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• Silvia Catalina Machuca Roncal

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UNIVERSIDAD NACIONAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÌA CIVIL

DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

TEMA : ESTUDIO TECNOLOGICO DE LA ROCA

CURSOS

: TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

DOCENTE : SIFUENTES INOSTROZA

ALUMNO ENRIQUE

:

Ing. LUCIO

HERRERA MUÑOZ JUAN HUAYHUA GUEVARA JULIO

CESAR ZAMORA GARCIA ANGEL IVAN

Ing. Lucio Sifuentes Inostroza Tecnología de los materiales de construcción Estudio tecnológico de los materiales pétreos: La roca.

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CICLO

:

IV

Cajamarca, Febrero de 2013 INFORME N° 01 ESTUDIO TECNOLÓGICO DE LOS MATERIALES PÉTREOS: LA ROCA I.

INTRODUCCION. 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. Las rocas son sustancias 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 haremos uso de ensayos físicos, destinados a conocer las propiedades físicas, haciendo uso de las mismas y los ensayos mecánicos y los ensayos 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. 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.

Ing. Lucio Sifuentes Inostroza Tecnología de los materiales de construcción Estudio tecnológico de los materiales pétreos: La roca.

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II.

OBJETIVOS. A. GENERALES.  Determinar las propiedades físicas y mecánicas de la roca como material de construcción. B. ESPECIFICOS.  Determinar el contenido de humedad, grado de absorción, grado de saturación, capilaridad y resistencia a la compresión.  Comprender las características y el comportamiento que presenta la roca estudiada como material de construcción.

III.

JUSTIFICACIÓN. En todo trabajo de experimentación e investigación se busca la razón o el porqué de dicho trabajo, pues bien, el presente informe además de reconocer las distintas propiedades tanto físicas como mecánicas de las rocas estudiadas como los son la folerita y la traquita busca aplicar los resultados o datos obtenidos a nuestro campo ocupacional, es decir no sólo buscamos un alcance teórico que quede enmarcado en un informe sino que los conocimientos obtenidos trasciendan más allá para que posteriormente los podamos utilizar dentro de nuestra carrera profesional. Así por ejemplo el hecho de conocer la resistencia de tal o cual material nos ayudará a determinar si es o no es bueno en la construcción, propiedades como el grado de absorción, de capilaridad, la densidad son factores determinantes que influyen en la construcción. Seguros de poder alcanzar dicho objetivo, presentamos el siguiente informe.

IV.

EQUIPO Para el desarrollo de la presente práctica de laboratorio se utilizó los siguientes materiales:   

Máquina Compresora Uniaxial . Horno. Balanza electrónica

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     

V.

Tamiz # 50 (ASTM). Fiola o Picnómetro Matraz. Regla graduada. Taras y Mortero. Comba.

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS.

FORMA DE LAS PBOBETAS. Las probetas ensayadas tienen una forma de un cubo regular por ser más fácil determinar sus dimensiones.

DIMENSIONES DE LAS PROBETAS. Las dimensiones de cada probeta son aproximadamente un cubo regular de 10cm de arista. En el ensayo se determinó las siguientes propiedades, pero antes se determinó su volumen real y aparente.

1.

VOLUMEN APARENTE. Es el volumen de la roca en estado natural. (en la práctica dicho volumen, de una muestra de forma cúbica, está dada por el producto de sus aristas).

aparente = ap.bp.cp Donde: n

: Volumen aparente.

ap, bp, cp

: Lados del paralelepípedo.

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 Procedimiento de Ensayo: Utilizando una regla graduada se procede a medir las aristas del paralelepípedo, para luego registrar el volumen aparente de dicha muestra.  Resultados:  Medición de las dimensiones promedio y cálculo del volumen aparente:

MEDICIÓN 1 2 3 4 5 6 PROMEDI O

PROBETA 1 LADO a LADO b (cm) (cm) 10.05 10.10 10.15 10.10 10.10 10.08 10.02 10.00 10.10 10.00 10.10 10.00 10.09

10.05

VOLUMEN APARENTE (cm3)

MEDICIÓN 1 2 3 4 5 6 PROMEDI O

PROBETA 2 LADO a LADO b (cm) (cm) 10.0 10.0 10.1 10.0 10.1 10.0 10.0 9.9 10.1 9.9 10.0 9.9 10.05

9.95

VOLUMEN APARENTE (cm3)

LADO c (cm) 10.03 10.05 10.05 10.00 10.00 10.10 10.04 1018.10

LADO c (cm) 10.0 9.9 9.9 10.0 9.9 9.9 9.93 992.98

PROBETA 3

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LADO a (cm) 10.1 10.2 10.1 10.2 10.2 10.2 10.17

MEDICIÓN 1 2 3 4 5 6

PROMEDIO VOLUMEN APARENTE (cm3)

2.

LADO b (cm) 10.0 9.9 9.9 9.9 10.0 9.9 9.93

LADO c (cm) 10.1 10.0 10.0 10.1 10.0 10.0 10.03 1012.91

CONTENIDO DE HUMEDAD (W%) Viene a ser la relación entre la diferencia del peso natural y el peso seco sobre el peso seco y multiplicado por 100 en términos de porcentaje.

Donde:



W%

: Contenido de Humedad.

Pn

: Peso natural.

P

: Peso Seco.

Resultados. o Determinación del peso húmedo de cada muestra. PROBET A 1 2 3

PESO HÚMEDO (gr) 2250 2225 2210

Asumiendo un Contenido de humedad del 1% calculamos el PesoS.H.

PROBET

PESO SECO AL HORNO

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A 1 2 3



(gr) 2227.72 2202.97 2188.12

Interpretación de Resultados. El contenido de humedad, es un parámetro de mucha importancia en la elaboración de diseño de mezclas pues permite determinar con más precisión las cantidades de agua que necesita la mezcla. Al ser este resultado bajo se necesitara una mayor cantidad de agua para su saturación.

2.

VOLUMEN REAL. Es el volumen de roca en estado seco sin considerar el volumen ocupado por los poros (en la práctica se determina a partir de la roca pulverizada y tamizada). V r =V f −V o

Donde: Vr

: Volumen real.

Vf

: volumen final.

Vo

: volumen inicial.

 Procedimiento de Ensayo Se coloca la muestra al horno a una temperatura de 105º 5ºC durante un lapso mínimo de 24 horas. Luego procedemos a retirar la muestra, dejar a enfriar y registrar su peso (P), éste será el peso seco o anhidro. Posteriormente se tritura la muestra hasta que pase en su totalidad por el tamiz Nº 60. Ing. Lucio Sifuentes Inostroza Tecnología de los materiales de construcción Estudio tecnológico de los materiales pétreos: La roca.

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Obtenida la nueva muestra pulverizada se coloca en un picnómetroy se registra su volumen. El volumen real de la muestra será igual a la diferencia entre el volumen final y el volumen inicial.  Resultados  Cálculo del volumen real: Se ha de determinar mediante la fórmula de peso específico real, con datos de la probeta 3:

3.

PESO SECO AL HORNO (gr) PESO ESPECÍFICO REAL (gr/cm3)

2188.12 2.5

VOLUMEN REAL (cm3)

875.25

DENSIDAD APARENTE Es la masa por unidad de volumen (volumen aparente). P ρ= n Donde: ρ

: Densidad aparente.

P

: Peso seco de la muestra.

n

: Volumen aparente.

Resultados : Cálculo del peso específico:

PROBETA 1 2 3

4.

PESO SECO AL HORNO (gr) 2227.72 2202.97 2188.12

VOLUMEN APARENTE (cm3) 1018.10 992.98 1012.91

PESO ESPECÍFICO APARENTE (gr/cm3) 2.19 2.22 2.16

DENSIDAD REAL.

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Es la masa por unidad de volumen (volumen absoluto). P ρ= a Donde:



ρ

: Densidad absoluta.

P

: Peso seco.

a

: Volumen real.

Resultados.

 Determinación del peso específico: Para ello se hizo uso de una muestra de 200 gr triturada y tamizada por el tamiz N°50. Los resultados obtenidos fueron: PRIMERA LECTURA EN EL PIGNÓMETRO (cm3) SEGUNDA LECTURA EN EL PIGNÓMETRO (cm3) VOLUMEN REAL (cm3) PESO ESPECÍFICO REAL (gr/cm3)

5.

450 530 80 2.5

POROSIDAD. Es la relación que existe entre el volumen de poros y el volumen aparente o volumen real. Existen varios tipos de Porosidad. • Porosidad Relativa (Referida al volumen de poros accesibles) h P ( )= a ∗100 V ap Donde: P

: Porosidad relativa (Referida al Volumen de poros

accesibles)

•

h

: volumen de poros accesibles.

Va

: Volumen aparente.

Porosidad

Relativa

(Referida

al

volumen

inaccesibles). Ing. Lucio Sifuentes Inostroza Tecnología de los materiales de construcción Estudio tecnológico de los materiales pétreos: La roca.

de

poros

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P ( )=

hi ∗100 V ap

Donde: P

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

h

: Poros inaccesibles.

Vap

: Volumen aparente.

•

Porosidad Total (Referida al volumen total de poros). h P ( )= i ∗100 V ap

Donde: P

: Porosidad total (Referida al Volumen total de poros).

h

: Total de poros.

Vap

: Volumen aparente.

•

Resultados:

• Determinamos el volumen de los poros accesibles: Se hizo uso de la probeta 3, cuyos resultados fueron: PROBETA 3

PESO HÚMEDO (gr) 2230

•

PESO SECO AL HORNO (gr) 2188.12

PESO DEL AGUA CONTENIDA EN ha (gr) 41.88

VOLUMEN POROS ACCESIBLES ha (cm3) 41.88

Cálculo del volumen de los poros inaccesibles hi y volumen de poros totales h:

VOLUMEN APARENTE (cm3) VOLUMEN REAL (cm3) VOLUMEN POROS ACCESIBLES ha (cm3) VOLUMEN POROS INACCESIBLES hI (cm3) VOLUMEN POROS TOTALES h (cm3)

1012.91 875.25 41.88 95.78 137.66

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•

Determinación de la porosidad:

POROSIDAD RELATIVA A POROS ACCESIBLES (%) POROSIDAD RELATIVA A POROS INACCESIBLES (%) POROSIDAD TOTAL (%)

•

4.13 9.46 13.59

Interpretación de Resultados. Los resultados expresan una Porosidad muy pequeña con respecto al

volumen

total del cuerpo; esto implica que la

retención de humedad o de agua por parte de la traquita es mínima y que para lugares lluviosos resulta muy beneficioso.

6.

GRADO DE ABSORCION. Es la cantidad de agua absorbida hasta la saturación por una muestra de roca a presión y temperatura ambiente.

Donde: abs(% ): Absorción de agua..



P

: Peso seco de la muestra.

P1

: Peso saturado de la muestra.

Resultados.

PROBETA

PESO HÚMEDO (gr)

PESO SECO AL HORNO (gr)

2

2260

2202.97

GRADO DE ABSORCIÓN (%) 2.59

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7.

GRADO DE SATURACION (G%). Es el grado en el cual, el volumen del material se satura con agua durante 24 horas. Donde: G% = (P1 – P)*100/P



G%

: Grado de saturación.

P1

: Peso Saturado.

P

: Peso Seco.

Resultados:

 Cálculo del grado de saturación: El ensayo se realizó haciendo uso de la probeta 3, cuyos datos fueron: PROBET A 3

8. P K= h S t

PESO HÚMEDO (gr) 2320

PESO SECO AL HORNO (gr) 2188.12

GRADO DE SATURACIÓN(%) 6.03

CAPILARIDAD. Propiedad de ascender el agua que está en contacto con sus caras.

S= p∗h prom . P=Phum−P seco Donde. Ing. Lucio Sifuentes Inostroza Tecnología de los materiales de construcción Estudio tecnológico de los materiales pétreos: La roca.

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p

: perímetro.

h

: Altura promedio.

Ph

: Peso del agua contenido en el fleco capilar.

t

: Tiempo en minutos.

 Resultados.  Cálculo de la capilaridad: Se utilizó para este ensayo la probeta 2, cuyos datos fueron: 

Cálculo del hprom: MEDIDA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 PROMEDI O



3.9 3.4 3.3 3.8 3.4 3.8

Cálculo del valor de la capilaridad: PROBETA 2

9.

VALOR DE h (cm) 3.8 4.6 4.4 4.0 3.9 3.5 3.7

hprom (cm)

p(cm)

3.8 40 2 K(gr.min/cm )

S(cm2) 152

Phum(gr) Pseco(gr) 2290

Ph(gr)

2202.97 103.1

87.03

t(min) 180

RESISTENCIA MECÁNICA A LA COMPRESIÓN

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Es la propiedad de la roca a resistir esfuerzos de compresión. Ơ = P/A

Donde:  : Resistencia mecánica a la compresión P : Carga aplicada A : Área resistente Procedimiento de Ensayo: 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.

Resultados: La probeta solicitada a la compresión pura fue la probeta 1,cuyos datos fueron: NIV EL

CARGA( kg)

EL (mm)

Eu*10-

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 2000 4000 5000 6000 8000 10000 12000 14000

0 0.37 0.58 0.65 0.73 0.86 1 1.12 1.24

0 3.7 5.8 6.5 7.3 8.6 10.0 11.1 12.3

3

Ơ (kg/c m2) 0 19.7 39.5 49.4 59.2 79.0 98.7 118.5 138.2

OBSERVACIO NES

1era falla

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9 10

16000 17400

1.37 1.65

13.6 16.4

157.9 171.8

Carga de rotura

Diagrama Ơ vs Eu 200.0 150.0 Esfuerzo (kg/cm2)

100.0 50.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 Deformación unitaria (*10-3)

En el anterior diagrama calculamos los distintos valores: En el punto Límite proporcional elástico (L.P.E.): ƠLPE = 140 kg/cm2 EU LPE = 12.2*10-3 En el punto máximo y de rotura (max y rot): Ơmax = Ơrot = 170 kg/cm2 EU max = EU rot = 16.4*10-3 Ing. Lucio Sifuentes Inostroza Tecnología de los materiales de construcción Estudio tecnológico de los materiales pétreos: La roca.

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Esfuerzo de Diseño: Ơdiseño = 0.7*ƠLPE = 98 kg/cm2 Módulo de elasticidad: E = ƠLPE/ EU LPE = 11475.41 kg/cm2 = 11475 kg/cm2 Esfuerzo a la flexión: Ơflexion =

1 2 15 ƠLPE = 9.3 kg/cm

Ơtraccion =

1 2 10 ƠLPE = 14 kg/cm

Esfuerzo a la tracción:

VI.

CONCLUSIONES  Se logró determinar las propiedades físicas y mecánicas de la roca traquita.  Logramos determinar el contenido de humedad, grado de absorción, grado de saturación, capilaridad y resistencia a la compresión.  Se logró comprender las características y el comportamiento que presenta la roca estudiada como material de construcción.

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CUADRO RESUMEN

VOLUMEN APARENTE (cm ) CONTENIDO DE HUMEDAD (%) GRADO DE ABSORCIÓN (%) GRADO DE SATURACIÓN (%) POROSIDAD RELATIVA A POROS ACCESIBLES (%) POROSIDAD RELATIVA A POROS INACCESIBLES (%) POROSIDAD TOTAL (%) PESO ESPECÍFICO APARENTE (gr/cm3) PESO ESPECÍFICO REAL (gr/cm3)

PROB 1 1018.10 1 ----------2.19 ---

VALOR PROB 2 992.98 1 2.59 --------2.22 ---

PROB 3 1012.91 1 --6.03 4.13 9.46 13.59 2.16 2.5

VOLUMEN REAL (cm3) CAPILARIDAD (gr.min/cm2) RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (kg/cm3) RESISTENCIA A LA FLEXIÓN (kg/cm3) RESISTENCIA A LA TRACCIÓN (kg/cm3)

----140 9.3 14

--103.1 -------

875.25 ---------

PROPIEDAD 3

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