Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS DIRIGIDO A
: Ing. Jose Adolfo Cardenas Catalan
PRESENTADO POR
: Thalia Loayza Silvera
FECHA
: 28 de Agosto del 2017
ASUNTO
: Determinacion De La Dureza De Las Rocas Con El Martillo De Schmidt Y
141114
Martillo De Geologo.
Mediante el presente informe pongo en su conocimiento la información peticionada. 1. OBJETIVOS
Conocer la dureza de una roca, mediante el martillo Schmidt, para estimar su resistencia a la Compresión, que puede ser considerada en el diseño de las fases de operación Minera Subterránea y/o Superficial. Superficial.
Saber como como usar usar correctamente correctamente el martillo de Schmidt aswi aswi como como el martillo de geólogo.
Ampliar nuestros conocimientos teóricos con la practica practica en campo.
Saber como como hacer las correciones de las lecturas hechas en campo. campo.
2. MARCO TEORICO 2.1. MARTILLO DE SCHMIDT El martillo de Schmidt fue desarrollado originalmente para ensayar la dureza o resistencia del hormigón, sobre una superficie plana mediante rebote y es efectivamente aplicable para un material artificial (del cual se tenga un buen grado de control de su homogeneidad). Desde entonces su aplicación fue adaptada para macizos rocosos, un material natural, donde se pueden presentar problemas en su uso debido a las superficies irregulares de la roca, a la variabilidad del tamaño de los granos/minerales, a la meteorización y/o a la presencia de grietas micrométricas, fr acturas, clivajes o diaclasas. Las normas estandarizadas ISRM (1978) estipulan que el material rocoso debe estar libre de dichos defectos hasta una profundidad de 6 centímetros. Sumner & Nel (2002) hallaron que el contenido de humedad puede afectar significativamente las lecturas del martillo de Schmidt. Diferentes variaciones en la lectura pueden producirse fácilmente debido a factores humanos tales como, en la manera m anera que sea sostenido el instrumento durante las mediciones (por ej. horizontalmente, verticalmente, inclinado, etc.).
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS 2.1.1. USO DEL MARTILLO DE SCHMIDT Resulta satisfactorio en tanto sea usado para el propósito por el cual fue diseñado – la medición aproximada de la dureza o la resistencia superficial. Los problemas comienzan cuando este instrumento es usado con fines que superan a su alcance original. Respecto a su aplicación a macizos rocosos, se considera que la dureza o resistencia de la roca es un factor que controla su capacidad de ser horadada y la velocidad de penetración del taladro. Aún así son cuestionables los valores de índices calculados y la consistencia de los procedimientos registrados (Göktan & Ayday, 1993). No obstante, su uso se ha extendido como un medio para estimar la resistencia a la compresión simple o uniaxial (UCS, sigla de inglés), puesto que la resistencia intacta es una función de la dureza del mineral. Sin embargo debe notarse que el ensayo del martillo de Schmidt es una medida indirecta de la resistencia a la compresión simple (UCS) y como tal, las intenciones de correlacionar exitosamente ambos parámetros son muy variables. En una evaluación reciente, Kaharaman (2001) halló que existen importantes correlaciones no lineales entre los valores de rebote del martillo de Schmidt y la UCS, mencionando no menos de 8 (!) diferentes relaciones que pueden adecuarse, según diferentes autores; cada una aplicable a un t ipo de roca específica, ensayada en un estudio en particular.
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS 2.1.2. TIPOS DE MARTILLO Como todo instrumento de medición; existen diferentes tipos de Martillo, según los fines y objetivos que se planifica. El martillo tipo “L” es el que se adecua a la aplicación de la Mecánica de Rocas, para los efectos de los trabajos se dispone de una fórmula que lo relaciona con el Martillo tipo “N”; en cuanto se refiere al número de rebote “ R “: RL = -3.4 + ( 0.83 RN ) + ( 0.00295 RN² ) Donde: RL = Número de rebote en el martillo tipo “L” RN = Número de rebote en el martillo tipo “N” 2.2. MARTILLO DE GEOLOGO Martillo de geólogo, martillo para roca, pico para roca, pico de geólogo o piqueta es el martillo usado para dividir y romper rocas. En el campo de la geología, se utiliza para obtener una superficie fresca de una roca con el fin de determinar su composición, su naturaleza, la mineralogía, su historia y el campo de estimación de la resistencia de la roca. Los martillos de geólogo se utilizan a veces para tomar la escala en una fotografía. El geólogo requiere de un martillo especial ya que se enfrenta con materiales de gran tenacidad y que oponen mucha resistencia, como las rocas. Los martillos de geólogo al igual que la mayoría de los martillos, tienen dos cabezas, una a cada lado. Más comúnmente, la herramienta consta de una combinación de una cabeza plana, ya sea con cincel o pico. Una cabeza de cincel, es útil para separar las capas de las rocas, especialmente las lajas de pizarras, la eliminación de la vegetación y para hacer palanca en las fisuras abiertas. La cabeza de pico proporciona la máxima presión, se prefiere a menudo para rocas más duras. La cabeza plana se utiliza para dar un golpe a la roca con intención de dividirla, los especímenes o muestras se pueden recortar para eliminar esquinas agudas o reducir tamaño. El peso de estos oscila entre 390 a 630 gramos, lo que permite su fácil transporte y lo mínimo necesario para extraer muestras. Entre estos se pueden subdividir en:
Martillo liviano: peso 397 gramos, largo 28 cm, cabeza pulida con el extremo en punta. FACULTAD DE INGENIERIA | ESCUELA DE MINAS | SEMESTRE 2017-I
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Martillo estándar : peso 624 gramos, largo 33 cm, cabeza pulida con extremo en punta. Martillo de mango alargado: peso 624 gramos, largo 40.5 cm, cabeza pulida con extremo en punta. Martillo con extremo plano: peso 567 gramos, largo 28 cm cabeza pulida.
2.3. METODOS DE EVALUACION DE RESISTENCIA El criterio de habilitación al tránsito es el de resistencia a flexión del hormigón. Por razones prácticas normalmente esta resistencia se refiere a un valor de resistencia a compresión que habitualmente se encuentra entre 15 y 25 MPa. En el campo, debido a que normalmente se requiere la obtención de estas resistencias a 6 u 8 horas, el control de desarrollo de la misma se realiza (por cuestiones prácticas) con equipos de ensayos no destructivos que, por supuesto, son calibrados previamente en laboratorio con la dosificación utilizada en obra. Este control tiene vital importancia debido a que en obra la variación de las condiciones climáticas hace que el desarrollo de resistencia en el tiempo no solamente depende de la fórmula utilizada (tipo de materiales y proporciones), sino de las condiciones de curado (temperatura y humedad) que, en general, solamente es posible controlar en rangos climáticos acotados, lo que genera una importante incertidumbre en los valores de resistencia del hormigón colocado. Entre los métodos de ensayos no destructivos más utilizados se pueden mencionar: a) b) c)
Método del esclerómetro o martillo Schmidt. Método de ultrasonido. Método de madurez.
Todos estos métodos requieren ser calibrados, utilizados e interpretados por profesionales y personal técnico experimentado de manera de obtener un mínimo valor de incertidumbre en los resultados. 2.3.1. METODO DEL ESCLEROMETRO O MARTILLO DE SCHMIDT Este método consiste básicamente en la utilización de un aparato (esclerómetro) que impacta sobre la superficie del hormigón mediante una cierta masa y energía, y se mide el rebote de esta masa. Luego se estudia una relación entre la medida del rebote y la resistencia a compresión del hormigón. El método cumple con la norma ASTM C 805-85 y posee la ventaja de ser un método rápido, sencillo, relativamente barato y se evalúa la superficie del hormigón que, además de estar sometida a tensiones de compresión/tracción debido a flexión, está sometida a desgaste debido al tráfico. FACULTAD DE INGENIERIA | ESCUELA DE MINAS | SEMESTRE 2017-I
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS Como desventajas del método se pueden mencionar la relación un tanto variable entre dureza superficial y resistencia del hormigón, necesidad de realizar un estudio de correlación de resultados por mezcla utilizada, baja correlación con otros métodos no destructivos, el número de rebote varía en función a la textura y humedad superficial y al tipo de agregado grueso utilizado y posee un rango limitado de resistencias a evaluar. 2.3.2. METODO DE ULTRASONIDO Con este método se mide electrónicamente el tiempo que tarda una onda ultrasónica en pasar a través del hormigón. La velocidad del pulso se calcula dividiendo la medición de la trayectoria entre dos (2) transductores por el tiempo de viaje. Esta velocidad puede ser correlacionada con la resistencia y/o rigidez del material analizado (en este caso hormigón). El método está estandarizado por la norma ASTM C 597-83, posee ventajas similares a otros métodos no destructivos (rapidez y sencillez) y además suma otras ventajas como es el de monitorear cambios de calidad del hormigón, desarrollo de resistencias en rangos amplios y puede correlacionarse con el módulo de elasticidad. Como desventajas pueden mencionarse el elevado costo del equipamiento, necesidad de calibración y correlación de resultados en laboratorio, influencia de la humedad, fisuras, huecos y presencia de armaduras en la velocidad del pulso y uso limitativo a operadores experimentados. 2.3.3. METODO DE MADUREZ Este método combina los efectos de tiempo y temperatura en el desarrollo de resistencia del hormigón. La resistencia se expresa como una función de la madurez que depende de historial térmico del hormigón. Está normalizado por ASTM C 107487 y ACI 306R-78, y consiste en el control de temperatura del hormigón mediante termocuplas embebidas en la masa y un registrador que dibuja la curva de desarrollo de temperatura en el tiempo y a través de una calibración previa se correlacionan estos valores con la resistencia del hormigón. Las ventajas de su utilización son la facilidad de medición de la madurez en obra con un equipo difundido en el medio, independencia de las condiciones de curado utilizadas y puede obtenerse una alta correlación entre los valores de madurez y la resistencia del hormigón. Como desventajas pueden nombrarse la importancia de la elección de la relación de desarrollo de resistencia que puede ser lineal o exponencial, intervención de varias variables en el desarrollo de resistencia como son las condiciones de curado, tipo de agregados, cementos y aditivos, y relaciones a/c.
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS 3. MATERIALES
Martillo de Schmidt
Martillo de geólogo
Brújula
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS
Libreta de campo
4. DESARROLLO DE LA PRACTICA 4.1. TRABAJO EN CAMPO
Se escogio el terreno adecuado para la practica, este se encuentra al frente de nuestra universidad a 20 minutos a pie aproximadamente. Se reviso los instrumentos a usar y verificamos que estos están en condición óptima. Al llegar a lugar lo primero que hicimos es evaluarlo y se comenzó hacer las medidas correspondientes. Con el martillo de geólogo se determino que esta se astilla con hoyos pocos profundos. Las medidas se hicieron en dos oportunidades obteniéndose la tabla que a continuación detallamos: CALCULO DEL # DE REBOTES DE M1 A 90° 1
31.5
2
32.5
3
48
4
36
5
32
6
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS CALCULO DEL # DE REBOTES DE M1 A +90° 1
50
2
34
3
32
4
52
5
34
6
21
7
44
8
48
9
40
4.2. TRABAJO EN GABINETE
Para el calculo de la estimación de la resistencia a la compresión se debe tomar en cuenta los estándares de ISRM (Society Internatinal For Roock Mechanic's), considerando el Número de rebote, cfefinido como: "la media aritmética de los 5 valores o índices más altos de todos lo ensayos ejecutados con el martillo Schmidt. "Barton y Choube.” y han propuesto la siguiente formula para calcular la resistencia a la compresión simpie de la roca, artiendo del índice de rebote: Log( c) = 0,00088
R + 1.01
donde: 2 c = Resistencia a compresión simple de la capa superficial de la roca (MN / m ). 3 = Densidad seca de la roca (KN/m ) R= índice de rebote.
A continuación, se muestra 2 que son indipensables para nuestros cálculos y resultados: TABLA N° 1
Rebote
Hacia abajo
Hacia arriba
Horizontal
“R”
a= -90º
a= -45º
a= +90º
A= +45º
a= 0º
10
0
-0.8
-
-
-3.2
20
0
-0.9
-8.8
-6.9
-3.4
30
0
-0.8
-7.8
-6.2
-3.1
40
0
-0.7
-6.6
-5.3
-2.7
50
0
-0.6
-5.3
-4.3
-2.2
60
0
-0.4
-4
-3.3
-1.7
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS CUADRO N° 2 Nº
Grado
Descripción
Rango aproximado
Identificación de campo
(Mpa) 1
R2
Roca débil
Marcas
poco
profundas,
golpeando
12
firmemente con el martillo de geólogo 2
3
R3
R4
Roca medianamente
Quebramiento con un golpe firme del martillo
dura
de geólogo.
Roca dura
Varios golpes para romper el macizo rocoso
30
70
intacto. 4
R4
Roca dura
Mas de un golpe firme para romper la roca
75
5
R4
Roca dura
Cinco golpes firmes con el martillo de geólogo
85
para romperlo. 6
R4
Roca dura
Golpes fuertemente firmes.
90
7
R4
Roca dura
Se requiere varios golpes firmes para romper la
95
roca 8
R3
Roca medianamente
La roca fue rota con un golpe firme
45
No se rayó ni desconchó con una navaja.
35
Ruptura del macizo con un golpe fuerte.
38
dura
9
R3
Roca medianamente dura
10
R3
Roca medianamente dura
Como la roca se astilla con hoyos poco profundos esta va ser una roca débil.
De los datos obtenidos en campo se eliminan los que mas lesjos están obteniendo: REBOTES DE M1 A 90°
REBOTES DE M1 A 90°
1
31.5
1
34
2
32.5
2
32
3
36
3
34
4
32
4
44
5
28
5
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS
Se hace la corrección del índice de rebotes con la tabla 1 y con la regla de tres compuesta: CORRECCION (M1)
CORRECCION (M2)
-7.62
-7.32
-7.5
-7.56
-7.08
-7.32
-7.56
-6.12
-7.6
-6.6
Ya con la corrección obtenida tenemos los índices corregidos:
CALCULO DEL # DE REBOTES DE M1 A 90°
CORREGIDO
1
31.5
-7.62
23.88
2
32.5
-7.5
25
3
36
-7.08
28.92
4
32
-7.56
24.44
5
28
-8
20
CALCULO DEL # DE REBOTES DE M1 A 90°
CORRECCION
CORRECCION
CORREGIDO
1
34
-7.32
26.68
2
32
-7.56
24.44
3
34
-7.32
26.68
4
44
-6.12
37.88
5
40
-6.6
33.4
con los datos anteriores procedemos hacer las correcciones correspondientes en nuestra tabla de Excel y obtenemos lo siguiente: =
∑
Donde: MA: media armonica= R N: número de datos ni: # de rebotes corregidos
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS
calculamos nuestras inversas y la sumatoria de estas, que seria:
CORREGIDO
inversa
0.04187605
26.68
0.03748126
0.04
24.44
0.04091653
28.92
0.03457815
26.68
0.03748126
24.44
0.04091653
37.88
0.02639916
0.05
33.4
0.02994012
23.88 25
20
total
0.20737072
total
CORREGIDO
inversa
0.17221832
Entonces nuestra media armonica o R será:
==
.
= .
==
.
= .
Ya hallado R, ya que no tenemos la densidad utilizaremos 20 y 25 r espectivamente para obtener resultados, por consiguiente le aplicamos la siguiente formula:: ( c ) = . + .
Entonces tenemos: ( c1 ) = . + . ( c1 ) = . ∗ (.) + . ( c 1) = . ( c1 ) = . ( c2) = . + . ( c2 ) = . ∗ (.) + . ( c2 ) = . ( c2 ) = .
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Informe de N°003 MECANICA DE ROCAS 5. CONCLUSIONES
Sabemos como utilizar el martillo de Schmidt y el martillo de geólogo.
Se determino la resistencia con los datos obtenidos en campo.
Con nuestros parámetros se comprobó que estamos en lo cierto.
La resistencia de la roca varía de alguna u otra manera en cada punto sobre el cual se realice la prueba, es por eso que es muy importante analizar diversos puntos de la misma roca para luego sacar un promedio o utilizar otras técnicas estadísticas que permitan el mejor manejo de la distribución de los datos tomados.
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