁLISIS DE RESULTADOS

A partir de los resultados obtenidos se realizan las siguientes anotaciones:

Se analiza una gran dispersión de datos de dureza tomados en la superficie de la muestra, superior al 50%, lo cual se debe posiblemente a la heterogeneidad de materiales presentes en ella, o a que las bajas lecturas pudieron haberse realizado sobre microfisuras presentes en la muestra.

De la misma forma, se aprecia que los datos admitidos para la dureza al martillo Schmidt se encuentran tomados preferiblemente en las caras superior e inferior de la muestra. El peso unitario obtenido de la muestra es alto, demostrando que la roca es muy

compacta (densa) e infiriendo unas características de alta resistencia a la compresión. Se encontró que la resistencia a compresión de la muestra de roca ensayada corresponde

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PROYECTO: LAB. MECÁNICA DE

ROCAS LOCALIZACION:TÚNEL DAZA FECHA: 06 DE Marzo de 2008 CLIENTE: GRUPO DE TRABAJO No. 3 O.T.No.:

SONDEO: MUESTRA: 17 PROFUNDIDAD:

-DESCRIPCIÓN: _{Granito, color gris oscuro, con tonos verdosos y claros, con presencia de mica, textura cristalina y de origen ígneo.}

ORIENTACIÓN EJE DEL MARTILLO: VERTICAL HACIA

ABAJO TIPO DE MARTILLO: L DATOS DE CALIBRACIÓN DEL YUNQUE

VALOR DEL YUNQUE (S/FABRICANTE)

60 60 58 56 59 59 56 59 58 60 ESPECIMEN No. 2 I.D. MUESTRA: DESCRIPCIÓN: PROFUNDIDAD: TIPO: * LONGITUD (m): DIAMETRO O LADO (m): PESO (KG) LECTURAS 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (CARA A) 10 (CARA B) CRITERIO DE ACEPTACIÓN:

El ensayo se rechaza si se causa fractura ó cualquier fall a visible del especímen. OBSERVACIONES : NX 0,1105 0,05445 0,7324 2 40 42 36 42 32 42 31 38 39 42 32 42 42 40 30 29 30 34 1 27 46 Facultad de Ingeniería LABORATORIO DE GEOTECNIA 1 No. 17

Granito, color gris oscuro, con tonos verdosos y claros, con presencia de mica, textura cristalina y de origen ígneo.

INFORME DE RESULTADOS DE LABORATORIO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

ENSAYO DE DUREZA DE REBOTE "MARTILLO SCHMIDT"

61

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FACTOR DE CORRECCIÓN =

= 1,042735043

LECTURAS ORDENADAS EN FORMA DESCENDENTE 46 42 42 γ = Densidad de la roca en KN/m³ 42 42 42 MASA (KN) 0,007324 42 VOLUMEN (m³) 0,000257305 40 40 γ= 28,46 39 38 36 34 32 32 31 30 30 29 27

PROMEDIO DE LOS DATOS ACEPTADOS = 42

DUREZA DE REBOTE MARTILLO SCHMIDT = 43

Log dc = 0.00088γR + 1.01 Donde:

dc = Resistencia Compresiva de la roca en MPa. γ = Densidad de la roca en KN/m³.

R = Rebote del Martillo tipo “L”.

Log dc = 2,10

Para el calculo de la estimación de la resistencia compresiva se debe tomar en cuenta los estándares del ISRM (Society International For Rock Mechanics), considerando el Número de rebote, definido como: “ La media aritmética de los 5 valores o índices más altos de todos los ensayos ejecutados con el Martillo Schmidt de Dureza” y aplicando la siguiente formula matemática:

RANGO TÍPICO DE VALORES DE REBOTE DEL MARTILLO DATOS ACEPTADOS DATOS DESECHADOS CÁLCULOS

VALOR PATRÓN ESPECIFICADO DEL YUNQUE

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1.8. CONCLUSIONES

El ensayo de dureza mediante el martillo Schmidt es de considerable importancia para establecer correlaciones que permitan obtener valores de propiedades mecánicas de las rocas. Además, es importante hacer notar sus ventajas al ser un ensayo no destructivo que puede realizarse tanto en campo como en laboratorio.

De acuerdo con el valor de resistencia a la compresión obtenido mediante correlaciones, y con el apoyo de la identificación visual del material ensayado, se puede concluir que la roca ensayada si corresponde a una roca ígnea de las características de un granito.

Se puede notar mediante los valores obtenidos de dureza al martillo Schmidt y el posterior valor de resistencia a la compresión, que hubo cuidado tanto en la preparación de la muestra como en la realización de la prueba; los errores en la preparación de los especímenes y la técnica de ensayo, tienden a producir bajos valores de dureza.

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PESO UNITARIO EN MUESTRA CILÍNDRICA DE ROCA 1.9. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

La muestra de roca a ensayar presenta las siguientes características: Color gris oscuro, de grano fino, textura anisotrópica y de probable origen ígneo.

1.10. MARCO TEÓRICO

Peso Unitario Denominado también peso volumétrico de un material (γ), corresponde al peso de dicho material contenido en la unidad de volumen, y generalmente se expresa en

kg/m3_{, T/m}3 _{ó kN/m}3_{. Este parámetro es importante en mecánica de rocas, pues muchas}

de las correlaciones para identificar propiedades ya sean físicas, mecánicas, hídricas o reológicas tienen en cuenta este valor.

1.11. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS

Para el desarrollo de este ensayo se emplearon los siguientes equipos:

Calibrador Vernier o de Nonio, el cual permitirá tomar las medidas tanto de los distintos valores de diámetro de la muestra, así como sus correspondientes valores de altura.

Báscula de Precisión, para tomar medidas de la masa de la muestra.

1.12. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO

Durante el ensayo se siguió el siguiente procedimiento:

Se prepara inicialmente la muestra, de forma que sea regular y permita la determinación sencilla de parámetros de forma, en este caso, diámetros y alturas; la superficie de ensayo de la muestra, debe ser plana y estar pulida.

Se toman ahora lecturas de diámetro de la muestra en tres sitios de ésta: en la parte superior, en la intermedia y en la parte inferior. Para cada una de estas zonas se

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Para la toma de información se empleó el formato mostrado en el anexo 2, en el cual se incluyen los datos de: descripción y características de la muestra, diámetros superior, intermedio e inferior, y los datos medidos de altura y peso de la muestra.

PROYECTO: LOCALIZACION: FECHA: 6 DE MARZO DE 200 CLIENTE: GRUPO DE TRABAJO No. 3 O.T.No.:

SONDEO: MUESTRA: PROFUNDIDAD:

DESCRIPCIÓN: PESO UNITARIO Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 0,0477 0,0475 0,0477 0,0994 0,4738 2 0,0476 0,0476 0,0477 0,0994 0,4738 3 0,0476 0,0475 0,0476 0,0996 0,474 PROMEDIOS 0,0995 0,4739 2,7 26,8 Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 2 3 PROMEDIOS Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 2 3 PROMEDIOS Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 2 3 PROMEDIOS OBSERVACIONES : LABORATORISTA

INFORME DE RESULTADOS DE LABORATORIO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO EN MUESTRA CILÍNDRICA DE ROCA

0,0476

Facultad de Ingeniería LABORATORIO DE GEOTECNIA LAB. MECÁNICA DE

Color gris oscuro, de grano fino, textura anisotrópica y de probable origen ígneo.

PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³) PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³) PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³) PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³)

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Se realizaron los siguientes cálculos para calcular el peso unitario de la muestra: Promedio de diámetros de la muestra

Promedio de las alturas y los pesos medidos de la muestra Peso unitario como la relación masa / volumen

Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 0,0477 0,0475 0,0477 0,0994 0,4738 2 0,0476 0,0476 0,0477 0,0994 0,4738 3 0,0476 0,0475 0,0476 0,0996 0,474 PROMEDIOS 0,0476 0,0995 0,4739 2,7 26,8 PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³) 1.15. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Se analiza una muy pequeña dispersión de datos de forma tomados en la superficie de la muestra, debido principalmente al cuidado que se tuvo en la toma de las medidas y a la utilización de instrumentos de medición, bastante precisos.

El peso unitario obtenido de la muestra es alto, demostrando que la roca es muy compacta (densa) e infiriendo unas características de alta resistencia a la compresión.

Se encontró que el peso unitario de la muestra de roca que será sometida a otros

ensayos, corresponde a 2.7 T/m3_{ó 26.8 kN/m}3_.

1.16. CONCLUSIONES

Debido a su generalidad, el calcular de forma inicial el parámetro PESO UNITARIO, facilita la obtención de propiedades de las rocas, a través de correlaciones donde este peso se encuentra involucrado.

Este parámetro, complementado con la identificación visual de la muestra, permite describir otro tipo de características de la roca, las cuales pueden complementar y/o reafirmar los valores obtenidos en laboratorio.

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ENSAYO DE VELOCIDAD SÒNICA EN ROCAS – ULTRASONIDO 1.17. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

Muestra No.: 17

Origen: Muestra extraída del Túnel Daza entre Pasto y Chachagüí al suroccidente del país.

La muestra de roca a ensayar presenta las siguientes características: Granito, color gris oscuro, con tonos verdosos y claros, con presencia de mica, textura cristalina y de origen ígneo.

El ultrasonido corresponde a un ensayo de laboratorio previsto para determinar la velocidad del sonido (ondas elásticas) a través del núcleo de roca, posee tres variaciones: Técnica de pulsos de alta frecuencia ultrasónica

Técnica de pulsos de baja frecuencia ultrasónica Método de resonancia

El ensayo permite obtener la velocidad de la onda elástica, considerando este un movimiento con velocidad uniforme a través del núcleo de roca. Esta velocidad de onda corresponde a un parámetro que permite identificar de forma indirecta utilizando correlaciones, propiedades ingenieriles de la roca.

El método consiste en la determinación de parámetros de velocidad a lo largo de muestras de roca, en una dirección de propagación. El método es válido para muestras donde la longitud es mayor comparada con el diámetro y la longitud de onda del pulso es mayor comparada con el diámetro.

La transmisión de pulsos se trabaja paralela a la dimensión lateral del núcleo, colocando los electrodos en las caras superior e inferior de dicha muestra, de forma tal que el receptor esté posicionado en el plano opuesto de donde se ubica el transmisor.

Para el desarrollo de este ensayo se emplearon los siguientes equipos: Unidad generadora de pulsos, con un rango de

frecuencia entre 2 y 30 kHz, con un rango de repeticiones de frecuencia entre 10 y 100 repeticiones por segundo.

Transductores:

• Transmisores: Son elementos magnéticos o

cerámicos piezoeléctricos capaces de generar pulsos de alta amplitud, en un rango de frecuencias de 2 a 30 kHz.

• Receptores: De las mismas características que

los elementos transmisores, manejando un rango

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de frecuencias de 2 a 30 kHz.

Filtros de paso, que admitan las frecuencias arriba mencionadas. Amplificador de pulsos

Osciloscopio de rayos catódicos (OCR), con tolerancia máxima de 0.1 μs/cm, banda ancha, y que responda a frecuencias d.c. de 5 MHz o mayores.

Cronómetro electrónico compatible con los bajos rangos de frecuencia a medir 1.20. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO

Previo a ensayar la probeta, se tomaron lecturas de diámetro, altura y peso de la muestra a ensayar, con el fin de calcular el peso unitario de ésta. Se procede a introducir la muestra dentro de un

cilindro metálico conductor y a colocar los electrodos tal como se indica en la figura adjunta. Para asegurar el correcto y permanente contacto del electrodo sobre toda la cara de la muestra, se impriman los electrodos con grasa.

Ajuste del equipo y realización del ensayo

Luego, se comienza a incrementar el voltaje del generador de pulsos hasta ajustarlo tanto al amplificador como al nivel de sensibilidad del osciloscopio, generando un pulso que permita medir el tiempo que viaja longitudinalmente a través de la muestra. Este procedimiento permite determinar el tiempo cero del circuito y corregir el tiempo de viaje medido para el pulso.

Ajustado el equipo se procede a medir el tiempo aparente de viaje a lo largo de la longitud del material considerado uniforme.

Para la toma de información se empleó el formato mostrado en el anexo 3, en el cual se incluyen los datos de: descripción y características de la muestra, dimensiones de la muestra (longitud y diámetro), y el tiempo de viaje de la onda. Dentro del mismo formato también se incluye el valor calculado de la velocidad de onda:

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PROYECTO: LABORATORIO DE MECÀNICA DE ROCAS CLIENTE: GRUPO DE TRABAJO No. 3

DIRECCIÓN: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA TELEFONO:

FECHA ELABORACIÓN INFORME 26/03/2008 FECHA EJECUCIÓN ENSAYO: 06/03/2008

SONDEO: MUESTRA: 17 PROFUNDIDAD (m):

DESCRIPCIÓN: Granito, color gris oscuro, con tonos verdosos y claros, con presencia de mica, textura cristalina y de origen ígneo. Número de hojas del presente informe incluyendo anexos: HOJA ______ DE ______

Especimen 1 2 3 4

Profundidad de la muestra (m) NO SUM.

Longitud, d, mm 110,5

Diámetro o lado, f, mm 54,45

Peso (gr) 723,4

Tiempo de llegada onda, P, s *10-6 22,4 Material GRANITO, COLOR GRIS OSCURO d tL OBSERVACIONES :

INFORME DE RESULTADOS DE LABORATORIO No: LGEO - 008 - 07 - 085

VELOCIDAD DEL SONIDO

MÉTODO INV E 151

Formato LG-PT-42 F02

Facultad de Ingeniería LABORATORIO DE GEOTECNIA

VELOCIDAD DEL SONIDO*

Características de los especímenes

Orientación del espécimen respecto a planos de debilidad II

Este informe expresa fielmente el resultado de los ensayos realizados. No podrá ser reproducido parcial ni totalmente, excepto cuando se haya obtenido previamente permiso por escrito del laboratorio que lo emite. Los resultados presentados en este informe, se refieren al momento y condiciones en que se realizaron los ensayos para la muestra en referencia. El Laboratorio que lo emite no se responsabiliza de los perjuicios que puedan derivarse del uso inadecuado de los resultados entregados.

VL (m/s)= 4933,04

El ensayo permite calcular la velocidad longitudinal de la onda, considerando el movimiento con velocidad constante, a partir de la ecuación:

d

t

_L

V

_{L (m/s)}

=

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Donde: d = Longitud de la muestra

TL= Tiempo de viaje de la onda

1.23. ANÁLISIS DE RESULTADOS

El cuidado que se tiene tanto en la preparación de la muestra como en la preparación del ensayo en general, es de considerable importancia para obtener valores de velocidad de onda confiables y que permitan a través de correlaciones calcular propiedades ingenieriles de las rocas, que sean comparables y similares a los parámetros obtenidos con otros ensayos.

De la misma forma, se aprecia que el ensayo se realizó en condiciones normales de temperatura y presión atmosférica, por lo que no se presentan correcciones a este respecto.

Por cuestiones de tiempo y debido al carácter ilustrativo de la práctica, solo se realizó una lectura de tiempo de viaje de la onda para la muestra. Es un caso real, el ensayo debe repetirse, de forma tal que se puedan establecer las variaciones de velocidad y se le pueda dar un tratamiento estadístico a los datos obtenidos.

Se encontró que velocidad longitudinal de la onda, calculada sobre la muestra de roca corresponde a 4933.04 m/s

1.24. CONCLUSIONES

El ensayo de ultrasonido es de considerable importancia para establecer correlaciones que permitan obtener valores de diversas propiedades de las rocas (en especial densidad, porosidad y permeabilidad). Además, es importante hacer notar sus ventajas al ser un ensayo de laboratorio no destructivo.

De acuerdo con el valor de velocidad de onda calculado a partir del tiempo de viaje longitudinal de la onda, se obtiene información importante que permite apoyado en la identificación visual del material ensayado, describir de mejor forma las características composicionales de dicho material.

Aunque es un ensayo muy utilizado en la actualidad, conviene realizar comparaciones de los parámetros obtenidos de forma indirecta, con los valores dados mediante la realización de otros tipos de ensayos. Asimismo, es importante identificar en el laboratorio los posibles errores principalmente en la preparación de muestras y la técnica del ensayo, que pudieran alterar los datos medidos.

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DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DE AGREGADOS UTILIZANDO MÁQUINA DE LOS ÁNGELES

La dureza y la abrasividad de la roca dependen del tipo y la calidad de los minerales que constituyen la roca y de la resistencia del cementante que existe entre los granos. Los ensayos para cada propiedad se han desarrollado por simulación o correlación con la experiencia en campo. Muchos de los ensayos usados para rocas se adoptaron de los ensayos para materiales para carreteras, concreto y metales.

El ensayo de abrasión mide la resistencia de la roca al desgaste. Este ensayo incluye el desgaste cuando se somete a un material abrasivo, al desgaste por el contacto con metal y por el contacto entre las rocas. Este ensayo puede ser agrupado en tres categorías: ensayo con impacto, ensayo con presión y ensayo de fricción.

Entre los ensayos con impacto se encuentra la abrasión en la máquina de Los Ángeles, para el cual la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas sugiere un método para la determinación de la resistencia a la abrasión utilizando la máquina de Los Ángeles que se describe a continuación:

1.25.1. Objetivo

Este método incluye los procedimientos para determinar la resistencia a la abrasión de los agregados utilizando la máquina de Los Ángeles. La carga abrasiva y la muestra para el ensayo, dependen del tamaño de los agregados y de su gradación.

1.25.2. Equipo

El equipo para el ensayo está compuesto por los siguientes implementos: Máquina de Los Ángeles

La máquina de Los Ángeles a utilizar para el ensayo de abrasión, debe ser conforme, en todas sus características esenciales con las mostradas en la figura adyacente. Consiste en un cilindro hueco de acero, de un diámetro interior de 711 ± 5 mm y una longitud interior de 508 ± 5 mm, cerrado en ambos extremos y montado en un par de soportes que sobresalen uno en cada extremo, de forma tal que puede rotar sobre su eje en una posición horizontal dentro de una tolerancia en desnivel del 1%. El tambor debe tener una abertura para la introducción de la muestra, e igualmente una cubierta hermética adecuada que, mediante tornillos, protege el entorno contra el polvo.

(18)

El tambor está protegido por un entrepaño de acero removible que cubre completamente su longitud y se proyecta hacia el interior en 89 ± 2 mm sobre su superficie interior, o sobre la superficie interior de la cubierta de forma tal que un plano centrado entre las grandes caras coincida con un plano axial. El entrepaño debe tener un espesor suficiente y debe estar montado mediante tornillos u otros medios apropiados, para garantizar su firmeza y rigidez.

Balanza: Una balanza o máquina de pesaje con una precisión de 0,1% de la carga de ensayo en el rango requerido para el mismo.

Tablas de gradación: Para agregados gruesos entre 19 y 75 mm, la muestra debe mezclarse y la carga abrasiva debe seleccionarse conforme se indica en la siguiente tabla.

Gradaciones de muestras para el ensayo de agregados entre 19 - 75 mm (rango correspondiente al material grueso)

Para agregados menores de 38 mm (hasta 2,3 mm), la muestra debe mezclarse y la carga abrasiva debe seleccionarse conforme se indica en la siguiente tabla.

Gradaciones de muestras para el ensayo de agregados entre 2.3 - 38 mm (rango correspondiente a partir del material grueso, el fino y la arena gruesa)

1.25.3. Procedimiento

Colocar la muestra y la carga abrasiva en la máquina de Los Ángeles para el ensayo de abrasión y poner a girar el cilindro a una velocidad de 30 - 33 rev/min. El número de

(19)

horno a una temperatura de 105 - 110°C hasta obtener un peso sustancialmente constante y pesarlo con una precisión cercana al gramo.

Puede obtenerse información valiosa concerniente a la uniformidad de la muestra en el ensayo, al determinar también la pérdida después de 100 revoluciones en el caso en donde se especifiquen 500 revoluciones, o después de 200 revoluciones, en el caso en el que se especifiquen 1000 revoluciones. Las pérdidas deben determinarse sin lavar el material más grueso que el tamiz No. 12. La relación de la pérdida después de las 100 ó 200 revoluciones respecto a la pérdida después de las 500 ó 1000 revoluciones, respectivamente, no deberá exceder de 0,20 para un material de dureza uniforme. Cuando se hace esta determinación debe tenerse cuidado de evitar perder cualquier parte de la muestra; la muestra completa, incluyendo el polvillo de abrasión, debe ser regresada a la máquina de ensayo para las finales 400 u 800 revoluciones requeridas para completar el ensayo.

1.25.4. Cálculo

Expresar la diferencia entre el peso original y el peso final de la muestra de ensayo como un porcentaje del peso original de la muestra. Reportar este valor como el porcentaje de desgaste.

Cuando se sigue el procedimiento descrito, la uniformidad de la relación de desgaste es la relación de la pérdida después de las 100 ó 200 revoluciones, respecto a la pérdida después de las 500 ó 1000 revoluciones, respectivamente.

El equipo empleado en el ensayo corresponde al usado para la determinación de la resistencia al desgaste de los tamaños menores agregados gruesos, utilizando la máquina de Los Ángeles (Norma Icontec 98 e ASTM C 131), cuyo equipo se describe a continuación:

Balanza: se utilizó una balanza digital con precisión de 0.1gr para establecer el peso correspondiente a cada fracción del material.

Tamices: se utilizaron varios tamices con el objeto de separar el material de la muestra en los varios tamaños de los granos.

Maquina de los Ángeles: Un tambor cilíndrico hueco de acero de 500mm de longitud y 700mm de diámetro

aproximadamente, con su eje

horizontal fijado a un dispositivo exterior que puede trasmitirle un movimiento de rotación alrededor del eje. El tambor tiene una abertura para la introducción del material y de la carga abrasiva.

La máquina empleada posee unas

dimensiones similares a las

recomendadas por la Sociedad

(20)

El tipo de gradación es consistente con el indicado por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas; sin embargo, en las recomendaciones de este organismo no se especifica la carga abrasiva que debe ser empleada en el ensayo, por lo que se toma como guía lo establecido en la norma Icontec 98.

TIPO DE GRADACI ÓN NUMERO DE ESFER AS MASA DE LAS ESFERA S A 12 5000 ± 25 B 11 4584 ± 25 C 8 3330 ±25 D 6 2500 ±15

Fuente: Norma Icontec 98

Una carga abrasiva que consiste en esferas de fundición de acero de uno 48mm de diámetro y entre 390 y 445g de masa, cuya cantidad depende del material a ensayar, tal como se indica en la tabla anterior.

En el ensayo realizado se siguió el siguiente procedimiento: Se empleó una gradación B, para lo cual se

peso 2500gr de material de ¾” a ½” y 2500 gr de material de ½” a 3/8”.

Se mezclaron las fracciones pesadas anteriormente y se introdujeron en el cilindro.

En el cilindro se incluyeron 10 esferas como carga abrasiva; sin embargo, de acuerdo con la tabla 1 de la norma Icontec 98, se

debieron incluir 11 esferas. _{Material empleado}

Por problemas técnicos no se pudo continuar con el ensayo, pero el procedimiento a seguir es como el descrito en el marco teórico.

(21)

empleada, razón por la cual, en el desarrollo del ensayo se recurre a las normas que sirvieron de base para definir las definir tales recomendaciones.

(22)

La muestra de roca a ensayar presenta las siguientes características: Color gris oscuro, de grano fino, textura anisotrópica y de probable origen ígneo.

El ensayo de compresión inconfinada tiene por finalidad determinar la resistencia a la compresión de un cilindro de roca como propiedad índice del material.

El ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a cilindros de roca, a una velocidad de carga prescrita, hasta que se presente la falla. La resistencia a la compresión del espécimen se determina dividiendo la carga aplicada durante el ensayo por la sección transversal de éste.

Este ensayo es ampliamente utilizado, ya que constituye un método rápido y económico. Consiste en un ensayo uniaxial, en donde la probeta no tiene soporte lateral, realizándolo en condiciones no drenadas. Se podrá realizar de dos maneras, mediante un control de deformación o bien, mediante un control de esfuerzos.

El primero, es ampliamente utilizado, controlando la velocidad de avance de la plataforma del equipo. El segundo, requiere ir realizando incrementos de carga, lo que puede causar errores en las deformaciones unitarias al producirse una carga adicional de impacto al aumentar la carga, por lo que resulta de prácticamente nula utilización.

Para el desarrollo de este ensayo se emplearon los equipos siguientes:

Máquina de compresión, con sistema de lectura de

carga de rango bajo.

La máquina opera mecánicamente y aplica la carga de una manera continua y no en forma intermitente, y sin choques.

La máquina de ensayo está equipada con dos bloques de carga, de acero con caras endurecidas, uno de los cuales es un bloque con rótula el cual descansa sobre la superficie superior de la muestra, y el otro un bloque sólido sobre el cual se colocará el espécimen. Las lecturas realizadas en la máquina corresponden a la

(23)

Previo a ensayar la probeta, se determinó el diámetro, altura y peso de la muestra a ensayar.

Se fijan los deformímetros a la muestra con cinta. Se centra la probeta en el plato base de la

máquina, se coloca la placa superior y se ajusta el conjunto de modo de hacer contacto entre el pistón del equipo y la placa.

Se aplica la carga continuamente sin golpes bruscos a una velocidad de 0.5 – 1 MPa/seg Se toman simultáneamente de las lecturas de

deformación, tiempo y carga, hasta la falla. _{Preparación de la muestra}

Para la toma de información se empleó el formato mostrado en el anexo 4, en el cual se incluyen los datos de: tiempo, carga, deformación unitaria longitudinal y deformación unitaria transversal.

Los datos iniciales de la muestra son los siguientes:

Peso [gr] = 822.10 L [cm] = 12.11 12.13 12.13 Dsup [cm] = 5.41 5.42 5.40 Dcen [cm] = 5.42 5.43 5.41 Dinf [cm] = 5.40 5.40 5.38 Dprom [cm] = 5.41 Área [cm2_{] = 22.98} Esbeltez (L/D) = 2.24

De acuerdo con estas mediciones se cumple con las condiciones estándar del ensayo en las que se indica: a). L = 2D y b). D = 50 – 54 mm

En la tabla 3 se presentan los datos tomados durante el ensayo. 1.34. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

Se realizaron los siguientes cálculos para cada incremento de carga: Área corregida (Ac) para cada carga: Ac = A / ( 1 - ε_L) ( m2)

Esfuerzo de compresión inconfinada (σ_c) para cada unidad de área, mediante la siguiente

expresión:

σ_c= P / A_c (kN/m2) donde: P = carga aplicada (kg)

(24)

min seg 0 0 0 2.2968E-03 0.00 0.00 0 0 5 101 -8 2.2971E-03 2176.70 2.18 0 23 10 148 -3 2.2972E-03 4353.20 4.35 0 40 15 179 24 2.2972E-03 6529.59 6.53 1 11 20 196 28 2.2973E-03 8705.97 8.71 1 41 25 227 24 2.2973E-03 10882.13 10.88 2 7 30 251 16 2.2974E-03 13058.24 13.06 2 25 35 275 11 2.2975E-03 15234.25 15.23 2 54 40 288 9 2.2975E-03 17410.34 17.41 3 10 45 318 0 2.2976E-03 19586.05 19.59 3 26 50 346 -3 2.2976E-03 21761.67 21.76 4 16 55 380 -4 2.2977E-03 23937.02 23.94 4 33 60 411 -14 2.2978E-03 26112.30 26.11 4 52 65 432 -19 2.2978E-03 28287.73 28.29 5 13 70 465 -21 2.2979E-03 30462.71 30.46 5 26 75 496 -31 2.2980E-03 32637.60 32.64 6 0 80 523 -44 2.2980E-03 34812.50 34.81 6 23 90 589 -56 2.2982E-03 39161.48 39.16 6 50 100 650 -77 2.2983E-03 43510.10 43.51 7 12 110 720 -96 2.2985E-03 47857.76 47.86 7 42 120 787 -113 2.2986E-03 52204.96 52.20 8 3 130 832 -130 Fisura 2.2987E-03 56552.83 56.55 8 29 140 882 -146 2.2989E-03 60900.00 60.90 8 58 150 936 -150 2.2990E-03 65246.47 65.25 9 15 160 994 -149 Fisura 2.2991E-03 69592.19 69.59 9 40 160 1250 2.2997E-03 69574.36 69.57 10 17 170 1315 2.2998E-03 73917.95 73.92 10 32 180 1371 2.3000E-03 78261.67 78.26 10 51 190 1434 2.3001E-03 82604.33 82.60 11 7 200 1500 2.3003E-03 86946.18 86.95 11 26 210 1576 2.3004E-03 91286.54 91.29 11 45 220 1666 2.3007E-03 95624.90 95.62 12 5 225 1696 falló 2.3007E-03 97795.25 97.80 12 18 230 1260 2.2997E-03 100012.14 100.01 12 29 240 1329 2.2999E-03 104353.29 104.35 12 38 250 1390 2.3000E-03 108694.70 108.69

12 46 250.4 1539 Lectura máxima 2 .30 04 E-0 3 1 0885 2.3 7 10 8.85 σ[kN/m2] σ[MPa]

Se rompio el deformimetro transversal Carga

[kN] unitaria longitudinal [x10-6_]

unitaria transversal [x10-6_]

Observaciones Área corregida [= A0(1-εL)]

*Nota: los valores positivos de deformación corresponden a acortamiento de la muestra* 1.35. ANÁLISIS DE RESULTADOS

(25)

Realizando una gráfica esfuerzo Vs deformación longitudinal, se obtiene: y =73925x - 4.547 R² =0.995 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 s u e r z o e c o m p r e s n a Deformación ( ) Curva Vs FALLA FISURA Haciendo una

regresión lineal para los primeros puntos se encuentra el modulo de deformación para la muestra de roca como sigue:

Realizando una gráfica esfuerzo Vs deformación transversal, se obtiene:

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 -0.0002 -0.00015 -0.0001 -0.00005 0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 s u e r z o e c o m p r e s n a Deformación transversal ( )

Curva Vs Esta gráfica refleja el

proceso de acomodamiento sufrido por el deformímetro transversal, donde se obtienen datos de aumento de diámetro, posteriormente

disminución del diámetro y finalmente el diámetro vuelve a aumentar hasta

que se rompe el

deformímetro.

Con el valor máximo de deformación tangencial, antes que se rompiera el deformímetro, se puede obtener un valor aproximado de la relación de Poisson de la siguiente forma: La relación de Poisson se define como:

Long Trasnsv

ε ε µ =

Donde ε Long es la deformación axial que se determinó directamente y ε Transv se debe

determinar en función de la deformación tangencial medida (asociada a la deformación del perímetro), por lo que se establece que:

Transv Tang r r r r ε π π ε = ∆ = ∆ = ) ( 2 ) ( 2

Es por ello que la deformación tangencial registrada es igual a la deformación transversal y por ello en el desarrollo de este informe se menciona indistintamente ambos términos.

(26)

16 . 0 10 936× 6 = = = ₋ Long ε µ

El tipo de falla observada se describe a continuación: La muestra presentó una falla

casi vertical debida

posiblemente a la anisotropía del material y no a 45º como se esperaría en un material isotrópico.

Muestra fallada.

1.36. CONCLUSIONES

Al observar la gráfica de carga contra deformación axial, se puede inferir un comportamiento dúctil del material o que endurece por deformación y aproximadamente elástico, comportamiento característico de las rocas ígneas.

De acuerdo con los valores de resistencia a la compresión inconfinada o simple y del valor del módulo de deformación, evidentemente con el apoyo de la identificación visual del material ensayado, se puede concluir que la roca ensayada corresponde a una diabasa. Aunque los datos de deformación transversal que se obtuvieron durante la ejecución del

ensayo no son del todo confiables debido a la característica de los datos los cuales en un comienzo dan a entender que mientras la muestra se acorta también disminuye su sección transversal, lo cual en otras palabras daría a entender que está disminuyendo de volumen la muestra, se puede estimar que el valor obtenido corresponde aproximadamente a valores correspondientes a una diabasa.

Las gráficas elaboradas en este informe presentan formas atípicas a las que son mostradas en muchos textos especializados, lo cual en el caso de la gráfica esfuerzo vs. deformación axial, en su última parte, se debe al fisuramiento que presentó la muestra antes de su falla y en el caso de la gráfica de carga vs. deformación transversal, la forma inicial de la curva se debe seguramente al acomodamiento del deformímetro eléctrico a la

(27)

1.37. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA

La muestra de roca a ensayar presenta las siguientes características: Roca metamórfica (presenta planos de foliación), color gris claro con venas blancas, presenta incrustaciones de mica, planos de debilidad, oxidación alrededor de las micas, presenta resistencia a ser rayada con navaja y textura anisotrópica.

El ensayo brasilero se desarrolló en la década de los 50 del siglo pasado, para evaluar la resistencia a la tensión del concreto. Posteriormente se utilizó este mismo ensayo en rocas y en suelos compactados o cementados.

Este ensayo consiste en someter a compresión diametral una probeta cilíndrica aplicando una carga de manera uniforme a lo largo de dos líneas o generatrices opuestas hasta alcanzar la rotura.

Esta configuración de carga provoca un esfuerzo de tracción relativamente uniforme en todo el diámetro del plano de carga vertical y esta tracción es la que agota la probeta y desencadena la rotura en el plano diametral. Cuando se ensaya una probeta frágil, la falla se muestra a lo largo del plano vertical diametral, conectando las dos placas de carga.

La probeta es cargada a compresión según un plano diametral vertical de la misma. Para poder cargar la probeta a compresión en un plano diametral vertical, se requiere un dispositivo de sujeción de la probeta a través del cual se materialice dicho plano de carga. Como parte de este dispositivo, y en contacto directo con dos generatrices diametralmente opuestas de la probeta, existen dos elementos encargados de evitar la rotura local de la probeta durante el ensayo. Se utilizan unas placas de apoyo curvo, con radio de curvatura igual al radio nominal de la probeta para que la distribución de tensiones no se altere significativamente y para que los cálculos del módulo de elasticidad y la relación de Poisson se faciliten manteniendo constante el ancho de carga, en lugar de un ancho de carga variable durante el ensayo, que ocurriría con una placa de carga plana.

Para la realización de este ensayo se empleó una máquina para aplicación y medición de cargas compresivas aplicadas a la muestra.

Se utilizó la misma máquina empleada en el ensayo de compresión unidimensional, de marca "Ele Interntio" y cuya capacidad es de 2000KN. Dentro de las recomendaciones establecidas por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas para la elaboración de este ensayo, se sugiere el empleo de dos mordazas de carga de acero que

(28)

Durante el ensayo se siguió el siguiente procedimiento: Se contó con unas muestras de diámetro NX

(D=5.4cm) cortadas de tal forma que la relación D/t = 2

La muestra fue rodeada con cinta de enmascarar para evitar que los fragmentos se esparcieran dentro de la máquina luego de la falla.

Se centra la probeta en el plato base de la máquina, se coloca la placa superior y se ajusta el conjunto de modo de hacer contacto entre el pistón del equipo y la placa. Es necesario tener presente la dirección en que será cargada la muestra.

Se aplica la carga continuamente sin golpes bruscos.

Se toma la lectura de tiempo y carga de falla.

Ubicación de la muestra en la máquina

Para determinar la resistencia a la tracción de la muestra de roca se requiere ensayar varios especímenes. Generalmente se recomienda ensayar 10. Sin embargo, en este ejercicio de carácter ilustrativo sólo se ensayó un espécimen.

Para la toma de información se empleó el formato mostrado en el anexo 5, en el cual se incluyen los datos de: número de muestra, tiempo y carga.

Peso [gr] = 184.0

D [cm] = 5.43 5.45 5.45

t [cm] = 2.98 3.01 2.95

Área [cm2_{] = 23.27}

Esbeltez (D/t) = 1.83

(29)

Dirección de carga de la muestra

La muestra fue fallada en dirección normal a los planos de debilidad, por lo que se puede esperar que la resistencia a la tracción sea mayor a la que se obtendría al fallar la muestra aplicando la carga paralelamente a los planos de debilidad.

La falla presentada en el espécimen ensayado es aproximadamente paralela a la dirección de carga, es decir normal a los planos de debilidad. Este tipo de falla coincide con la esperada: rotura en el plano diametral.

Falla de la muestra

De acuerdo con las recomendaciones establecidas por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas para este ensayo la velocidad de aplicación de la carga debe ser de 200 N/seg de tal forma que la falla se produzca entre 15 – 30 seg para las rocas más débiles. El ensayo realizado presentó la falla a los 22.30 seg, con una carga aplicada de 27 KN dando una tasa de aplicación de la carga de 1210 N/seg lo cual es un valor muy superior al recomendado por lo que se puede ver afectado el resultado obtenido.

1.44. CONCLUSIONES

Con el propósito de establecer conclusiones acertadas referentes a la resistencia a tracción, se requiere ensayar varias muestras que permitan hacer un análisis más riguroso al comparar los resultados obtenidos en cada una. Sin embargo, como el ensayo

(30)

de aplicación de la carga con el propósito de realizar correctamente el análisis de los resultados.

El método de tracción indirecta es de fácil realización y no requiere tiempos elongados, por los cual constituye un buen mecanismos para determinar la resistencia a la tracción de muestras de roca de forma rápida, fiable y económica.

El valor obtenido de la resistencia a la tracción de aproximadamente 10.6 MPa es un resultado consistente con los valores esperados, el cual si se considera que generalmente la resistencia a la tracción está entre el 10% y 15% de la resistencia a la compresión.

De acuerdo con la identificación visual de la muestra, se determina que la roca corresponde a un esquisto.

(31)

Para el desarrollo de este laboratorio, se emplearon 2 muestras de diferentes características:

Muestra 1. Roca ígnea de grano fino con presencia de mica. Empleada en el ensayo diametral.

Muestra 2. Roca metamórfica, de grano fino y color oscuro. Empleada en el ensayo axial. 1.46. MARCO TEÓRICO

El ensayo de resistencia a carga puntual es entendido como un ensayo índice para la clasificación de los materiales rocosos. También puede ser usado para predecir otros parámetros de resistencia mediante correlaciones.

Este ensayo consiste en aplicar una carga concentrada sobre la muestra hasta que esta se rompa. Dependiendo de la forma de la muestra y la dirección de aplicación de la carga, se tienen diferentes modalidades de ensayo:

Ensayo diametral: los núcleos a ensayar tienen una relación longitud/ diámetro > 1.0

Ensayo axial: los núcleos a ensayar tienen una relación longitud/ diámetro que varía entre 0.3 – 1.0

Ensayo de bloques: se ensayan bloques de 50 ±35mm. La relación alto/ancho debe estar entre 0.3 – 1.0

Para el desarrollo de este ensayo se emplearon los equipos siguientes: Un sistema de carga que permite ser ajustado para

el tamaño de muestra que será ensayado. Este aparato posee dos puntas en forma de cono truncado de 60º y de 5mm de radio en su extremo, mediante las cuales se transmitirá la carga puntual a la muestra.

Un sistema de medición de carga cuyas lecturas están dadas en kN. Debido que la falla generalmente es repentina, el sistema fija la máxima carga aplicada de tal forma que puede ser registrada posterior a la falla.

Un sistema de medición de distancia, que consiste

en una regla adherida al equipo. _{Equipo empleado en el ensayo}

(32)

Se dimensionó la muestra a ensayar verificando que la relación L/D sea mayor que 1 para poder realizar este ensayo de acuerdo con la norma.

El espécimen es puesto en la máquina de ensayo y los punzones son cerrados hasta que queden en contacto con la muestra.

No se lee la distancia inicial puesto que esta corresponde al diámetro que fue medido inicialmente. Se incrementa la carga mediante el dispositivo hidráulico

de la máquina hasta la falla. Se registra la carga de falla. 1.48.2. Ensayo axial

El procedimiento desarrollado en este ensayo se describe a continuación: Se dimensionó la muestra a ensayar verificando que la

relación L/D varíe entre 0.3 y 1.0 para poder realizar este ensayo de acuerdo con la norma.

El espécimen es puesto en la máquina de ensayo y los punzones son cerrados hasta que queden en contacto con la muestra.

No se lee la distancia inicial puesto que esta corresponde al diámetro que fue medido inicialmente.

Se incrementa la carga mediante el dispositivo hidráulico de la máquina hasta la falla.

Se registra la carga de falla.

1.49. TOMA DE INFORMACIÓN 1.49.1. Ensayo diametral

(33)

Los datos iniciales de la muestra son los siguientes: Peso [gr] = 111.4 D [mm] = 47.41 47.46 L [mm] = 21.65 22.78 22.55 D prom[mm] = 47.44 L prom [mm] = 22.33

Esbeltez (L/D) = 0.47  Cumple con la recomendación

Para la muestra ensayada, se obtuvo: Carga de falla = 1300 lb = 5.78 kN

A partir de los datos del numeral anterior, se calculó el índice de resistencia a carga puntual como sigue:

1.50.1. Ensayo diametral

En este ensayo De = Diámetro para ensayos diametrales, por lo cual se tiene:

Debido que la muestra empleada no posee un diámetro de 50mm, se requiere realizar una corrección al índice de carga puntual como sigue:

Factor de corrección, F:

 Índice de resistencia a carga puntual corregida =

1.50.2. Ensayo axial

En este ensayo , A=DL, por lo cual se tiene:

Debido que la muestra empleada no posee un diámetro de 50mm, se requiere realizar una corrección al índice de carga puntual como sigue:

(34)

1.51. ANÁLISIS DE RESULTADOS

A partir del índice de resistencia de carga puntual, se puede encontrar la resistencia a compresión del material ensayado mediante la siguiente expresión:

Luego en cada uno de los ensayos realizados, la resistencia a compresión es: Muestra 1 - Ensayo diametral:

Muestra 2 - Ensayo axial:

La muestra 1, visualmente se definió como una roca ígnea; sin embargo, el valor de resistencia obtenido a partir del índice de carga puntual es bajo para ser de ese tipo de roca. Debido que en esta práctica sólo se realizó un ensayo no es posible verificar la inconsistencia mencionada.

La muestra 2, visualmente se definió como una roca metamórfica y de acuerdo con el valor de resistencia obtenido, esta muestra se puede clasificar como un mármol.

1.52. CONCLUSIONES

El ensayo de carga puntual es sencillo en su método por lo cual es útil como un índice de resistencia a la compresión.

Con el propósito de establecer conclusiones acertadas referentes a la resistencia a compresión, se requiere ensayar varias muestras que permitan hacer un análisis más riguroso al comparar los resultados obtenidos en cada una, de acuerdo con la Sociedad Internacional de mecánica de Rocas mínimo se deben tener 10 ensayos satisfactorios. Las fallas obtenidas para cada uno de los dos ensayos fueron consistentes con las esperadas para cada ensayo.

(35)

(36)

La muestra a ensayar pertenece al proyecto Alfagres – Paipa.

Por inspección visual, se tienen las siguientes características: Calcita – conglomerática de color blanco, oxidada puntualmente, porosa, sensible al agua.

Este ensayo tiene como objetivo determinar la resistencia de una muestra de roca al ablandamiento y desintegración cuando se somete a dos ciclos patrones de humedecimiento – secado.

Desleimiento - Durabilidad. Es un término relacionado con la resistencia de un material a la pérdida de sus propiedades físicas o de apariencia, como resultado de un proceso de intemperismo.

Existen clasificaciones de durabilidad basadas en este ensayo, una de ellas es la propuesta por Goodman:

Nombre del grupo _{primer ciclo}Índice en el _{segundo ciclo}Índice en el

Durabilidad muy alta >99 > 98

Durabilidad alta 98 – 99 95 – 98

Durabilidad media alta 95 – 98 85 – 95

Durabilidad media 85 – 95 60 – 85

Durabilidad baja 60 – 85 30 – 60

Durabilidad muy baja < 60 < 30

Para la realización de este ensayo se emplearon los siguientes equipos: Un tambor de longitud no obstruida de 100

mm y un diámetro de 140 mm, con una base fija sólida fabricado con una malla patrón de 2.0 mm. El tambor posee una tapa sólida removible.

(37)

A continuación se describe el procedimiento seguido en el laboratorio: a. Se seleccionaron 10 muestras de roca, cada

una con una masa de 40 a 60 g. Con el propósito de cumplir con las recomendaciones de la norma, los bordes de dichas muestras fueron redondeados.

b. Se colocaron las muestras en el tambor limpio y se llevaron al horno a una temperatura de 105°C, hasta obtener una masa constante. c. Se registro la masa de la muestra más el

tambor, A.

d. Se colocó la tapa y se montó el tambor en la

batea. Muestras seleccionadas

e. Se llenó la batea con agua destilada a una temperatura de 19ºC hasta un nivel por debajo del eje del tambor.

f. Se puso a rotar el tambor a una velocidad de 200 revoluciones durante un período de 10 minutos.

g. Se retiró el tambor de la batea, se quitó la tapa del tambor y se llevó el conjunto tambor más la porción de la muestra retenida al horno.

h. Luego de estar seca la muestra, se registro la masa del tambor más la porción retenida de la muestra, B.

Colocando el tambor en el equipo i. Se repiten los pasos d a h registrar la masa del tambor más la porción de la muestra

retenida, C.

j. Cepillar completamente el tambor y registrar su masa, D. 1.57. TOMA DE INFORMACIÓN

Para la toma de información se empleó el formato mostrado en el anexo 6, en el cual se incluyen la masa después de realizado cada ciclo.

(38)

Numero de fragmentos 10

Peso total de los fragmentos [gr] 509.72

Peso de la canasta [gr] 852.80

Peso muestra + tambor secos, A. [gr] 1340.48

Masa de tambor + porción retenida de muestra secos (200 rev), B [gr] 1332.72

Masa de tambor + porción retenida de muestra secos (400 rev), C

[gr] 1322.88

Masa de tambor + porción retenida de muestra secos (600 rev) [gr] 1315.66

Masa de tambor después de cepillado, D 852.70

Después de cada ciclo se observó de los fragmentos retenidos en el tambor: Primer ciclo. Los fragmentos conservan su integridad y el agua se tornó turbia.

Segundo ciclo. Los fragmentos conservan su integridad, el agua se tornó turbia y los puntos de oxidación se hacen más visibles.

Tercer ciclo. Los fragmentos conservan su integridad. Material que pasa a través del tambor.

Material muy fino que enturbia el agua, no se aprecia tamaño de los granos 1.58. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

El índice de desleimiento - durabilidad (segundo ciclo) se calcula como la relación en porcentaje de las masas secas de las muestras final a inicial de la siguiente manera:

(39)

1.60. CONCLUSIONES

El índice de desleimiento – durabilidad es de fácil realización por lo cual constituye un buen mecanismos para determinar cómo se comporta un material al verse sometido a procesos relacionados con el agua de forma rápida, fiable y económica.

La roca ensayada exhibe una alta durabilidad a ciclos de humedecimiento y secado, de lo cual se puede inferir que es un material resistente a la meteorización y al desgaste.

El material contenido dentro del tambor luego de cada ciclo, mantiene su integridad, es decir, conserva su forma casi idéntica, a la forma original antes de someterlas a los ciclos de humedecimiento y secado. Asimismo, no se nota un desprendimiento considerable de los granos de la roca lo cual se ve representado en los resultados obtenidos.

El material que pasó a través del tambor y que quedó de alguna forma disuelto o suspendido en el agua de la batea, hizo que se tornara turbia el agua, debido que es un material muy fino o granos muy finos que se desprendieron de las muestras.

(40)

ANEXO Nº 2. FORMATO PARA TOMA DE DATOS. DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO

ANEXO Nº 3. FORMATO PARA TOMA DE DATOS. ENSAYO DE ULTRASONIDO

ANEXO Nº4. FORMATO PARA TOMA DE DATOS. ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA.

ANEXO Nº 5. FORMATO PARA TOMA DE DATOS. TRACCIÓN DIRECTA POR EL MÉTODO BRASILERO.

ANEXO Nº 6. FORMATO PARA TOMA DE DATOS. ÍNDICE DE DURABILIDAD Y DESLEIMIENTO.

(41)

PROYECTO: LOCALIZACION: FECHA:

CLIENTE: O.T.No.:

-DESCRIPCIÓN:

ORIENTACIÓN EJE DEL MARTILLO: TIPO DE MARTILLO:

DATOS DE CALIBRACIÓN DEL YUNQUE

VALOR DEL YUNQUE (S/FABRICANTE)

ESPECIMEN No. 2 I.D. MUESTRA: DESCRIPCIÓN: PROFUNDIDAD: TIPO: * LONGITUD (m): DIAMETRO O LADO (m): MASA (KG) LECTURAS 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (CARA A) 10 (CARA B) CRITERIO DE ACEPTACIÓN:

El ensayo se rechaza si se causa fractura ó cualquier falla visible del especímen. OBSERVACIONES :

Este informe expresa fielmente el resultado de los ensayos realizados. No podrá ser reproducido parcial ni totalmente, excepto cuando se haya obtenido previamentepermiso por escrito del laboratorio que lo emite. Los resultados presentados en este informe

Universidad Nacional de Colombia. Carrera 30 No. 45-03. Edificio I.E.I. 406. Primer piso. Teléfono 3165000 Extensión 13305 - 13342. Bogotá D.C., Colombia

Facultad de Ingeniería LABORATORIO DE GEOTECNIA

1

ENSAYO DE DUREZA DE REBOTE "MARTILLO SCHMIDT"

1 2

Ejecutó: Calculó: Revisó: Aprobó:

Operario Ing. Soporte Ing. Soporte Ing. Carlos Eduardo Rodríguez P. Coordinador del Laboratorio

(42)

PROYECTO: LOCALIZACION: FECHA:

CLIENTE: O.T.No.:

DESCRIPCIÓN: PESO UNITARIO Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 2 3 PROMEDIOS Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 2 3 PROMEDIOS Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 2 3 PROMEDIOS Muestra LECTURAS DIÁMETRO SUPERIOR (M) DIÁMETRO MEDIO (M) DIÁMETRO INFERIOR (M) h (M) MASA (Kg) 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO EN MUESTRA CILÍNDRICA DE ROCA

Facultad de Ingeniería LABORATORIO DE GEOTECNIA PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³) PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³) PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³) PESO UNITARIO (T/m³) PESO UNITARIO (KN/m³)

(43)

PROYECTO: CLIENTE:

DIRECCIÓN: TELEFONO:

FECHA ELABORACIÓN INFORME: FECHA EJECUCIÓN ENSAYO:

SONDEO: MUESTRA: PROFUNDIDAD (m):

DESCRIPCIÓN:

Número de hojas del presente informe incluyendo anexos: HOJA ______ DE ______

Especimen 1 2 3 4

Profundidad de la muestra (m) Longitud, d, mm

Diámetro o lado, f, mm

Tiempo de llegada onda, P, s *10-6

Material

d tL

OBSERVACIONES :

Este informe expresa fielmente el resultado de los ensayos realizados. No podrá ser reproducido parcial ni totalmente, excepto cuando se haya obtenido previamente permisopor escrito del laboratorio que lo emite. Los resultados presentados en este informe, se refieren al momento y condiciones en que se realizaron los ensayos para la muestra en referencia. El Laboratorio que lo emite no se responsabiliza de los perjuicios que puedan derivarse del uso inadecuado de los resultados entregados.

VELOCIDAD DEL SONIDO

MÉTODO INV E 151

VELOCIDAD DEL SONIDO*

Características de los especímenes

Orientación del espécimen respecto a planos de debilidad

Facultad de Ingeniería LABORATORIO DE GEOTECNIA Formato LG-PT-42 F02

#¡VALOR! VL (m/s)= #¡VALOR! #¡VALOR! #¡VALOR!

(44)

Lectura de carga Deformaciónunitaria longitudinal Deformación unitaria transversal min seg [kN] ε x 10-6 ε x 10-6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA

MAESTRIA EN INGENIERIA - GEOTECNIA

COMPRESION INCONFINADA

Tiempo

Observaciones Humedad ( % ) :

Peso unitario seco ( grs / cm3_{) :}

Esbeltez ( L / D ) : Peso de la muestra ( grs ) : Proyecto : Ubicación : Descripción de la muestra : Diámetro medio ( cm ) : Diámetro superior ( cm ) : Diámetro promedio Do( cm ) : Largo ( cm ) : Area ( cm2_{) :} Volumen ( cm3_{) :} Aplicaciones de carga Fecha de muestreo : Fecha de ensayo : Características de la muestra Diámetro inferior ( cm ) :

(45)

Lectura de carga [kN] min seg Aplicaciones de carga Observaciones Número de muestra Tiempo de falla Número de

muestra Diámetro ( cm ) Largo ( cm )

Peso de la muestra ( grs ) Fecha de ensayo :

Características de las muestras

Esbeltez ( L / D ) UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

MAESTRIA EN INGENIERIA - GEOTECNIA

TRACCIÓN INDIRECTA POR EL METODO BRASILERO Proyecto :

Ubicación :

Descripción de la muestra : Fecha de muestreo :