Informe METODO BRASILEÑO PDF
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FACULTAD DE INGENIERA
DPTO. DE INGENIERA EN MINAS
FUNDAMENTO DE MECNICA DE ROCAS
INFORME LABORATORIO
ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA METODO BRASILEO
DICIEMBRE DE 2014
PROFESOR
MIGUEL VERA
ALUMNOS
RODRIGO RIVERA
CRISTIAN PLAZA
Resumen Ejecutivo
En este informe se presenta el desarrollo de la experiencia de laboratorio para el ensayo
de traccin indirecta, el cual destaca por ser un mtodo simple y representativo, que
permite establecer la respuesta de una roca y obtener la carga mxima que resiste antes
de romperse.
Este ensayo tiene por finalidad determinar el esfuerzo de traccin de una roca a travs de
la aplicacin de una carga lineal de compresin sobre un dimetro del disco de roca a
ensayar. El esfuerzo de traccin debera ser obtenido de un ensayo de traccin uniaxial
directa, pero este ensayo es difcil y caro de ser realizado repetidamente.
Por definicin, la resistencia a la traccin se obtiene por la ensayo de traccin uniaxial
directa. Pero el ensayo de traccin es difcil y caro para la aplicacin rutinaria. La prueba
de traccin indirecta parece ofrecer una alternativa deseable, porque es mucho ms
simple y barato. Adems, en el campo de la mecnica de rocas se debe lidiar lidiar con
varias combinaciones de compresin y campos de esfuerzos de traccin. La traccin
indirecta es una de las pruebas ms simples, se utiliza ampliamente y es por tanto una
prueba uniforme.
ndice
Introduccin ............................................................................................................................ 4
Marco Terico ......................................................................................................................... 5
Procedimientos experimentales ............................................................................................. 8
Resultados ............................................................................................................................ 10
Anlisis de resultados........................................................................................................... 11
Conclusiones ........................................................................................................................ 12
Anexos .................................................................................................................................. 13
Bibliografa ............................................................................................................................ 16
Introduccin
Alcances de la experiencia.
La experiencia se rige por las Normas ISRM Suggested Method for Determining Indirect
Tensile Strength by the Brazil y ASTM D3967, por ende es necesario su estudio.
Objetivos generales.
El objetivo de este informe es Describir y estudiar el ensayo de traccin
Objetivos especficos.
Marco Terico
El ensayo de traccin indirecta est regulado por la norma ASTM D3967 08 Standard
Test Method for Splitting Tensile Strength of Intact Rock Core Specimens.
Este ensayo consiste en someter a compresin diametral una probeta cilndrica, aplicando
una carga de manera uniforme a lo largo de dos lneas o generatrices opuestas hasta
alcanzar la rotura. El disco de roca es sometido a una carga lineal de compresin
actuando sobre un dimetro.
Esta configuracin de carga provoca un esfuerzo de traccin relativamente uniforme en
todo el dimetro del plano de carga vertical, y esta traccin es la que agota la probeta y
desencadena la rotura en el plano diametral. El resultado de este esfuerzo de compresin
es una tensin horizontal y un esfuerzo de compresin vertical variable
Cerca de los bordes de contacto, los esfuerzos compresivos toman valores mximos, lo
que puede causar un fracturamiento local. Esta anomala se reduce empleando testigos
con relacin espesor/dimetro de 0.5 y colocando un apoyo adicional entre la roca y los
bloques de la mquina en los puntos de carga.
La fractura inicial producida sobre el testigo ser el resultado del esfuerzo de traccin que
ocurre en el centro del disco. Esta fractura es inducida, por lo que el resultado del
esfuerzo a la traccin obtenida a partir de este ensayo ser algo mayor del que se obtiene
de un ensayo de traccin directa en donde el testigo tiene ms opcin a fallar por la zona
de menor resistencia.
El equipo utilizado para el ensayo es una prensa Automax 5 que puede aplicar y medir la
carga diametral sobre el testigo y que cumpla con los requerimientos de la Norma ASTM
E4.
Adicionalmente se requiere el apoyo suplementario entre el testigo y los bloques de la
prensa de mordazas que permiten reducir la alta concentracin de esfuerzos. Estos se
utilizan para reducir las tensiones de contacto. El radio de curvatura de las mordazas
deben ser diseados de manera que su arco de contacto con la muestra sern en ningn
caso superar el 15 o que el ancho de contacto es menor que D / 6, donde D es el
dimetro de la espcimen.
Preparacin de testigos
Las muestras sern seleccionadas por observaciones visuales para seleccionar un rango
de muestras basado en componentes minerales, tamaos de grano y forma y defectos
tales como poros y fisuras.
Los testigos deben ser discos circulares con una relacin espesor/dimetro (t / D) entre
0.2 y 0.75 de acuerdo a la norma ASTM D3967 08.
5
El dimetro del testigo debe ser por lo menos 10 veces mayor que el grano ms grande
del mineral que forma la roca. Un dimetro de 4.92 cm por lo general satisface este
criterio. Cuando el dimetro es menor que el indicado y se deben ensayar pues no hay
disponibilidad de material, se debe anotar este hecho en el informe.
La normativa asociada, considera que al menos diez muestras debern ser ensayadas
para obtener un valor promedio significativo. Si la reproducibilidad de los resultados de la
prueba es buena (coeficiente de variacin menor del 5%), un nmero menor de muestras
es aceptable.
La superficie de la muestra deber ser de lisa, con una rectitud de 0,50 mm. Para ellos se
debe cortar los extremos de la probeta paralelos entre s y en ngulo recto con el eje
longitudinal. Los extremos del disco no se deben desviar de la perpendicularidad al eje del
ncleo en ms de 0,5 .
Se determinar el dimetro del testigo con una aproximacin de 0.25 mm. Se tomar tres
medidas y obtendr el promedio. Una de las medidas debe ser tomada en el dimetro que
se va ensayar. Una de las medidas debe ser tomada en el eje del disco.
Se determinar el espesor del disco con aproximacin de 0.25 mm. Se tomar tres
medidas y obtendr el promedio.
Las condiciones de humedad de la muestra en el momento de prueba puede tener un
efecto significativo sobre la fuerza indicada de la roca. La condicin de humedad de
campo para la muestra se conservar hasta el momento de la prueba. Por otro lado,
puede haber razones para probar las muestras a otros contenidos de humedad,
incluyendo el cero, y acondicionamiento previo de la muestra cuando la humedad se
necesita un control.
Marcado:
Se debe marcar el disco con una lnea diametral, esta lnea se utiliza de centrado de la
muestra en la mquina de ensayo para asegurar la orientacin apropiada. Si la muestra
es fanertica y anisotrpica, se debe tener cuidado de que la lnea sea contraria,
perpendicular la orientacin preferencial de los cristales.
Posicionamiento:
La orientacin vertical del testigo est determinada por la lnea trazada en el testigo, de
manera que esta lnea sea usada para centrar al testigo en la mquina de ensayos y
asegurar una orientacin apropiada.
El testigo debe ser instalado en la mquina de ensayos asegurando que la carga sea
aplicada sobre el dimetro trazado y que los apoyos adicionales coincidan tambin con la
superficie de apoyo.
Es decir se debe colocar la muestra asegurando que la recta diametral marcada se alinea
con el centro de empuje de la superficie de apoyo de la mordaza dentro de 1,25 mm (0,05
pulg.). Lo anterior, se puede lograr mediante la rotacin de la muestra alrededor de su eje
hasta que no haya luz visible entre la muestra y la mordaza. Iluminacin de fondo ayuda a
hacer esta observacin.
6
Aplicacin de Carga:
Aplicar la carga normal con velocidad constante de manera que la falla se produzca entre
1 y 10 minutos luego de iniciar el ensayo dependiendo del tipo de roca. El rango de
velocidad de carga o tasas de carga debe estar entre 0,05 y 0,35 MPa/s (500 y 3000
psi/min) de velocidad de carga, dependiendo del tipo de roca.
Registro:
Registra el valor mximo de la carga aplicada sobre el testigo, es decir al momento de
ruptura y las posibles estructuras y/o alteraciones observadas en cada disco.
Clculos
El esfuerzo de traccin indirecta del testigo se halla calculando como sigue:
Dnde:
Procedimientos experimentales
Luego de realizada la experiencia se logran los siguientes resultados:
Preparacin del disco:
Se obtiene una probeta con las siguientes caractersticas
Medidas
Dimetro
Largo
1
2
3
Promedio
61.07
61.20
61.27
61.18
54.41
54.74
54.66
54.60
Espesor real
1
2
3
Promedio
23.97
24.17
24.44
24.19
Con estas medidas, la relacin t / D es de 0.395 por lo tanto el disco est dentro de
norma.
Marcado:
Se reconoce el testigo como una roca afantica, por lo tanto se define como istropa,
homognea. Por lo tanto se marca la lnea diametral en cualquier sentido. Se indica que
la muestra es de roca andesita veta negra.
Posicionamiento:
Una vez marcado el disco, este es posicionado en la mordaza disponible en el laboratorio
con la lnea diametral en sentido vertical.
Aplicacin de Carga:
Se parametriza la prensa Automax 5 en tipo de ensayo traccin ind. Con los siguientes
datos:
Largo: 24.2
Diametro: 61
K1: 0.637
K2: 1
Sensibilidad: 5
Velocidad de carga: 0.05
2 8500
= 3665674
0.02419 0.061
Resultados
Los resultados del ensayo se presentan a continuacin:
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Anlisis de resultados
En base a los resultados obtenidos y a los valores promedio de resistencia a la traccin
indicados en la norma, se puede concluir que la roca analizada es una Arenisca, dado que
es el valor de resistencia al cual se acerca.
Resistencia a la traccin (MPa)
Valor Promedio
Lmite de repetibilidad
Lmite de reproducibilidad
Arenisca
Caliza
Mrmol
Granito
3.85
1.24
1.37
4.92
1.56
1.74
9.39
3.63
5.38
13.66
4.31
4.98
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Conclusiones
La buena preparacin de los testigos de roca, de tal forma que cumplan con todas las
exigencias del ensayo, con lo cual se eliminan en un alto grado posibles mediciones
errneas que no correspondan a la realidad.
La roca ensayada es, de acuerdo a la norma una arenisca, dado que su resistencia a la
traccin es de 3.67 MPa dado que el promedio de la arenisca es de 3.85 Mpa.
El tipo de ruptura TS
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Anexos
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Bibliografa
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