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• Gonzalo Alonso Llerena Arias

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I.

"AÑO DE LA LUCHA CONTRA LA CORRUPCIÓN E IMPUNIDAD"

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

Asignatura: MECANICA DE ROCAS I INFORME 6 - ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE

Docente: Ing. Azucena Delgado Ponce

Integrantes: o o o o o

Llerena Arias Gonzalo (Viernes 7-9) Livisi Jose luis (viernes 9-11) Ayaque Ayaque Kevin ( viernes 7-9) Bustinza Castillo Max (Viernes 7-9) Caceres Rivera Cinthia (Viernes 9 -11)

Grupo Viernes 7 – 9 VI SEMESTRE AREQUIPA – PERU 2019

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA LABORATORIO DE MECANICA DE ROCAS – INFORME Practica N006 – ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE

1. OBJETIVOS

1.1.Objetivo General

Analizar la máxima resistencia a la compresión de una muestra testigo sometido a una carga axial, además de determinar los parámetros de caracterización geomecánica de la roca (cohesión, ángulo de fricción, resistencia a la compresión uniaxial, resistencia al corte, etc.). 1.2.Objetivos Específicos - Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada, aprendiendo las características de cada uno, y los cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia. - Proporcionar información sobre los procedimientos de cálculo y obtención de resultados del ensayo. - Determinar la resistencia a la compresión simple. - Interpretar debidamente el tipo de falla que sufrió el material conforme a sus características. - Comprender con exactitud la metodología y procedimientos usados en el ensayo, incluido el tiempo e intervalos con los que será ensayada la muestra. - Procesar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.

2. MARCO TEORICO

El ensayo de compresión no confinada, también conocido con el nombre de ensayo de compresión simple o ensayo de compresión uniaxial, es muy importante en Mecánica de Rocas, ya que permite obtener un valor de carga última de la roca, se relaciona con la resistencia al corte de la roca y entrega un valor de carga que puede utilizarse en proyectos que no requieran de un valor más preciso, ya que entrega un resultado conservador. Este método de ensayo es aplicable solo a materiales cohesivos que no expulsan agua durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia intrínseca después de remover las presiones de confinamiento, como las arcillas o los suelos cementados. El ensayo trata de la aplicación gradual de una fuerza axial a un cilindro de roca, hasta que se produce su rotura, los datos obtenidos son: σ1 obtenido del ensayo, σ2, σ3. Con estos datos se puede obtener σc (resistencia a la compresión simple) TIPOS DE ROTURA En un ensayo de compresión simple se pueden producir distintos tipos de rotura, los cuales son la rotura frágil y la rotura dúctil. Predominan las grietas paralelas a la dirección de la carga, y la rotura ocurre de un modo brusco y bajo deformaciones muy pequeñas, presentándose después de ella un desmoronamiento de la resistencia. Se limita a deformarse, sin que aparezcan zonas de discontinuidad en ella. De forma intermedia, la rotura se produce a través de un plano inclinado, apareciendo un pico en la resistencia y un valor residual. En una probeta sometida a compresión simple también se pueden producir tracciones locales en el contorno de las fisuras, especialmente sobre planos paralelos a la dirección de la compresión. Esto explica la aparición de grietas verticales. En suelos blandos sometidos a presiones no muy altas, la rotura dúctil se presenta bajo la forma de un ensanchamiento solo por el centro, ya que por los extremos lo impide la fricción entre el suelo y las placas de carga.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. La forma de la rotura varía con la naturaleza de la roca y forma de la probeta. Las rocas duras y compactas se rompen, dividiéndose en prismas rectos de sección irregular, siendo sus generatrices paralelas al sentido de los esfuerzos, y a veces salen proyectados con gran violencia, siendo conveniente rodear los platillos con una tela metálica. Las rocas blandas se rompen según planos que pasan por las aristas de las bases, formando un ángulo menor de 50 ° con la dirección de la presión, desprendiéndose prismas truncados. Las probetas cilíndricas o prismáticas se rompen por resbalamiento sobre un plano oblicuo, formando un ángulo aproximadamente de 45° con la dirección de los esfuerzos. En el caso de rocas anisótropas con planos de sedimentación o esquistosidad, se deben hacer dos determinaciones de la resistencia a compresión simple, una en la dirección perpendicular a estos planos y otra en la dirección paralela a estos planos.

Figura 1. Resistencia a la compresión perpendicular y paralelamente a los planos de discontinuidad

EQUIPO MÁQUINA DE ENSAYOS. Una prensa capaz de medir la carga aplicada sobre el testigo, con una capacidad de carga de 100 toneladas y que cumple con los requerimientos de la Norma ASTM E4 y British Standard 1610. BLOQUES DE ASIENTO. La máquina de ensayos está equipada con dos bloques de asiento en forma de disco, de acero con dureza Rockwell HRC 58. Uno de los bloques, el inferior, tiene una base esférica y el otro, el superior, una base rígida. El centro del asiento esférico debe coincidir con el centro del testigo que será colocado sobre él. El asiento esférico debe estar siempre lubricado con aceite mineral o grasa de manera que gire libremente sobre su base.

Figura2. Equipo de medición de carga

3. ANALISIS DE RIESGO

1.1.Peligros a los que estuvo expuesto: 

Cortes en las manos al manipular o estar cerca de la cortadora



Desprendimiento de fragmentos hacia ojos y cuerpo a causa del testigo al realizar el ensayo de compresión simple



Caídas y resbalones por no usar el calzado adecuado



Problemas auditivos a causa del fuerte sonido generados por los equipos del laboratorio

1.2. Medidas de Control:

1.2.1. SEÑALIZACION 

De acuerdo a las disposiciones legales vigentes (NTP 399.010-1) todo laboratorio debe presentar señalética de seguridad y emergencia.



La señalética debe estar ubicada en lugares de fácil visualización.



La dimensiones y colores de cada señalética debe cumplir con lo estipulado en las Normas Peruanas. (NTP 399.010-1)

1.2.2. Protocolo de Seguridad – Laboratorio MECANICA DE ROCAS 

Establecer, cumplir y hacer cumplir el procedimiento de seguridad dentro del laboratorio.



Establecer normas para el manejo de todo tipo de equipos, residuos y verificar su cumplimiento.

1.2.3. Responsabilidades 

Los usuarios (alumnos, docentes, técnicos y administrativos) serán responsables de cumplir con el Manual de Seguridad del Laboratorio, con el objeto de realizar un trabajo seguro, previniendo la exposición innecesaria a riesgos químicos, físicos o biológicos



Asistir con la ropa adecuada para laboratorio : camisa manga larga , chaleco , EPPS tanto para ojos , manos , pies y oídos



Ante: “Cortes en las manos al manipular o estar cerca de la cortadora ” SE DEBE:

-



Usar guantes a la hora de manipular la cortadora o estar cerca a ella

Ante: “Desprendimiento de fragmentos hacia ojos y cuerpo a causa del testigo al realizar el ensayo de compresión simple

-

” SE DEBE:

-

Uso de lentes de seguridad de forma OBLIGATORIA y mantener una distancia prudente con el equipo

-

Ante: “ Caídas a causa de resbalones y por no usar el calzado adecuado”, SE DEBE

-



Uso de zapatos de seguridad de seguridad de forma OBLIGATORIA

Ante: “Problemas auditivos a causa del fuerte sonido generados por los equipos del laboratorio” SE DEBE:

-

Usar tapa oídos de forma OBLIGATORIA justo en el momento de manipular equipos que producen sonidos muy elevados además de mantener una distancia prudente

2. METODOLOGIA UTILIZADA Esta actividad para la COMPRESION SIMPLE se dividió en 2 áreas de trabajo:  Laboratorio. Se realiza el ensayo secuencialmente indicado por el docente a cargo.  Gabinete. Se realizan los diversos cálculos para la obtención de resultados del ensayo. 2.1. PROCEDIMIENTO Y EVIDENCIAS 1. Preparación de la muestra A partir de la obtención del testigo por medio dela roca, con un cuchillo o una espátula, retirar el total de la parafina sólida que se aplicó para evitar pérdidas de humedad.

2. Luego, se corta una muestra preliminar algo más grande que el tamaño deseado para la probeta que se quiera obtener (ejemplo 2,5 cm. más alta y 1,3 cm. más ancha) y se escuadran sus extremos de modo que queden perpendiculares a su eje y paralelos entre sí. Finalmente, se talla la probeta de la sección preestablecida y que cumpla con la relación L/D. Esta operación deberá realizarse sin hacer contacto entre las manos y la muestra.

Figura 3. Procedimiento de corte del testigo

3. Procedemos a medir el testigo determinamos el diámetro y la altura

Figura 5. Medida de Longitud Figura 4. Medida del diámetro

4. Se coloca el testigo en el equipo de carga de tal manera que quede centrado en la platina inferior. Se ajusta el instrumento de carga cuidadosamente de tal manera que la platina superior apenas haga contacto con el espécimen. Se coloca en cero el indicador de deformación.

Figura 6. Testigo

en el equipo de carga

5. Se registran los valores de carga, se debe evidenciar el diagrama de rotura, para medir el ángulo de rotura

.

Figura 7. Evidencia de Carga

Figura 8. Carga Máxima

3. RESULTADOS 3.1. Registro de relación de longitud y diámetro

Df= 51.32 mm Medidas Finales Medidas Iniciales

Trasladar el registro de Ruptura Se midió el ángulo cuando se le aplicó la carga máxima, y se obtuvo un ángulo de falla de : ∝ = 65º

780

Figura 9. Línea de falla de la muestra

Indicar su ángulo de ruptura

Aplicando la siguiente relación: 𝟐 ∝= 𝟗𝟎º + ∅ Despejando: ∅ = 𝟐 ∝ − 𝟗𝟎º

Reemplazando valores: ∅ = 2(78) − 90º ∅ = 66º Ángulo de fricción

Figura 6. Medición del ángulo

CALCULO DEL ESFUERZO DE COMPRESION

σ=

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑡𝑒𝑠𝑡𝑖𝑔𝑜 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 σ=

51.817𝐾𝑁 𝜋(0.02566m)^2

𝛔 = 𝟐𝟓. 𝟎𝟓𝟔 𝐤𝐩𝐚

DIBUJO ESQUEMÁTICO DEL TIPO DE FALLA DEL TESTIGO ANALIZADO Sabemos que cuando las fallas se desarrollan a mayor profundidad donde las condiciones de temperatura y presión son más altas las rocas se deforman dúctilmente. Dentro del mecanismo de rotura de la roca son diversos los factores que tienen influencia directa en la fracturación del macizo rocoso, pudiendo distinguirse efectos diferentes. Los diferentes factores pueden diferenciarse entre factores intrínsecos a la roca, o bien, factores propios de la presion a la que esta es sometida

.Comportamiento del mecanismo de rotura del testigo

REALIZAR LA GRÁFICA DE ROTURA CARGA VS TIEMPO Se tomaron datos obtenidos del equipo de prensa para luego realizar una tabla y posteriormente el grafico : rotura de carga vs tiempo.

CARGA (KN) 60

40 30 20 10 0

0.05 0.7 1.35 2 2.65 3.3 3.95 4.6 5.25 5.9 6.55 7.2 7.85 8.5 9.15 9.8 10.45 11.1 11.75 12.4 13.05 13.7 14.35

TIEMPO

50

ROTURA DE CARGA

COMPARACIÓN CON LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS PRÁCTICAS ANTERIORES En esta práctica como en las anteriores se pudo analizar la resistencia a la compresión de nuestra muestra pero con procedimientos distintos . En la practica 4 nos arrojo un valor fuera de lo común ya que nuestra muestra sometido al ensayo de carga puntual no soporto la tensión y se fracturo muy rápido , nisiquiera cumpliendo el rango de tiempo establecido indicando que no tiene suficiente resistencia .En la practica 5, al usar el martillo smitdch nos arrojo valores pequeños en distintos rebotes demostrando que junto con la práctica 4 nuestra roca posee muy poca resistencia la compresión . En esta última practica de resistencia a la compresión simple se pudo comprobar que nuestro testigo no puede estar sometido a tanta tensión porque se fracturaría de manera inmediata y no tiene la resistencia de compresión esperada , nos arrojo un valor de 51.817 kN

CONCLUSIONES



El ensayo de compresión simple nos permite medir la carga última a la que un testigo sometido a una carga compresión falla. Sin embargo es muy importante tener en cuenta las simplificaciones que este ensayo supone, y por las cuales no es un método exacto.



Los factores como la porosidad y la meteorización presente en la muestra hacen que haya una gran dispersión en los datos arrojados por el ensayo.



Este ensayo se realiza con el fin de determinar la resistencia a la compresión no confinada, mediante la aplicación de una carga axial con control de deformación y utilizando una muestra de suelo inalterada tallada en forma de cilindro.



Es muy importante tener en cuenta las simplificaciones que este ensayo supone, y por las cuales no es un método exacto, sino más bien aproximado, a pesar de esto es un ensayo muy solicitado, ya que la sencillez de su método y el equipo que utiliza lo convierten en un ensayo de bajo costo en relación a otros relacionados, como el ensayo triaxial, que requiere de equipo más especializado.