informe de rocas

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

INFORME N°01

PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LAS ROCAS

1.RESUMEN:

En el presente informe se describe los procedimientos en cuanto a la determinación de las propiedades físicas y mecánicas de las rocas, las probetas se consiguieron aproximadamente en el kilómetro siete y medio de la carretera Cajamarca-Bambamarca (Huambocancha baja), se trabajo con tres probetas labradas en forma cubica de dimensiones 5x5x5 cm, la primera de traquita, la segunda de granito y la última de Folerita. Una vez preparadas las probetas, se determinaron las dimensiones reales de cada roca para determinar su volumen en forma exacta para lo cual usamos el método directo y el método indirecto, seguidamente se peso la muestra en su estado natural; utilizando estos datos procedimos a calcular la densidad, peso específico y porosidad, luego se colocaron las muestras en el horno por 24 horas a una temperatura de 110±5˚C; con las muestras ya secas procedimos a determinar el contenido de humedad, grado de absorción y capilaridad; obtenidos ya los resultados para cada propiedad física, realizamos la prueba de la resistencia a la compresión, para finalmente triturar las probetas y obtener así el volumen de poros inaccesibles.

2. INTRODUCCIÓN:

Una gran cantidad de roca es desperdiciada en la construcción debido a que se ignoran sus propiedades físicas y mecánicas, si se conocieran éstas propiedades se podrían hacer un mejor uso de estas como por ejemplo la construcción de una casa hecha íntegramente de piedra aprovechando su alta resistencia a la compresión así como sus otras propiedades.

Para la elaboración de agregados para concreto, estas resistencias así como los estados, seco al horno, seco al aire, parcialmente saturado superficialmente seco, saturado

TECNOLOGÍA EN LOS MATERIALES DE COSNTRUCCIÓN Página 1


superficialmente seco y con humedad, nos servirían para la mejor dosificación de agua en la elaboración de nuestro concreto, para evitar desperdicios y mejorar las resistencias del agregado.

3. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar las propiedades físicas y mecánicas de la roca.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar los ensayos físicos de las rocas.Realizar los ensayos mecánicos de las rocas.Familiarizarnos con los equipos e instrumentos del laboratorio.Implementar el trabajo en equipo.

4. ALCANCES:

El presente trabajo es una investigación primaria para la buena formación académica profesional de los estudiantes de esta materia.

Servir como fuente bibliográfica para los estudiantes y profesionales relacionados con el hacer de la ingeniería civil.

5. JUSTIFICACIÓN:

Validamos el siguiente trabajo debido a su trascendencia en la formación del ingeniero, así como la metodología por determinar las propiedades ingenieriles de la roca como material de construcción y sus adecuados usos en este campo.

6. METODOLOGÍA:



Recopilación de información bibliográfica

Esta información fue obtenida de diversos modos, siendo la principal la información adquirida mediante el docente, quien aportó información teórico-práctica.

Adicionalmente se obtuvo información de otras fuentes como son textos especializados en el tema e internet.

Clasificación de toda la información bibliográfica.

Esta se clasificó de acuerdo a la realidad en la que nos encontramos así como a los ensayos por realizar.

Determinar el tipo y número de probetas estándar a utilizar.De acuerdo a la disponibilidad de los materiales a ensayar se determinó dos probetas para cada tipo de roca.

Acondicionamiento de las probetas.Las probetas estándar, fueron adquiridas de los artesanos situados en Huambocancha especialistas en el trabajo de estos tipos de rocas.

Fig. Nº 1: Obtención de las probetas (Km 7 Carretera Cajamarca-Bambamarca)

Determinación de dimensiones.

Las dimensiones para cada probeta están normalizadas por la institución correspondiente,



siendo para este caso las Normas Técnicas Peruanas (NTP) y correspondientes para cada propiedad tanto física como mecánica.

Ensayo de las probetas.

Este se realizo el laboratorio correspondiente al curso, siguiendo los pasos adquiridos en clase, además de la información obtenida de los textos; se pudo contar además con la experiencia del docente, quien nos supervisó para lograr un óptimo desempeño de cada ensayo.

7. ENSAYOS:

PROPIEDADES FÍSICAS:

DÍA 1: 12/08/09

VOLUMEN

DIMENSIONES.

Fig. Nº2: Probeta estandar de ensayo

PROMEDIO DE LADOS:

MUESTRA 1, TRAQUITA:



Fig. Nº3: Proceso de medición

Cálculo de las dimensiones promedio:

LADO

1º medida

2º medida

3º medida

a 4.8 4.85 4.85b 4.9 4.9 4.95c 4.9 4.9 4.85

MUESTRA 1(Traquita)

PROMEDIO LADO (cm)

a 4.83b 4.92C 4.88

VOLUMEN APARENTE: Método Directo

V 1=a∗b∗c

V1 = 4.85*4.95*4.85

V 1=116.1514 cm3

MUESTRA 2, GRANITO:



Fig. Nº4: Proceso de medición

Cálculo de las dimensiones promedio

LADO

1º medida

2º medida

3º medida

a 4.95 4.9 5b 4.9 4.85 4.95c 4.85 4.95 4.95

MUESTRA 2(Granito)

PROMEDIO LADO (cm)

a 4.9375b 4.90c 4.925

VOLUMEN APARENTE:

V 2=a∗b∗c

V 2=4.9375∗4.9∗4.925

V 2=119.1542 cm3

MUESTRA 3, FOLERITA:



Fig. Nº5: Muestra de probeta estandar de roca Folerita

Cálculo de las dimensiones promedio

LADO

1º medid

a

2º medid

a

3º medid

aa 5 5 4.98b 5 4.95 5c 4.9 5.1 4.95

MUESTRA 3

(Folerita)

PROMEDIO LADO (cm)

a 4.975

b 4.9875

c 4.9875

VOLUMEN APARENTE:

V 3=a∗b∗c

V 3=4.975∗4.9875∗4.9875

V 3=123.7339cm3



FORMA: Las muestras presentan una forma regular (cubo).

DENSIDAD (ρ)

Pesamos cada una de las muestras en la balanza analítica obteniendo la masas de la muestra (m).

Fig. Nº6: Obtenido del peso de cada muestra usando balanza electrónica

Obtenemos la densidad con la fórmula:

ρ= masavolumen

Muestra 1, Traquita:

ρ1=258 g

116.1514 cm3=2.2212 gr

cm3

Muestra 2, Granito:

ρ2=220.1 g

119.1542cm3=1.847 gr

cm3

Muestra 3, Folerita:



ρ3=324.8g

123.7339cm3=2.625 gr

cm3

PESO ESPECIFICO ( γ)

γ= PesoVolumen


γ 1=2.2212gr−f

cm3

Muestra 2, Granito:

γ 2=1.847gr−f

cm3


γ 3=2.625gr−f

cm3

DÍA 2: 14/08/09

POROSIDAD

VOLUMEN DE POROS ACCESIBLES (a):

Muestra 1, Traquita:Peso inicial: 258 gr.Peso húmedo: 261.3 gr.

Obtención del de volumen de poros accesibles por regla de tres simple:

116.1514 cm3⇒ 258gr .

x cm3⇒261.3 gr .

⇒ x=117.6371 cm3



V ( p .a . t .)=1.4857 cm3

Porosidad Relativa (poros accesibles) = V ( p .a .t .)

Vol .ap .∗100%

Porosidad Relativa (poros accesibles) = 1.2791 %

Muestra 2, Granito:

Peso inicial (Granito): 220.1 gr.Peso húmedo (Granito): 224.3 gr.


119.1542cm3⇒220.1gr .x⇒ 224.3gr .

⇒ x=121.4279cm3

V ( p .a .g .)=2.2737 cm3

Porosidad Relativa (poros accesibles) = V ( p .a .g .)

Vol. ap .∗100%



Peso inicial (Folerita): 324.8 gr.Peso húmedo (Folerita): 325.2 gr.


123.7339cm3⇒ 324.8gr .

x cm3⇒325.2 gr .

⇒ x=123.8863cm3

V ( p .a . f . )=0.1473cm3



Porosidad Relativa (poros accesibles) = V ( p .a . f . )

Vol. ap .∗100%


VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i):


Fig. Nº07: Determindación del volumen usando picnómetro

⇒V 1=110cm3

Cálculo de volumen de poros inaccesibles y porosidad relativa:

VOLUMEN DE POROS

INACCESIBLES (i)

POROSIDAD RELATIVA (Poros

inaccesibles)

V ap−( V 1+V p .a .t .) iV ap

∗100%


110 cm3


4.6657 cm3 4.0169 %

Muestra 2, Granito:


⇒V 2=98cm3


VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i)

POROSIDAD RELATIVA (Poros inaccesibles)


∗100%

18.8805 cm3 15.8454 %


98 cm3




⇒V 3=120cm3


VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i)

POROSIDAD RELATIVA (Poros inaccesibles)


∗100%

3.5866cm3 2.8986 %


120 cm3


CONTENIDO DE HUMEDAD

ω (%)= PMH−PMSPMS

∗100


Fig. Nº10: Determindación del peso Fig. Nº11: Determindación del peso húmedo al aire libre seco en estufa

PMH1=258 g PMS1=249.4 g

Cálculo del contenido de humedad:

ω1 (% )=258 g−249.4 g249.4 g

∗100

ω1 (% )=3.45%

Muestra 2, Granito:

Fig. Nº12: Determindación del peso Fig. Nº13: Determindación del peso

húmedo al aire libre seco en estufa



PMH 2=220.1 g PMS2=211.4 g


ω2 (% )=220.1g−211.4 g211.4 g

∗100

ω2 (% )=4.12%




PMH3=324.8 g PMS3=323.4 g


ω1 (% )=324.8 g−323.4 g323.4 g

∗100

ω3 (% )=0.43%

CAPILARIDAD



Capilaridad= PSt

= Peso del aguaabsorvidaArea de la secciónmojada

Tiem po


Pesodel aguaabsorbida :P1

Fig. Nº16, Nº17, Nº18 : Preparado de la probeta para determinar el grado de absorción



PMH1=258 g PMS1=249.4 g

P1=PMH1−PMS1=258 g−249.4 g

P1=8.6 g

Cálculo del area de la secciónmojadaS1



LADOALTURAS 1 2 3 4

h1 0.4 1.45 0.5 0.75h2 0.8 0.85 1.25 00.5h3 1.45 0.5 0.75 0.4

PROMEDIO 0.80 cm

S1=0.80cm∗20cm=16 cm2

Tiempo ( t )=3horas=180min

Capilaridad1=P1

S1t 1

= 8.6g16cm2

180min

Capilaridad1=96.75g∗min

cm2

Muestra 2, Granito:







PMH 2=220.1 g PMS2=211.4 g

P2=PMH2−PMS2=220.2 g−211.4 g

P2=8.8 g


LADOALTURAS 1 2 3 4

h1 0.4 0.4 0.3 0.7h2 0.35 0.4 0.55 0.3h3 0.4 0.3 0.7 0.4

PROMEDIO 0.43 cm

S2=0.43cm∗20cm=8.67 cm2


Capilaridad2=P2

S2t 2

= 8.8g8.67 cm2

180min


cm2






Fig. Nº29: Determindación del peso Fig. Nº30: Determindación del peso húmedo al aire libre seco en estufa

PMH3=324.8 g PMS3=323.4 g

P3=PMH3−PMS3=324.8 g−323.4 g

P3=1.4 g


LADOALTURAS 1 2 3 4

h1 0.2 0.15 0.15 0.05h2 0.15 0.15 0.05 0.65h3 0.15 0.15 0.05 0.2

PROMEDIO 0.17 cm

S3=0.17cm∗20cm=3.42cm2




Capilaridad3=P3

S3t 3

= 1.4 g3.42cm2

180min


cm2

DÍA 3: 17/08/09

GRADO DE ABSORCIÓN

% Absorción=Peso sumergido−Peso inicalPeso inical

∗100

Fig. Nº31: Modo de ensayo para el cálculo de grado de absorción


Peso inical1=247.6 g Pesosumergido1=251.5g



% Absorción1=251.5 g−247.6g

247.6 g∗100

% Absorción1=1.58%

Muestra 2, Granito:

Peso inical2=209.9 gPeso sumergido2=213.9g

% Absorción2=213.9 g−209.9g

209.9 g∗100

% Absorción2=1.91%


Peso inical3=323 g Pesosumergido3=323.75g

% Absorción3=323.75 g−323g

323g∗100

% Absorción3=0.23%

PROPIEDADES MECÁNICAS:

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Procedimiento:

La resistencia a la compresión es el esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de aplastamiento.



Fig. Nº32 Probeta estandar en la maquina universal

Este ensayo determina la resistencia a la compresión de cada probeta estándar, mediante la aplicación de una carga axial con control de deformación, el ensayo se ejecuta sobre probetas inalteradas y secas.

Para este ensayo se tiene en cuenta que se han realizado todas las pruebas mecánicas por lo cual la muestra está correctamente medida, pesada y en condiciones favorables.

EQUIPO

-Aparato de compresión (Máquina Universal): una máquina con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción y compresión para medir sus propiedades.

Fig. Nº33Máquina Universal


Probeta estándar

Dispensador de carga

Deformímetro


-Deformímetro: es un aparato que sirve para medir la deformación de la probeta ensayada en mm., esta medida va creciendo de acuerdo a las cargas que se le aplican a la probeta ensayada.

Fig. Nº34 Deformímetro

-Cronómetro: un instrumento de medición de tiempo que indique el tiempo transcurrido con una precisión de1s para contralar la velocidad de compresión.

Fig. Nº35 Cronómetro

PROCEDIMIENTO:

- Las probetas estándar se colocaron en el horno por 24 horas a

una temperatura de 110 5 C°.-



Fig. Nº36 Mufla

- Una vez de cerciorarnos que la máquina universal esté calibrada se procede a colocar la muestra en la traviesa correctamente alineada.

- Se coloca en ceros el deformímetro y se alinea también en ceros las agujas del limbo de carga.

Fig. Nº37 y Nª38 Deformimetro y limbo de carga listos para el ensayo

- Luego se echa a andar la máquina tomando en cuenta que se tomara el tiempo desde que se empieza el ensayo hasta que finaliza.

- Se leerá el deformímetro para cada nivel de carga.- Esta prueba finaliza cuando la muestra falla y la aguja negra del

limbo de carga regresa a su posición inicial, sabemos también que la aguja roja del limbo de carga indica la última carga del ensayo.



Nª39 Limbo de carga

- Luego procedemos a los cálculos según la tabla correspondiente y se dibuja un gráfico que muestra la relación entre esfuerzos de compresión (en las ordenadas) y la deformación axial (en las abscisas).

DATOS DE LABORATORIO Y CÁLCULOS:


TRAQUI Cada 100 Nivel Pi Kg εT mm σ=P/A Εμ=Et/L

1 100 0.05 4.208 0.0012 200 0.08 8.416 0.0023 300 0.13 12.624 0.0034 400 0.17 16.831 0.0035 500 0.21 21.039 0.0046 600 0.26 25.247 0.0057 700 0.3 29.455 0.0068 800 0.33 33.663 0.0079 900 0.36 37.871 0.00710 1000 0.4 42.079 0.00811 1100 0.43 46.287 0.00912 1200 0.45 50.494 0.00913 1300 0.49 54.702 0.01014 1400 0.52 58.910 0.01115 1500 0.54 63.118 0.01116 1600 0.57 67.326 0.01217 1700 0.6 71.534 0.01218 1800 0.62 75.742 0.01319 1900 0.64 79.950 0.01320 2000 0.66 84.157 0.01421 2100 0.67 88.365 0.01422 2200 0.69 92.573 0.01423 2300 0.71 96.781 0.01524 2400 0.73 100.989 0.015



25 2500 0.74 105.197 0.01526 2600 0.75 109.405 0.01527 2700 0.77 113.612 0.01628 2800 0.79 117.820 0.01629 2900 0.81 122.028 0.01730 3000 0.82 126.236 0.01731 3100 0.84 130.444 0.01732 3200 0.85 134.652 0.01733 3300 0.87 138.860 0.01834 3400 0.88 143.068 0.01835 3500 0.9 147.275 0.01836 3600 0.91 151.483 0.01937 3700 0.92 155.691 0.01938 3800 0.93 159.899 0.01939 3900 0.94 164.107 0.01940 4000 0.95 168.315 0.01941 4100 0.97 172.523 0.02042 4200 0.98 176.730 0.02043 4300 1 180.938 0.02044 4400 1.01 185.146 0.02145 4500 1.02 189.354 0.02146 4600 1.03 193.562 0.02147 4700 1.04 197.770 0.02148 4800 1.05 201.978 0.02149 4900 1.06 206.186 0.02250 5000 1.07 210.393 0.02251 5100 1.08 214.601 0.02252 5200 1.09 218.809 0.02253 5300 1.1 223.017 0.02354 5400 1.11 227.225 0.02355 5500 1.12 231.433 0.02356 5600 1.125 235.641 0.02357 5700 1.13 239.849 0.02358 5800 1.14 244.056 0.02359 5900 1.15 248.264 0.02460 6000 1.16 252.472 0.02461 6100 1.17 256.680 0.02462 6200 1.18 260.888 0.02463 6300 1.19 265.096 0.02464 6400 1.2 269.304 0.02565 6500 1.21 273.511 0.02566 6600 1.22 277.719 0.02567 6700 1.23 281.927 0.02568 6800 1.235 286.135 0.02569 6900 1.24 290.343 0.02570 7000 1.25 294.551 0.02671 7100 1.26 298.759 0.02672 7200 1.27 302.967 0.02673 7300 1.28 307.174 0.02674 7400 1.285 311.382 0.02675 7500 1.29 315.590 0.02676 7600 1.295 319.798 0.02677 7700 1.295 324.006 0.02678 7800 1.27 328.214 0.026



79 7900 1.27 332.422 0.02680 8000 1.27 336.629 0.02681 8100 1.32 340.837 0.027

Carga de 8120 341.679

Tiempo 12min 36

Muestra 2, Granito:

GRANITO

Cada 500 kg

Nivel Pi Kg εT

mmσ=P/A Εμ=Et/L

1 500 0.1 20.666 0.0022 1000 0.34 41.333 0.0073 1500 0.49 61.999 0.0104 2000 0.61 82.666 0.0125 2500 0.71 103.332 0.0146 3000 0.92 123.999 0.0197 3500 1.04 144.665 0.021

Carga de rotura (Kg)3750 154.999



Tiempo (seg.) 2min 47


FOLERITA

Cada 500 kg

Nivel Pi Kg εT

mmσ=P/A Εμ=Et/L

1 500 0.2 20.151 0.0042 1000 0.42 40.302 0.0083 1500 0.59 60.453 0.0124 2000 0.75 80.604 0.0155 2500 0.85 100.754 0.0176 3000 0.91 120.905 0.0187 3500 0.99 141.056 0.0208 4000 1.07 161.207 0.0219 4500 1.14 181.358 0.02310 5000 1.17 201.509 0.02311 5500 1.18 221.660 0.02412 6000 1.19 241.811 0.02413 6500 1.19

5261.961 0.024



14 7000 1.2 282.112 0.02415 7500 1.2 302.263 0.02416 8000 1.2 322.414 0.02417 8500 1.2 342.565 0.024

Carga de rotura8600 346.595

Tiempo (seg) 4min 12

TIPO DE ROTURA:

Rotura en roca:Comportamiento mecánico durante un ensayo de

compresión simple:



O – A: Cierre de fisurasA – B: Zona elásticaB: Inicio de microfisuraciónC: Inicio de macrofisuraciónC – D: Propagación estable de la fisuraciónD – E: Propagación inestable de la fisuraciónE: Rotura ⇒ tensión de rotura: σpE – F: Post-rotura (strain – softening)

Parámetros importantes:

Tipos de roturas en roca:Diferentes tipos según Goodman (1980)

a) Rotura por flexión.b) Rotura por cizalla.c) Rotura por compresión–tracción–cizalla

“crushing”.d) y e) Rotura por tracción directa.




Nª40 Tipo de fractura en la probeta 1

En la primera probeta estándar, podemos observar un corte paralelo al lado de la medida “L”, de inicio a fin de la probeta, lo que indicaría compresión pura, pero también notamos un fallamiento en la parte media que va a una de



las esquinas de la probeta, lo que indicaría que la muestra estaría mal labrada, y por ello presentaría dicha fractura.

Muestra 2, Granito:


En la segunda probeta estándar podemos observar como la esquina izquierda fue fracturada y separada de la muestra, lo cual indica lo mal labrada que estaba la roca, por la parte frontal se observa un corte longitudinal que nos indica que la carga fue totalmente distribuida, también se puede observar que la fractura en el lado izquierdo puedo haber sido causado debido a que el disco de acero utilizado para distribuir las fuerzas no cubre las esquinas de la muestra.



En la tercera probeta se observa una carga uniformemente distribuida de acuerdo a la diversidad de fracturas longitudinales observadas, se observa además una fractura longitudinal que atraviesa la probeta casi por la parte central, y el fallamiento fue por compresión pura.



8. Interpretación de resultados.Los resultados se interpretaron en cada ensayo realizado.

9. Conclusiones.

Se logró determinar las propiedades físicas y mecánicas de las rocas de las rocas mediante probetas estándar.

Los resultados obtenidos de las propiedades físicas se muestran en el siguiente cuadro.

Muestra Nº 1

Muestra Nº 2

Muestra Nº 3

Volumen (Cm 3) Método directo 116.1514

119.1542

123.7339

Método Indirecto 142.8571

128.5714

150

Densidad (gr/cm3) 2.2212 1.847 2.625Peso Específico (gr-f/cm3) 2.2212 1.847 2.625Porosidad (%) Poros Accesibles 1.2791 1.9082 0.119

Poros Inaccesibles

4.0169 15.8454 2.8986

Contenido de Humedad (%) 3.45 4.12 0.43Capilaridad (gr.min/cm2) 96.75 182.7 73.68Grado de Absorción (%) 1.58 1.91 0.23

Los resultados obtenidos para la prueba mecánica de compresión son los siguientes.

Muestra Nº 1 Muestra Nº 2

Muestra Nº 3

Carga ültima (kg) 8120 3750 8600Deformación Ültima (mm)

1.32 1.04 1.2

Esfuerzo Úlitmo (Kg/cm2)

341.679 154.999 346.595

Deformación Ünitaria

0.027 0.021 0.024

10. Recomendaciones.



Para la óptima medición de los lados de las probetas, se sugiere la disponibilidad de un Vernier.

El tiempo de las pruebas no debe ser menor de 12 minutos.

11. Fuente Bibliográfica

Resistencia de Materiales , Beer and Johnson . http://www.etcg.upc.es/asg/engeol/pdf_files/

4.3propgeom_txt.pdf

12. ANEXOS:

- Calculo de la línea de tendencia y el módulo de elasticidad:

TRAQUITA

Gráfica Esfuerzo vs Deformación Unitaria:



ESFUERZO EN EL LIMITE PROPORCIONAL ELASTICO

DEFORMACIÓN UNITARIA EN EL LIMITE PROPORCIONAL ELASTICO

MODULO DE ELASTICIDAD

ESFUERZO DE TRABAJO74.81

Corrección de dispersograma ajustado a un modelo exponencial

GRANITO







ESFUERZO DE TRABAJO




FOLERITA







ESFUERZO DE TRABAJO



informe de rocas

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