UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
ESTUDIO TECNOLÓGICO DE LA ROCA
Introducción La consideración de las propiedades físicas y mecánicas en las rocas, son de gran importancia en la ingeniería, pues se emplean en mult multit itud ud de área áreass de es estu tudi dio, o, como la petrología, geofísica, geoquímica, ingeniería geológica, o la geoq geoquí uími mica ca.. Por Por ejemp ejemplo lo,, los los ingenieros geotécnicos calculan las propiedades físicas y estructurales del subsuelo para la correcta constr construcc ucción ión de obras obras públic públicas, as, y los geólogos del petróleo analizan la respuesta de las rocas en el subs subsue uelo lo me medi dian ante te test testi ica caci ción ón geof geofís ísic ica a o dire direct cta a !med !media iant nte e sondeos". #omo las rocas son consideradas como asociaciones minerales, sus sus prop propie ieda dade dess físi física cass depe depend nden en en gran gran me medi dida da de las las que que presentan cada uno sus minerales constituyentes. $egún la disposición de los cristales o granos en una roca, algunas propiedades físicas pueden %ariar con sus orientaciones, característica que se conoce con el nombre de anisotropía. &tras propiedades dependen del tama'o de grano o cristal, su forma, disposición en el espacio, de las condiciones de presión y temper temperatu atura, ra, de la presen presencia cia o ausenc ausencia ia de (uidos (uidos !agua, !agua, gases, gases, petróleo, etc." en la porosidad de las rocas, etc., razón por la cual, segú se gún n los los fact factor ores es que que pres presen ente te las las roca rocass en ca cada da uno uno de sus sus a(o a( oram amie ien ntos, tos, no %an %an a co coin inci cid dir e)ac e)acttam amen ente te,, sino sino que que se mantienen dentro de ciertos rangos. Propi Propieda edades des mecáni mecánicas cas.. *l esfuer esfuerzo zo transm transmiti itido do a una mas masa a rocosa genera una serie de transformaciones o deformaciones en ella !%ariación de forma y de dimensiones que e)perimenta una roca a caus ca usa a de la ac acci ción ón de fuer fuerza zass e)te e)teri rior ores es", ", que que depe depend nden en de la naturaleza de la roca, la magnitud y naturaleza del esfuerzo y el tiempo empleado en la deformación. +ependiendo de la magnitud del esfuerzo y el tiempo que actúa produciendo deformación, ésta puede ser bien elástica o bien ineslástica !también denominada plástica, o permanente". La defo eformac rmació ión n en las las roca cass puede uede es esttudia udiars rse e a es esccala ala microscópica !cambios en las microporosidades y cristales e)istentes en las rocas", o bien a mayor escala, donde los cuerpos rocosos presentan cambios químicos, físicos y estructurales en respuesta a PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LAS ROCAS MATERIALES MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
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los esfuerzos. Los límites de la deformación !en el comportamiento plástico, elástico, o frágil" depende de la temperatura, presión de connamiento, presencia de (uidos, el rango de esfuerzos y el tiempo empleado en producir la deformación de las rocas, esto es, de las condiciones que reinen durante el proceso. elación entre el esfuerzo y la deformación- La deformación de los materiales rocosos está caracterizada por las relaciones entre los esfuerzos implicados y el comportamiento de los distintos tipos de roca.
1. OBJETIVOS a" &/*012&$ 3*4*5L*$ 5similar los resultados obtenidos y compararlos con la teoría. 5nalizar los conceptos estudiados teóricamente y aplicarlos en la práctica. 1denticar, o reconocer los instrumentos, máquinas y materiales del laboratorio !estufa, probetas, máquina uni%ersal, etc." 0rabajo en equipo. b" &/*012&$ *$P*#161#&$ #omprobar o %ericar los datos obtenidos en el estudio práctico de las propiedades físicas de cada una de nuestras muestras !folerita, granito y traquita", tales como
2olumen. 6orma. +ensidad. Peso especíco. Porosidad 5bsorción. &btener un %alor numérico en cuanto a la resistencia de nuestro material, es decir 7allar la resistencia a la compresión de la folerita, el granito y la traquita. $ustentar cada uno de los ensayos que realizamos en el laboratorio.
2. JUSTIFI!I"#$ *n todo trabajo de e)perimentación e in%estigación se busca la razón o el por qué de dic7o 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, el granito 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. 5sí por ejemplo el 7ec7o 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 in(uyen en la construcción. $eguros de poder alcanzar dic7o objeti%o, presentamos el siguiente informe.
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ESTUDIO TECNOLÓGICO DE LA ROCA %. &ETO'O(O)I!$ 5l realizar los ensayos, obtener datos y luego analizarlos, 7emos seguido una metodología en forma directa teniendo en cuenta aspectos como•
•
•
•
Tra*a+o en ,rupo. 1mportante para la realización de cualquier ensayo, la coordinación de cada uno de los miembros del grupo garantiza un buen resultado. -recisión$ se reere al acuerdo entre las sucesi%as medidas de una magnitud, lle%adas a cabo en las mismas condiciones de trabajo. +e este modo, un instrumento será muy preciso si las medidas realizadas con él de una cierta magnitud se encuentran muy pró)imas entre sí. *)actitud implica normalmente precisión, pero la armación in%ersa no es cierta, ya que un aparato puede ser preciso y a la %ez poco e)acto !pensar en el caso de una persona que siempre llega cinco minutos tarde". *n general, se puede decir que es más fácil conocer la precisión de un aparato que su e)actitud. Eactitud. 1ndispensable en la toma de datos ya que la e)actitud es una medida de la calidad de la calibración de nuestros instrumentos respecto de patrones de medida aceptados internacionalmente. *n general los instrumentos %ienen calibrados, pero dentro de ciertos límites. *s deseable que la calibración de un instrumento sea tan buena como la apreciación del mismo. /esponsa*ilidad.
-/O-IE'!'ES F0SI!S
2&L89*4 : +19*4$1&4*$.
P&9*+1& +* L5+&$-
98*$05 ; 0raquita !;"-
98*$05 ; !0raquita" 5 #
P&9*+1& L5+& !cm" =.>?? =.=?? =.>??
2&L89*4 5P5*40*- 9étodo +irecto V 1
=
V 2
=
V 2
=
a *b*c 10.199.800 cm * .900
cm * 9.800 cm
112.896 cm 3
98*$05 < 0raquita !<"-
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ESTUDIO TECNOLÓGICO DE LA ROCA 2&L89*4 5P5*40*- 9étodo +irecto 98*$05 P&9*+1& V 2 a * b * c < L5+& !cm" !0raquita" V 2 5.020 cm * 4.950 cm * 4.870 cm 5 @.? A.=@? V 2 121.015 cm 3 # A.>B? 6&95- Las muestras presentan una forma regular !cubo" =
=
=
1 'E#SI'!'
Pesamos cada una de las muestras en la balanza analítica obteniendo la masas de la muestra !m".
#on la fórmula obtenemos la densidad ρ
=
masa volumen
9uestra ;, 0raquita !;"290
ρ 1
=
gr
112.896
cm
3
ρ 1 2569 =
=
2.569
gr cm3
Kg m
3
9uestra <, 0raquita !<" ρ 2
295.3 gr =
121.015
cm
3
ρ 2 2440 =
=
2.440
gr cm3
Kg m
3
-ESO ES-EIFIO +onde - +ensidad - 3ra%edad 9uestra ;, 0raquita !;"γ 1
=
25 .19328
KN m3
9uestra <, 0raquita !<"-
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ESTUDIO TECNOLÓGICO DE LA ROCA γ 2
23.92838
=
KN m3
O#TE#I'O 'E 3U&E'!'
1
9uestra ;, 0raquita !;"ω (%)
290 =
ω (%)
−
286
286 =
*100
1.399%
9uestra <, 3ranitoω (%)
=
295.3
−
292.7
292.7 (%)
ω
=
*100
0.888%
)/!'O 'E !BSO/I"#
9uestra ;, 0raquita !;"-
9uestra <, 0raquita !<"-
!-I(!/I'!'
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1 -O/OSI'!'
2olumen de poros accesibles !a"-
9uestra;, 0raquita !;"Peso inicial !0raquita !;""- <>C gr. Peso 7úmedo !0raquita !;""- <>>.> gr. &btención del de %olumen de poros accesibles por regla de tres simple-
Porosidad elati%a !poros accesibles" D Porosidad elati%a !poros accesibles" D ?.=B= E 9uestra <, 0raquita !;"Peso inicialPeso 7úmedo-
<=<.Bgr. <=C.; gr.
&btención del de %olumen de poros accesibles por regla de tres simple-
Porosidad elati%a !poros accesibles" D Porosidad elati%a !poros accesibles" D ;.;C< E
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2olumen de poros inaccesibles !i"-
9uestra ;, 0raquita !;"-
Cálculo de volume de !o"o# $%cce#$&le# ' !o"o#$d%d "el%($v%) VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i)
POROSIDAD RELATIVA (Poros inaccesibles)
*+,1 . 9uestra <, 0raquita!<"Cálculo de volume de !o"o# $%cce#$&le# ' !o"o#$d%d "el%($v%) VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i)
POROSIDAD RELATIVA (Poros inaccesibles)
*+//0 .
-/O-IE'!'ES &E4#I!S
/ESISTE#I! ! (! O&-/ESI"# -rocedimiento$
a /EO(EI"# 'E '!TOS BIB(IO)/4FIOS$ Por medio de ciertas bibliografías, obtu%imos los siguientes conceptos, que nos ayudaran a entender mejor la resistencia al compresión/ESISTE#I!$ Propiedad que presentan los materiales para resistir cualquier tipo de fuerza. O&-/ESIO#$ *s la fuerza que actúa sobre un material, suponiendo que esté compuesto de planos paralelos, lo que 7ace la fuerza es intentar apro)imar estos planos, manteniendo su paralelismo.
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ESTUDIO TECNOLÓGICO DE LA ROCA /ESISTE#I! ! (! O&-/ESIO#$ #apacidad del material para resistir a las fuerzas que intentan comprimirlo o apretarlo. ESFUE/5O$ 6uerza que intenta deformar un objeto. ESFUE/5O 'E O&-/ESIO#$ *l esfuerzo de compresión es una presión que tiende a causar en algunos casos una reducción de %olumen, siempre manteniendo una masa constante. #uando se somete un material a una fuerza de fricción cizallamiento o torsión, actúan simultáneamente tensiones de tracción y compresión. 'EFO/&!IO#$ Proporción de cambio en una dimensión que se realiza en un material bajo una fuerza. U/V! 'E ESFUE/5O6'EFO/&!IO#$ 3ráca que describe la relación entre el esfuerzo y la deformación y que se'ala las regiones elásticas y plásticas de un material dado.
* ET!-!S 'E ESTU'IO E# !&-O
Para la realización de las etapas del estudio en campo de los ensayos se siguieron las etapas- bajo el siguiente cronograma-
# 'E ET! -! ; < F A @ C B
#O&B/E 'E ET!-!
'I! 'E (! /E!(I5!IO# 'E (! ET!-!
ecolección de muestras. *nsayo de %olumen *nsayo de absorción. *nsayo de densidad. *nsayo de porosidad *nsayo de capilaridad *nsayo de compresión
'U/!IO#
;-F? 7rs. ?-;? 7rs. ?-F? 7rs. ?-;? 7rs. < días. ;-?? 7rs ;-?? 7rs
c ET!-! 'E (!BO/!TO/IO *n el laboratorio se siguieron las siguientes etapas# ET! !S
#O&B/E 'E ET!-!S O#SEUTIV!S
I(UST/!IO#
#onseguimos tres muestras de roca !0raquita, 6olerita, 3ranito", traídas de las canteras de Guambocanc7a.
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9edición y promedio de cada uno de los lados de las muestras
#álculo del 7olumen mediante el promedio de los lados de las muestras
&btener la masa con 7umedad natural de las muestras utilizando la balanza analítica.
#álculo de 'E#SI'!' que se 7alla di%idiendo la masa entre el %olumen.
-O/OSI'!' $ :-oros !ccesi*les$ $umergir la muestra por un lapso de tres minutos, luego se seca con una franela. Por diferencia de masas, se calcula el %olumen de poros accesibles. 6-oros Inaccesi*les$ $aturar durante
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1 !BSO/IO#$ $ecamos la muestra por
Peso sumergido =
−
Peso inicial
Peso inicial
!-I(!/I'!'$ $e seca la muestra durante
O&-/ESIO#$ #olocar la muestra o probeta en la maquina uni%ersal. #entrar la muestra en dirección %ertical y lateral. #olocar el disco metálico en la cara supercial de la muestra. #on ayuda del limbo, ajustar la muestra entre el embolo y la tra%iesa. 5plicar la fuerza, y tomar datos de la carga aplicada, deformación y el PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LAS ROCAS tiempo total del MATERIALESensa DE CONSTRUCCIÓN o.
*
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d" *nsayos e" +atosLos datos obtenidos son-
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#argas actuantes ! P " i
*stas cargas son leídas en el limbo de la carga, las cuales son leídas con un inter%alo entre estas. *n nuestro caso este inter%alo es de 1Tn +eformación total ! ε T " La deformación total es leída en el deformímetro, se lee para cada carga actuante. 0iempo !t" *ste nos permitirá determinar si la cargas actuantes con la que se trabajo simulan una fuerza actuante estática. #on estos datos obtenemos*l esfuerzo ! σ "$e 7alla mediante la siguiente formulaσ
+onde también se calculará el
=
P A
σ Diseño
=
70%σ LPE
+onde P - #arga actuante A - Hrea resistente a la carga +eformación unitaria ! ε "u
$e 7alla mediante la siguiente formulaε u
=
ε T L
+onde- +eformación total L - Longitud inicial de la probeta ε T
- Presentación de los datos 9uestra ;, 0raquita !;"-
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Gráfica nº1 :
σ
vs ε µ
*ste disperso grama nos permitirá identicar los puntos que se ajustarían a una línea recta y el resto de puntos formaría otra cur%aI que nos permitirían identicar dos zonas una elástica y la otra plástica respecti%amente. +el punto ; (0,0) al punto
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I#TE/-/ET!IO# 'E (OS /ESU(T!'OS$ 1. P&P1*+5+*$ 61$1#5$1. VO(U&E#$ ;.; +19*4$1&4*$- #ada una de las muestras posee tres dimensiones, largo, anc7o y profundidad o altura, al e%aluar cada una de ellas y 7acer los cálculos respecti%os obtu%imos el %olumen es decir la cantidad de espacio que ocupa cada muestra en el espacio. <. +*4$1+5+*n la práctica pudimos obtener en orden de densidad- 05J8105!;" K !<" F. P*$& *$P*#61#&$egún los datos obtenidos, ordenamos las rocas siendo la más pesada05J8105!;", 05J8105!<". A. 35+& +* 5$&4$egún los datos obtenidos la roca que tiene mayor grado de absorción es la traquita!<", seguida por la 05J8105!;".. @. #5P1L51+5+Por ser la más porosa la 0raquita!<"!erocionada" es la que presenta la mayor capilaridad
P&P1*+5+*$ 9*#541#5$PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LAS ROCAS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
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ESTUDIO TECNOLÓGICO DE LA ROCA ;. *$1$0*4#15 5 L5 #&9P*$1&405J8105- $egún nuestra graca !*sfuerzo %s. +eformación" la traquita presenta un comportamiento plástico, el tramo plástico se e)tiende a lo largo de casi toda la graca 7aciendo suponer que el tramo plástico es casi imperceptible. 6uente ibliográca 5ne)os Panel fotográco 950*15L*$/ESU&E#$ *n el informe que se presenta a continuación, se pudo, a tra%és, de distintos e)perimentos comprobar en forma práctica lo que se estudió en el aula de clase, conceptos tales como las propiedades de las rocas como lo son la traquita !roca porosa", rocas que fueron obtenidas de la localidad de Guambocanc7a ubicada a la altura del Milómetro >, de la carretera a ambamarca. +entro de las propiedades físicas %ericamos propiedades tales como- %olumen, densidad, peso especíco, porosidad, contenido de 7umedad, grado de absorción y capilaridad, del mismo modo %ericamos también una de las propiedades mecánicas de las rocas estudiadas, como lo es la resistencia a la compresión, en donde se empleó una carga puntual. O#(USIO#ES
Gemos logrado reconocer las propiedades físico:mecánicas de una roca ígnea traquita.
$e logro demostrar que toda roca por más compacta que parezca siempre tiene espacios %acíos dentro, de ella.
/EO&E#'!IO#ES –
Jue se proporcione una guía para las posteriores prácticas de laboratorio a n de facilitar la ejecución del mismo.
– Proponer un 7orario accesible para todos los alumnos para la sustentación de los informes de laboratorio.
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