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Informe sobre ensayo de carga puntual de Roca

LABORATORIO N° _______ CURSO: INGENIERÍA DE LOS MATERIALES ENSAYO: _ ENSAYO DE CARGA PUNTUAL DE ROCAS __ NOMBRE: ___Miguel Ángel Pinto Tapia _____________________________ FECHA: __24/11/2019_____________CÓDIGO:__25326290_____________ CRITERIOS DE CALIFICACION

PUNTAJE

PRESENTACION Presenta el trabajo a tiempo, con buena estructura.

01

Fotografías.

01

MARCO CONCEPTUAL Define, aplica e identifica los objetivos del Ensayo

03

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Describe, los pasos seguidos en laboratorio.

04

Detalla los equipos y materiales utilizados.

03

CÁLCULOS Y RESULTADOS Cálculos y resultados del laboratorio realizado.

06

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Expone ordenadamente sus conclusiones y logra resaltar aquellas conclusiones que logran el objetivo del Ensayo, realiza recomendaciones sobresalientes.

PUNTAJE OBTENIDO

02

CALIFICACION TOTAL FIRMA DEL ALUMNO:____________________________________________________________________

Miguel Ángel Pinto Tapia

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Informe sobre ensayo de carga puntual de Roca

“Año de la lucha contra la corrupción y la impunidad”

INFORME DE ENSAYO DE CARGA PUNTUAL DE ROCAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO INGENIERIA DE MATERIALES PROFESOR DEL CURSO ING. JORGE ALVAREZ ESPINOZA ESTUDIANTE MIGUEL ÁNGEL PINTO TAPIA

Cusco, diciembre de 2019

Miguel Ángel Pinto Tapia

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Informe sobre ensayo de carga puntual de Roca

Presentación Los estudiantes de ingeniería civil realizamos el ensayo de carga puntual, con aplicación del instrumento digital. Este procedimiento de ensayo permite obtener el índice Is, mediante la aplicación de una carga concentrada en dos punzones cónicos metálicos (carga puntual). Existen varias modalidades de ensayo: Diametral, axial, de bloque, fragmentos irregulares y de anisotropía. El presente informe aborda el procesamiento, el análisis matemático y las conclusiones del índice de resistencia a la carga puntual (compresión franklin y tracción Louis) de una roca irregular. La experiencia es altamente significativa en razón de que nos ha movilizado nuestros presupuestos teóricos respecto al tema de ingeniería de materiales, así como la cuesta en común los acuerdos de grupo, cumplir con el reglamento de laboratorio y las consignas dados por el profesor de curso.

Presento el informa síntesis del trabajo de laboratorio denominado “INFORME DE ENSAYO DE CARGA PUNTUAL DE ROCAS ” con el objetivo de demostrar las habilidades y conocimientos que se ha movilizado, el cual se irá mejorando con la guía del profesor del Curso.

Atentamente.

Miguel Ángel Pinto Tapia Alumno

Miguel Ángel Pinto Tapia

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ÍNDICE Pág. 1 INTRODUCCIÒN ............................................................... 5 2 OBJETIVOS ....................................................................... 5 3 FUNDAMENTO TEÓRICO ................................................. 6 4 FUNDAMENTO TEÓRICO ................................................. 6 4.1 RELACIÓN DE ESBELTEZ: ............................................. 6 5 EQUIPO DE CARGA PUNTUAL .......................................... 8 5.1 Sistema de carga:........................................................ 9 5.2 Sistema de carga......................................................... 9 5.3 Lector de distancia:................................................... 10 6 PROCEDIMIENTO ........................................................... 11 7 CALCULO ....................................................................... 14 8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................ 15

Miguel Ángel Pinto Tapia

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INFORME DE ENSAYO DE CARGA PUNTUAL DE ROCAS 1 IN INTROD TROD TRODUCC UCC UCCIIÒN La medición del índice de resistencia en la Mecánica de Rocas, se encuentra la Resistencia a Comprensión Simple, como un valor que nos ayuda a la caracterización y estudio del comportamiento de las rocas. Contar con una buena correlación entre el ensayo de Carga Puntual (PLT) y de Resistencia a Compresión Simple (RCS) puede ser de gran importancia, pues se obtienen beneficios por la realización de ensayos más rápidos y económicos, que pueden aportar la misma seguridad en los cálculos de estructuras y actuaciones en estructuras de de uso de rocas o concreto ciclópeo. Un paso previo para poder aplicar dicha correlación es disponer de un buen método de determinación de la Resistencia a la Carga Puntual. Esa correcta determinación es bastante confiable cuando se dispone de un número suficiente de ensayos con probetas de la misma naturaleza, pero habitualmente no es así y debe aplicarse un factor de corrección por tamaño F = (De / 50) α, con un α= 0,45. En el presente trabajo se estudia la adecuación de dicho factor y se inicia el estudio de un factor alternativo, para el que se propone una expresión en la que el exponente αes del tipo α*= C1 – C2 x Is(50),F, donde Is(50),F es el índice de resistencia a la carga puntual obtenido con el factor F normativo. También, es importante conocer antes de realizar los ensayos de PLT, las dimensiones óptimas de las probetas (relación L / D) para una adecuada aplicación de la carga (P). El trabajo se centra en las rocas de la cantera de Chimpa Calca, porque representan un porcentaje muy elevado de las rocas existentes en esa comunidad.

2 OB OBJETI JETI JETIV VOS La práctica de laboratorio de ensayo de carga puntual de rocas, para conocer el l Índice de Resistencia (Is) en testigos de roca de formas regulares o irregulares, tiene lo siguientes objetivos: 

 

Determinar el Índice de Resistencia (Is) en testigos de roca que requieren de poca preparación y que pueden tener formas regulares o irregulares con uso del equipo de carga puntual. Deducir las propiedades mecánicas de la roca sometidas a compresión a partir de ensayos de carga puntual. Determinar el índice de resistencia a la carga puntual (compresión franklin y tracción Louis).

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3 FUN UNDAM DAM DAMENT ENT ENTO O TEÓ TEÓRIC RIC RICO O El ensayo de carga puntual se utiliza para determinar la resistencia a la compresión simple de fragmentos irregulares de roca, testigos cilíndricos de sondajes o bloques, a partir del índice de resistencia a la carga puntual (Is), de tal forma que el stress aplicado se convierte a valores aproximados de UCS, según el diámetro de la muestra. El procedimiento consiste en romper una muestra entre dos puntas cónicas metálicas accionadas por una prensa. Las ventajas de este ensayo son que se pueden usar muestras de roca La resistencia a carga puntual no corregida, Is, se obtiene de la expresión: Is = P/D2 Page 8 El índice de resistencia a carga puntual Is(50), de una roca, se define como el valor de Is que se obtendría para la misma muestra con un diámetro equivalente de 50 mm. El resultado se expresa en MPa. Con la ayuda del equipo de carga puntual podemos realizar ensayos donde se utiliza para determinar la resistencia a la compresión simple de fragmentos irregulares de roca, testigos cilíndricos de sondajes o bloques, a partir del índice de resistencia a la carga puntual (Is), de tal forma que el stress aplicado se convierte a valores aproximados de UCS, según el diámetro de la muestra. El procedimiento consiste en romper una muestra entre dos puntas cónicas metálicas accionadas por una prensa. Las ventajas de este ensayo son que se pueden usar muestras de roca irregulares sin preparación previa alguna y que la maquina es portátil. Corte y preparación. Las probetas deben ser cilíndricas, con una relación longitud/diámetro superior 1,0 tanto diametral como con anisotropía.

4 FUN UNDAM DAM DAMENT ENT ENTO O TEÓ TEÓRIC RIC RICO O 4.1 RELA ESBE RELACIÓ CIÓ CIÓN ND DE E ESBE SBELTEZ: LTEZ: La relación de esbeltez (kL/r) de los miembros comprimidos axialmente o flexo comprimidos se determina con la longitud efectiva (kL) y el menor radio de giro de la sección transversal. L = longitud libre de la columna entre secciones soportadas lateralmente. K = factor de longitud efectiva que se determina de acuerdo a las condiciones de apoyo de la columna. Debe cuidarse de emplear en todos los casos el valor de kL/r máximo ya que estos valores cambian de una dirección a otra. Miguel Ángel Pinto Tapia

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Informe sobre ensayo de carga puntual de Roca Las longitudes efectivas son: La probeta a ser ensayada debe tener la siguiente relación:

L/D = 1.4 Donde: L = Longitud de la probeta (cm). D = Diámetro de la probeta (cm) Is = P/D²

Donde: Is = Índice de Carga Puntual Franklin (Kg/cm²). P = Carga última de rotura (Kg). D = Diámetro de la probeta (cm).

Estimación de la “dc”, en relación a la Carga Puntual. dc = (14 + 0.175 D) Is

Donde: dc = Resistencia Compresiva de la roca en (Kg/cm²). D = Diámetro de la probeta en mm. Las longitudes efectivas son:

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5 EQU EQUIP IP IPO O DE C CAR AR ARGA GA PU PUNTU NTU NTUAL AL La máquina digital para ensayos de carga puntual está compuesta por una prensa hidráulica de operación manual. La medición de fuerza se hace por medio de la celda de carga e indicación digital con memoria de picos (carga máxima). Medición de la distancia entre puntas y desplazamiento por medio de regla graduada.

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Informe sobre ensayo de carga puntual de Roca Características:   



Pantalla de lectura digital. Incorpora una gata hidráulica manual. El instrumento acepta probetas de roca de hasta 4” (101.6 mm) de diámetro que se introducen entre dos puntas cónicas. Una escala graduada indica la distancia entre las dos puntas. Se suministra con una caja de madera para el transporte.

El equipo utilizado es la versión portátil que consta de:   

Sistema de carga Lector de carga Lector de distancia

5.1 Sistema de ccarga arga arga:: Marco de carga: - El marco de carga está diseñado y construido de manera que por la aplicación repetida de la carga no se desvíe y las puntas cónicas permanezcan coaxiales con una desviación máxima de 0.2 mm. - Se puede fijar en posiciones que permitan la colocación de testigos de roca con diferentes dimensiones. Generalmente estas dimensiones varían de 15 a 100 mm. Dos puntas cónicas: - Las puntas cónicas deben tener asientos rígidos de manera que no existan problemas de deslizamientos cuando los testigos de geometría irregular sean ensayados. - Una de ellas está fija al marco de carga y la otra está situada en el cilindro hidráulico. - Las puntas son conos esféricamente truncados. El cono es de 60° y el radio de la esfera es de 5 mm y deben coincidir tangencialmente.

5.2 Sistema de ccarga arga El cilindro hidráulico: Es accionado mediante una bomba hidráulica manual a través del cual se aplica la carga de compresión sobre la muestra. Dos manómetros calibrados con aguja de arrastre para registrar la carga máxima de falla.

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5.3 Lecto Lectorr de distan distancia: cia: Un sistema de medición instalado sobre el marco de carga que registra la distancia entre los puntos de contacto de las puntas cónicas con el testigo.

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6 PR PROCED OCED OCEDIMI IMI IMIENTO ENTO

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

2. Identificar las muestras.

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ACCIONES Las muestras de roca que se han previsto para ensayo de carga puntual proceden de la cantera de Chimpa Calca, perteneciente a la comunidad campesina del mismo nombre, del distrito y provincia de Calca, región Cusco. La zona, es totalmente accesible para la provisión de rocas para las construcciones en todo el valle sagrado de los incas y principalmente la ciudad del Cusco. Se ha procedido a identificar las rocas, poniéndoles una identificación numérica o rótulo a cada muestra, en este caso, se ha previsto 3 muestras de 4ft en promedio de altura y lago.

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FOTOGRAFÍAS

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PASOS

ACCIONES

3. Medir las dimensiones de la muestra.

Así mismo, se ha procedido a medir las dimensiones de la roca con una regla metálica graduada en cm, así, como el equipo de medición de la carga puntual. Se ha medido cada muestra. Los resultados de las mediciones de las muestras fueron: Muestra 1: Muestra 2: Muestra 3:

4. Dependiendo del tipo de muestra, se sitúa el testigo entre las puntas cónicas de la máquina, resguardando que se cumplan las configuraciones de carga y requerimientos de forma del testigo.

La muestra o testigo se ha colocado en el equipo, sin que choque con los ejes laterales del equipo, antes de la compresión, se ha girado la roca en forma libre para poner en cero el lector del equipo, luego proceder a la compresión, con la gata hidráulica del equipo.

5. Se recubre la maquina con una bolsa resistente cuyo fin será el de evitar que al momento de fallar la roca no salten fragmentos y dañen a personas u objetos de alrededor.

Para el caso de éste ensayo de carga puntual de roca se ha previsto, que todos los estudiantes, sin excepción, tenían sus proyectos visuales y bucal y un mandil. Los EPS es requisito fundamental para este tipo de ensayo, en razón de las esquirlas que se disparan de la rocas al momento de la máxima compresión ejercida sobre ellas y antes de la fractura.

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FOTOGRAFÍAS

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PASOS

ACCIONES

6. Una persona se encarga de medir la presión a la cual está siendo sometida la muestra mediante un manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica.

Así mismo, se ha encargado a un miembro del equipo a medir la presión a la cual se ha sometido el testigo o muestra mediante el manómetro conectado directamente a la prensa hidráulica que se operaba con otro miembro del equipo.

7. Una segunda persona será la encargada de ir aumentando paulatinamente la presión en la prensa hidráulica. 8. Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de ruptura.

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Una vez que falló el testigo se procedió al análisis correspondiente determinándose las muestras axiales válidas y las inválidas, con el correspondiente análisis matemático. La figura muestra, justo la precisión momento en que falla el testigo y las rocas salen disparadas por el aire, pudiendo causar alguna lección en algún incauto.

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FOTOGRAFÍAS

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7 CA CALCU LCU LCULO LO Para este ensayo de carga puntual se contaron con 3 muestras irregulares, pero para calcular el índice de carga puntual solo se utilizaron 5. Se midieron las dimensiones de cada una de estas muestras y se registró el esfuerzo en la rotura de cada muestra.

El índice de carga puntual sin corrección se calcula de la siguiente manera: 𝑰𝒔=𝑷/〖𝑫𝒆〗^𝟐

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(MPa)

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Informe sobre ensayo de carga puntual de Roca Donde: P = carga de falla, N, (Debido a que la presión se realiza a través de puntas cónicas, es necesario realizar una corrección, la cual es: P = valor medido en la maquina * 14.426 cm2) De = diámetro del núcleo equivalente ,D= para muestras diametrales, m, y esta dada por: 〖𝑫𝒆〗^𝟐=𝑫^𝟐 para muestra diametrales, 〖𝑚𝑚〗^2 , o 〖

𝑫𝒆〗^𝟐=𝟒𝑨/𝝅 para muestras irregulares, axiales o bloques, mm2; Donde: A= WD= área de la sección transversal mínima. CARGA PUNTUAL EN MUESTRAS IRREGUALRES

Muestra 1 2 3

w1(cm) 9 10 9.5

W 2(cm) 9.7 10.7 10.2

W3 (cm2) 2.6 2.6 2.2

A rotura (cm2) 24.31 26.91 21.67

Carga ((KN) 8.5 9 9 Promedio

Is (Mpa) 3.49 3.344 4.15 3.66

Resistencia (Mpa) 61 58 83 67.33

Interpretación: De conformidad a la clasificación de Brown, la resistencia de las rocas de la cantera de Chimpa Calca, perteneciente a la comunidad campesina del mismo nombre, del distrito y provincia de Calca, región Cusco es baja, por encontrarse en el rango de 5-25.

La clasificación de las rocas según su resistencia a compresión uniaxial, propuesta por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (Brown, 1981), es la siguiente:

8 CON ONCLUSI CLUSI CLUSION ON ONES ES Y REC RECOMEN OMEN OMENDA DA DACION CION CIONES ES

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Informe sobre ensayo de carga puntual de Roca 

      

 

De conformidad a la clasificación de Brown, la resistencia de las rocas de la cantera de Chimpa Calca, perteneciente a la comunidad campesina del mismo nombre, del distrito y provincia de Calca, región Cusco es baja, por encontrarse en el rango de 5-25. Se determinó el índice de resistencia a la carga puntual (compresión franklin y tracción Louis). Se determinó la resistencia a la compresión uniáxica de la roca intacta. El índice de resistencia a carga puntual Is(50), de una roca, se define como el valor de Is que se obtendría para la misma muestra con un diámetro equivalente de 50 mm. Para la corrección por tamaño se aplica la siguiente fórmula: Is(50) = F. Is Donde F es un factor de corrección que se obtiene a partir de la gráfica de la derecha o de la siguiente expresión: F = (D/50) 0,45. El resultado se expresa en MPa. El fragmento se introduce en la maquina de ensayos y los punzones se cierran para establecer contacto a lo largo de un diámetro del testigo (D). La distancia L existente entre los puntos y el extremo libre mas cercano debe ser al menos 0,5 D. La distancia D se medirá con precisión + 2%. La carga se incrementara de forma constante, de tal manera que se produzca la rotura entre 10 s y 60 s, quedando registrada la carga P. La resistencia a carga puntual no corregida, Is, se obtiene de la expresión: Is = P/D2

Atentamente

Miguel Ángel Pinto Tapia CÓD. 25326290 ANEXO

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Informe sobre ensayo de carga puntual de Roca PROCESO DEL ENSAYO DE CARGA PUNTUAL EN FOTOGRAFIAS

El Ing. Jorge realiza la introducción.

Conociendo el equipo de carga puntual

El Ing. Responsable explica el uso del equipo.

Demostración.

Tomada de datos.

Muestra

Inicio de la práctica por grupos.

Midiendo el diámetro en el equipo.

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Realizando la compresión con gata hidráulica.

Lectura del indicador de resistencia

Toma de datos

Deliberación sobre resultados

Análisis de resultados.

Realización de conclusiones.

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