Ensayo De Compresion.docx

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS “ENSAYO DE COMPRESIÓN” INTEGRANTES

: HUANGAL LOPEZ Eduardo. : MAUTINO RUIZ Fernando. : SPELUCIN OTINIANO Didier. : TAFUR RUIZ Franchesca. : VEGA OBLITAS Nixon.

CURSO

: RESISTENCIA DE MATERIALES.

COD. DE CLASE

:

DOCENTE

1310.

: VASQUEZ MENDOZA Oscar Arturo.

INDICE DE CONTENIDO. INDICE DE CONTENIDO. ........................................................................................................ 2 INDICE DE TABLAS. ................................................................................................................. 3 INDICE DE FIGURAS................................................................................................................ 4 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 5 I. RESUMEN. .............................................................................................................................. 6 II. REALIDAD PROBLEMÁTICA. ............................................................................................. 6 III. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. .................................................................................. 6 IV. JUSTIFICACIÓN. ................................................................................................................. 6 V. OBJETIVOS: .......................................................................................................................... 7 OBJETIVOS GENERALES: .................................................................................................. 7 OBJETIVOS ESPECIFICOS: ............................................................................................... 7 VI. MARCO TEORICO:.............................................................................................................. 7 Compresión simple: ............................................................................................................... 7 Tipos de rotura ........................................................................................................................ 8 Limitaciones: ........................................................................................................................... 9 Definiciones: ............................................................................................................................ 9 VII. EQUIPOS Y MATERIALES. ............................................................................................ 10 VIII. METODOS ........................................................................................................................ 13 1. Obtención y preparación de muestras. ......................................................................... 13 2. Preparación de la probeta. ............................................................................................. 14 3. Procedimiento: .................................................................................................................. 14 IX. CALCULOS Y RESULTADOS. ........................................................................................ 15 Hallando el volumen del cubo: ........................................................................................... 15 Hallando el área del cubo: .................................................................................................. 15 Peso específico: ................................................................................................................... 15 Densidad: ............................................................................................................................... 16 Hallando el grafico de deformación: .................................................................................. 16 X. DISCUSIONES .................................................................................................................... 18 XI. CONCLUSIONES: .............................................................................................................. 19 XII. BIBLIOGRAFÍA: ................................................................................................................. 20 XIII. ANEXOS: ........................................................................................................................... 21

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INDICE DE TABLAS. Tabla 1. Peso en Gramos ............................................................................................................. 15 Tabla 2. Diferencia de Caras. ....................................................................................................... 15 Tabla 3. Tabla de Deformación................................................................................................... 16 Tabla 4. Gráfico de Deformación. ............................................................................................... 17

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INDICE DE FIGURAS. Figura 1. Diagrama esquemático de los patrones típicos de fractura .......................................... 9 Figura 2. Máquina de compresión. ............................................................................................. 10 Figura 3. Cronómetro. ................................................................................................................. 11 Figura 4. Huincha stanley ............................................................................................................ 11 Figura 5. Muestra de Granito ...................................................................................................... 12 Figura 6. GPS. .............................................................................................................................. 12 Figura 7.Balanza Electrónica ....................................................................................................... 13 Figura 8. Pesando la muestra de granito. ................................................................................... 21 Figura 9. Midiendo los lados de la muestra. ............................................................................... 21 Figura 10. Proyectando cada cara de la muestra (cada 1cm). .................................................... 22 Figura 11. Comprimiendo a la muestra de granito. .................................................................... 22 Figura 12. Resultados obtenidos al término de la compresión de la muestra............................ 22 Figura 13. Tiempo que duro la muestra en fracturarse. ............................................................. 22 Figura 14. Muestra de granito fracturada. .................................................................................. 22 Figura 15. Muestra de granito fracturada. .................................................................................. 22

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INTRODUCCIÓN El ensayo de compresión, también conocido con el nombre de ensayo de compresión simple o ensayo de compresión uniaxial, es muy importante en resistencia de materiales, ya que permite obtener un valor de compresión; este ensayo puede definirse en teoría como un caso particular. Con el desarrollo de la actividad se estudiara y se trabajara el procedimiento que hay que seguir en la determinación de la resistencia a la compresión y a la tracción por flexión por rotura en un granito, de acuerdo a las especificaciones de la máquina. Aun cuando se utilizan otros métodos más representativos, como el triaxial, el ensayo de compresión simple cumple el objetivo buscado, sin tener que hacer un método tan complejo ni usar un equipo que a veces puede ser inaccesible, lo que significa menor costo. En este ensayo se explican todos los detalles sobre el proceso de compresión del granito, el cual está destinado a la ruptura para así determinar sus propiedades. Todo este proceso se ha desarrollado siguiendo las especificaciones ATSM. Este ensayo se realiza con el fin de determinar la resistencia o esfuerzo último de una muestra de granito a la compresión no confinada, mediante la aplicación de una carga axial con control de deformación y utilizando una muestra de roca inalterada tallada en forma cubica, generalmente con una relación alto/diámetro igual a 4 pulgadas.

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I. RESUMEN. El presente informe de investigación se enfocó en determinar la fuerza de compresión que puede soportar una muestra, con medidas de 4x4 pulgadas (cubo) para esto se tuvo que identificar el tipo de muestra con la que se trabajaría, en este caso fue granito, luego terminar el volumen, el peso específico, el área, y la densidad de dicha muestra, para finalizar nuestro ensayo esta muestra será sometida a fuerzas de compresión, esto nos permitirá encontrar el grafico de deformación.

II. REALIDAD PROBLEMÁTICA. El granito es una roca que mayormente se utiliza para el tallado, es considerada una roca ornamental, existen varios tipos de granitos, esto nos permite identificar la dureza que tiene y saber si es adecuado para la construcción, de lo contrario si no se hace un estudio adecuado podría causar problemas, en este caso cuando un granito es más claro, será más resistente. Este es muy evidente en granitos antiguos como los de edificios romanos y renacentistas, posee una dureza de 7 en la escala de Mohs ya que este se compone de cuarzo, feldespatos, micas, etc. (Artifex - 2003-6). El granito es una roca de grano grueso, aunque existen algunas variedades de grano más fino. Esto hace que sea una roca poco apropiada para la talla fina, ya que no permite realizar elementos de gran detalle. Por otra parte, está el tema de su color y textura, nada apropiada para resaltar las sombras, por lo que un bajorrelieve queda prácticamente invisible visto a media distancia, lo que añade otro factor negativo para el tallista.

III. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ¿Cuál es la resistencia de compresión que ofrece una muestra de granito de 4x4 pulgadas?

IV. JUSTIFICACIÓN. La investigación me permitirá saber si la roca de granito ofrece una mejor resistencia a fuerzas de compresión, buscaremos que tipo de granito ofrece mayor resistencia, trabajabilidad y durabilidad, para luego poder aplicar estos estudios en nuestra carrera profesional.

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V. OBJETIVOS: OBJETIVOS GENERALES:  Determinar la resistencia de la muestra a compresión para poder analizar cuál es el comportamiento que ofrece dicho material. OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada, aprendiendo las características de cada uno, y los cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia.

 Encontrar la densidad de la muestra.  Encontrar el peso específico del granito.  Determinar el volumen de la muestra. VI. MARCO TEORICO: Compresión simple: El ensayo de compresión no confinada, también conocido con el nombre de ensayo de compresión simple o ensayo de compresión uniaxial, es muy importante en Mecánica de Suelos, ya que permite obtener un valor de carga última del suelo, el cual, como se verá más adelante se relaciona con la resistencia al corte del suelo y entrega un valor de carga que puede utilizarse en proyectos que no requieran de un valor más preciso, ya que entrega un resultado conservador. Es importante comprender el comportamiento de los suelos sometidos a cargas, ya que es en ellos o sobre ellos que se van a fundar las estructuras, ya sean puentes, edificios o carreteras, que requieren de una base firme, o más aún que pueden aprovechar las resistencias del suelo en beneficio de su propia capacidad y estabilidad, siendo el estudio y la experimentación las herramientas para conseguirlo,

y finalmente

poder

predecir, con una cierta aproximación,

el

comportamiento ante las cargas de estas estructuras. Debido a la compleja y variable naturaleza de los suelos, existen muchos métodos de ensayo para evaluar sus características. El ensayo de compresión simple cumple el objetivo buscado, sin tener que hacer un método tan complejo ni usar un equipo que a veces puede ser inaccesible, lo que significa menor costo. Este método de ensayo es aplicable solo a materiales cohesivos que no expulsan agua durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia intrínseca.

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Tipos de rotura Cuando se realiza un ensayo de compresión simple, se pueden producir varios tipos de rotura, de los cuales tenemos la rotura frágil y la rotura dúctil. En ruptura frágil generalmente se originan grietas paralelas a la dirección de la carga, es decir son de manera longitudinal, y la rotura ocurre de un modo brusco y bajo deformaciones muy pequeñas, presentándose después de ella una caída de la resistencia. En ruptura dúctil forma de rotura se limita a deformarse, sin que aparezcan zonas de discontinuidad en ella. De tal forma que, la rotura se produce a través de un plano inclinado, apareciendo un pico en la resistencia y un valor residual. Según investigaciones se dice que “en arcillas blandas aparece la fractura dúctil en el ensayo de compresión simple. Las teorías de rotura frágil fueron iniciadas por Allan Griffith en 1920, el cual nos dice que “al atribuir la reducida resistencia a la tracción de muchos materiales a la presencia de diminutas fisuras en su interior, en cuyos extremos se produce concentración de tensiones. La rotura se produce debido a la propagación de las micro-fisuras existentes bajo dicha concentración de tensiones”. La curva esfuerzo-deformación unitaria se dibuja para obtener un valor "promedio" de esfuerzo mayor, para tomar simplemente el valor máximo de esfuerzo. La Deformación Unitaria (ε) y el esfuerzo normal (𝜎) se calcula como se muestra a continuación:

∈=

𝑃 𝐴

𝜎=

𝛿 𝐿

Peso específico:

𝛾=

𝑚 𝑣

Densidad:

𝜌 =𝑚∗𝑔

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Limitaciones: Este método de ensayo es aplicable solo a materiales cohesivos que no expulsan agua durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia intrínseca después de remover las presiones de confinamiento, como las arcillas o los suelos cementados. Los suelos secos friables, los materiales fisurados, laminados o barbados, los limos, las turbas y las arenas no pueden ser analizados por este método para obtener valores significativos de la resistencia a la compresión no confinada.

Figura 1. Diagrama esquemático de los patrones típicos de fractura

Definiciones: Muestreo: Consiste en la elaboración de una porción del material con el que se pretende construir una estructura o bien del material que ya forma parte de la misma, de tal manera que las características de la porción obtenida sean representativas del conjunto.

Muestras alteradas: Son aquellas que están constituidas por el material disgregado o fragmentado, en las que no se toman precauciones especiales para conservar las características de estructura y humedad; no obstante, en algunas ocasiones conviene conocer el contenido de agua original del suelo, para lo cual las muestras se envasan y transportan en forma adecuada. Las muestras alteradas, de suelos podrán obtenerse de una excavación, de un frente, ya sea de corte o de banco o bien, de perforaciones llevadas 9

a profundidad con herramientas especiales. Las muestran deberán ser representativas de cada capa que se atraviese, hasta llegar a una profundidad que puede corresponder al nivel más bajo de explotación, al nivel de aguas freáticas o aquel el cual sea necesario extender el estudio. Muestras inalteradas: Son aquellas en las que se conserva la estructura y la humedad que tiene el suelo en el lugar en donde se obtenga la muestra. Las muestras inalteradas se obtendrán de suelos finos que puedan labrarse sin que se disgreguen. La obtención puede efectuarse en el piso o en una de las paredes de una excavación, en la superficie del terreno natural o en la de una terracería.

VII. EQUIPOS Y MATERIALES. Aparato de compresión El aparato de compresión puede ser una báscula de plataforma equipada con un marco de carga activado con un gato de tornillo, o con un mecanismo de carga hidráulica. En lugar de la báscula de plataforma es común que la carga sea medida con un anillo o una celda de carga fijada al marco. Para suelos cuya resistencia a la compresión inconfinada sea menor de 100 kPa (1kg/cm2) el aparato de compresión debe ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisión de 1 kPa (0.01 kg/cm2); para suelos con una resistencia a la compresión inconfinada de 100 kPa (1 kg/cm2) o mayor el aparato de compresión debe ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisión de 5 kPa (0.05 Kg/cm2). Equipo para compresión inconfinada.

Figura 2. Máquina de compresión.

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Cronómetro: Un instrumento de medición de tiempo, que indique el tiempo transcurrido con una precisión de 1s para controlar la velocidad de aplicación de deformación prescrita en el numeral.

Figura 3. Cronómetro.

Huincha stanley de 10 mts. Este instrumento nos sirve para hacer las mediciones correctas de nuestra muestra (cada cara del cubo de granito). Características:     

Flexómetro de cinta de acero al carbono de 10mts. Revestida de MYLAR (resistente a la abrasión). Caja ABS cromada. Gancho deslizante con 3 remaches. Provisto de clip de sujeción.

Figura 4. Huincha stanley

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Muestra de Granito: Esta muestra de granito ha sido tomada de un cerro, pero para que tome forma de un cubo de 4” x 4” (pulgadas) hemos tenido que mandarla a cortar.

Figura 5. Muestra de Granito

GPS: El Sistema de Posicionamiento Global, y originalmente Navstar GPS, es un sistema que permite determinar en toda la Tierra la posición de cualquier objeto con una precisión de hasta centímetros, aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. Este instrumento ha sido utilizado para tomar las coordenadas exactas de donde se ha extraído el mineral.

Figura 6. GPS.

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Balanza Electrónica: Una balanza analítica es una clase de balanza de laboratorio diseñada para medir pequeñas masas, en un principio de un rango menor del miligramo (y que hoy día, las digitales, llegan hasta la diezmilésima de gramo: [0,0001 g o 0,1 mg]). La balanza usada para pesar las muestras, debe determinar su masa con una precisión de 0.1% de su masa total.

Figura 7.Balanza Electrónica

VIII. METODOS El ensayo de compresión simple se realiza siguiendo el método dado a continuación: 1. Obtención y preparación de muestras.

1.1. Se extrae muestra del suelo, tomamos la referencia con el GPS del lugar donde recogimos dicha muestra de la manera lo más precisa posible, de un tamaño suficiente para poder trasportarla al laboratorio sin que ésta se desintegre y no se produzcan grietas internas que puedan alterar los resultados del ensayo.

1.2. Se deben manejar las muestras cuidadosamente para prevenir cualquier alteración, cambios en la roca o cualquier rajadura que pueda molestar el proceso del ensayo.

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2. Preparación de la probeta.

2.1. Las muestras deben tener una sección transversal circular con sus extremos perpendiculares al eje longitudinal de la muestra. Además, el cubo debe de tener un diámetro mínimo de 4 cm * 4cm por la regla ASTM. 2.2. Se talla la muestra de tal manera que este exacto, y esto se realiza de forma muy cuidadosa, en lo posible tratando que el material no se agriete en el tallado. 2.3. El tamaño de la probeta se mide con un molde, de esta manera se llega a una probeta bien tallada cumpliendo con la condición anteriormente mencionada, y se determina la altura promedio y el diámetro de la muestra para el ensayo utilizando los instrumentos especificados anteriormente. 3. Procedimiento:

3.1. Se coloca el espécimen en el aparato de carga de tal manera que quede centrado en la platina inferior. Se ajusta el instrumento de carga cuidadosamente de tal manera que la platina superior apenas haga contacto con el espécimen. Se coloca en cero el indicador de deformación. 3.2. Se aplica la carga de tal manera que se produzca una deformación axial notoria. 3.3. Se registran los valores de carga, deformación y tiempo, del anillo de deformaciones a intervalos suficientes para definir la curva esfuerzo-deformación. 3.4. Se continúa aplicando carga hasta que los valores de carga decrezcan al aumentar la deformación o hasta que se alcance la fractura requerida. 3.5. Finalmente, se recolectan los datos de dicho ensayo de compresión, con los gráficos, tiempo y todo lo concerniente a la prueba para después retirar la muestra e apagar el equipo.

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IX. CALCULOS Y RESULTADOS. PESO EN GRAMOS = 2354.79 Tabla 1. Peso en Gramos

CARA 1

CARA 2

CARA 3

CARA 4

CARA 5

CARA 6

10.3

10.2

10.45

10.15

10.2

10.1

10.25

10.25

10.25

10.30

10.1

10.23

10.1

10.30

10.30

10.1

10.1

10.22

10.35

10.30

10.25

10.10

10.25

10.23

Tabla 2. Diferencia de Caras.

DIFERENCIA DE CARAS

TOTAL

CARA 1

CARA 3

CARA 5

CARA 6

1.3 - 1.1

1.35 – 1.24

1.28 – 1.12

1.32 – 1.3

0.2

0.11

0.16

0.02

Hallando el volumen del cubo: V = L3 Lado = 10.16cm 𝑣 = 10.163 𝑣 = 1048.77𝑐𝑚3 Hallando el área del cubo: 𝐴 = 6 ∗ 𝐿2 𝐴 = 6 ∗ 10.162 𝐴 = 619.35𝑐𝑚2 Peso específico:

𝛾= 𝛾=

𝑚 𝑣

2354.79gr 1048.77𝑐𝑚3

𝛾 = 2.245 15

𝑔𝑟 𝑐𝑚3

Densidad:

𝜌=𝑚∗𝑔 𝜌 = 2354.79gr ∗ 9.81 𝜌 = 23100.489

Hallando el grafico de deformación:

Tabla 3. Tabla de Deformación.

RESISTENCIA (KN) 0 7.8 15.5 23.3 31.1 38.8 46.6 54.4 62.1 69.9 77.7 85.4 93.2 100.9 108.7 116.5 124.2 132.0 139.8 147.5 155.3 163.1 170.8 178.6 186.4 194.1 201.9

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TIEMPO (s) 0 0.31 0.63 0.94 1.26 1.57 1.88 2.20 2.51 2.82 3.14 3.45 3.77 4.08 4.39 4.71 5.02 5.33 5.65 5.96 6.28 6.59 6.90 7.22 7.53 7.85 8.16

Tabla 4. Gráfico de Deformación.

curva de deformación 9 8

esfuerzo normal ( seg)

7 6 5 4 3 2 1 0 1

51

101

151

deformacion unitaria (KN)

17

201

X. DISCUSIONES 1. La presión lateral es igual a cero, y aunque esto pueda significar una imprecisión, en realidad se obtiene un resultado más conservador, ya que la presión lateral de confinamiento ayuda al suelo a resistir la carga, y al no existir está el valor obtenido sería inferior al real, lo que deja al ingeniero con un margen de seguridad adicional. 2. El grafico esfuerzo-deformación obtenido presenta una forma un tanto extraña, en la cual no podría definirse en forma precisa el módulo de elasticidad, aunque si el esfuerzo ultimo o de rotura, ya que después de llegar a este valor, la resistencia cae gradualmente y el granito se rompe visiblemente.

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XI. CONCLUSIONES:  Se logró determinar la resistencia de la muestra a compresión y así poder analizar cuál es el comportamiento que ofrece dicho material.  Se logró reconocer correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada, aprendimos las características de cada uno, y los cuidados necesarios que se deben tomar para realizar el ensayo.

 Se encontró la densidad de la muestra.  Se determinó el peso específico del granito.  Se determinó el volumen de la muestra.

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XII. BIBLIOGRAFÍA: -

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Gonzales, J. (Junio de 2007). pdfcoke. Recuperado el 4 de Noviembre de 2015, de pdfcoke: http://www.pdfcoke.com/doc/30512569/Informe-ensayo-de-compresionsimple Huaquisto, S. (2013). LABORATORIO MECANICA DE SUELOS. Puno. Marlon Valarezo A. (2008). Universidad técnica particular de Loja.

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XIII. ANEXOS:

Figura 8. Pesando la muestra de granito.

Figura 9. Midiendo los lados de la muestra.

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Figura 10. Proyectando cada cara de la muestra (cada 1cm).

Figura 11. Comprimiendo a la muestra de granito.

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Figura 12. Resultados obtenidos al término de la compresión de la muestra.

Figura 13. Tiempo que duro la muestra en fracturarse.

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Figura 14. Muestra de granito fracturada.

Figura 15. Muestra de granito fracturada.

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