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“INFORME LABORATORIO DE ROCAS EXPERIENCIA N° 1: PRACTICA ESTANDAR PARA LA PREPARACION DEL TESTIGO Y VERIFICAR LA CONFORMIDAD DE LAS TOLERANCIAS DIMENCIONALES Y DE FORMA”

PROFESOR: FELIPE ORELLANA BASTIAS ENCARCADO DE LABORATORIO: MARCELO ZAVALLA AUXILIARES: CRISTOBAL MUÑOZ, BASTIAN ESPINOZA ALUMNOS: JONATHAN KOLLE, EDUARDO PINCHEIRA, IGNACIO TAPIA

SANTIAGO-CHILE SEPTIEMBRE 2018

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INDICE GENERAL Resumen……………………………………………………………………………………..3 Introducción…………………………………………………………………………………4 Marco Teórico……………………………………………………………………………….5 Metodología…………………………………………………………………………………7 Análisis de Resultados………………………………………………………………………9 Discusión…………………………………………………………………………………...10 Conclusiones……………………………………………………………………………….11 Referencias…………………………………………………………………………………12 Anexos……………………………………………………………………………………...13

INDICE DE FIGURAS ILUSTRACION 1: “Triangulo QAP”…………...…………………………………………13 ILUSTRACION 2: “Maquina cortadora de testigos”...……………………………………13 ILUSTRACION 3: “Medición longitudinal del testigo”…………………………………..14 ILUSTRACION 4: “Medición diametral del testigo”……………………………………..14 ILUSTARACION 5: “Uso Dial Gage”…………………………………………………….15 ILUSTRACION 6: “Medición lateral del testigo para determinar perpendicularidad”……15 INDICE DE TABLAS TABLA 1: “Medición caras opuestas para determinar paralelismo”…………...…………...8 TABLA 2: “Medición parte exterior testigo para determinar perpendicularidad al eje”…....8 INDICE DE ECUACIONES ECUACION 1: “Relación Largo-Diámetro”...……………………………………………...5 ECUACION 2: “Perpendicularidad de las caras”…………………………………………...6 ECUACION 3: “Paralelismo de las caras”…..……………………………………………...6 ECUACION 4: “Diferencia Angular”…………….………………………………………...6

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RESUMEN El presente informe dará a conocer los pasos, normas y cuidados que se tienen que seguir para la correcta preparación de una muestra de roca. Siendo esta la primera experiencia de laboratorio de la asignatura de Geomecánica en su sección de laboratorio. El objetivo de este trabajo es la preparación de una muestra de acuerdo con la norma ASTM D4543, para determinar si la muestra que fue entregada cumple con las normas estipuladas en esta, para que esta sea utilizada posteriormente en los ensayos destructivos como por ejemplo el ensayo de compresión uniaxial y ensayo de tracción directa entre otros. Para comprobar esto, se recibió un testigo cilíndrico, el cual fue medido y cortado utilizando regla, pie de metro y la máquina de corte respectivamente. Posteriormente se realizaron los cálculos respectivos, determinando estos, los siguientes datos de vital importancia: Relación Largo-Diámetro, Tolerancia máxima de caras opuestas, Perpendicularidad y paralelismo de las caras. Los resultados obtenidos fueron:    

Relación L/D: 2.178 Tolerancia máxima: 0,135 y 0,11 mm Tolerancia al paralelismo: Diferencia angular= 0,149° Perpendicularidad de las caras: cuatro valores menores a 0,0043 mm tomando en cuenta el diámetro y largo del testigo

Mediante estos resultados se comprobó la aprobación o desaprobación de la muestra con respecto a sus características para ser habilitada o no para ensayos posteriores. Conjuntamente a estos resultados se añaden anexos para un mejor entendimiento sobre los métodos realizados junto con especificaciones básicas de equipos usados dentro del laboratorio. Finalmente se realiza un análisis y discusión detallados de los resultados junto con la conclusión de esta primera experiencia de laboratorio de la asignatura de Geomecánica.

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INTRODUCCION

En cualquier diseño estructural se requiere predecir su desempeño al ser sometido a cargas durante su vida útil. En la mecánica de rocas interesa saber dicho desempeño en las excavaciones generadas por la actividad minera que cambian los campos de fuerza de su entorno. Es decir que, la finalidad de la mecánica de rocas es observar, conocer y predecir el comportamiento de los componentes del macizo rocoso al ser sometidos bajo fuerzas internas y externas, para posteriormente elaborar una planificación adecuada de las distintas obras de ingeniería aplicadas en la industria minera como pueden ser las excavaciones subterráneas (Túneles, galerías, niveles de producción, hundimiento, etc.) o rampas y taludes en el caso de minería a cielo abierto. La relación entre las tensiones, compresiones y deformaciones dan a conocer el comportamiento del macizo rocoso, que depende de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales y de las condiciones a las que están sometidos en la naturaleza. Los ensayos destructivos y no destructivos de un testigo de roca dan a conocer dichas propiedades con el fin de determinar la calidad de la roca que se está ensayando. Estos ensayos son fundamentales para el estudio del comportamiento de la roca, ya que es de suma importancia hacerlos para tener certeza de las propiedades que tiene la roca en el sector de interés de donde se extrajo el testigo. Teniendo en cuenta esto, se pueden usar estos datos para su aplicación en torno a la realización de las labores mineras antes mencionadas y con esto lograr diseñarlas de tal forma que los esfuerzos sometidos al macizo rocoso no provoquen un riesgo tanto al personal como a la misma labor. Cabe destacar que existen procedimientos para la correcta forma de efectuar estos ensayos de laboratorio que contribuyen a obtener una aproximación más acertada del estado del macizo, permitiendo así reducir las posibles desviaciones de los resultados en las que se puede caer al no llevar a cabo los procedimientos adecuados. En otras palabras, lo que se busca es ser exacto y preciso a la hora de dar los parámetros, propiedades y características obtenidas a partir de los ensayos ayudándose con la correcta realización de estos. Entre estos procedimientos se encuentra la preparación de las muestras, de tal forma que éstas cumplan con los estándares establecidos en la Norma ASTM N° D 4543-08 la cual se debe cumplir por lo mencionado anteriormente. En este trabajo se aprenderá y realizara la teoría de la correcta preparación de una muestra para que posteriormente, en nuevas experiencias, sea aplicada a los ensayos destructivos de un testigo de roca con el fin de determinar la calidad de la roca que se está tratando.

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MARCO TEORICO Para llevar a cabo el estudio de este laboratorio, es necesario conocer los aspectos fundamentales que requiere un estudio de este tipo, como los conceptos de seguridad y comportamiento que permiten establecer los criterios necesarios para el desarrollo del análisis de laboratorio. Por ello, existen normas y reglamentos básicos que se deben cumplir para satisfacer un correcto uso de las herramientas sin comprometer la seguridad de los demás. Dentro de estas normas y reglamentos se encuentran el manual de comportamiento dentro de los laboratorio entregado a cada estudiante al inicio del curso y los elementos de protección personal (EPP) de uso obligatorio, tales como: zapatos de seguridad, overol, protectores auditivos, protectores visuales y guantes. Además, las muestras y equipos utilizados en el laboratorio tienen que regirse bajo las normas A.S.T.M (american society testing materials), las cuales especifican el correcto uso de estas, para así minimizar lo mejor posible los errores de los ensayos. Si bien, los ensayos se realizan sobre testigos tomados de un previo sondaje, es necesario conocer las bases del cómo se obtuvieron tales testigos. Para esto existen 2 métodos de extracción: 1- Sistema de perforación por diamantinas. 2- Taladros para extracción de testigos de rocas. El primero se utiliza para la realización de muchos sondajes in situ hasta lograr una cantidad razonable de testigos para analizar en el laboratorio. El segundo es un sistema aplicado mediante taladros, cuyas brocas en sus puntas poseen polvo de diamante, para rocas de un tamaño relativamente grande. Una vez obtenido el testigo a partir de los métodos de extracción, este tiene que ser sometido a pruebas de laboratorio. Estas pruebas están especificadas en la Norma ASTM 4543, la cual entrega valores de tolerancia estándar junto con las formas de obtenerlos. Las muestras de ensayo serán los cilindros circulares rectos y los valores de tolerancias especificadas en la norma y las ecuaciones con las cuales obtener los valores de la experiencia realizada son: 1. Relación Largo-Diámetro: La muestra debe tener una relación de longitud a diámetro de 2,0 a 2,5 y un diámetro no inferior a 47mm. El cálculo de la relación se efectúa con la siguiente fórmula: L/D

(Ecuación 1)

Donde L es el largo de la muestra y D es el diámetro de la muestra

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2. Tolerancia máxima en ambas caras de la probeta (ΔH): Corresponde a la diferencia de la medición mayor y la menor de cada cara, hecha con el Dial Gage. Debe ser menor a 0,025 mm (0,001 pulg). ΔH0.0025 mm ΔH=120-10=110*0.001=0.11>0.0025 mm Como la tolerancia máxima en cada cara del testigo, según la norma no debe ser mayor a 0,0025 mm, los valores obtenidos NO CUMPLEN con el estándar exigido. 3. Tolerancia de Paralelismo: Ø=tan−1|(((m2+m1)/2)*0.001)/(Diámetro)| *Dónde: m1 y m2 corresponden a las mediciones que representan a cada cara y Ø el ángulo entre ellas. Diferencia Angular = tan^(-1)(((135+110)/2)*0.001)/47)=0,149° Como la tolerancia de paralelismo de la probeta, según la norma no debe ser mayor a 0,25°, el valor obtenido SI CUMPLE con el estándar exigido.

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4. Perpendicularidad de las caras: (ΔH/D) ; (ΔH/L) Lateral 1: Diámetro (1,5/47)*0.001=0,000032 ; Largo (1,5/102,35)*0.001=0.0000146 Lateral 2: “Si el medidor de línea atraviesa una cavidad natural en la roca, las lecturas de esa región no se incluirán en la determinación de ΔH.” El medidor atravesó una diaclasa superficial, por lo tanto no se tomara en cuenta su medición. Lateral 3: Diámetro (2/47)*0.001=0.0000425 ; Largo (1/102.35)*0.001=0.00000977 Como el valor según la norma no debe ser mayor a 0,0043 mm, los resultados obtenidos SI CUMPLEN con el estándar exigido.

DISCUSIÓN El testigo logro pasar 3 de las 4 normas establecidas por la Norma ASTM 4543-08. La norma que no logro pasar es la de tolerancia máxima en ambas caras del testigo que corresponde a la diferencia de la medición mayor y la menor de cada cara, hecha con el Dial Gage que debe ser menor a 0,025 mm, esto puede ser causado por la no utilización de la maquina rectificadora tangencial, cuyo fin es el de obtener el mejor paralelismo entre ellas y permitir la distribución uniforme de la carga que es aplicable sobre el testigo. Considerando lo anterior, la probeta preparada en el laboratorio, según lo especificados en la norma, NO CUMPLE con los estándares requeridos. Hay que tener en cuenta que otra de los posibles factores que contribuyeron al no complimiento de alguna norma puede ser a causa de la falta de experiencia de quienes efectuamos cada una de las tareas involucradas en esta actividad o bien, por la disminución en la calidad del trabajo efectuado por el equipo de corte y Dial Gage. Por lo anterior y tal como lo indica la norma, la muestra debe ser evaluada para determinar si se logra un mejor esfuerzo o no por el tipo de roca, y en base a lo que indique el evaluador y profesional determinar si ésta debe desecharse. Sin embargo, se logró el principal objetivo que es el de interiorizarse a fondo sobre la norma ASTM 4543-08 y obtener experiencia en el ámbito de la preparación de muestras para ensayos de roca en laboratorio para un futuro.

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CONCLUCIONES Las conclusiones que se obtuvieron a lo largo del presente informe son que para ver que el testigo que se fue entregado pueda ser sometido a ensayos destructivos o no destructivos. Para esto la muestra tiene que pasar por una preparación, llamada “preparación del testigo” en donde se debe verificar mediante observaciones y cálculos sobre la muestra de roca que se tiene, basándose en la norma ASTM 4543-08 que fue estudiada durante el proceso, donde esta dicta que para que el testigo quede habilitado para posteriores ensayos tiene que cumplir con los distintos factores vistos, como por ejemplo tolerancias, relaciones y diferencia angular en la parte cilíndrica del testigo como por ejemplo, junto con los valores máximos estándar que establece la norma en su contenido. Se concluye a partir de los cálculos, que el testigo no cumple con la norma, ya que falló en una de sus 4 etapas de verificación, que es la de tolerancia máxima en ambas caras del testigo. Esto debido a que el proceso de medición es muy susceptible a equivocaciones, ya que depende mucho del factor humano con respecto a la manipulación de equipos como el Dial Gage. También se puede concluir que la no utilización de equipos que aparecen en la norma como la rectificadora tangencial, influyen en la determinación de conformidad del testigo. Viendo esto en el punto de tolerancia máxima de ambas caras del testigo, que si bien la elevada diferencia entre lecturas máximas y mínimas pudo deberse a un error humano, se infiere que con la rectificación debida se podría reducir sustancialmente la cota de error a la hora de medir ambas caras. Además se pudo observar que la sensibilidad del Dial Gage influye en los cálculos realizados. Por último, se logró conocer la Norma ASTM 4543-8 y aplicar la mayoría de sus puntos sobre el testigo entregado de forma correcta, dentro de las limitaciones que se tuvo por la falta de equipos de rectificación y pesaje de la muestra (usado para la determinación de humedad por ejemplo).

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REFERENCIAS     

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Abrasives Safety. (2018). Recomendaciones de seguridad de abrasivos. Recuperado de https://abrasivessafety.com/es-es/ De Máquinas y Herramientas. (2018). Máquinas y Herramientas. Recuperado de http://www.demaquinasyherramientas.com SignaWorks. (2018). Industrial signal products. Recuperado de http://www.signaworks.com/ Universidad Nacional de Colombia. (2018). Cilíndricos. Recuperado de http://bdigital.unal.edu.co/12337/31/9789584643056.Parte6.pdf Universidad de Santiago de Chile. (2018). Normas ASTM D-4543. Recuperado de http://www.dim.usach.cl/sites/dimin/files/paginas/ectificacion_de_testigos_de_roca s.pdf Orellana, F.. (Septiembre 2018). Geomecánica. Universidad Nacional Andrés Bello.

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ANEXOS TRIANGULO QAP:   

P: 80% Q: 10% A: 10%

Maquina cortadora de testigos:  

Marca y Modelo: Controls 45 D0536 Descripcion General: Se utiliza para obtener muestras de rocas perfectamente maquinadas (Cubos, prismas, etc) a partir de rocas o trozos de testigos irregulares. Se suministra con una mordaza adecuada para sujetar firmemente fragmentos irregulares de hasta 70 x 140 mm aproximadamente. Para cortar testigos de dimensiones hasta 75 mm de diámetro x 140 mm de altura se utiliza otra mordaza en “v”. Pueden obtenerse testigos más grandes dando la vuelta a las muestras en la mordaza. Se suministra con entrada de agua de enfriamiento. Potencia: 1100 W Velocidad de corte: 3000 r.p.m Peso aproximado: 100 kg Bomba de enfriamiento por recirculación con deposito 230 V, 50 Hz, monofásico. Disco de corte diamantado. 230 mm de diámetro x 2.5 mm de espesor. Área máxima de corte: 110 x 70 mm Vida útil disco de corte diamantado: La fecha de caducidad está marcada en el disco, escrita de la siguiente manera: V../YY o V../YYYY. Por ejemplo: V01/18 o V01/2018 significa que el disco no debe usarse después del 1. Trimestre del 2018. Pasada esta fecha el disco podría estar deteriorado y romperse, causando graves lesiones Generalmente estos discos cumplen con su vida útil cuando reducen notablemente su espesor y se les dificulta más hacer los cortes, esta es una buena señal para saber que el disco tiene que ser reemplazado.

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Medición longitudinal del testigo: 

10,235 cm.

Medición diametral del testigo: 

47 mm.

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Uso Dial Gage

Medición lateral del testigo para determinar perpendicularidad

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