8/18/2019 calculo hidraulico mina http://slidepdf.com/reader/full/calculo-hidraulico-mina 1/62 “CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE GEOTEXTILES DE POLIPROPILENO (NON WOVEN) MEDIANTE ENSAYOS DE TRACCIÓN Y ELONGACIÓN NORMALIZADOS EN UNA MAQUINA UNIVERSAL PARA POLÍMEROS ” TESIS PRESENTADA POR LOS BACHILLERES CARDENAS CUENTAS! "IMMY RENZO PARI HALLASI! CRISTIAN AL#REDO PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO MECATRÓNICO E INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA 1
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RESUMENEl uso de los geotextiles en el Perú se ha incrementadodebido a que el sector minero en los 10 últimos años haaumentado y or ende las necesidades de re!estimiento eno"as de e!aoraci#n$ resas de rela!es$ o"as delixi!iaci#n$ P%&'s de lixi!iaci#n$ como tambi(n en
construcci#n de carreteras as)altadas$ hacen que estosmateriales sean muy utili"ados*En el laboratorio de ensayos de materiales de la U+SM sereali"aron ruebas de caracteri"aci#n a los geotextilesroorcionados or la emresa ,eosistemas P%-+. deMexichem*
% las robetas se le reali"aron ensayos de grama/e$tracci#n$ agarre y un"onamiento ara estos se utili"aronbalan"as analticas$ Maquinas de tracci#n y comresi#n$entre otros*2as robetas del material geotextil )ueron cortadas ba/o las
normas %S3M ara dicho tio de material$ as como losdi)erentes ensayos$ los !alores obtenidos en los ensayos5
Utili"ar la maquina de ensayos de tracci#n aralasticos con rocedimientos normali"ados arareali"ar ensayos en olmeros dado las di)erentes)unciones y alicaciones que resenta*
Reali"ar los ensayos de desgarre$ tracci#n yelongaci#n en este tio de materiales$ utili"andoel so)t:are de la maquina de ensayos de tracci#nara l9sticos y modi4cando sus !ariables*
E)ectuar distintos ensayos a tracci#n y elongaci#nsobre robetas de geotextil no te/ido utili"andolas Normas %S3M*
7US38<8+%+8>NUno de los rimordiales usos de los textiles es comore)uer"o a la tracci#n? usados debidamente$ estos te/idosintroducen un elemento resistente a la tensi#n en el sistemaestructural$ normalmente son )uertes en comresi#n erod(biles en tensi#n* El e)ecto neto es similar a extender lacarga sobre un 9rea mayor*
Es or esta ra"#n que se ha decidido reali"ar ruebas detracci#n ara (stos materiales a 4n de e!aluar estaroiedad en sus alicaciones y oder !isuali"arobser!aciones ara otimi"ar su comortamiento a latracci#n*
2a utili"aci#n adecuada de la maquina de ensayos detracci#n$ ara reali"ar ensayos normali"ados de olmeros ymateriales comuestos odra ser!ir ara brindar ser!iciosara emresas industriales y traba/os de in!estigaci#n$generando un ingreso econ#mico a la Uni!ersidad
,E.3EL382ES+omosici#n? 3ios de 4bras?◦ Mono4lamentos? Son una masa de olmeros$ resionada en )ormacontinua contra un con/unto de 4nos ori4cios de una esecie detroquel esecial o tambi(n llamada m9quina de hilar*
Bomo4lamentos Betero4lamentos
◦ Multi4lamentos? Son el resultado de la combinaci#n organi"ada de4bras de un solo 4lamento con)ormando una esecie de hilo* %continuaci#n mencionaremos ciertos tios de multi4lamento?Estoa sintetica$ Bilos Bebras$ +intas$ etc*
,E.3EL382ES+lasi4caci#n or su m(todo de elaboraci#n?,eotextiles 3e/idos? ,eotextil elaborado al entrete/er$habitualmente en 9ngulo recto$ dos o m9s con/untos de 4bras$4lamentos$ hilos$ cintas u otros elementos* &e acuerdo a sudirecci#n ueden ser?
◦ &irecci#n de )abricaci#n◦ &irecci#n erendicular a la de )abricaci#n*
,eotextiles No 3e/idos?,eotextil con 4bras u elementos orientados de )orma regular oaleatoriamente$ en )orma de l9mina lana$ ueden ser de 4lamentocontinuo o 4bra cortada*
◦ ,eotextiles No 3e/idos un"onados or agu/as◦ ,eotextiles No 3e/idos termosoldados◦ ,eotextiles No 3e/idos resinados
,E.3EL382ES Procesos de )abricaci#nExisten untos que son rimordiales ara las industriasestos son?
◦ 3io de 4lamentos? El calibre de la cinta o de la4bra se determina or su denier* El denier es lamasa CgD de H000 m* de 4lamentos* +on las 4brasse ueden obtener hilos entrela"ados roduciendootras roiedades que desu(s ser9n te/idos*
,E.3EL382ES 3io de roceso roducti!o,eotextiles 3e/idos? En el caso de geotextiles 3e/idos eltio eculiar del te/ido se establece or la secuencia enla cual los 4lamentos de la urdimbre y de la trama sonentrecru"ados Cte/idosD en el telar y se traba/an cintas o
hilos en un telar*
En los geotextiles 3e/idos odemos enumerar di)erentesmodalidades?◦ ,eotextil 3e/ido lano? Poular como Juno arriba y uno
aba/oK$ este es el te/ido m9s simle y común$ el cual eselaborado mediante el te/ido de cintas*◦ ,eotextil 3e/ido canasta? % manera de una sola cinta$este te/ido utili"a 5 o m9s urdimbres yo tramas derelleno*
,eotextiles No 3e/idos? Su )abricaci#n incluye = asosesenciales? rearaci#n de la 4bra$ elaboraci#n del !elo$4/aci#n del !elo y tratamiento osterior* Se uede usar
4lamento continuo o 4bra cortada*Existen ; tios de rocesos de )abricaci#n?
,E.3EL382ES <unciones de los geotextilesEl uso de los ,eotextiles te/idos y no te/idos en losdi!ersos camos de alicaci#n uede establecerse atra!(s de las )unciones que !a a reali"ar* El ,eotextiluede cumlir simult9neamente !arias )unciones en la
mayora de las alicaciones$ no obstante siemreexistir9 una )unci#n rimordial la cual de4ne laselecci#n de la clase a usar*#ILTRADO SEPARACION PROTECCION CONTROL EROSION DRENA"E
%lta ermeabilidadnecesaria ara elGu/o del agua$logrando unae4ciente retenci#nde material 4no*
8mide quemateriales condi)erentescaractersticas ycalidad que me"clen$de esta )orma see!ita lacontaminaci#n delmaterial aortado*
Reduce los daños or)ricci#n y aumenta laresistencia alun"onamiento delas geomenbranas$rotegi(ndolas deldaño roducido orlas caas granularesen contacto
%orta con susroiedadeshidr9ulicas desearaci#n y 4ltro$en di)erentes tiosde talud y riberasrotegidos orsistemas dega!iones$ rocas yestructuras dehormig#n*
+aacidad aratransortar lquidos yermitir el aso deestos$ aortando consus caractersticasde 4ltro y searaci#nen los di)erentestios de sistemasara drena/e*
,E.3EL382ESNormas usadas en el PerúPara e!idenciar el uso de un geotextil en una alicaci#n$ debenreali"arse ensayos de laboratorio$ ara ronosticar la conducta delas estructuras reales en las que se !a a usar*Existen di)erentes normati!as deendiendo del as donde estas sealiquen$ en este traba/o se hace re)erencia a las normas
colombianas del 8N-8%S basadas en las normas dadas or la %S3M*En 2atinoam(rica se han desarrollado algunas eseci4caciones arala instalaci#n de los mismos$ dentro de las que odemos citar en elPerú aquella elaborada or el Ministerio de 3ransortes y+omunicaciones? Eseci4caciones 3(cnicas ,enerales ara+onstrucci#n de +arreteras CE,O5000D$ en sus secciones?◦
Secci#n A@0? ,eotextiles◦ Secci#n A@1? Searaci#n de suelos de subrasante y caasgranulares con geotextil
◦ Secci#n A@5? Subdrenes con geotextil y material granular◦ Secci#n A@;? ,eotextil ara a!imentaci#n
Se habilitaron die" C10Drobetas con 100*00mmClargoD x100*00mmCanchoD*
+%R%+3ER8T%+8.NME+%N8+% &E 2.S ,E.3EL382ES M(todo de rueba est9ndar ara medir la masa or
unidad de suer4cie de ,eotextiles según norma%S3M &@5A1OH5
Para determinar el grama/e del geotextil no te/ido$ serocedi# a medir la masa or unidad de suer4cie* 2a
balan"a analtica con la que cuenta el laboratorio deensayo de materiales de la U+SM es marca ERNCmodelo P+65@00O5D*2a balan"a utili"ada esta calibraday tiene una recisi#n de 0*01g$ tal como indica la norma%S3M &@5A1OH5*
P&6/ 9 R$&0.&' 0& 3$5*+ 5$ 3&6& +olocar larobeta en la balan"a ara reali"ar la medici#n demasa$ luego alicar las )ormulas indicadas en la norma%S3M &@5A1OH5 utili"ando los !alores obtenidos en el
ensayo$ ara obtener el grama/e del geotextil no te/ido
P&6/ ; +omen"ar el ensayode resistencia a la er)oraci#nhasta la rotura de la muestra*El ensayo se debe reali"ar auna !elocidad constante
P&6/ < Situar el un"#n a lamisma altura de la muestracomrobando que el un"#ntoque el centro de la muestra
+%R%+3ER8T%+8.NME+%N8+% &E 2.S ,E.3EL382ESP&6/ : Posicionar la robetaen el equio$ centrar la lacade aoyo en la m9quina detensi#n y colocar el un"#n enla m9quina uni!ersal
2as morda"as que se requieren arael ensayo de agarre se diseñaroncon los siguientes ar9metros deacuerdo a la norma %S3M &=A;5O0F*+ada in"a tendr9 una cara de 5@$=or @0$FF mm C1Kx 5KD$ con ladimensi#n m9s larga aralela a ladirecci#n de alicaci#n de la carga
+%R%+3ER8T%+8.NME+%N8+% &E 2.S ,E.3EL382ES
M(todo de rueba est9ndar or m(todo de agarre ara ,eotextilesno te/idos ba/o carga concentrada según norma %S3M & =A;5O0F*
Se reali"aron cuatro C0=D robetassegún lo indicado or la norma %S3M&=A;5O0F las robetas deben serrectangulares con las siguientescaractersticas? %ncho 101$0 mm$largo 50;$0 mm*
P&6/ 9 %/ustar la distancia entre lasmorda"as al comien"o de la ruebaa @ 1 mm$ esta distancia te da la)acilidad de colocar las morda"as a101mm según la lnea hori"ontal
tra"ada
Se tra"aron lneas de centro yhori"ontales ara manteneruna distancia de 101 mm entremorda"as
+%R%+3ER8T%+8.NME+%N8+% &E 2.S ,E.3EL382ES
P&6/ 7 8ngresar datos de entrada* Medidas de larobeta 2argo x ancho x esesor$ !elocidad desearaci#n de morda"as ;00 10 mmmin Csegúnnorma %S3M &=A;5O0FD*
Planteamiento de la alicaci#nUna de las alicaciones m9s )recuentes del geotextiles la searaci#n de los di)erentes tios de material derelleno$ or lo tanto se lante# utili"arlo en un sistemade drena/e donde se coloca dos tios de materialesgra!a y relleno estructural
ModelamientoSe reali"a el modelamiento or elementos 4nitos en elS%P5000 simulando el 9rea del geotextil a colocar comorotecci#n ara la tubera corrugada y reresentando05 cargas untuales de la camioneta B82UL
ModelamientoEscenario 88? Se multilico la carga or un )actor de 10ara lle!ar a )alla el geotextil or un"onamiento*Es)uer"os C2mite Z 000 Pa y ;05 PaD C+arga -i!a)actor de 10D
S8MU2%+8.N
El es)uer"o m9ximo obtenido en la simulaci#n es de ;0F
%n9lisis de masa or unidad de suer4cieEl +uadro se muestran los resultados ensayados en la balan"aelectr#nica$ estos se traba/aron con una recisi#n de 0*01g*
+omo resultado del ensayo$ se obtu!o un grama/e romediode 50gm5$ este resultado se encuentra dentro de los !aloresindicados or el ro!eedor
%n9lisis de masa or unidad de suer4cie2as 4bras oseen un di9metro aroximado de 55 [mC!er cuadroD* En muchas de las intersecciones uedeareciarse la )ormaci#n de un Jcuello de uni#nK$ con unligero alastamiento de las 4bras como resultado de la
%n9lisis de mec9nico or ensayo de tracci#n2as cur!as obtenidas luego de haber reali"ado elensayo de tracci#n$ est9n exresadas en +arga !sElongaci#n* Este ensayo mide la resistencia a la tracci#nsimle de muestras de un ancho redeterminado*
%n9lisis de mec9nico or ensayo de tracci#n+omo se arecia en los romedios del esesor de loshilos existe una disminuci#n desde 0*055 mm ara las4bras antes del ensayo a 0*01F mm ara las 4brasdesu(s del ensayo
2a resistencia romedio de las robetas de losgeotextiles )ue de =*FF Ma$ este dato se encuentra ordeba/o de la resistencia de los olmeros termol9sticos$cuya resistencia bordea entre los 50 y @0 Ma* Elorcenta/e de de)ormaci#n no resento mucha!ariaci#n$ lo que indica que el material ensayado tiene
%n9lisis de mec9nico or ensayo de Pun"onamientoEl romedio de resultados de los = ensayos de tracci#nes de =A5*A0 N$ este resultado se encuentra 5@*5\ ordeba/o del !alor indicado or el ro!eedor de laemresa ,eosistemas Pa!co de Mexichem$ cuyo dato es
Por comaraci#n de las im9genes se uede obser!arque existe una disminuci#n del esesor de las 4bras loque se corrobora con los esesores medidos antes ydesu(s del ensayo$ donde se arecia una disminuci#n
del esesor del geotextil desde 1*5@ \ hasta 5*;; \*
Simulaci#n de geotextil no te/idoE6$+&'/ 7En la simulaci#n se !isuali"a que el m9ximo es)uer"o es de0*H5ANm5 con una de)ormaci#n de 5 mm* El geotextil secomorta de la me/or manera con la carga sobreuesta en elacceso*
E6$+&'/ 9En este escenario lle!amos al lmite el geotextil ara !eri4car sum9xima de)ormaci#n al momento de la )alla or un"onamiento*El es)uer"o m9ximo obtenido en la simulaci#n es de ;0F XNm5*El es)uer"o de la simulaci#n es mayor con resecto al es)uer"oromedio obtenido en los ensayos de un"onamiento reali"ados
en el laboratorio$ or lo tanto se concluye que al asar un !ehculoesado Cmayor igual a 50 3nD or el acceso este ro!ocara unarutura or un"onamiento y el relleno estructural con la gra!a seme"claran or el contacto con el agua del drena/e )ormandogrietas y de)ormaciones en el acceso*
1* El resultado obtenido en el ensayo de grama/e es 50*;0 gm5
!alorcomarable resecto al !alor indicado en la 4cha t(cnica del geotextilno te/ido suministrado or ,eosistemas Pa!co de Mexichem cuyo!alor es 55 gm5
5* 2a resistencia a la tracci#n obtenida )ue de =*FF MPa$ este !alor )uemuy ba/o con resecto al oliroileno comacto$ según la )uente dela comaña ,EBR lastic$ el !alor de resistencia a la tracci#n de es;; MPa$ esto es debido a que las 4bras del material oseendirecciones aleatorias y no es un material comacto*
;* %l reali"ar el ensayo del un"onamiento según la norma %S3M &=F;;O00 se obtu!o un !alor romedio de =A5*A0 N este !alor est95@*5\ deba/o del !alor según los ro!eedores de las di)erentesemresas nacionales e internacionales$ a mayor esesor ser9 mayorel !alor de la carga obtenida en el geotextil*
=* 2a resistencia en el ensayo de desgarre de las robetas cortadas endirecci#n longitudinal al rollo es mayor en 1H*1@\ que en la direcci#n
@* 2as distintas !ariables que resenta el so)t:are asociado ala maquina uni!ersal$ nos ermite reali"ar distintos tiosde ensayos$ !ariando los ar9metros indicados en lasnormas %S3M*
A* El m9ximo !alor de es)uer"o obtenido es ;0FNm5 nos dauna carga de =1*;=N or encima del !alor romedio deun"onamiento$ dando a conocer sus lmites de carga en elmaterial or uso de la simulaci#n*
* &e la simulaci#n se concluye que el geotextil nosroorciona una buena comactaci#n y e!ita la me"cla dedistintos tios de materiales de relleno$ esto nos sir!e ara
e!itar agrietamientos y hundimientos en los accesos*
1* Se recomienda ensayar robetas unidas ara simular el emalme de situacionessimilares en obra según recomendaciones indicadas or el ro!eedor del
geotextil*5* Se sugiere reali"ar ensayos de resistencia al desgarro con telas no te/idas
cortadas en su secci#n diagonal ara comarar comortamientos y di)erenciascon las secciones longitudinal y trans!ersal
;* Se recomienda reali"ar ensayos de roce est9ticodin9mico ara conocer larelaci#n que udiera existir entre el orcenta/e de las 4bras que comonen unno te/ido y estas roiedades* %dem9s de considerar la estructura y el tio de
acabado que se hayan emleado en su )abricaci#n*=* Se sugiere reali"ar los ensayos de tracci#n$ agarre y un"onado con las
robetas húmedas ara !eri4car su cumlimiento con las eseci4caciones delro!eedor* Esto se reali"a ya que estos geotextiles siemre est9n a)ectos adi!ersas condiciones ambientales*
@* Se recomienda reali"ar ensayos de tracci#n$ agarre y un"onado con lasrobetas a di)erentes ambientes 9cidos ya que esto uede !ariar los resultados
de los ensayos*A* Para obtener los resultados reales de tracci#n$ desgarre y elongaci#n y oder
comararlos con los datos t(cnicos del ro!eedor$ es necesario desarrollar losensayos en base a las distintas normas %S3M
* 2uego de simular ambos escenarios con cargas distintas se recomiendaseñali"ar los accesos con cargas m9ximas de !ehculos ara e!itar la )alla orun"onamiento en el geotextil$ de lo contrario utili"ar un geotextil con mayor