2da Clase de Mecanica de Rocas

(1)

DE

ROCAS

(2)

(3)

CAPITULO II CAPITULO II

MECANICA DE ROCAS EXPERIMENTAL MECANICA DE ROCAS EXPERIMENTAL EQUIPOS E

EQUIPOS E INSTRUMENTOINSTRUMENTOSS En el presente Capitulo se detalla En el presente Capitulo se detalla una serie de equipos e instrumentos una serie de equipos e instrumentos de Laboratorio de Mecánica de de Laboratorio de Mecánica de Rocas. Rocas. PREPARACION DE PROBETAS: PREPARACION DE PROBETAS: La preparación de probetas, de La preparación de probetas, de muestras rocosas y minerales, se muestras rocosas y minerales, se realiza mediante la Sonda

realiza mediante la Sonda

Sacatestigos y la Cortadora de Sacatestigos y la Cortadora de Disco Diamantino con sus

Disco Diamantino con sus respectios accesorios. respectios accesorios.

(4)

Minas-

Minas- TTacnaacna

Maquina Sonda Sacatestigos Maquina Sonda Sacatestigos re!rentando una probeta para ser re!rentando una probeta para ser ensayada de acuerdo a los

ensayada de acuerdo a los

estándares el "SRM., por e#emplo$ estándares el "SRM., por e#emplo$ para

para el el ensayo ensayo de de CompresiónCompresión Simple

Simple y%o y%o &nia'ial, &nia'ial, para para elel ensayo

ensayo de de Constantes Constantes Elasticas,Elasticas, para el ensayo (ria'ial.

para el ensayo (ria'ial.

Donde se requiere que las bases Donde se requiere que las bases superior e in!erior de las probetas, superior e in!erior de las probetas, tienen que estar re!rentadas, por la tienen que estar re!rentadas, por la razón que al momento de e#ecutar razón que al momento de e#ecutar el ensayo la carga aplicada debe el ensayo la carga aplicada debe ser uni!ormemente repartida en ser uni!ormemente repartida en toda la super!icie de ambas bases. toda la super!icie de ambas bases.

(5)

Bocas

de di!erentes diámetros )*+, +, .-+, +, -+/,de di!erentes diámetros )*+, +, .-+, +, -+/, 0ielador

0ielador, tornillo de a#uste , tornillo de a#uste para cada diámetro de para cada diámetro de probeta,probeta, a#ustador de tuercas, re!rentadora y accesorio para

a#ustador de tuercas, re!rentadora y accesorio para re!rentar.

(6)

Minas- Tacna

En !a "oto

se aprecia el equipo completo para el

(7)

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.

(8)

Minas- Tacna 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.

(9)

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.

(10)

Minas- Tacna 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.

(11)

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.

(12)

Minas- Tacna 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 <ran=lin o el 2ndice Louis, ;stos asisten al ingeniero en la caracterización de la resistencia mecánica y

comportamiento más probable de la roca,

puesto que pueden ser Correlacionados e'perimentalmente a la resistencia compresia unia'ial y a la resistencia a la tracción.

(13)

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.

(14)

Minas- Tacna 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.

(15)

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

(16)

Minas- Tacna EXTENSOMETRO

En la <oto se aprecia a los componentes del e'tensometro 1idráulico de arillas y sus accesorios, tubo de ancla#e,

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

(17)

INCLIN&METROS

En la <oto se aprecia a los componentes del inclinómetro y sus accesorios$ canales de aluminio, instrumento de medición, bater2a, instrumento de lectura, cables y accesorios de medición.

(18)

Minas- Tacna EXTENSOMETRO DE CINTA En la <oto se aprecia, e#ecutándose mediciones de conergencia, utilizando el e'tensometro de cinta, en el by pass B*-, de la Rampa norte del 0iel B, de la mina San 6icente de la Compa:2a Minera San "gnacio de Morococ1a.

(19)

BARRA TELESCOPICA EXTENSOMETRICA En la <oto se aprecia,

realizándose mediciones entre dos puntos )tec1o3piso/ de la labor minera subterránea, con la @arra telescópica

e'tensometrica, con el ob#eto de er su comportamiento del tec1o respecto al piso de la e'caación, dic1as mediciones se realizan en la Mina Fuanita de la Compa:2a Minera

(20)

Minas- Tacna 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.

(21)

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 <or Roc= Mec1anicHs/, de la muestra debe tener como m2nimo - grs.,

El >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.

(22)

Minas- Tacna

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. Peso Seco 2o!u'en Peso Seco 2o!u'en Densidad J )gr%cm*

>eso especi!ico 7parente )>.E.a./ J

' K. )0%m/

>orosidad 7parente )>.a./ J Peso Satuado 0 Peso Seco

5 6 , 2o!u'en '  )N/

7bsorción )en peso/ Peso Satuado 0 Peso Seco '  N

Peso

Donde$

(23)

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 <oto

(24)

Minas- Tacna

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/.

(25)

"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$

L

D

C O

2

7

8 +

=

σ

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.

(26)

Minas- Tacna "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 <QRM&L7

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.

0 0.778 0.222 /

c

_{D L}

σ

₌ +

(27)

"&RMULA MATEM8TICA:

A

F

C

=

σ

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'>

L

D "

(28)

Minas- Tacna 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

(29)

"&RMULA MATEM8TICA:

Donde:

σ

t

_{J Resistencia a la tracción indirecta de la roca y%o mineral en )g%cmU/.} > J Carga 4ltima de rotura de la probeta )g/.

D J Diámetro de la probeta )cm/. L J Longitud de la probeta )cm/. V J Constante.

DL

P

t

π

σ

2 =

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/.

(30)

Minas- Tacna 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$

(31)

Las constantes elásticas @E1 )Modulo de De!ormación/ y @

)Relación de >oisson/ están de!inidas por las siguientes !ormulas matemáticas$ 1

A

σ

ε

=

Ε

D

A

ε

ν

ε

= 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/.

(32)

Minas- Tacna 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 <oto.

D

L

(33)

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 <ran=lin )g%cmU/. > 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.

(34)

Minas- Tacna 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 <oto.

D

[

(35)

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/.

(36)

Minas- Tacna 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 [ > "SJ33333 , σc J * "S D*

(37)

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 2 2 1 W W W ₌ + D D L [C [* P IS9 00000 # c 9 > IS D>

(38)

Minas- Tacna 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 <ricción "nterna 9i de la roca y%o mineral, como se aprecia en la <oto

(39)

ENSA$O DE CORTE DIRECTO SOBRE DISCONTINUIDADES

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

(40)

Minas- Tacna

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+.

(41)

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