134510961 Informe De Mecanica De Rocas Corte Directo Libre

LABORATORIO N° 8
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
Objetivo
El ensayo de corte directo tiene como finalidad encontrar el valor del ángulo de fricción
residual (ø r) en testigos de roca que han sido previamente fracturados. Este ensayo se
puede aplicar en rocas duras o blandas y en testigos de roca que contengan planos de
falla o discontinuidades naturales o artificiales (interface concreto-roca).
Uso
Ladeterminación del esfuerzo cortante de un testigo de roca es importante en el diseño
de estructuras como: taludes de roca, cimentaciones de presas, túneles, piques o
chimeneas de minas subterráneas, almacenes subterráneos y otros. Aunque se sabe que
la predicción exacta del comportamiento del macizo rocoso es imposible.
Teoría
Es necesario distinguir dos conceptos: ángulo de fricción interna yángulo de fricción
residual. El ángulo de fricción interna actúa mientras la roca no ha fallado mientras que el
ángulo de fricción residual actúa cuando se ha producido la falla.
En muchas estructuras rocosas se puede observar que la roca se encuentra fracturada;
sin embargo, no se aprecia problemas de sostenimiento, debido a que no se ha producido
movimiento relativo entre las partes falladas y esto sedebe principalmente a la fricción
residual de la roca.
La figura 1 nos muestra una roca que contiene una discontinuidad. Esta discontinuidad
esta todavía cementada, es decir habría que aplicar una fuerza de tensión para que las
dos mitades de la muestra, una a cada lado de la discontinuidad, se separen.
La discontinuidad es absolutamente planar, no tiene ondulaciones ni rugosidades y laobtendremos el gráfico esfuerzo cortante vs. desplazamiento cortante para un esfuerzo
normal constante, resultando una curva como la que se muestra en la figura 2. Para
pequeños desplazamientos, el testigo se comporta elásticamente y el esfuerzo cortante se
incrementa linealmente con el desplazamiento. A medida que las fuerzas que resisten al
movimiento van cediendo, la curva se vuelve no lineal y entoncesel esfuerzo cortante
alcanza un pico que es el valor máximo. Después de esto el esfuerzo cortante requerido
para causar desplazamiento cortante cae rápidamente y entonces el valor de esfuerzo
cortante se mantiene constante. A este valor constante llamamos esfuerzo cortante
residual.
Si hacemos un gráfico esfuerzos cortantes máximos v s. esfuerzo normales

MINAS- UNAMBA PARA EL DESARROLLO DEAPURIMAC

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aproximadamente lineal, tiene una pendiente igual al ángulo de fricción máximo e
intercepta al eje de esfuerzos cortantes en Cmax, fuerza de cohesión del material
cementante. Este componente de cohesión del esfuerzo cortante es independiente del
esfuerzo normal pero el componente friccional aumenta con el incremento de esfuerzo
normal como se muestra en la siguiente ecuación:
maxmax

Si graficamos el esfuerzo cortante residual contra el esfuerzo normal constante para
cada ensayo obtenemos el gráfico de la figura 4 y la ecuación:
r

La ecuación nos indica que el material cementante se ha perdido (C r=0).
Equipo
Máquina de ensayo
Un equipo para aplicar y registrar fuerza normal y fuerza cortante sobre el testigo
(ver figura 5). Este equipo consiste de una caja partidadiagonalmente. La mitad superior
equipada con un pistón vertical para aplicar la fuerza normal y la mitad inferior equipada
con un pistón horizontal para la aplicación de una fuerza cortante. La caja está diseñada
para aceptar testigos de roca con dimensiones no mayores de 115 mm x 125 mm o si es
un testigo cilíndrico su diámetro debe ser no mayor de 102 mm y su longitud no mayor de
120 mm.
La fuerzaaplicada por el pisón vertical es transmitida por medio de una bomba hidráulica
de operación manual y es registrada en un medidor de fuerza con escala graduada en
0.25 KN y con capacidad de medir fuerzas hasta 11 KN. La fuerza aplicada por el pisón
horizontal es transmitida por medio de una bomba hidráulica de operación manual y es
registrada en un medidor de fuerza con escala graduada en 0.1 KN...