2.5 Measuring the Weighting Function for Risk
2.5.3 Experimental Results
3.4.1.Ultrasonidos.
En el apartado 2.8. se presentaron las bases teóricas de esta técnica no-destructiva comúnmente empleada para caracterizar las propiedades mecánicas de las rocas.
Para obtener las propiedades mecánicas elásticas dinámicas de las rocas se emplean 3 probetas. Éstas se lavan y se secan en la estufa a 60 ºC hasta que su
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temperatura es constante (48 horas). Posteriormente, las probetas se miden para obtener la velocidad sónica.
El equipo utilizado para la medida de las ondas P y S es el Sonic Viewer170, del Laboratorio de Petrología Aplicada. Éste tiene un ancho de banda de 500 Hz-1MHz, y permite la visualización de las señales en la pantalla del equipo y grabar la señal digitalizada en un disquete. Además, tiene la posibilidad de utilizar un martillo externo, y calcular las velocidades y constantes elásticas desde el mis mo equipo. La digitalización de la señal tiene una ventaja importante porque per mite su manipulación, y permite as í mismo obtener mas información como su atenuación y su frecuencia propia (mediante la transformada de Fourier).
Para la medida de la vP se utiliza un transductor polarizado cuyo cristal piezoeléctrico sólo vibra longitudinalmente. La frecuencia de vibración de este transductor es de 200 kHz. Por otro lado, el transductor utilizado para la medida de la
vS sólo vibra en el plano perpendicular a la dirección de propagación. La frecuencia de
vibración es de 33 kHz.
Antes de registrar la señal, es necesario corregir el tipo de retardo de las ondas (tiempo que tarda en llegar la señal sin que exista material alguno). Para ello, se enfrentan ambos transductores y se mide dicho tiempo. El equipo per mite corregir este tiempo automáticamente. El tiempo de retardo para la señal de la onda P es del orden de 1.2 µs, mientras que el de la onda S es 2.4 µs.
La metodología utilizada para la obtención de las señales es la denominada transmisión-recepción. Así, los transductores se acoplan en la roca con vaselina para obtener una buena señal, y posteriormente ésta se registra. Este procedimiento se realiza tanto para la onda P como para la onda S. Se mide el tiempo de propagación de la onda a través de la roca y se calcula la velocidad de propagación como el cociente entre la distancia entre transductores (que será igual a la dimensión de la probeta) y el tiempo de propagación. Se realizan 3 medidas por cada probeta.
En algunas rocas, la señal de la onda S no es del todo satisfactoria en las probetas utilizadas (7x7x7 cm) debido a la mala transmisión de la onda entre el transductor y la roca y, a que las frecuencias del transductor tienen una longitud de onda del mis mo orden que la dimensión transversal de la probeta. Este problema se ha solucionado acumulando la señal y utilizando probetas de diferente tamaño y geometría.
Técnicas y Métodos de Trabajo
3.4.1. Resistencia a Flexión.
La deter minación de la resistencia a flexión se ha realizado por medio de un procedimiento de ensayo normalizado. La nor ma utilizada para el ensayo a flexión es la UNE 22-186-85.
La resistencia a flexión se puede obtener mediante dos tipos de ensayos:
ensayos de tres y cuatro puntos. En el apartado 2.8 se ha estudiado que el ensayo de
cuatro puntos proporcionaba resultados mas reproducibles para materiales no homogéneos, que el ensayo de tres puntos. Por ello, en la presente Tesis se va a utilizar este ensayo de cuatro puntos para la obtención de los valores de rotura a flexión, σF, de los materiales pétreos.
Así, para realizar el ensayo las muestras se saturan en agua durante 48 horas. Se utilizan 6 probetas de base cuadrada de 30×2.5×4 c m. Sobre las probetas se aplican cargas crecientes y uniformes a una velocidad de 10 N/s, hasta que se produzca la rotura. La carga se produce a través de dos puntos situados a una distancia de l/4 de las cuñas del soporte, siendo l la distancia entre apoyos (l = 20 cm).
Los resultados se expresan como el módulo de rotura, σF, definido para el ensayo de cuatro puntos como:
[
]
[
MPa]
4 3 100 1 N/cm 4 3 2 2 2 bh l p bh l p F = = σ (3-9)donde p [N] es la carga de rotura, l [cm] es la distancia entre apoyos, b [cm] es la anchura de la cara sometida al esfuerzo y h [cm] es la altura de la probeta.
3.4.2. Resistencia a Compresión.
La deter minación de la resistencia a compresión se ha realizado por medio de un procedimiento de ensayo nor malizado. La nor ma utilizada para el ensayo de compresión es la UNE 22-185-85.
Se define la resistencia a compresión, σC, como la carga máxima por unidad de
superficie que es capaz de soportar hasta que se produzca la rotura.
Para obtener la resistencia a compresión se utilizan 6 probetas de forma cúbica de 7×7×7 cm y saturadas en agua durante 48 horas. Las probetas se someten a cargas crecientes y centradas en las superficie de aplicación hasta que rompen, procediendo
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a hacer lectura de la carga creciente en el momento de la rotura. La velocidad de carga estará comprendida entre 0.49 y 0.98 MPa/s. En la presente Tesis se ha utilizado el valor medio 0.735 MPa/s (3.60 kN/s).
La resistencia a compresión, σC, se obtiene aplicando la ecuación:
[
]
[
MPa]
100 1 N/cm2 A p A p C = = σ (3-10)donde p [N] es la carga máxima que admite la probeta, y A [c m2] es el promedio de las áreas de las bases superiores e inferiores donde se aplica la carga.
La prensa utilizada para estudiar las propiedades mecánicas de los materiales pétreos, del Laboratorio de Petrología Aplicada, tiene dos zonas: la zona de compresión y la de flexión. En la zona de compresión, modelo MEH-2000-H Ibertest, tiene una capacidad máxima de 2000 kN; mientras que la zona de flexión, modelo FIB- 50 Ibertest, tiene una capacidad de flexión de 50 kN. Sobre la mesa soporte se sitúa el ordenador que controla los parámetros mecánicos del sistema y en la parte interior de la mesa soporte el sistema electrónico e hidráulico.