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Mecánica de Rocas



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Investigación desarrollada y enviada por: Carlos Andrés Meza Durango
Pdminas@argos.com.co
Propiedades de las rocas
Abrasividad y dureza
Dureza
  La dureza es un concepto del comportamiento de un material antes que una propiedad
fundamental. Como tal, la medida cuantitativa de la dureza depende del tipo de ensayo; para rocas
y minerales los más usados son: ensayos de indentación, ensayos dinámicos o de rebote y
ensayos de raya.
 
Ensayos dinámicos o de rebote 
Estos ensayos emplean un indentador (diente) móvil que golpea el espécimen. Cualquier plástico o
material que exhiba un comportamiento cedente producido por el impacto, reducirá la energía
elástica disponible  con la que rebotara el diente. La altura de rebote se toma como una medida de
la dureza del espécimen.
El escleroscopio es un equipo para ensayos en el laboratorio que determina la dureza mediante la
caída de un pequeño indentador en forma de punta de diamante sobre el espécimen y la medida
de su altura de rebote. Debido al pequeño tamaño de la punta del indentador y la naturaleza
heterogénea de la mayoría de las rocas, es necesario realizar un gran número de ensayos de
rebote a fin de obtener un promedio para un material particular.
 
Método sugerido para la determinación de la dureza de rebote a partir del martillo SCHMIDT
Objetivo 
Este método recomienda el uso del martillo de impacto Schmidt para la determinación de la dureza
de las rocas; es de uso limitado en rocas muy duras o muy blandas.
Equipo
El equipo consiste de:
El martillo Schmidt, el cual determina la dureza de rebote del material ensayado y que
consiste esencialmente de un embolo, un resorte de una determinada rigidez y un pistón. El
embolo se presiona hacia el interior del martillo al ejercer un empuje contra un espécimen de 
roca. La energía se almacena en el resorte el cual libera automáticamente a un nivel
determinado e impacta el pistón contar el embolo. La altura de rebote del pistón se lee sobre una
escala y se toma como la medida de la dureza. El equipo es portátil y puede utilizarse tanto en el
laboratorio como en el campo. Existen modelos del martillo Schmidt para diferentes niveles de
energía de impacto. El martillo tipo L, que tiene una energía de impacto de 0.74 Nm es el mas
común.
Una  base de acero de un peso mínimo de 20 Kg, a la cual deben estar fijamente sujetados
los especimenes. Los núcleos deben ensayarse en una cuña de acero con una muesca
maquinada semicilíndrica del mismo radio de núcleo, o en un bloque de acero en V, ver figura.
Figura 1 Cuña para núcleos
Procedimiento
Calibrar el martillo antes de cada secuencia de ensayos, utilizando el yunque de calibración
suministrado por el fabricante. Debe obtenerse un promedio de 10 lecturas sobre el yunque.
Utilizar, cuando sea posible, especimenes más grandes de roca para los ensayos de dureza
con el martillo Schmidt. El martillo tipo L debe utilizarse sobre núcleos NX o mayores, o sobre
especimenes en bloque que tengan lados de 6 cm de longitud, como mínimo. Los espécimen
obtenidos para ensayos de laboratorio deben ser representativos de la roca a estudiar.
Para esta prueba, la superficie de ensayo de todos los especimenes, tanto en campo como en
el laboratorio, debe ser plana y estar pulida sobre el área cubierta por el émbolo. Esta área, y el
material rocoso bajo ella hasta una profundidad de 6 cm, deben estar libres de grietas o de
cualquier discontinuidad localizada en la masa de roca.
Si se ensayan en el laboratorio o en el campo, pequeños especimenes individuales de roca,
estos deben estar fijamente sujetos a una base rígida para asegurar adecuadamente el espécimen
contra vibración y movimiento durante el ensayo. La base debe estar colocada sobre una superficie
plana de tal forma que suministre un soporte firme.
Como el valor de la dureza es afectado por la orientación del martillo, se recomienda que este
se utilice en una de las siguientes tres posiciones: verticalmente hacia arriba, verticalmente hacia
abajo u horizontalmente, con el eje del martillo en una posición de
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a partir de la posición
deseada. Cuando el uso de una de las tres orientaciones no sea posible (por ejemplo para el caso
de ensayos in-situ en un túnel circular), el ensayo debe realizarse posición vertical u horizontal
utilizando las curvas de corrección suministradas por el fabricante. La orientación del martillo para
el ensayo y cualquier corrección aplicada a las orientaciones no vertical o no horizontal, deben
registrarse y reportarse en los resultados.
Realizar como mínimo 20 ensayos individuales sobre cualquier espécimen de roca. Los puntos
de ensayo deben separase por, como mínimo, el diámetro del embolo. Cualquier ensayo que
cause fractura o cualquier otra falla visible, obligara a que dicho ensayo y el espécimen sean
rechazados. Los errores en la preparación de los especimenes y la técnica de ensayo, tienden a
producir bajos valores de dureza.
Cálculos
  El factor de corrección se calcula mediante la siguiente expresión:
n
calibració
de
yunque
el
sobre
lecturas
10
de
Promedio
yunque
del
do
especifica
patron
Valor
Correción
de
Factor
Los valores medidos  en el ensayo deben ordenarse en forma descendente. Debe descartarse el
50 % mas bajo de los valores, de tal forma a obtener el promedio  solo del otro 50 %, es decir, del
50 % de los valores más altos. Este promedio debe multiplicarse por el factor de corrección a fin de
obtener la dureza de rebote de Schmidt.
Registro de resultados
En el informe es necesario incluir los siguientes datos:
Describir litologicamente la roca y fuente del muestreo, incluyendo: localización geográfica,
profundidad y orientaciones.
Indicar la fecha de muestreo, fecha de ensayo y condición de almacenamiento(es decir,
exposición a temperaturas extremas, secado al aire, humedad, etc.).
Indicar el tipo de espécimen (núcleo, espécimen triturado o volado, espécimen in-situ) tamaño
y forma.
Registrar la orientación del eje del martillo en el ensayo.
Indicar el método de acuñamiento del espécimen (bloque en V o tornillo de fijación).
Reportar el valor de la dureza de Schmidt obtenido.
Método sugerido para la determinación de la dureza al Escleroscopio Shore
 
Objetivo
Se sugiere este método de laboratorio para la determinación de la dureza de los minerales en un
espécimen de roca, utilizando el escleroscopio de Shore, y para la verificación de otros
instrumentos de dureza que utilizan el principio del escleroscopio. La dureza de la roca puede
obtenerse como un promedio de las lecturas efectuadas al azar sobre granos individuales de
minerales.
Equipo
El instrumento utilizado para la determinación del número de dureza con el escleroscopio, se
suministra en dos modelos designados como modelo C y modelo D. Se recomienda el modelo C-2
para utilizarlo en rocas.
El escleroscopio C-2 consiste de un cilindro hueco dispuesto verticalmente que contiene un
ánima de precisión de tubo de vidrio. Incluye igualmente una escala graduada de 0 a 140, visible
a través de un vidrio curvo. Una cabeza que actúa neumaticamente y que se encuentra fijada en
la parte superior del cilindro, se opera manualmente mediante un bulbo de caucho y un tubo. Un
martillo que se deja caer desde una altura especifica, rebota dentro del tubo de vidrio. El martillo
para el modelo C-2 tiene las siguientes dimensiones:
Diámetro: 5.94 mm
Masa:
g
50
.
0
2300
Longitud total: 20.70 a 21.30 mm
Distancia de caída: 251.20+0.13 mm - 0.38 mm: 250.95 mm
El diamante debe tener una forma tal que permita una lectura correcta sobre las barras de
referencia de dureza conocida. En perfil, el diamante es convexo, con un radio terminado en una
superficie plana de golpeo, como se muestra en la figura 2. Esta superficie es aproximadamente
circular y su diámetro va de 0.1 a 0.4 mm, dependiendo de la dureza y otras características
físicas del diamante.
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