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CAPITULO IIMECANICA DE ROCAS EXPERIMENTAL
EQUIPOS E INSTRUMENTOSEn el presente Capitulo se detallauna serie de equipos e instrumentosde Laboratorio de Mecnica deRocas.
PREPARACION DE PROBETAS:La preparacin de probetas, demuestras rocosas y minerales, serealiza mediante la Sonda
Sacatestigos y la Cortadora deDisco Diamantino con susrespectios accesorios.
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Maquina Sonda Sacatestigos
re!rentando una probeta para serensayada de acuerdo a losestndares el "SRM., por e#emplo$para el ensayo de CompresinSimple y%o &nia'ial, para elensayo de Constantes Elasticas,para el ensayo (ria'ial.
Donde se requiere que las basessuperior e in!erior de las probetas,tienen que estar re!rentadas, por larazn que al momento de e#ecutarel ensayo la carga aplicada debeser uni!ormemente repartida entoda la super!icie de ambas bases.
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Bocas de di!erentes dimetros )*+, +, .-+, +, -+/,0ielador, tornillo de a#uste para cada dimetro de probeta,a#ustador de tuercas, re!rentadora y accesorio parare!rentar.
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En !a "oto se aprecia el equipo completo para elre!rentado, que se instala en la Sonda Sacatestigos.
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CORTADORA DE DISCO DIAMANTINO
El ob#etio de la Cortadora de discodiamantino es dimensionar a cada
probeta de roca y%o mineral, en sulongitud en relacin a su dimetro, queresulta de la per!oracin con la sondasacatestigos, de acuerdo a losestndares )Relacin de Esbeltez/ decada uno de los ensayos 1a e#ecutarseen el programa plani!icado.
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En !a "oto# se aprecia una probeta rocosa cortndose deacuerdo a su relacin de esbeltez )L%D/, sobre la cual serrealizado el ensayo de laboratorio para la determinacin de sus
propiedades !2sico3mecnicas.
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ENSA$OS $ MEDICIONES EN LABORATORIO
PROPIEDADES "%SICASLa determinacin de las propiedades !2sicas se basa en elestablecimiento de la 1umedad, absorcin, olumen de poros, pesoespeci!ico%densidad de la probeta de roca y%o mineral, siendo losequipos y accesorios en la mayor2a de los casos los de un laboratorioqu2mico y%o metal4rgico. 5 estn constituidas por$
&na balanza de precisin en grs.&n 1orno entilado.6asos de precipitacin.Lunas de relo#.(enazas de !ierro.
7gua destilada.(aras
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PROPIEDADES MECANICASMAQUINA DE COMPRESI&N DEROCASLa determinacin de laspropiedades mecnicas, como es elcaso de los ensayos deco'(esi)n si'(!e *+ unia,ia!#ensa*o de tacci)n indiecta-asi!eo# ensa*o Tia,ia!# ensa*o(aa !a dete'inaci)n deconstantes e!.sticas# A-asion!os ange!es, son e#ecutados en laMaquina de Compresin de Rocas,con la !inalidad de determinar las
caracter2sticas de de!ormabilidad yde rotura de la roca y%o mineral, encompresin.
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MAQUINA DE CORTE DIRECTOEn esta maquina porttil se e#ecuta el ensayo de cortedirecto sobre discontinuidades, cuyo ob#etio es ladeterminacin de los parmetros !riccionantes$ Co1esin 8C+y ngulo de !riccin 89i+ basica y residual.
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MAQUINA DE CAR/A PUNTUALEsta Maquina porttil se caracteriza por ser una peque:a prensa 1idrulicaproista de 8conos de carga+ entre cuyos ;rtices se colocan probetas de rocay%o mineral, someti;ndolas a cargas compresias, seg4n la disposicin de laprobeta entre conos se mide ya sea el 2ndice
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ENSA$OS $ MEDICIONES IN0SITUSISMO/RA"O&tilizando ondas ultrasnicas que se 1acenpropagar en el medio rocoso, se realizanmediciones de las elocidades de ondaslongitudinales y transersales,
a partir de loscuales sedeterminan lasconstanteselsticasdinmicas$ Modulode ElasticidadDinmico 8Ed1yRelacin de>oisson Dinmico8?d+. Se usa paratal !in unsismgra!o quepuede e!ectuar
mediciones en lamisma operacinminera.
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MAQUINA DE ARRANQUE DE PERNOSLa maquina de arranque de pernos permite determinar lacapacidad 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 deun perno de roca )Roc= @olt/, esta determinado por aspectosimportantes$ Longitud del perno, dimetro del taladro, tiempo deinstalacin y calidad del macizo rocoso, adems permitecontrolar su comportamiento del perno de roca durante y
despu;s de su instalacin.
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EXTENSOMETRO DE 2ARRILLAS E INCLINOMETROLas mediciones de desplazamientos en el interior del macizo rocoso serealizan con el !in de controlar los desplazamientos o moimientos relatiosdentro del macizo rocoso asociados con problemas de inestabilidad odurante la e#ecucin de labores mineras subterrneas y super!iciales,instrumentndose taladros de gran pro!undidad, utilizando un E'tensometroMecnico y%o Aidrulico de 6arillas de 7ncla#e M4ltiple, con el cual seeal4a los desplazamientos midiendo los cambios progresios de lacomponente a'ial de la de!ormacin y un "nclinmetro para ealuar
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EXTENSOMETROEn la
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INCLIN&METROS
En la
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EXTENSOMETRO DE CINTA
En la
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BARRA TELESCOPICAEXTENSOMETRICA
En la erubar S.7
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MARTILLO SC3MIDT DEDURE4ADenominado tambi;nesclermetro o martilloestandarizado, nos permiteobtener alores de durezade la roca por elprocedimiento del reboteGcon el !in de determinar en!orma rpida aloresapro'imados deparmetros de dise:ocomo la estimacin de la
resistencia compresia, en!uncin a la densidad de laroca.
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PROCEDIMIENTOS DE ENSA$OEnsayos estndares para la determinacin de las propiedades
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E! 2o!u'ende la probeta rocosa y%o mineral a ser ensayado sedetermina mediante probetas sim;tricas y%o probetas irregulares,mediante el principio de 7rqu2medes, en el caso particular de probetas
irregulares.
Peso Seco
2o!u'en
Peso Seco
2o!u'enDensidad J )gr%cm*
>eso especi!ico 7parente )>.E.a./ J' K. )0%m/
>orosidad 7parente )>.a./ J Peso Satuado 0 Peso Seco
5 6 , 2o!u'en ' )N/7bsorcin )en peso/ Peso Satuado 0 Peso Seco ' N PesoDonde$
56J Densidad del agua )gr%cm/.
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PROPIEDADES MECANICASENSA$O DE COMPRESI&N SIMPLEDenominado tambi;n ensayo de Compresin &nia'ial, este ensayo
consiste en aplicar cargas compresias a'iales cada ez mayores, aprobetas rocosas y%o minerales cil2ndricas, 1asta producir su rotura,como se aprecia en la
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RELACI&N DE ESBELTE4$
La probeta rocosa y%o mineral a serensayada debe tener la siguiente relacin$
L%D J *
Donde$
L J Longitud de la probeta )cms/.D J Dimetro de la probeta )cms/.
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"ACTOR DE CORRECCI&N DE PROTOD$A7ONO2:Cuando la relacin de esbeltez es L%D O *, se puede aplicar el!actor de Correccin de >rotodya=ono, cuya relacinmatemtica es la siguiente$
L
D
C
O
27
8
+
=
Donde$Po J Resistencia Compresia unia'ial con L%D J *.Pc J Resistencia Compresia unia'ial con L%D O *.L J Longitud de la >robeta.D J Dimetro de la >robeta
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"ACTOR DE CORRECCION DE O2ERT DU2ALL
Cuando la relacin de esbeltez es L%D O *, se puede aplicar el !actorde correccin dado por Qert Duall K )Roc= Mec1anicHs andt1e desing o! Structures in Roc=/$ CQRRE"R L7 robeta.D J Dimetro de la >robeta.
0
0.778 0.222 /c D L
= +
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"&RMULA MATEM8TICA:
A
F
C =
Donde:
0
c 9 Esue;o de Co'(esi)n en
L
D
"
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ENSA$O DE TRACCI&N INDIRECTA ? METODOBRASILEROEl ensayo consiste en someter a una probeta cil2ndrica )disco deroca y% mineral/ a una carga lineal compresia actuando a lolargo de su dimetro
>
>
D
L
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"&RMULA MATEM8TICA:
Donde:
t J Resistencia a la traccin indirecta de la roca y%o mineral en )g%cmU/.
> J Carga 4ltima de rotura de la probeta )g/.D J Dimetro de la probeta )cm/.L J Longitud de la probeta )cm/.V J Constante.
DL
P
t
2=
RELACI&N DE ESBELTE4$La probeta rocosa y%o mineral a ser ensayada debe tener la siguienterelacin$ L%D J .-Donde$L J Longitud de la probeta )cms/.
D J Dimetro de la probeta )cms/.
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ENSA$O PARA DETERMINAR CONSTANTESELASTICAS
Es igual al ensayo de compresin unia'ial y%o simple, con la adicin de quedurante la aplicacin de la carga a'ial compresia se miden lasde!ormaciones unitarias a'iales @A1)acortamiento longitudinal/ ydiametrales @D1)e'pansin lateral/.Las constantes elsticas @E1)Modulo de De!ormacin/ y @ )Relacin de>oisson/ estn de!inidas por las siguientes !ormulas matemticas$
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Las constantes elsticas @E1)Modulo de De!ormacin/ y @)Relacin de >oisson/ estn de!inidas por las siguientes !ormulas
matemticas$
1
A
= D
A
=
Donde:
E J Modulo de De!ormacin y%o de Elasticidad.
J Relacin de >oisson.WJ -N de la Resistencia Compresia.XD J De!ormacin &nitaria Diametral.X7 JDe!ormacin &nitaria 7'ial.Estos alores corresponden al -N de la Resistencia Compresia o carga derotura )W J .- W c/.
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ENSA$O DE RESISTENCIA A LA CAR/A PUNTUALENSA$O DE CAR/A PUNTUAL @"RAN7LIN+
El ensayo de carga puntual denominado tambi;n 8Diametral+ se e#ecuta sobremuestras de roca y%o mineral por lo general sobre testigos de per!oracionesde raise boring, teniendo en consideracin el estndar del "SRM, como seaprecia en la
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RELACI&N DE ESBELTE4:La probeta a ser ensayada debe tener la siguiente relacin$
L%D J .Donde:L J Longitud de la probeta )cms/.D J Dimetro de la probeta )cms/."&RMULA MATEM8TICA:
"s J >%DUDonde:"s J Yndice de Carga >untual J Carga 4ltima de rotura )g/.D J Dimetro de la probeta )cms/.
Estimacin de la 8Pc+, en relacin a la Carga >untual."&RMULA MATEM8TICA: Pc J) Z .B- D/ "sDonde:PcJ Resistencia Compresia de la roca en )g%cmU/.D J Dimetro de la probeta en mm.
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ENSA$O DE CAR/A PUNTUAL @LOUIS+El ensayo de carga puntual denominado tambi;n 87'ial+ se e#ecuta sobre
muestras de roca y%o mineral por lo general sobre testigos deper!oraciones de raise boring, teniendo en consideracin el estndar del"SRM, como se aprecia en la
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RELACI&N DE ESBELTE4:La probeta a ser ensayada debe tener la siguienterelacin$
L%D J
Donde$
L J Longitud de la probeta )cms/.D J Dimetro de la probeta )cms/.
"&RMULA MATEM8TICA:
"L J >%S
Donde$"L J Yndice de Carga >untual Louis )g%cmU/.> J Carga 4ltima de rotura )g/.S J 7rea de rotura )cmsU/.
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ENSA$O DE CAR/A PUNTUAL @Pue-a de B!oque+
Es-e!te; :L DF G H D G
L
L
D
D[
> "SJ33333 , cJ * "S D*
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ENSA$O DE CAR/A PUNTUAL @Pue-a de B!oque Iegu!a+
Es-e!te; :
L DF G H D G
2
21 WW
W +
=
D
D
L [
[*
P IS9 00000 # c9 > IS D>
l d d i d
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Colocando probetas cil2ndricas conrelaciones L%D J *, dentro de unacelda tria'ial y aplicando unapresin de con!inamiento lateralPconstante )Es!uerzo >rincipalMenor/, dentro de un rangoestablecido, se somete a estas a
un cargado a'ial 1asta producir surotura, en es!uerzos quecorresponden a P )Es!uerzoprincipal mayor/. Con los datos dePy P registrados, se construyela Enolente de Mo1r,
obteni;ndose de la misma losparmetros de Resistencia alCorte$ Co1esin So y el 7ngulo de
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ENSA$O DE CORTE DIRECTO SOBREDISCONTINUIDADES
Los ensayos se llean a cabo a tra;s de super!icies dediscontinuidad contenidas en testigos rocosos y%o mineralesde - cm. )- mm./ de dimetro, de acuerdo al estndar del"SRM
F lt d d I i d
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El ensayo consiste en cizallar la probeta a tra;s de la super!icie dediscontinuidad, someti;ndola a un Es!uerzo 0ormal constante 8Pn+.
F lt d d I i d
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E! Esue;o de Cote @Jc1para iniciar y mantener el desplazamiento,es determinado para un rango de es!uerzos normales.Durante los ensayos se miden los desplazamientos 8\8 de la partesuperior de la probeta en relacin a la parte in!erior, producidas comoconsecuencia de la aplicacin de los es!uerzos
F lt d d I i d
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CONDICION DE ENSA$OS
Cada ensayo a e#ecutarse en el Laboratorio de mecnica deRocas, se enmarcan dentro de los procedimientos estandarizadosla Sociedad "nternacional de Mecnica de Rocas )"SRM/.
Las elocidades de carga aplicadas durante los ensayoscompresios deben estar en el rango recomendado de - a
g%cmU%seg. ).- M>a . M>a%seg./.
Estas sern ensayadas ya sea en condiciones seca, de 1umedadnatural o saturada,
7 !in de racionalizar la cantidad de ensayos, las resistencias
compresias reportadas pueden ser obtenidas de los ensayos deconstantes elsticas.
Debe tratar en lo posible de e'traer muestras representatias desu entorno !2sico,
