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GEOMECÁNICA DE ROCAS INFORME N°05

“ENSAYO DE CORTE DIRECTO” Alumnos CUMPA GAMARRA, Flavia DE LA CRUZ CHILINGANO, Javier GALA HUARCAYA, Katherine Docente Ing. VALENCIA CHAVEZ, Elvis Carrera C11 – A

2019 – I

INTRODUCCIÓN En el presente informe se presente básicamente el ensayo de compresión simple en el laboratorio de Mecánica de Rocas de Tecsup, para determinar la resistencia de la roca, que será usado como información y fines educativos. La mecánica de rocas ha sido considerada tradicionalmente como un asunto ligado primordialmente a la seguridad, lo que es muy importante para la reducción de caída de rocas, evitando o minimizando los daños al personal y a los equipos, como también es influyente en los aspectos económicos de las operaciones mineras. Es por ello que un laboratorio para los ensayos de rocas de mecánica de rocas es importante como herramienta tecnológica dentro de un proceso para la toma de decisiones acertadas y el mejoramiento de la seguridad, eficiencia de una mina, proceso u obra civil.

OBJETIVO Determinar el ángulo de fricción y cohesión de las discontinuidades, mediante el criterio de Coulomb - Navier.

USO En análisis de cuñas mediante análisis de equilibrio limite Si hacemos un gráfico esfuerzos cortantes máximos vs. esfuerzos normales aplicados en cada ensayo obtenemos el grafico de la figura. Esta curva aproximadamente lineal, tiene una pendiente igual al ángulo de fricción máximo e interceptar al eje de esfuerzos cortantes en Cmax, fuerza de cohesión del material cementante. Este componente de cohesión del esfuerzo cortante es independiente del esfuerzo normal pero el componente friccional aumentado con el incremento de esfuerzo normal pero el componente friccional aumenta con el incremento de esfuerzos normal como se muestra en la siguiente ecuación.

t = Cmax + ϑtanØmax Si graficamos el esfuerzo cortante residual contra el esfuerzo normal constante para cada ensayo obtenemos el grafico de la figura y la ecuación:

t = ϑtanØr La ecuación nos indica que el material cementada se ha perdido (Cr = 0).

ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE Este ensayo permite determinar en el laboratorio la resistencia uniaxial no confinada de la roca, o resistencia a la compresión simple. Es un ensayo para la clasificación de la roca por su resistencia. La relación entre los esfuerzos aplicados en el ensayo es: La resistencia a la compresión simple de las piedras que se utilizan como revestimientos o como pavimentos, se determinan sobre formas paralelepipédicas, en lugar de formas cilíndricas que es lo habitual para determinar la resistencia a la compresión simple de cualquier material. Como por ejemplo el hormigón. Las bases serán paralelas entre si y perpendiculares al eje de la probeta, alisándose por amolado con una maquina rectificadora. Se rechazaran probetas que presenten defectos evidentes. La máquina de ensayos será una prensa hidráulica o mecánica, que disponga de varias escalas de manera que se pueda escoger la apropiada, según el valor medio del ensayo a efectuar, de forma que ningún resultado inicial quede por debajo de la décima parte del valor máximo de la gama de medida empleada. Debe permitir la aplicación de la carga de una manera continua y progresiva.

EQUIPO Un equipo para aplicar y registrar fuerza normal y fuerza cortante sobre el testigo. Este equipo consiste de una caja particular diagonalmente. La mitad superior equipada con un pistón vertical para aplicar la fuerza normal y la mitad inferior equipada con un pistón horizontal para la aplicación de una fuerza cortante. La caja está diseñada para aceptar testigos de roca con dimensiones no mayores de 115mm x 125mm o si es un testigo cilíndrico su diámetro debe ser no mayor de 102mm y su longitud de 120mm. La fuerza aplicada por el pistón vertical es transmitida por medio de una bomba hidráulica de operación manual y es registrada en un medidor de fuerza con escala graduada en 0.25 KN y con capacidad de medir fuerzas hasta 11 KN. La fuerza aplicada por el pistón horizontal es transmitida por medio de una bomba hidráulica de operación manual y es registrada en un medidor de fuerza con escala graduada en 0.1 KN y con capacidad de medir fuerza hasta 5.5 KN. Estas fuerzas deberán estar alineadas con el centro del plano de corte. MOLDE Un molde especialmente diseñado para que encaje en el equipo perfectamente y que será utilizado para encapsular el testigo en una mezcla de concreto de

secado rápido. Este modelo consta de dos mitades que tienen la misma froma y dimensiones que la caja del equipo de ensayo.

PREPARACIÓN DE TESTIGOS    

Se pueden emplear testigos cilíndricos Seleccionar la discontinuidad o plano de falla a ser ensayado Se prepara una mezcla de arena, cemento y agua Se coloca el sujetador de testigo sobre el molde y se coloca entre sus agarraderas el testigo teniendo cuidado que el plano cortante propuesto esté alineado  Se cubre el interior del molde con una película de grasa para facilitar remover el testigo después del secado de la mezcla. Verter la mezcla en una mitad del molde con la cantidad suficiente para que cuando se introduzca el testigo llegue a borde superior del molde  Se remueven los lados del molde y se arma la otra mitad  Luego se desmolda el testigo y se separan las dos partes cortando la cinta adhesiva, entonces el testigo estará listo para ser ensayado

PROCEDIMIENTO  Se perfora la roca para obtener un testigo de diámetro 50 mm, además, se debe tener en cuenta que la altura del mismo debe ser mayor a 70 mm  Se corta el testigo por la mitad y se marca con cinta como guía  Se prepara la mezcla de relación arena, cemento (2:1) y agua  Luego, se coloca en moldes con la mitad de testigo en cada uno dejando un espacio de 1 centímetro entre los moldes  Dejar secar, molde por molde  En caso de contar con horno, llevar a 30° por, aproximadamente, 5 horas  Finalmente, al tener ambos bloques secos se procede a ensayar.

RESULTADOS Fuerza Normal (Mpa)

Fuerza Cortante (Mpa)

Normal(kg)

1

1

5.312090677

5.312090677

0.52

0.52

2

1.5

10.62418135

7.968136016

1.04

0.78

3

2.25

15.93627203

11.95220402

1.56

1.17

4

3.25

21.24836271

17.2642947

2.08

1.69

5

3.5

26.56045339

18.59231737

2.60

1.82

Cortante(kg)

Normal(Mpa)

Cortante(Mpa) Área

CORTE DIRECTO 2.00

1.82 1.69

Esfuerzo Cortante (Mpa)

1.80 1.60

1.40

1.17

1.20 1.00

0.78

0.80

0.52

0.60 0.40 0.20 0.00

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

Esfuerzo Normal (Mpa)

2.50

3.00

19.2442635

CONCLUSIONES

REFERENCIA ASTM D 5607-95 ISRM Suggested Method for In Situ Determination of Direct Shear Strength