CAONCEPTUALIZACION GEOMECANICA

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LIRCAY – HVCA 2015 CURSO : GEOMECANICA DOCENTE : ING. GUZMAN IBAÑEZ, CESAR S. INTEGRANTES : ALVAREZ MEZA, Jhober. HUALY TOPALAYA, Josmell. HUAMANI MEZA, Mónica. LLACCTAHUAMAN TORRES, Lucinda. CICLO : VII UNIVERSIDAD NACIONAL DE HVCA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS CONCEPTUALIZACIÓN GEOMECÁNICA

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geomecanica de rocas

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LIRCAY – HVCA

2015

CURSO : GEOMECANICA

DOCENTE : ING. GUZMAN IBAÑEZ, CESAR S.

INTEGRANTES : ALVAREZ MEZA, Jhober.

HUALY TOPALAYA, Josmell.

HUAMANI MEZA, Mónica.

LLACCTAHUAMAN TORRES, Lucinda.

CICLO : VII

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HVCA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA

DE MINAS

CONCEPTUALIZACIÓN

GEOMECÁNICA

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GEOMECANICA 2

DEDICATORIA

A nuestros padres, porque

nos apoyan día a día

incondicionalmente para

lograr todas nuestras metas

trazadas.

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GEOMECANICA 3

ÍNDICE

DEDICATORIA ............................................................................................................................ 2

INTRODUCCION ........................................................................................................................ 4

TITULO I: ................................................................................................................................... 5

1.1 CONCEPTUALIZACIÓN GEOMECÁNICA ...................................................................... 5

1.1.1 LA GEOMECANICA ACTUALMENTE ..................................................................... 5

1.1.2 ¿QUÉ ES LA GEOMECÁNICA? ES MECANICA DE ROCAS ....................................... 5

1.1.3 CAUSAS DEL DESARROLLO DE LA GEOMECÁNICA: .............................................. 6

1.1.4 BENEFICIOS DE LA GEOMECÁNICA: .................................................................... 9

1.1.5 MODELOS GEOMECANICOS PARA EL DISEÑO DE EXCAVACIONES ....................... 6

1.1.6 Beneficios de geomecánica ................................... ¡Error! Marcador no definido.

1.1.7 PARAMETROS Y COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO ............................. 12

TITULO II: ................................................................................................................................ 14

MACROVARIABLES DE EVALUACION .................................................................................. 14

2.1.1 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE MACROVARIABLES ......................................... 14

2.1.2 CLASIFICACION DE MACROVARIABLES .............................................................. 14

2.1.3 PARAMETROS Y COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO ............................. 15

2.1.4 Principales estructuras ..................................................................................... 17

TITULO II .............................................................................................................................. 19

PROPIEDADES FISICO MECANICAS DE LA ROCA .................................................................. 19

3.1.1 ÍNDICES: ........................................................................................................... 19

3.1.2 PROPIEDADES MECANICAS DE LA ROCA ........................................................... 20

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GEOMECANICA 4

INTRODUCCION

El presente trabajo, Conceptualización Geomecánica, Parámetros y

Comportamiento del Macizo Rocoso (en el curso de Geomecánica) es el

resultado del arduo trabajo de los estudiantes que han puesto su mejor

disposición basado en una investigación exhaustiva de información.

La Geomecánica o Mecánica de Rocas se ocupa del estudio teórico y práctico

de las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos, y de

su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico.

El desarrollo de la Geomecánica se inició como consecuencia de la utilización

del medio geológico para obras superficiales y subterráneas y explotación de

recursos mineros. Guarda una estrecha relación con otras disciplinas como la

geología estructural, para el estudio de los procesos y estructuras tectónicas que

afectan a las rocas, y la mecánica de suelos, para abordar el estudio de rocas

alteradas y meteorizadas en superficie.

Las masas rocosas aparecen en la mayoría de los casos afectadas por

discontinuidades o superficies de debilidad que separan bloques de matriz

rocosa o “roca intacta” constituyendo en conjunto los macizos rocosos. Ambos

ámbitos son objeto de estudio de la Geomecánica o mecánica de rocas, pero

son principalmente los planos de discontinuidad los que determinan el carácter

diferencial de esta disciplina con respecto al estudio de suelos, y los que hacen

que la mecánica del medio rocoso presente un carácter discontinuo y anisótropo.

Finalmente se espera que éste trabajo sea de gran ayuda a todos los estudiantes

que adquieran dicho trabajo.

Los integrantes del grupo.

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GEOMECANICA 5

TITULO I:

CONCEPTUALIZACIÓN GEOMECÁNICA

1.1.1 LA GEOMECANICA ACTUALMENTE

Hoy en día la Geomecánica juega un rol muy importante en la ingeniería

minera e ingeniería civil; particularmente constituye la base científica de

la ingeniería minera, ya que a diferencia de la ingeniería civil,

tiene sus propias peculiaridades, guiados por el concepto “vida de la

operación”. La aplicabilidad de la Geomecánica beneficia el aspecto

de la seguridad minera, ya que la aplicación de esta ciencia, garantiza el

análisis adecuado para el control de estabilidad de las excavaciones

subterráneas y superficiales.

1.1.2 ¿QUÉ ES LA GEOMECÁNICA? ES MECANICA DE ROCAS

La mecánica de rocas es la ciencia teórica-práctica aplicada

al comportamiento mecánico de la roca y de los macizos rocosos y su

respuesta a los esfuerzos aplicados en su entorno físico.

La finalidad de la mecánica de rocas es conocer y predecir el

comportamiento de los materiales rocosos ante la actuación de las

fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellos.

Su aplicación práctica efectiva demanda su integración con otras áreas

con la respuesta mecánica de todos los materiales geológicos, todo ello

en conjunto es lo que se denomina Geomecánica.

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GEOMECANICA 6

1.1.3 CAUSAS DEL DESARROLLO DE LA GEOMECÁNICA:

Incremento de la actividad científica a través de teorías, métodos,

instrumentación, procedimientos de medición y software geomecánico.

Incremento del tamaño y volúmenes de producción de las operación

mineras, subterráneas y superficiales. Control de la estabilidad Global del

yacimiento.

Necesidad de explotación de recursos minerales en ambientes

desfavorables de minado. Condiciones desfavorables ambientes de alta

ley.

La conservación del recurso humano y la seguridad industrial. (Normas

MEM).

Desarrollo de nuevas técnicas de Sostenimiento Mecanizados.

Implementación de la Estabilidad Global del yacimiento. Estándares

Seguridad.

Aplicación de nuevas tecnologías de excavación de roca: Voladuras.

1.1.4 MODELOS GEOMECANICOS PARA EL DISEÑO DE EXCAVACIONES

La aplicación de ésta secuencia de análisis e interpretación determinará

en forma básica el diseño de las alternativas ingenieriles que controlen

la estabilidad del macizo rocoso.

La metodología tiene que seguir una secuencia ordenada y progresiva de

análisis de resultados; de esta forma se podrá determinar el

comportamiento Geomecánico de un Proyecto Minero.

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GEOMECANICA 7

1.1.4.1 Modelo Geológico

Trata de caracterizar o definir la estructura de la masa rocosa; nos

brinda información geológica del medio en la cual realizaremos la

excavación.

Se conceptualiza al Modelo Geológico el pilar clave para toda

evaluación Geomecánica de proyectos, ya que éste aportará

información clave para el dimensionamiento de las excavaciones a

diseñar (Litología, Estructuras, Propiedades geomecánicas básicas,

hidrología, sismología, tectónica, etc.).

En la actualidad el Modelo Geológico se muestra más accesible para el

operador minero a través de herramientas de cómputo: Manejo de

Software (visualización de la zona mineralizada espacialmente).

1.1.4.2 Modelo Geomecánico

Permite cuantificar los parámetros estructurales y mecánicos del

Macizo Rocoso. El modelo estará apoyado con la aplicación de técnicas

de valoración de calidad de roca, así como instrumentación adecuada

para la determinación de las propiedades mecánicas del macizo.

(Pruebas en campo y laboratorio).

La toma de información de campo es crucial para lograr un

entendimiento del comportamiento geomecánico de la masa rocosa.

Técnicas de levantamiento de información.

En la actualidad el modelo se complementa con la interpretación

[simulaciones] mediante la utilización de software geomecánicos de muy

buena confiabilidad. La Información que brindemos al Software arrojará

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GEOMECANICA 8

el resultado procesado, por ello es básico brindar información certera

para tener conclusiones adecuadas.

1.1.4.3 Modelo Matemático

Integra los dos modelos anteriores, es secuencial; considera los

aspectos geométricos de las excavaciones (condiciones de borde)

e interactúa con la matemática de elementos finitos manejo de

software geotécnicos. Simulaciones tenso - deformacionales; las

cuales se llevan a cabo a través de interpretación de software

geotécnicas.

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1.1.5 BENEFICIOS DE LA GEOMECÁNICA:

Garantizar la seguridad durante la excavación de las labores mineras, a

través del análisis de deformaciones, niveles de esfuerzos, tensiones, etc.

Definición de las aberturas máximas y tiempos de auto soporte de

las excavaciones mineras: ejecutadas y futuras a ejecutarse.

Determinación de la estabilidad estructuralmente controlada de las

labores de preparación y explotación (EEC), verificando en cada una de

ellas la formación de bloques y cuñas inestables.

Permitirá definir las orientaciones más favorables para el minado de las

labores de preparación y desarrollo a ejecutarse.

Permitirá definir las secuencias de explotación, tanto a nivel particular y

global en el yacimiento.

Permitirá definir las categorías y tipos de sostenimiento a

aplicarse, determinando estándares de sostenimiento en función a los

tiempos de exposición de las labores mineras: preparaciones y

explotación.

Permitirá la estandarización del tipo y cantidades de sostenimiento a

aplicarse en cada una de las labores mineras, así como el tipo de relleno

a aplicarse.

Permitirá seleccionar y diseñar alternativas de nuevos métodos de

explotación en las futuras zonas de explotación. Así como establecer

algunas variantes en el método de explotación aplicado actualmente.

Permitirá mediante el monitoreo geomecánico verificar y validar

suposiciones adoptadas durante las fases de diseño inicial del laboreo

minero.

Es de vital importancia el análisis de la situación y el diagnostico correspondiente

del área en donde se realizaran los trabajos de excavaciones.

Propósitos básicos de formulación de objetivos

Para los propósitos básicos de la formulación de los objetivos vemos por

conveniente la formulación de algunas preguntas que generalmente engloban al

campo de la geomecánica y los accidentes que se vienen suscitando en el

trascurso de labores en diferentes mineras.

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¿Por qué?, ¿Qué?, ¿Cómo?

¿Por qué?

La ocurrencia de los accidentes fatales en las labores mineras teniendo

altos índices que son promovidos en la mayoría de los casos por lo

desprendimientos de roca. En la gráfica se muestran el reporte de

INGEMET caracterizado en los años 2008 al 2014.

Reporte de accidentes fatales según ocurrencia

Por tipo de accidente, se expende la ocupación de acuerdo a una

determinada área en donde se están realizando los trabajos de

operación.

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Por ocupación: las características del personal ya sean profesionales u obreros,

permite diferentes actividades en las cuales están expuestas a muchos actos

desfavorables que pueden promover accidentes fatales, en la tabla presentamos

los reportes dados en el transcurso mencionado.

¿Qué? la naturaleza del material en donde estas operando las

concesiones mineras ya sea en el Perú y el mundo presentan muchas

condiciones tanto favorables como desfavorables, ya que se presentan

muchos factores para poder caracterizarlo.

Espaciamiento de las fracturas

Persistencia de las fracturas

Orientación de las fracturas

Presencia de las aguas subterráneas

Apertura y condiciones de las superficie de las fracturas

Contorno de la fractura

Densidad de la fractura del testigo

Esfuerzos in-situ

Roca intacta.

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¿CÓMO?

No hay nada como la roca sólida, para poder tener un trabajo más seguro

y con un porcentaje mínimo de peligro.

El colapso (desprendimiento de rocas) es normal en un labor minera por

ello se debe de tener en cuenta mantener la productividad de trabajo

“cash money”, igualmente se debe de mantener seguro el lugar de

trabajo “nadie que llega es erido”

La comprensión de la naturaleza de los materiales de la roca para el

control estructural y el diseño de la mina.

Las masas discontinuas de la roca o del macizo rocoso.

La aplicación de los principios geomecanicos hacia el diseño del soporte

de la mina

Es importante conocer la diferencia entre la roca intacta y macizo rocoso.

La presencia de diversas fracturas naturales y provocadas por el hombre

aminora la fuerza de un macizo rocoso considerablemente,

probablemente entre un 0.5 a 0.25 de sus valores intactos originales de

fuerza de la roca.

Como puedo controlar los siguientes factores o que influencia tengo con

la mina abriéndose

La forma

El tamaño

La dirección

La localización

1.1.6 PARAMETROS Y COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO

DEFINICIONES:

Roca: agregado natural de partículas de uno o más minerales, con fuerte

unión cohesiva permanente, que constituyen masas geológicamente

independientes y cartografiables.

Suelo: agregado natural de partículas minerales granulares y cohesivas,

separables por medios mecánicos de baja energía o por agitación en

agua.

Macizo rocoso: conjunto de matriz rocosa y discontinuidades. Presenta

carácter heterogéneo, comportamiento discontinuo y normalmente

anisótropo, consecuencia de la naturaleza, frecuencia y orientación de los

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planos de discontinuidad, que condicionan su comportamiento

geomecánico e hidráulico.

1.1.6.1 Estabilidad de taludes:

La geomecánica en la estabilidad de taludes tiene las siguientes

aplicaciones:

Control de estabilidad de taludes en el planeamiento y diseño de

una mina.

Control de estabilidad de taludes durante la vida de la operación.

Controles de falla de taludes en minas a cielo abierto. Ø Control

instrumental en la estabilidad de taludes.

Siempre se debe compatibilizar los dos siguientes requerimientos

básicos que son: la economía y la seguridad de los trabajadores

Derrumbe del talud por falta de control geomecánico

Mina Bingham Canyon de Kennecott Utah Copper -segundo mayor productor de cobre de Estados

Unidos- sufrió un derrumbe en la pared noreste de su rajo, a lo largo de una falla geotécnica

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TITULO II:

MACROVARIABLES DE EVALUACION

2.1.1 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE MACROVARIABLES

La importancia de la interacción entre las macrovariables geomecánicas

y las operativas, es el pilar clave para una adecuada

recomendación de sostenimiento. La iteración conjunta, es vital para

seleccionar en forma óptima la alternativa de sostenimiento,

salvaguardando los intereses de seguridad, productividad y de costos

para la compañía minera.

Existe una relación directa entre la macrovariable Geomecánica y la

macrovariable Operativa, la cual radica en una dependencia estrecha

entre ellas, esto durante el proceso de selección del tipo(s) de

sostenimiento(s) a ser aplicado(s).

El no realizar la interacción de dichas macrovariables, podrá originar

situaciones nocivas para la seguridad de la operación minera, reflejadas

en:

Una inadecuada selección del tipo de sostenimiento.

La generación de condiciones sub-estándares.

El sobre dimensionamiento o sub dimensionamiento del soporte.

2.1.2 CLASIFICACION DE MACROVARIABLES

2.1.2.1 Macrovariable Geomecánica

La evaluación geomecánica exhaustiva de las labores inestables,

corresponde al principio fundamental en la elección correcta de la

técnica de sostenimiento.

La importancia del estudio de la macrovariable geomecánica, deberá

considerar los siguientes parámetros geomecánicos básicos de estudio:

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Calidad geomecánica de la zona inestable.

Análisis de la estabilidad estructuralmente controlada.

Niveles de esfuerzos presentes en la zona de trabajo.

Parámetros mecánicos de la masa rocosa (módulos)

Análisis de factores de seguridad, simulaciones.

2.1.2.2 Macrovariable operativa

La importancia del estudio de la macrovariable operativa y su relación

directa con la macrovariable geomecánica, es un criterio específico de

análisis para la selección óptima de la alternativa de sostenimiento. Es

importante indicar que se debe tener un buen conocimiento de las

condiciones operativas de la labor minera inestable antes de recomendar

una alternativa de sostenimiento.

Si la interacción de estas macrovariables no es evaluada en forma

analítica y detallada, podrá conducir a la no efectividad de la alternativa

de sostenimiento seleccionada. Generando situaciones nocivas para la

seguridad y la operación minera (ocurrencia de condiciones sub

estándares).

Dentro de los parámetros operativos de estudio, se tienen:

Tiempo de exposición de la labor minera.

Dimensionamiento de la labor minera.

Accesibilidad a la zona inestable.

Disponibilidad de servicios.

Costos de las alternativas de sostenimiento a ser aplicadas.

Cabe indicar que estos parámetros operativos básicos expuestos, no

tienen un carácter absoluto, pudiendo adicionar más factores conforme a

las características del yacimiento minero.

2.1.3 PARAMETROS Y COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO

Los estudios de Mecánica de rocas tienen fundamentalmente como base

la colección de datos geológicos que definen:

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Tipo de roca

Las discontinuidades estructurales

Propiedades de los materiales

Los métodos de acopio de datos geológicos no han cambiado mucho en

los últimos 25 años y no hay sustituto aceptable para mapeo de campo y

logeo.

Cuando hablamos de roca, nos referimos a un material diferente a otros

usados en ingeniería, principalmente por la presencia de fracturas de un

tipo u otro que originan discontinuidad dentro de la masa rocosa.

Roca intacta: podría ser caracterizado como el material que se encuentra

sin discontinuidades o fisuras que generen la próxima fracturación ya sea

por medio geológicos, mecánicos, hidrológicos, ambientales. Los

materiales que podemos encontrar en este tipo de roca se encuentra el

Testigo diamantino

Roca in situ o masa rocosa: es el material en donde se encuentran fallas,

fracturas, junturas, diaclasas, plegamientos y cualquier otro tipo de

elementos estructurales cuyas fracturas salen ser producto de agentes

meteorológicos e interpericos. Esta masa rocosa es discontinua, a

menudo heterogéneo y anisotrópica.

La naturaleza de la distribución de las estructuras en la masa rocosa se

conoce como estructura rocosa. Esta estructura rocosa tendrá un efecto

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dominante en la respuesta de la masa rocosa a las operaciones que van

influir en:

La definición del método de minado

Las dimensiones de las excavaciones

El adecuado sostenimiento

La fragmentación optimizando la voladura

Ej. De macizo rocoso

2.1.4 Principales estructuras

Planos de estratificación:

Dividen a las rocas sedimentarias en capas o estratos, representan

interrupciones durante la sedimentación, son persistentes

Plegamientos:

Son estructuras que cambian la posición de los estratos por flexión que

resulta de la aplicación de fuerzas tectónicas postdeposicionales.

Fallas:

Son fracturas donde se identifican desplazamientos de la roca en ambos

lados de dicha fractura. Pueden tener grandes dimensiones o pueden

restringirse a nivel local.

Zonas de cizallamiento:

Son bombas de material de potencia variable donde anteriormente se

produjo una falla de cizalla, representan zonas de alivio del stress.

Fracturas – junturas:

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Son las estructuras más comunes en las rocas y las de mayor

significado estructural. Las junturas son rupturas de la roca donde no se

observa desplazamiento. Las junturas pueden estar abiertas, rellenas o

pegadas.

En la mecánica de rocas es muy común usar el término discontinuidad

como un término colectivo para todas las estructuras que tienen cero o

muy baja resistencia a la tracción.

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TITULO II

PROPIEDADES FISICO MECANICAS DE LA ROCA

3.1.1 ÍNDICES: 3.1.1.1 PROPIEDADES FISICAS DEL MACIZO ROCOSO

La determinación de las Propiedades Físicas se basa, en el

establecimiento de los Pesos Natural, Seco y Saturado, y el

volumen de probetas rocosas y/o minerales.

El Peso Natural de acuerdo al ISRM (Society International

For Rock Mechanic´s), de la muestra debe tener como mínimo 50

grs., El Peso Seco se determina, mediante el secado de las probetas

dentro de un horno ventilado a una temperatura promedio entre 105º

- 110ºC, El Peso Saturado, se obtiene sumergiendo a la probeta en

agua destilada.

Para determinar dichos pesos se lleva un registro periódico de los

pesos, el lapso de secado y saturado de las

muestras rocosas se obtiene aproximadamente en 48

horas, determinado cuando la diferencia entre dos pesadas sucesivas

no exceda de 0.01 grs.

El Volumen de la probeta rocosa y/o mineral a ser ensayada se

determina mediante probetas simétricas y/o probetas irregulares,

mediante el principio de Arquímedes, en el caso particular de probetas

irregulares.

Las relaciones matemáticas que definen las propiedades físicas son:

Porosidad: es una medida de la capacidad de almacenamiento de fluidos

que posee una roca. Formula:

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GEOMECANICA 20

Densidad: la densidad o masa específica (símbolo ρ) es una magnitud

escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado

volumen de una sustancia. Formula:

Peso específico: es el cociente entre el peso del cuerpo y su volumen, el

cual se calcula dividiendo el peso de un cuerpo porción de material entre

el volumen que este ocupa.

3.1.2 PROPIEDADES MECANICAS DE LA ROCA

resistencia a la comprensión uniaxial.

El ensayo determina la resistencia a la comprensión de un testigo

cilíndrico de roca en estado no drenado bajo una presión de

confinamiento.

Formula:

DESCRIPCION DE LA MUESTRA:

testigos deben ser circulares con una relación de esbeltez de 2 a 2.5.

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la superficie del testigo debe ser liza y libre de irregularidades abruptas.

las bases deben ser paralelas entre si.

no se permiten testigo que estén cubiertos de otro material.

EQUIPO:

Consiste en tres partes, una celda ttriaxial, un equipo de carga y un equipo

para generar presión de confinamiento., La velocidad de carga que se

aplicara es de 5 a 10 kg/cm2/seg.

Un manómetro que permite observar y registrar que la registrar que la

presión de confinamiento se mantenga constante

. Manómetro

ENSAYO DE CARGA PUNTUAL DE FRANKLIN:

Denominado también ensayo de carga puntual “DIAMETRAL”, se ejecuta

sobre muestras de roca y/o mineral por lo general testigos de

perforaciones raise boring, teniendo las consideraciones de los

estándares del ISRM.

Equipo usado para el ensayo

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GEOMECANICA 22

Se somete a una probeta cilíndrica a cargas concentradas y compresivas

sucesivamente mayores hasta producir su rotura. La relación de esbeltez

es de 1.4

Relación entre franklin y resistencia a la comprensión uniaxial

Además cuando se expresa el diámetro en mm. Se tiene una relación

aproximada entre el índice de carga puntual y la resistencia a la

comprensión uniaxial siendo

ENSAYO DE CARGA PUNTUAL DE “LOUIS”

También denominado axial se ejecuta sobre muestras de roca, trabaja

con una relación de esbeltez de 1

Formula:

IL=P/A

P: carga ultima de la rotura (kg)

A: área de rotura (cms2)

RESISTENCIA DE TRACCION:

También conocido como ensayo brasilero, su relación de esbeltez es de

0,5 a 1. Formula:

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GEOMECANICA 23

Constante de elasticidad

Se les conoce a las constantes elásticas como el módulo de YOUNG y a

la relación de POISSON:

EN RESUMEN:

ENSAYO

“resistencia” a

RELACION DE ESBELTEZ

LLAMADO TAMBIEN

Compresión simple o uniaxial = 2 a 2,5

Tracción Indirecta = 0,5 a 1 Método brasilero

Carga puntual de franklin = 1,4 Carga puntual diametral

Constantes de elasticidad = 2 Módulo de Young “E” y a la

relación de poisson “ע”

Carga puntual LOUIS = 1 Axial o longitudinal

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GEOMECANICA 24

CONCLUSIONES

1. Un planeamiento es que puede servirnos para identificar los peligros

del entorno en el que se trabaja, perseguir y alcanzar objetivos con

cero accidentes y con la satisfacción de las dos partes empresa y

trabajadores.

2. La geomecánica supone una profunda investigación sobre todos los

aspectos de derrumbes con el control de la estabilidad de la roca Si

somos capaces de crear un buen plan, y trazarnos unas metas

objetivas, posiblemente el ambiente de trabajo será confortable y

seguro.

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