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I. OBJETIVOS: Determinar la resistencia a la compresión diametral de la roca granito por medio del ensayo brasileño Determinar la resistencia a tracción indirecta de probetas cilíndricas a base de granito sometiéndolas a una fuerza de compresión aplicada en una banda estrecha en toda su longitud (conocido también como método brasileño). Determinar la resistencia a la compresión simple de probetas cilíndricas de roca granito. II. MARCO TEORICO: a) Resistencia: En el estudio de las propiedades de resistencia de una roca hay que considerar, en general, tres clases de esfuerzos: de compresión (que tienden a disminuir el volumen del material); de tensión (que tiende a crear fracturas en el material) y cortantes (que tienden a desplazar unas partes de la roca con respecto a las otras). De acuerdo con esta clasificación de la roca puede presentar resistencia a la compresión y resistencia al esfuerzo cortante, la resistencia a la tensión en cambio puede despreciarse; como consecuencia, aquellas estructuras o parte de estructuras que han de experimentar tensiones no se construyen con material rocoso,

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I. OBJETIVOS:

Determinar la resistencia a  la compresión diametral de la roca granito por medio del ensayo brasileño

Determinar la resistencia a tracción indirecta de probetas cilíndricas a base de granito sometiéndolas a una fuerza de compresión aplicada en una banda estrecha en toda su longitud (conocido también como método brasileño).

Determinar la resistencia a la compresión simple de probetas cilíndricas de roca granito.

II. MARCO TEORICO:

a) Resistencia:

En el estudio de las propiedades de resistencia de una roca hay que considerar, en general, tres clases de esfuerzos: de compresión (que tienden a disminuir el volumen del material); de tensión (que tiende a crear fracturas en el material) y cortantes (que tienden a desplazar unas partes de la roca con respecto a las otras). De acuerdo con esta clasificación de la roca puede presentar resistencia a la compresión y resistencia al esfuerzo cortante, la resistencia a la tensión en cambio puede despreciarse; como consecuencia, aquellas estructuras o parte de estructuras que han de experimentar tensiones no se construyen con material rocoso, sino de otros materiales más apropiados, tales como el concreto armado o el acero

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a.1) Compresión simple:

Consiste en aplicar a los especímenes de roca cargas axiales sin confinamiento (Figura5.3). Para cada incremento de carga se mide la deformación longitudinal del espécimen; este tipo de pruebas reproduce las condiciones de esfuerzos en un túnel (Figura 5.4).

La resistencia del espécimen es el valor del esfuerzo bajo el cual el material falla. Dicho esfuerzo se calcula generalmente en Mega pascales (1MPa = 10 bares = 10.197 kg/cm2). La resistencia a la compresión simple en rocas varía de cinco a 400 MPa. Dentro de este gran intervalo han surgido varias propuestas de subdivisión que no son totalmente satisfactorias, pero que pueden resumirse en la Tabla 5.1

(Figura 5.3) Prueba a compresión simple

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(Figura 5.4) Sección de un túnel mostrando la distribución de esfuerzos.

Clasificación de las rocas de acuerdo con su resistencia a la compresión simple.

Resistencia en MPa

Condición: Descripción

5 - 20 Muy débil Sedimentarias alteradas y débilmente compactadas

20-40 Débil Sedimentarias y esquistos débilmente cementados

40-80 Resistencia media

Sedimentarias competentes; y rocas ígneas cuarzosas de densidad poco baja

80-160 Resistencia alta

Ígneas competentes, metamórficas; y algunas areniscas de grano fino.

160-320 Resistencia muy alta

Cuarcitas; rocas ígneas densas de grano fino.

a.2) Resistencia a la tracción:

Este ensayo se realiza muy pocas veces, variando mucho la forma de las probetas según la máquina que se emplee, no estando normalizado en casi ningún país. La resistencia a la tracción de las piedras naturales varía entre 1/8 y 1/57 de la resistencia a la compresión, tomándose como término medio en las piedras usadas en construcción 1/28 de la resistencia a la compresión.

No se suele hacer debido al alto coste de la preparación de la probeta a ensayar y por otro a que se requiere un alineamiento extremadamente bueno de la dirección de la carga y del eje de la probeta durante el ensayo, ya que cualquier des alineamiento introduce tensiones de flexión lo que hace que la medida de la resistencia a la tracción sea incierta. En la figura 2.8.1.3 puede verse una posible forma de la probeta y del dispositivo de tracción.

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Posible forma de la probeta y del dispositivo de tracción

En la figura anterior se muestra una máquina para realizar ensayos de tracción, en la que se pueden ver los dispositivos tipo mordazas para la sujeción de las probetas.

Existe un método para determinar la resistencia a tracción indirecta (Ensayo brasileño) sobre probetas cilíndricas, que también se puede usar para probetas cúbicas o prismáticas. En el caso de la probeta cilíndrica se le somete a una fuerza de compresión aplicada en una banda estrecha y en toda su longitud. El resultado de la fuerza de tracción ortogonal resultante origina que la probeta rompa a tracción.

Durante el ensayo debe asegurarse que la probeta permanece centrada cuando comienza la carga y durante la aplicación de esta el plato superior ha de estar paralelo con el inferior. Se selecciona un incremento de tensión constante dentro del rango, por ejemplo, de 0.04 a 0.06 MPa/s = N/mm2*s. La carga se aplica sin brusquedades y se incrementa continuamente, en la velocidad seleccionada ±1, hasta que no soporte una carga mayor.

La velocidad de carga requerida en la máquina de ensayo se calcula mediante la fórmula:

R= πs2 Ld

Donde:

R= Velocidad de incremento de carga (N/s)L= Longitud de la línea de contacto de la probeta (mm)d= Dimensión de la sección transversal (mm)

s= Incremento de tensión (MPa/s, N/mm.s)

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Dispositivos de ensayo para probetas cilíndricas y prismáticas

La resistencia a la tracción viene dada por la fórmula:

σ ct=2FπLd

Donde:

σ ct=¿Resistencia

a la tracción indirecta

(MPa, N/mm2)F= Carga

Máxima (N)L=

Longitud de la línea de

contacto de la probeta (mm)

d= Dimensión de la sección transversal (mm)

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Se sitúa el dispositivo centrado en los platos de prensa, se aproximan los platos para poder fijar la posición del conjunto, sin aplicación de carga.

A continuación, con un incremento de presión constante de entre 4 y 6 Mpa/s, se procede a la rotura de la probeta, anotándose la carga total u obtenida.

III. MATERIALES:

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IV. PROCEDIMIENTOS:

a) Obtención de la muestra :

Primero se adecuara un lugar para la ubicación de la perforadora. Para esto se ubicara un punto fijo que debera estar sobre una superficie plana y horizontal. Previamente la superficie debera ser limpiada de todo material suelto u otro contaminante.

Con la ayuda de un cincel pequeño y de un combo se hara una perforacion en el punto fijo donde se ubicara la perforadora.

Con la bombilla se limpiara el agujero perforado. Para que este libre material suelto, para garantizar el uso correcto del equipo (la perforadora).

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En el agujero perforado, con la ayuda del combo se colocara una pieza metalica cilindrica hueca, para poder fijar la perforadora.

Se colocara la base del armazon que sostendra la perforadora. Para esto se ubicara el agujero sobre el suelo, de tal forma que coincida con el agujero de la base del armazon metalico, para luego empernarlo y quede fijo.

Luego se colocara la parte superior del armazon, el equipo en si que controlocara el funcionamiento de la perforadora.

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Una vez armadas las piezas metalicas, se colocara el tubo, que previamente se debio haber colocado la diamantina en la base del tubo perforador.

Luego se conectara la manguera, y se procedera a abrir la valvula.

Se colocara la roca de tal forma que quede totalmente fija.

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Se colocara agua (3/4 partes del tanque pequeño). Luego se enciende el equipo, y se procede a bombear el tanque. Cabe destacar q este tanque siempre debe contener agua.

Una vez realizada la perforacion, se apaga el equipo y se retira de forma vertical, de abajo hacia arriba el tubo perforador

Con la ayuda del combo y de un cincel pequeño se extraera la muestra cilindrica cuidadosamente. Luego se marcara una medida (altura) para luego proceder a cortar ambas bases.

b) Ensayo de las rocas:

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b.1) compresión axial:

1. Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructura.

2. Identificar las muestras. Paso 53. Luego de obtener las muestras cilíndricas por el método de la

diamantina, se obtuvieron 10 cilindros de 2.5” de diámetro y la altura de 5” aproximadamente

4. Se uniformiza la superficie de contacto haciendo un pulido (en nuestro caso) o también hacer un capeo.

5. Los especímenes con código terminal #-C son para el ensayo de compresión simple y los de código terminal #-D son para el ensayo de compresión diametral o tracción indirecta ( método brasilero)

6. Dimensionar los cilindros según su codificación y se tomaron dos medidas diametrales en la parte inferior y superior y las alturas

respectivas. Así :

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7. Luego de preparar y medir los especímenes pétreos, procedemos a preparar la máquina de compresión universal para empezar a ensayar. Antes se tiene que hacer que los pistones alcancen el espaciamiento adecuado, para las muestras. Usando platinas circulares de 4” de 2 ½ “ de espesor la cantidad necesaria hasta tener un espaciamiento más o menos de 10- 12 cm.

8. Colocamos el espécimen pétreo a la maquina ya lista. Alineando el centro de la probeta al centro del pistón de la máquina, para tener u a compresión uni axial simple.

9. Colocamos la muestra a la máquina de compresión.

10. Acercar los pistones a una velocidad adecuada hasta hacer contacto con la muestra.

11. Empezar el ensayo de compresión con la velocidad recomendada, hasta llegar a la rotura.

12. Registrar el valor obtenido de cada espécimen en forma sistemática y ordenada, se registran valores en libx1000 y KN,

13. Generalmente el ensayo no registra valores que pasen los 50 000 libras por lo que se usó la primera aguja analógica que son para valores inferiores a las 50 000 libras de carga siendo más precisa.

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14. Registrar los datos ordenadamente y con precisión, una vez falle el espécimen se retira y se analiza el modo de ruptura que surgió en cada ensayo.

15. Hacer los cálculos respectivos según formulas y procedimiento. Hacer una análisis estadístico y obtener el valor representativo.

16. Presentar los valores y gráficos de acuerdo a la norma del ensayo.

b.2) Compresión diametral por el método brasilero.

1) Seguir el procedimiento de compresión simple hasta el paso 6.2) Preparar la máquina para el ensayo de tracción indirecta, de la siguiente

forma: se colocan plataformas en la parte inferior del cilindro que como sabemos será colocado echado y con la sección diametral perpendicular al pistón de la maquina he allí la causa de su nombre.

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3) Arriba se observan el procedimiento seguido para la preparación de las plataformas apoyo del cilindro que hacen de unión entre el cilindro y el pistón.

4) Se colocan los especímenes cilíndricos pétreos de la siguiente forma:

5) Se colocan platinas en la parte inferior y superior, la parte inferior tiene que estar fija con la ayuda de apoyos.

6) El cilindro deberá estar alineado al pistón y dentro del pistón circular para tener una compresión diametral.

7) Se deben registrar los valores obtenidos luego de cada rotura, 8) Una vez que falle se retira el espécimen y se analiza el modo de rotura

que sucedió. Así:

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9) Retiramos el espécimen. Registramos los valores respectivos de falla.

10)

Hacer el análisis cuantitativo y estadístico respectivo para el ensayo, además el ensayo me permite obtener propiedades como el módulo de elasticidad estático y la resistencia a la tracción.

11) Presentar los datos en forma representativa por intermedio de gráficas y comparación de resultados aplicando la teoría sustentada en el marco teórico

V. DATOS Y MEMORIA DE CALCULO:

a) DATOS:

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Compresión axial:

MUESTRADESCRIPCIO

ND

cm

1.00

CARA SUPERIOR

4.534.53

CARA INFERIOR

4.564.56

PROMEDIO 4.54

MUESTRA DESCRIPCIOND

cm

2

CARA SUPERIOR

4.5814.582

CARA INFERIOR

4.5324.532

PROMEDIO 4.56

MUESTRA F

MUESTRADESCRIPCIO

ND

cm

3.00

CARA SUPERIOR

4.544.53

CARA INFERIOR

4.534.53

PROMEDIO 4.53

MUESTRADESCRIPCIO

ND

cm

5.00

CARA SUPERIOR

4.61

4.59

CARA INFERIOR

4.53

4.35PROMEDIO 4.52

MUESTRA DESCRIPCIOND

cm

4.00

CARA SUPERIOR

4.544.54

CARA INFERIOR

4.564.56

PROMEDIO 4.55

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Lb1.00 53500.002.00 53500.003.00 53500.004.00 53500.005.00 53500.00

Compresión diametral:

MUESTRADESCRIPCIO

ND

cm

1

CARA SUPERIOR

4.524.53

CARA INFERIOR

4.534.54

PROMEDIO 4.53

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MUESTRADESCRIPCIO

ND

cm

2

CARA SUPERIOR

4.534.52

CARA INFERIOR

4.574.58

PROMEDIO 4.55

MUESTRADESCRIPCIO

ND

cm

4

CARA SUPERIOR

4.534.53

CARA INFERIOR

4.534.53

PROMEDIO 4.53

MUESTRAFLb

1.00 53500.002.00 53500.003.00 53500.004.00 53500.005.00 53500.00

b) RESULTADOS:

Ensayo compresión axial:

MUESTRAF A σ σ

Lb pulg2 Mpa Psi1 53500.00 2.59 144.50 20648.512 53500.00 2.61 143.49 20503.76

3 53500.00 2.58 144.93 20710.044 53500.00 2.60 143.93 20566.905 53500.00 2.57 145.90 20847.75

Ensayo compresión diametral:

A=¿π*D^2/4

σ= FA

MUESTRADESCRIPCIO

ND

cm

3

CARA SUPERIOR

4.544.52

CARA INFERIOR

4.534.54

PROMEDIO 4.53

MUESTRADESCRIPCIO

ND

cm

5

CARA SUPERIOR

4.554.56

CARA INFERIOR

4.544.54

PROMEDIO 4.55

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σ ct=2FπLd

MUESTRAF A σ σLb pulg2 Mpa Psi

1.00 53500.00 5.93 40.18 5741.622.00 53500.00 5.96 39.97 5712.193.00 53500.00 5.87 40.59 5800.794.00 53500.00 5.83 40.91 5845.795.00 53500.00 5.91 40.32 5762.14

VI. RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES: VII.