Final Resistencia.docx

"Año de la lucha contra la corrupción e impunidad”

FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS Resistencia de una roca caliza a la compresión por ensayo de carga puntual

Curso:

Autores:

Docente:

CLASE: 1310

Resistencia de Materiales.



Cerquin rojas, erick



Mandujano loly, Luis



Saucedo limay, kevin



Cruzado Villanueva, Deisy



Rojo Castope, Carlos

Ing. Oscar Arturo Vásquez Mendoza.

CAJAMARCA–PERÚ- 2019

I

RESUMEN

Para el presente informe, nuestro grupo de trabajo realizamos una salida de campo al lugar Otuzco, con la finalidad de obtener muestras de rocas que ahí afloran, para que luego sean sometidas a ensayos, que se realizaron en el laboratorio de mecánica de rocas de la Universidad Privada del Norte. En dicho lugar, logramos identificar que ahí predomina roca caliza y esta pertenece al grupo de rocas sedimentarias; de la cual obtuvimos una muestra para poder determinar la compresión que ejerce dicha roca. Ambas muestras fueron llevadas al centro poblado de Huambocancha, para que sean cortadas en forma de cubo con dimensiones de 4x4 pulgadas como lo exige la norma ASTM. Una vez cortadas las muestras, fueron llevadas al laboratorio de mecánica de rocas de la Universidad Privada del Norte para su respectivo análisis.

2

DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DE ROCAS EN EL LABORATORIO

RESISTENCIA DE MATERIALES

Contenido RESUMEN _______________________________________________________________________ 2 1.

TITULO ______________________________________________________________________ 6

2.

INTRODUCCION_______________________________________________________________ 6

3.

JUSTIFICACIÓN _______________________________________________________________ 6

4.

OBJETIVOS ___________________________________________________________________ 7 4.1.

OBJETIVO GENERAL _______________________________________________________ 7

4.2.

OBJETIVO ESPECÍFICOS_____________________________________________________ 7

5.

ASPECTOS GENERALES _________________________________________________________ 7 5.1.

UBICACIÓN Y ACCESIBILIDAD ________________________________________________ 7

Ubicación: _____________________________________________________________________ 7 Accesibilidad _________________________________________________________________ 7 5.2.

CLIMA Y VEGETACIÓN _____________________________________________________ 8



Clima: __________________________________________________________________ 8



Vegetación: ______________________________________________________________ 8

6.

PROCESAMIENTO EXPERIMENTAL ________________________________________________ 8

7.

EQUIPO DE TRABAJO: _________________________________________________________ 11 

GPS _____________________________________________________________________ 11



BALANZA. ________________________________________________________________ 12



LA WINCHA _______________________________________________________________ 12



LIBRETA DE APUNTES _______________________________________________________ 13



EQUIPO DE COMPRENSIÓN __________________________________________________ 13



MUESTRA IRREGULAR ______________________________________________________ 14



ROCA CALIZA. _____________________________________________________________ 14



PRESIÓN Y COMPRESIÓN. ___________________________________________________ 15

8.

EQUIPOS DE PROTECCION PERSONAL ____________________________________________ 15 

Casco de seguridad _________________________________________________________ 15



Zapatos de seguridad _______________________________________________________ 16



Chaleco __________________________________________________________________ 16



Lentes de seguridad ________________________________________________________ 17

9.

MARCO TEORICO: ____________________________________________________________ 17 

TIPO DE INVESTIGACION: ____________________________________________________ 19 

10.

Muestra _______________________________________________________________ 19 RESULTADOS DE ENSAYOS ___________________________________________________ 19 Página 3 de 25

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

RESISTENCIA DE MATERIALES

Datos iniciales de la muestra _________________________________________________ 19

Control de calidad de la roca _____________________________________________________ 20 Control de calidad de muestra____________________________________________________ 20 DESARROLLADO EN PRÁCTICA DE LABORATORIO _______________________________________ 21 Análisis del ensayo _____________________________________________________________ 21 CONCLUSIONES: _________________________________________________________________ 23 RECOMENDACIONES: _____________________________________________________________ 24 BIBLIOGRAFIA ___________________________________________________________________ 25 ANEXOS ________________________________________________________________________ 25

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RESISTENCIA DE MATERIALES

Lista de ilustraciones Ilustración 1: recorrido de Cajamarca a ventanillas de Otuzco .............................................................................. 7 Ilustración 2: búsqueda de muestra ....................................................................................................................... 8 Ilustración 3: recorte de la muestra en forma de un cubo de 4 x4 pulgadas .......................................................... 9 Ilustración 4: medición cada un centímetro para el control de calidad de la roca ................................................ 9 Ilustración 5: sacamos el volumen de dicho cubo ................................................................................................. 10 Ilustración 6: se realiza la prueba de compresión ................................................................................................. 11 Ilustración 7: máquina para ensayos de carga puntual ........................................................................................ 14 Ilustración 8: muestra de 4x4 pulgadas para el ensayo........................................................................................ 14 Ilustración 9: grafica de deformación ................................................................................................................... 22

Lista de imágenes Imagen 1: GPS:...................................................................................................................................................... 11 Imagen 2: balanza ................................................................................................................................................ 12 Imagen 3: wincha ................................................................................................................................................. 12 imagen 4: cuaderno de apunte ............................................................................................................................. 13 Imagen 5: casco .................................................................................................................................................... 15 imagen 6: zapatos de protección .......................................................................................................................... 16 Imagen 7: chaleco ................................................................................................................................................. 16 imagen 8: lentes ................................................................................................................................................... 17 Imagen 9: ejemplo de ensayo puntual .................................................................................................................. 18 Imagen 10: cálculo del módulo de Young ............................................................................................................. 18 Imagen 11: tamaño de la muestra ....................................................................................................................... 20

Lista de tablas Tabla 1 - Lados de la muestra 1 ............................................................................................................................ 19 Tabla 2: información de muestra .......................................................................................................................... 21 Tabla 3: coordenadas de la localidad donde se extrajo la muestra ...................................................................... 21 Tabla 4: medidas de la muestra ............................................................................................................................ 21

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RESISTENCIA DE MATERIALES

1. TITULO

“RESISTENCIA DE UNA ROCA CALIZA A LA COMPRESIÓN POR ENSAYO DE CARGA” 2. INTRODUCCION En este informe se presenta el análisis del tipo de roca para la obtención de valores de resistencia, Cajamarca- 2018. Para esta práctica se ha tenido en cuenta una zona de extracción, debido a que el material a analizar ha sido obtenido en Otuzco (Cantera). El tipo de roca obtenido ha sido caliza, luego se mandó a cortar de forma de un cubo a medidas 4x4 pulgadas según la norma ASTM. Luego se realizó las pruebas de calidad según el método ….. , después se pesó la muestra con un equivalente de 3.1 Kg. También se halló el volumen, la densidad y el peso específico de la muestra. Finalmente se realizó la prueba de compresión en la maquina “Unidad semiautomática de carga axial”.

3. JUSTIFICACIÓN Proporcionar al alumno unas bases sólidas que le permitirá comprender los temas que relacionen el análisis estructurar en diferentes asignaturas y en el área profesional misma, este laboratorio es parte fundamental en la carrera de todo ingeniero minero porque es el que enciende la chispa de ingenio que caracteriza a un ingeniero para examinar posibles situaciones. Los propósitos son:  Mirar cómo se comportan los materiales bajo el efecto de una fuerza compresora.  Comprender las diferencias existentes entre los materiales de construcción. .  Adquirir criterios para la toma de decisiones que se presenten en vida profesional futura.

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RESISTENCIA DE MATERIALES

4. OBJETIVOS

4.1.

OBJETIVO GENERAL

 Determinar la resistencia a la compresión que ejerce una roca caliza.

4.2.

OBJETIVO ESPECÍFICOS

 Obtener muestras necesarias para la obtención de testigos.  Realizar el ensayo de laboratorio de resistencia a la compresión de una roca.  Aprender a manipular el equipo de compresión.  Obtener la curva de esfuerzo deformación.  Obtener el esfuerzo máximo de una rotura.

5. ASPECTOS GENERALES

5.1.

UBICACIÓN Y ACCESIBILIDAD

Ubicación: Las nuestras obtenidas de roca caliza se obtuvieron del lugar de Otuzco está ubicado a pocos kilómetros de la ciudad cajamarquina, caserío perteneciente al distrito de los baños del inca, Provincia y Departamento de Cajamarca.

Accesibilidad: La accesibilidad al área de estudio es por vía asfaltada un aproximado de 8 kilómetros. Ilustración 1: recorrido de Cajamarca a ventanillas de Otuzco

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5.2.

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CLIMA Y VEGETACIÓN  Clima: La zona de estudio tiene un clima templado a frío, a temperaturas promedio mínimas y máximas que no varían mucho durante el año. La diferencia de temperatura

es alrededor de 5ºC en meses de invierno el

enfriamiento es mayor.  Vegetación: La zona de estudio presenta una típica vegetación de altura como son arbustos y una gran variedad de rocas volcánicas.

6. PROCESAMIENTO EXPERIMENTAL

PRIMERO

Se realizó la busqueda de una muestra de roca en otuzco, consiguiendo una muestra de Roca Caliza.

Ilustración 2: búsqueda de muestra

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Se procedió a cortar la muetsra en un cubo de 4x4 pulgadas segun la norma de la maquina de unidad semiautomatica de carga axial.

Ilustración 3: recorte de la muestra en forma de un cubo de 4 x4 pulgadas

Luego, en el laboratorio de minas se realizo la prueba del control de calidad.

Ilustración 4: medición cada un centímetro para el control de calidad de la roca

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Posteriomente se peso y se saco el volumen y con ello conseguimos la densidad .

Ilustración 5: sacamos el volumen de dicho cubo

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Finalmente se realizo la prueba de compresion en la maquina semiautomatica de carga axial.

Ilustración 6: se realiza la prueba de compresión

7. EQUIPO DE TRABAJO:

 GPS Sistema que permite determinar en toda la Tierra la posición de un objeto con una precisión de hasta centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. (Vélez, 1996)

Imagen 1: GPS:

Fuente: Propia

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 BALANZA. La balanza usada para pesar los especímenes, debe determinar su masa con una precisión de 0,1% de su masa total. (Méndez Delgado, 2006)

Imagen 2: balanza

Fuente: Propia

 LA WINCHA Es una cinta métrica flexible, enrollada dentro de una caja de plástico o metal, que generalmente está graduada en centímetros en un costado de la cinta y en pulgadas en el otro. Imagen 3: wincha

Fuente: Propia

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 LIBRETA DE APUNTES Esta libreta nos sirvió para anotar todos los datos que obtuvimos en campo como en el laboratorio. imagen 4: cuaderno de apunte

Fuente: Propia

 EQUIPO DE COMPRENSIÓN El probador de carga axial es un instrumento semiautomático de fácil uso indicado para ensayar botes de bebida entallados y no entallados. El instrumento mide la carga axial necesaria para producir la deformación del envase, con el resultado expresado en Newtons, kilogramos o libras, e incorpora además una serie de características y funciones que mejoran la efectividad de este ensayo de amplio uso. (Beer, 2009) Equipo diseñado para trabajar con biomateriales (fosfatos de calcio, metales, polímeros, etc.). El equipo consta de dos celdas de carga axial de 25 KN y 2,5 KN, respectivamente. Con el equipo se pueden realizar ensayos de tracción, compresión y fatiga. El grupo dispone de dos equipos de esta clase. (Malishev, 2011) Procedimientos de prueba totalmente programables que incluyen carga axial y niveles y combinaciones de presión de confinamiento. Adquisición integrada de datos y elaboración de resultados, incluido el trazado de sobres de fallas. Sistema extremadamente flexible ideal para fines de investigación.

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Ilustración 7: máquina para ensayos de carga puntual

Fuente: Propia



MUESTRA IRREGULAR Dicha muestra tiene que tener las siguientes medidas; 4x4 pulgadas establecidas esas medidas por la norma ASTM. Ilustración 8: muestra de 4x4 pulgadas para el ensayo

Fuente: Propia

 ROCA CALIZA. La caliza es una roca sedimentaria compuesta mayoritariamente por carbonato de calcio (CaCO3), generalmente calcita, aunque frecuentemente presenta trazas de Página 14 de 25

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magnesita (MgCO3) y otros carbonatos. Son muy características por su color claro, blanquecino o gris. Las calizas se forman en los mares cálidos y poco profundos de las regiones tropicales, en aquellas zonas en las que los aportes detríticos son poco importantes.

 PRESIÓN Y COMPRESIÓN. El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (coeficiente de Poisson).

8. EQUIPOS DE PROTECCION PERSONAL

 Casco de seguridad

Objeto de material muy resistente y Imagen 5: casco

forma generalmente semiesférica que se ajusta a la cabeza para protegerla de posibles heridas o golpes.

Fuente: Propia

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 Zapatos de seguridad

imagen 6: zapatos de protección

La

bota

conocida seguridad,

industrial, como es

de calzado que

también bota un

de tipo

pretende

proteger al trabajador de los peligros de su oficio. Fuente: Propia

 Chaleco Imagen 7: chaleco

Los chalecos reflectantes

se

encuentran

en

normalmente

color neón y equipados con bandas reflectantes.

Fuente: Propia

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 Lentes de seguridad imagen 8: lentes

Las gafas protectoras son un tipo de anteojos protectores que normalmente se usan para evitar la entrada de objetos, agua o productos químicos en los ojos.

Fuente: Propia

9. MARCO TEORICO: Ingeniería se distingue entre el esfuerzo de compresión (axial) y las tensiones de compresión. Algunos materiales exhiben un comportamiento dramáticamente diferente en compresión que en tensión y en algunos casos estos materiales se utilizan principalmente para resistir esfuerzos de compresión. Ejemplos típicos son el concreto y el acero de refuerzo utilizados en la construcción y en la industria. Se necesita entonces datos del ensayo de compresión en muchas aplicaciones de ingeniería. Los ensayos de compresión tienen muchas similitudes con los ensayos de tracción en la forma de cómo se conduce el ensayo y en el análisis e interpretación de los resultados (Cáceres.C. 2010)

El ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material.   

Se suele usar en materiales frágiles. La resistencia en compresión de la mayoría de los materiales siempre es menor que en tracción, pero se presentan excepciones, por ejemplo el hormigón. Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina universal.

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Imagen 9: ejemplo de ensayo puntual

Las propiedades que se pueden determinar a partir del ensayo de comprensión simple son:  Resistencia de la roca a la comprensión simple.  Módulo de Young: o

Modulo medio

o

Modulo tangente

o

Modulo secante

 Coeficiente de Poissson.

Imagen 10: cálculo del módulo de Young

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 TIPO DE INVESTIGACION: El tipo de investigación a aplicar es de tipo experimental, se utilizarán como fuentes de información datos recopilados en ensayos de laboratorio estandarizados para comprensión simple.

 Muestra La muestra a usar para la siguiente investigación corresponde a probetas de rocas calizas, que se han obtenido mediante la salida a campo al lugar de OTUZCO con el equipo conformado para así poder sacar los testigos. Para nuestro caso se obtuvieron una muestra caliza que cumplen con las especificaciones técnicas para la elaboración del ensayo de comprensión simpley regido con la normativa

10.

RESULTADOS DE ENSAYOS

 Datos iniciales de la muestra En la siguiente tabla se puede observar las medidas del cubo N° 1 realizado a partir del ensayo de laboratorio. Tabla 1 - Lados de la muestra 1

Lados

Vertical

Horizontal

cm

cm

Lado 1

10.4 cm

10.6

Lado 2

10.5 cm

10.8

Lado 3

10.6 cm

10.4

Lado 4

10.5 cm

10.4

Lado 5

10.6 cm

10.6

Lado 6

10.4 cm

10.4

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Imagen 11: tamaño de la muestra

10.6 cm

10.5 cm

10.7 cm

10.4 cm

Control de calidad de la roca El control de calidad se realiza trazando líneas horizontales cada 1 cm en cada una de las cuatro caras (Cara 2, Cara 3, Cara 5, Cara 4) El error sale del restante de medida sobrante luego de haber trazado las horizontales 0.5 mm

0.6 mm

0.6 mm

2

5 0.8 mm

0.6 mm

0.45mm mm

3

0.5 mm

4

Control de calidad de muestra Llegando a la conclusión que existe una varianza minina de 0.45 mm en la cara “4” y la máxima es de 0.8 mm en la cara “3”. Lo que pasaría al procedimiento de lijado o pulido de la varianza para que la muestra quede uniforme.

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0.6 mm

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DESARROLLADO EN PRÁCTICA DE LABORATORIO Tabla 2: información de muestra

ENSAYO N° 001

Compresión Simple

Ubicación

Otuzco

Fecha

17/01/2019

Tipo de Muestra

Roca Caliza

Fuente: Propia

Tabla 3: coordenadas de la localidad donde se extrajo la muestra

Coordenadas UTM Norte

9211169

Este

781806

Altura

2757

Error

4 Fuente: Propia

Tabla 4: medidas de la muestra

Muestra de Ensayo Largo (cm)

10.6

Ancho (cm)

10.4

Espesor (cm)

10.5

Volumen (cm3)

1157.52

Peso (g)

3.100

Fuente: Propia

Análisis del ensayo Se procede al ensayo de compresión mediante la máquina de prueba axial el cual se obtuvo una resistencia 606.7 KN, en 50 segundos, Se observó una fractura irregular, lo que se demuestra en la curva de deformación.

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Curva de deformación (tiempo vs resistencia): Ilustración 9: grafica de deformación

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CONCLUSIONES:  Las rocas calizas de color azuladas son más resistentes a la fractura.  Las muestras de rocas calizas traídas de otuzco tienen una alta resistencia de compresión simple.

 Las pruebas de resistencia a la compresión simple son mejor trabajables cuando tienen forma definida, en éste caso de forma cúbica.

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RECOMENDACIONES:  Las rocas con alta resistencia a la compresión son recomendables para cimentaciones en construcción civil.  Al realizar una prueba de laboratorio en resistencia de materiales es indispensable usar EPP.

 Al realizar una prueba de compresión simple es recomendable analizar 2 a más muestras, y así tener un resultado promedio de la zona a estudiar.

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BIBLIOGRAFIA

Beer, F. P. (2009). Mecanica de Materiales. Mexico: ISBN. Obtenido de https://es.slideshare.net/HKramer/mecanica-de-materiales-beer-johnston Feodosiev, V. I. (1997). Resistencia de materiales. Mir. Obtenido de http://www.elibros.cl/detalle/resistencia-de-materiales/ Malishev, M. (2011). TECNOLOGIA DE LOS METALES. Rusia: LIMUSA. Ruiz, M. C. (2015). Resistencia de Materiales. Barcelona: CIMNE. Obtenido de http://cervera.rmee.upc.edu/libros/Resistencia%20de%20Materiales.pdf

ANEXOS

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