Informe 1 5702n

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL INFORME DE LABORATORIO: “ESTUDIO TECNOLÓGICO DE LA ROCA” ASIGNATURA: TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Grupo: A DOCENTE: Ing. Fernando Pajares Urteaga Prof. de la asignatura

TEMA: PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LAS ROCAS

INTEGRANTES: 

León Díaz, César Eduardo.



Morales Fernández, Carlos Enrique.



Robles Rodríguez, Cristhian Paul.



Romero Bazán, Wilder Omar.



Vásquez Chávez, Victor Hugo.

Septiembre del 2017

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Contenido 1.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 3

2.

OBJETIVOS ......................................................................................................................... 4

3.

REVISIÓN DE LA LITERATURA ..................................................................................... 4

4.

PROCEDIMIENTOS ............................................................................................................ 6

5.

CÁLCULOS Y RESULTADOS ........................................................................................... 9

6.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................. 15

7.

ANEXOS: ........................................................................................................................... 17

8.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 18

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1. INTRODUCCIÓN

Las cargas que afectan toda estructura provocan en el material deformaciones y tensiones internas que irán provocando progresivamente la falla de la estructura. En tal sentido es necesario que los materiales de construcción a usarse reúnan una serie de cualidades que garanticen su aptitud para el campo al que vayan a destinarse. Es así que como las rocas, que son agregados minerales naturales que se extraen de la naturaleza no precisando para su empleo nada más que la forma adecuada, conocer sus propiedades de resistencia a la deformación, es decir sus propiedades mecánicas, su estructura, densidad, dureza, compacidad, composición, durabilidad son requisitos imprescindibles que se deben cumplir antes de usar el material. Para conocer estas propiedades se hará uso de ensayos físicos, ensayos mecánicos y de carga en el laboratorio para conocer las características elásticas y de resistencia de los materiales según el comportamiento de probetas normalizadas sometidas a esfuerzos. Para la realización de este informe se recurrió a diferentes fuentes de información, tanto libros como documentos virtuales y algunos antecedentes de investigación en el tema, enfocándonos principalmente en el entendimiento del tema a tratar. Se mostrará tanto el trabajo diseñado y realizado en equipo dentro del laboratorio, como los resultados y análisis obtenido de este mediante el estudio del tema y recolección de la información. Del análisis practico (realizado en laboratorio), comparado con las normas técnicas que se especifican para un material en determinada aplicación, dependerá el éxito del Ingeniero Civil. Este informe es el resultado del esfuerzo conjunto de todos los estudiantes que conforman el grupo, por lo que los mismos se responsabilizan de todas las posibles críticas y correcciones que el trabajo pueda recibir.

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2. OBJETIVOS 2.1.OBJETIVOS GENERALES: 

Aplicar los conceptos estudiados en teoría para la práctica.



Interpretar los resultados obtenidos con los datos de los ensayos realizados en el laboratorio.

2.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS: Calcular en forma numérica las propiedades físicas y mecánicas de las rocas estudiadas, usando las normas técnicas y fórmulas: 

Resistencia a compresión



Resistencia a flexión



Curva esfuerzo Vs deformación



Densidad real



Densidad aparente



Compacidad



Peso específico.



Porosidad Accesible e Inaccesible

3. REVISIÓN DE LA LITERATURA Para poder realizar correctamente el estudio, se deben definir los conceptos sobre las propiedades físicas y mecánicas de las rocas, así se podrá posteriormente especificar el análisis aplicado a cada uno de los resultados. 

Resistencia a compresión: Esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de aplastamiento. La resistencia a la compresión de un material que falla debido a la rotura de una fractura se puede definir, en límites bastante ajustados, como una propiedad independiente. Sin embargo, la resistencia a la compresión de los materiales que no se rompen en la compresión se define como la cantidad de esfuerzo necesario para deformar el material una cantidad arbitraria. La resistencia a la compresión se calcula dividiendo la carga máxima por el área transversal original de una probeta en un ensayo de compresión.

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

Resistencia a flexión: Esfuerzo máximo de la fibra desarrollado en una probeta justo antes de que se agriete o se rompa en un ensayo de flexión. Se presenta la resistencia de fluencia de la flexión en lugar de la resistencia a la flexión para aquellos materiales que no se rompen en el ensayo de flexión. Sinónimo de módulo de rotura.



Curva esfuerzo Vs deformación: El esfuerzo es una fuerza que actúa sobre el área unitaria en la que se aplica, existen esfuerzos de tensión, flexión, compresión y cortantes. La deformación unitaria se define como el cambio de dimensión por unidad de longitud. El esfuerzo suele se suele expresar en pascales (pa) o en psi (libras por pulgadas cuadradas, por sus siglas en ingles). La deformación unitaria no tiene dimensiones y con frecuencia se expresa en pulg/pulg o en cm/cm. El esfuerzo es la causa y la deformación es el efecto. En muchas aplicaciones sujetas a cargas dinámicas intervienen esfuerzos de tensión o de compresión, los esfuerzos cortantes se encuentran en el procesamiento de materiales, en técnicas como extrusión de polímeros, también los encuentras en aplicaciones estructurales. La pendiente de la gráfica de deformación contra esfuerzo elásticos es lo que se conoce como módulo de Young o de elasticidad, existe también una deformación elástica.



Densidad real: La densidad real es el peso de las partículas sólidas del suelo, relacionado con el volumen que ocupan, sin tener en cuenta su organización en el suelo. Se define como la relación que existe entre el peso seco (105º C) de una muestra de suelo, y el volumen que esa muestra ocupaba en el suelo



Densidad aparente La Densidad Aparente de un material o un cuerpo es la relación entre el volumen y el peso seco, incluyendo huecos y poros que contenga, aparentes o no. Esta definición se emplea tanto en Geología como en la Teoría de los Materiales.



Compacidad: La relación existente entre el volumen real de la muestra de roca y su volumen aparente. Su notación es C.



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Peso específico: Peso de un cuerpo por unidad de volumen.



Porosidad Accesible e Inaccesible La porosidad se define como la relación que existe entre el volumen de poros o huecos que puede tener una muestra de roca, al volumen aparente o volumen real de la misma.

4. PROCEDIMIENTOS 4.1.MATERIALES:  Máquina Compresora Uniaxial.  Horno.  Balanza electrónica  Tamiz # 50 (ASTM).  Fiola  Regla graduada.  Comba. 4.2.PROPIEDADES FÍSICAS: 4.2.1. Volumen aparente: Para determinar el volumen aparente (incluye los poros) se debe medir el largo ancho y alto de la muestra, para disminuir el error se tomará tres medidas y posteriormente se sacará la media y se utilizará la fórmula: V=a*b*c Siendo: •

a=largo

•

b= ancho

•

c=alto

4.2.2. Densidad aparente: Para determinar la densidad aparente se utilizará la fórmula:

Da 

PSECO Va

4.2.3. Volumen de la muestra: VMUESTRA 

 P2  PT   P1 H O 2

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 P2  Masa de la fiola  agua  siendo  PT  Masa de la muestra tamizada  P  Masa de la fiola  agua  muestra  1

H O  2

P2  Pp Vp

 P2  Masa de la fiola  agua  siendo  Pp  Masa de la fiola  Vp  Cantidad de agua dentro de la fiola 4.2.4. Peso específico de la muestra:



masa de la muestra tamizada volumen de la muestra

4.2.5. Volumen Real: Con el peso específico de la roca ya podemos calcular el volumen real de la muestra, con la ya conocida formula:



P P  Vr  Vr 

4.2.6. Cálculo de compacidad:

C

Vr Da  Va Dr

Esto determina la densidad de la roca si se aproxima a la unidad significa que es más densa y por consiguiente tiene menos porcentaje de poros. 4.2.7. Cálculo de la porosidad:

h  ha  hi ha  poros accsesibles siendo  hi  poros inaccseibles

h  Va  Vr 4.2.8. Porcentaje de Absorción: 1) Secar la muestra 2) Pesar la muestra 3) Sumergir en un fluido por 24h (en este caso agua) 4) Pesar la muestra saturada 5) Secar superficialmente con un trapo que no genere pelusas

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6) Pesar la muestra secada superficialmente

% Abs 

Psat  P seco x100% P seco

4.2.9. Poros accesibles:

ha 

Psat  P seco

H O 2

4.2.10. Porosidad Relativa (Referida al volumen real):

ha x100% Vr

P(%)  Donde: P

: Porosidad relativa (Referida al Volumen de poros accesibles)

ha

: volumen de poros accesibles.

Vr

: Volumen real.

4.2.11. Porosidad Relativa (Referida al volumen de poros inaccesibles):

P(%) 

ha x100% Vap

Donde: P

: Porosidad relativa (Referida al Volumen de poros inaccesibles).

ha

: Poros inaccesibles.

Vap

: Volumen aparente.

4.2.12. Porosidad absoluta (Referida al volumen real):

h x100% Vr

P(%)  Donde: h

: Total de poros.

Vr

: Volumen real.

4.2.13. Porosidad absoluta (Referida al volumen aparente):

P(%) 

h x100% Vap

Donde: h

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: Total de poros.

Vap

: Volumen aparente.

4.3.PROPIEDADES MECÁNICAS 4.3.1. RESISTENCIA MECÁNICA A LA COMPRESIÓN La muestra seca se coloca en la maquina a compresión Uniaxial y luego se ajusta de modo que presione la muestra y no quede espacio entre la muestra y las superficies de la máquina. Se instala el dinamómetro y se coloca en ceros y activamos la máquina, cada 2000Kg de carga que la maquina aplica a la muestra, se lee la deformación (dinamómetro) que le produce y así sucesivamente hasta que la muestra falle.



P A

Donde: : Resistencia mecánica a la compresión P: Carga aplicada A: Área resistente 5. CÁLCULOS Y RESULTADOS 5.1.Esfuerzo a la compresión.

Figura N°1: Esbozo de la roca de muestra. Fuente: Elaboración Propia. 5.1.1. Cálculo del Área. Tabla N°01: Medidas de los lados de la roca Medida

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Cara 1

Cara 2

Lado 1

Lado 2

Lado 1

Lado 2

Primera

7.50 cm

7.10 cm

7.00 cm

7.30 cm

Segunda

7.50 cm

7.20cm

7.10 cm

7.40 cm

Tercera

7.50 cm

7.10 cm

7.00 cm

7.20 cm

Promedio

7.50cm

7.13cm

7.03 cm

7.30 cm

Fuente: Elaboración Propia. Área de la Cara 1: (7.50cm)*(7.13cm)  53.48cm2 Área de la Cara 2: (7.03cm)*(7.30cm)  51.32cm2 Área Media: Ap 

53.48cm2  51.32cm2  52.40cm2 2

5.1.2. Cálculo de la deformación y carga. Tabla N°2: Datos obtenidos en base a la máquina de compresión axial. Carga

∆H (mm)

ε

σ

0

0

0

0

2000

0.11

0.002

38.17

4000

0.20

0.003

76.34

6000

0.31

0.004

114.50

8000

0.40

0.006

152.67

10000

0.61

0.009

190.84

12000

0.78

0.011

229.00

14000

1.12

0.016

267.18

16000

1.27

0.018

305.34

18000

1.45

0.0201

343.51

20000

1.46

0.0205

381.68

22000

1.53

0.0223

419.85

23000

1.79

0.0243

438.93

Fuente: Elaboración Propia.

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500 450 400

Esfuerzo

350 300 250 200 150 100 50 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

Deformación

Gráfico N°1: Esfuerzo vs Deformación. Fuente: Elaboración Propia. 5.2.Esfuerzo a la flexión.

Figura N°2: Esbozo de la roca de muestra. Fuente: Elaboración Propia. Longitud de la roca. Primera Medida: 15.70cm Segunda Medida: 15.70cm Tercera Medida: 15.60cm Longitud Promedio:

15.70cm  15.70cm  15.60cm  15.67cm 3

Distancia entre los apoyos. d

15.67cm  10cm  2.835cm 2

Carga Soportada.

C  865Tn 5.3.Propiedades físicas de la roca.

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5.3.1. Densidad Aparente. Peso de la muestra seca: PMS  814 g Altura promedio: h 

7.00cm  7.20cm  7.20cm  7.13cm 3

Volumen Aparente: VA  Ap * h  52.40cm2 *7.13cm  373.61cm3 Por lo tanto: Densidad Aparente: DA 

PMS 814 g g   2.18 3 3 VA 373.61cm cm

5.3.2. Densidad Real. Peso de la muestra: PM  150 g Peso de la fiola vacía: P1  144.00 g Peso de la fiola más el fluido: P2  643.00 g Peso de la fiola más el fluido y la muestra: P3  722.00 g Volumen de la fiola: VLo  500cm3 Peso del fluido (H2O):

P  P2  P1  P3  643.00 g  144.00 g  722.00 g  65.00 g Peso específico del fluido:

F 

P2  P1 643.00 g  144.00 g g   0.998 3 3 VLo 500cm cm

Volumen Real: VR 

P

F



65 g  65.13cm3 g 0.998 cm3

Por lo tanto: Densidad Real: DR 

PM 150 g g   2.30 3 3 VR 65.13cm cm

5.3.3. Compacidad. g D cm3 *100%  94.78% C A  DR 2.30 g cm3 2.18

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5.3.4. Porosidad. Volumen Real: VR 

PM .S 814 g   353.91cm3 g DR 2.30 cm3

Volumen Aparente: VA  373.61cm3 Peso de la muestra saturada: PM .Sat  820 g Peso de la muestra seca: PM .S  814 g

Por lo tanto: Poros Totales: n  VA  VR  373.61cm3  353.91cm3  19.70cm3 Poros Accesibles

na 

PH2O

H O



2

PM .Sat  PM .S

H O 2



820 g  814 g  6.01cm3 g 0.998 cm3

Poros Inaccesibles: ni  n  na  19.70cm3  6.01cm3  13.69cm3 Porosidad Absoluta Referida al Volumen Aparente:

PAVA 

n 19.70cm3  *100%  5.27% VA 373.61cm3

Porosidad Absoluta Referida al Volumen Real:

PAVR 

n 19.70cm3  *100%  5.57% VR 353.91cm3

Porosidad Relativa Referida al Volumen Aparente:

PRVA 

na 6.01cm3  *100%  1.61% VA 373.61cm3

Porosidad Relativa Referida al Volumen Real:

PRVR 

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na 6.01cm3  *100%  1.70% VR 353.91cm3

5.3.5. Coeficiente de Absorción. Peso de la muestra saturada: PM .Sat  820 g Peso de la muestra seca: PM .S  814 g Por lo tanto: Coeficiente de Absorción: Abs% 

PM .Sat  PM .S 820 g  814 g  *100%  0.74% PM .S 814 g

5.3.6. Módulo de Saturación.

MS% 

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na 6.01cm3  *100%  30.51% n 19.70cm3

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1.CONCLUSIONES: 

Se identificó las propiedades físicas mecánicas de las rocas.



Se reconoció las diferencias en el uso aplicativo de los ensayos a flexión y compresión de las muestras de rocas.



Se pudo demostrar que toda muestra de roca siempre presenta porosidades abiertas y cerradas por más compacta que parezca.



Se obtuvo resultados finales: densidad real=2.22 gr/cm3

densidad aparente=2.18

gr/cm3 porosidad abierta= 6.01cm3

porosidad cerrada=3.93cm3

porosidad absoluta refer. al vol. Real=2.71 % porosidad absoluta refer. Al vol. aparente=2.67 % compacidad=98% 

Se logró identificar el esfuerzo máximo elástico y esfuerzo de rotura: Esfuerzo compresión máximo elástico=330 Kg/cm2 aproximado, según grafica Esfuerzo de compresión de rotura=438 Kg/cm2 Esfuerzo de flexión=865Kg/cm2



Logramos clasificar la roca basándonos en la información proporcionada en clase y los resúmenes del Ing. Jose Lezama Leiva, como una roca de tipo IGNEA en general ya que el valor obtenido a la compresión no concuerda exactamente con la información por causa de otros factores como son grietas internas, podemos deducir por el tipo de aplicación de la misma que podría ser una granodiorita o granito.

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6.2.RECOMENDACIONES: 

Tener precisión en la toma de datos especialmente en la hora de pesar.



Tener cuidado a la hora de triturar la probeta para no perder partículas de esta y así poder tener resultados más precisos.



Utilizar correctamente y cuidadosamente los materiales e instrumentos.



Que se proporcione una guía para las posteriores prácticas de laboratorio a fin de facilitar la ejecución del mismo

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7. ANEXOS:

Fig. Vernier o Regla graduada.

Fig. Probeta.

Fig. Máquina Compresora Uniaxial.

Fig. Medición del peso de la muestra mediante la balanza electrónica.

Fig. Obtención del peso de la fiola./Obtención del peso de la fiola con agua./ Obtención del peso de la fiola con el agua y la muestra triturada y tamizada.

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8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS    

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Lezama, J. (2011). Materiales de Construcción. Cajamarca, Perú. Crespo, S. 2010. Materiales de Construcción para Edificación y Obra Civil. San Vicente. Editorial Club Universitario. Gutiérrez, L. 2003. El concreto y otros materiales para la construcción. Universidad Nacional de Colombia. IMCYC. 2006. El Concreto en la Obra: Problemas, causas y soluciones. [En línea]. Recuperado de http://www.imcyc.com/ct2006/junio06/PROBLEMAS.pdf