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UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA DPTO DE INGENIERÍA EN MINAS LABORATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS LABORATORIO Nº 4:

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS ROCAS TRABAJO A DESARROLLAR

ENSAYO TRACCIÓN INDIRECTA (METODO BRASILEÑO).Este ensayo consiste en medir la resistencia a la tracción uniaxial indirectamente de un disco de roca, aplicando cargas compresivas diametralmente sobre una muestra de roca, creando así esfuerzos de tracción hasta producir la ruptura. El ensayo opera sobre muestras tipo rodajas dispuestas sobre una prensa, con el fin de aplicar un esfuerzo axial, creando una tracción que corresponde al valor de tensión en el centro del disco Se aplica una carga vertical compresiva (Figura 1.1). Se tiene la siguiente muestra de Roca a ensayar (Figura 1.1):

Figura (1.1): Ensayo de tracción indirecta

Para estas Muestras se desconoce su Litología y se desconoce estructuralmente, se ensayaron en Equipo del Laboratorio, tal como muestran las Figuras 1.2 a 1.5

Fig. 1.2. M- 1 Dimensionadas y ensayada

Fig. 1.3 M- 2 dimensionada y ensayada

Fig. 1.4. M-3 Dimensionadas y ensayada

Fig. 1.5 M-4 Dimensionada y ensayada

Los datos obtenidos fueron los Siguientes, Tabla 1.1: Muestra N° Cargas Carga Aplicada (Kg) Diámetro (cm) 1 1 100 4.72 1 2 300 4.72 1 3 600 4.72 1 4 900 4.72 2 1 200 4.73 2 2 400 4.73 2 3 500 4.73 3 1 200 4.72 3 2 300 4.72 3 3 500 4.72 4 1 100 4.71 4 2 300 4.71 4 3 500 4.71 4 4 1000 4.71 Tabla 1.1 Cargas obtenidas en Ensayo Tracción Indirecta

Se requiere desarrolle como Grupo de Laboratorio: a) Nombre el Equipo a utilizar y explique la función de cada una de sus partes. b) Cuál es la diferencia con el ensayo de Tracción Directa. Comente c) Que norma rige este ensayo? Explíquela. d) Cuáles son las dos formas de realizar este Ensayo? e) De acuerdo a los valores entregados en tabla 1.1, entregue por los Criterios de Mohr – Coulomb y Hoek and Brown si corresponde: 

Esfuerzos Principales Mayor y menor si corresponde.



Fricción y Cohesión de la roca ensayada.



Entregue un valor para la Tracción.



Graficas de Mohr-Coulomb y Hoek and Brown para este ensayo.



Indique el Tipo de Ruptura que se aprecia en las Figuras de la 1.2 a la 1.5

f)

Comente y discuta los resultados para ambos criterios.

Respuestas: Grupo:  Reinerio Alvarado G  Carlos Campos P  Roberto Zepeda R A.- Nombre el Equipo a utilizar y explique la función de cada una de sus partes. Para el ensayo de tracción indirecta del método brasileño el equipo a utilizar es una prensa de compresión hidráulica, es decir, se utiliza el mismo equipo que se utiliza para diferentes ensayos de tracción, lo único que cambia para este método es un dispositivo que es especial donde se pone la muestra, hace que el esfuerzo que se ejerce sobre el testigo sea sobre todo el largo del testigo.

Ilustración 1

Esta prensa de compresión hidráulica que se observa en la ilustración 1 es manual, tiene una palanca que se utiliza para bombear el líquido hidráulico por medio del mecanismo que aprieta las placas que ejercen el esfuerzo en las muestras, consta con un manómetro de alta precisión en la mayoría de las distintas prensas (error de lectura +/- 1%), esta prensa se encuentra cerrada y tiene una rejilla, todo esto para no lastimar a la persona que esté operando la maquina manualmente.

Por ultimo existe un dispositivo especial para la realización de este método brasileño, que se observa en la ilustración 2, que sirve para realizar de buena manera el ensayo, haciendo que la carga de compresión diametral sea a lo largo de dos generatrices opuestas como se observa en la ilustración 3 de esta manera se provoca un esfuerzo de tracción relativamente uniforme en todo el diámetro del plano de carga vertical y esta es la tracción que genera la ruptura del testigo en el plano Ilustración 2

diametral.

Ilustración 3

B.- Cuál es la diferencia con el ensayo de Tracción Directa. Comente

La diferencia que se observa a simple vista es que los esfuerzos que se realizan sobre la probeta o testigo son realizados en sentido contrario, mientras en el de tracción indirecta se realizan los esfuerzos de compresión (hacia el interior del testigo), en cambio en el de tracción directa se aplican esfuerzos de tracción directamente como su nombre lo dice (hacia el exterior de la probeta). Además, para realizar el ensayo de tracción directa el testigo debe estar adherido a las paredes del equipo que realice el ensayo y es por esto mismo que es difícil realizar este ensayo en algún laboratorio que no cuente con la implementación necesaria. En

cambio el ensayo de tracción directa es mucho más fácil de realizar ya que solo se debe comprimir el testigo a lo largo del diámetro de este.

C.- ¿Qué norma rige este ensayo? Explíquela. La norma que rige este ensayo es la norma NLT-346/90 (Resistencia a compresión diametral (ensayo brasileño) de mezclas bituminosas. Aparatos y materiales necesarios Prensa: Para este ensayo se puede ocupar cualquier tipo de prensa de compresión mecánica o hidráulica, que pueda proporcionar una velocidad uniforme de desplazamiento del sistema de carga de 0.85 ± 0.02 mm/s(50.8 mm/min) y una carga de 100 kN como mínimo. Recinto termostático: Un recinto el que sea lo suficientemente grande para guardar las probetas y mantenerlas a 25 ± 1 °C. Calibrador: Para medir con precisión de ± 0.1 mm el diámetro y la altura de las probetas para ensayo. Probetas para ensayo: El ensayo se puede realizar sobre probetas cilíndricas fabricadas en laboratorio o sobre testigos extraídos del pavimento, las dimensiones de las probetas no son característica privativa del ensayo. Además de estos aparatos y materiales es optativo tener los siguientes materiales o aparatos:   

Dispositivo de sujeción de la probeta Sistema de medida de desplazamiento vertical Sistema de medida de desplazamiento horizontal

Ejecución del ensayo 1. Medida geométrica de la probeta o testigo: Con el calibrador se determinará el 2. diámetro ± 0.01 mm, de la probeta en seis planos, dos a dos perpendiculares, dos en el plano superior, dos en el plano intermedio y dos en plano inferior, el diámetro medio, d, es la media aritmética entre los valores medidos en los seis puntos, la diferencia entre dos medidas individuales no debe ser superior a 1 mm. La altura de la probeta también se mide con el calibrador con precisión de 0.01 mm en cuatro puntos definidos por los extremos de dos planos perpendiculares entre si, la altura media, h, es la media aritmética entre los valores en estos cuatro puntos, la diferencia entre dos medidas individuales no debe ser superior al 5% de la altura media con un máximo de 5 mm. 3. Acondicionamiento térmico: Las probetas se deberán introducir en un baño termostático regulado a 25 ± 1 °C, durante 6 horas y se sacaran una a una antes de que se realice el ensayo. 4. Se retira la probeta del baño termostático y se sitúa en el dispositivo e sujeción o directamente entre los platos de la prensa.(optativo)

5. Si se dispone de elementos de medida de deformación vertical y horizontal se colocan en posición de medida y se ajustan en cero. (optativo) 6. Se aplica la carga a la probeta manteniendo la velocidad de deformación de 0.85 ± 0.02 mm/s constante. 7. El tiempo transcurrido entre el momento de retirar la probeta del baño termostático y la rotura de la misma en la prensa no debe exceder los 30 seg. 8. Se registran y anotan los valores de la carga de rotura y los de desplazamiento vertical y deformación horizontal, si este es el caso.

D.- Cuáles son las dos formas de realizar este Ensayo? Las dos formas de realizar el Ensayo de Tracción Indirecta son bajo carga estática o dinámica, modificando la prensa en función del tipo de estudio que se realice. Además, existen diversa variación en la aplicación de la carga en el estudio de tracción indirecta bajo carga estática, como lo es el “efecto del ancho de reparto” el cual destaca que en la vecindad del sitio de aplicación de carga se generan esfuerzos de compresión de gran magnitud; pero en el resto de la sección del cilindro, en una amplitud de aproximadamente el 80% de su diámetro, se producen esfuerzos de tracción prácticamente uniformes (González, 2005). El parámetro a medir es la carga a la rotura. Las siguientes Ilustraciones muestran la carga aplicada con diferentes mandíbulas de acero, la cual distrubuyen los esfuerzos de forma distinta, siendo el más utilizado el “clásico” y el que obtiene mejores resultados ya que distribuye los esfuerzos de una forma más uniforme.

E.- De acuerdo a los valores entregados en tabla 1.1, entregue por los Criterios de Mohr – Coulomb y Hoek and Brown si corresponde:  Esfuerzos Principales Mayor y menor si corresponde.  Fricción y Cohesión de la roca ensayada.  Entregue un valor para la Tracción.  Graficas de Mohr-Coulomb y Hoek and Brown para este ensayo.  Indique el Tipo de Ruptura que se aprecia en las Figuras de la 1.2 a la 1.5

Muestra 1 Falla de Triple Hendimiento

Muestra 3 Falla de Tracción Normal

Muestra 2 Falla de Triple Hendimiento

Muestra 4 Falla de Triple Hendimiento

Todos los ensayos son válidos para el cálculo de la resistencia a la tracción.

F.- Comente y discuta los resultados para ambos criterios.

INTRODUCCION

El ensayo de tracción indirecta (método Brasileño), la roca se deteriora debido al paso de cargas y a los agentes climáticos. Por ello es necesario saber los parámetros que caracterizan la roca y definir bien sus parámetros de falla, tanto por fatiga, como también por fisuración térmica o deformación plástica. Por eso es importante la realización de este ensayo (al igual que otros ensayos para obtener datos claves) para caracterizar la roca y que análisis se deben realizar a partir de los datos obtenidos. El ensayo para determinar las características de la roca será un compromiso entre la precisión obtenida y lo factible que sea su utilización, con la finalidad de obtener un modelo lo más representativo posible pero a su vez de fácil aplicación considerando la disponibilidad de tiempo, de recursos económicos y equipamientos. Para este ensayo se utilizarán muestras de roca que se desconoce su Litología y se desconoce estructuralmente, y a partir del ensayo realizado se procederá a realizar un análisis completo. Existe una pequeña revisión bibliográfica que ayudará a entender el método de tracción indirecta (método Brasileño), comparándolo conceptualmente con el método de tracción directa, también se presenta una seria de normas que debe cumplir el testigo de roca para que la realización de este ensayo tenga resultados representativos para aplicar en distintas decisiones con respecto a esta roca, el equipo que se necesita para realizar este ensayo es una prensa de compresión hidráulica el cual también presentado.