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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 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.

1 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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3. OBJETIVOS

a) OBJETIVO GENERAL- Determinar las propiedades físicas y mecánicas de la roca.

b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS- Realizar los ensayos físicos de las rocas.- Realizar los ensayos mecánicos de las rocas.- Familiarizarnos con los equipos y instrumentos del laboratorio.- Implementar el trabajo en equipo.

4. ALCANCES:

El presente trabajo es una investigación primaria para la buena formación académico 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 una probeta para cada tipo de roca.

2 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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- Acondicionamiento de las probetas.Debido a la falta de equipo para el correcto acondicionamiento de las probetas estándar, éstas tuvieron que ser 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.

- Ensayado 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.

3 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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7. ENSAYOS:

PROPIEDADES FÍSICAS:

DÍA 1: 19/03/08

VOLUMEN

- DIMENSIONES.

Fig. Nº2: Probeta estandar de ensayo

-PROMEDIO DE LADOS:

MUESTRA 1, TRAQUITA:

Fig. Nº3: Proceso de medición

Cálculo de las dimensiones promedio:

4 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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LADO 1º medida 2º medida 3º medida 4º medida PROMEDIOa 4.8 4.85 4.85 4.9 4.85b 4.9 4.9 4.95 4.85 4.9c 4.9 4.9 4.85 4.9 4.8875

MUESTRA 1(Traquita)

PROMEDIO LADO (cm)

a 4.85b 4.90C

VOLUMEN APARENTE: Método Directo

VOLUMEN APARENTE: Método Indirecto

Fig. Nº4: Aforado del matráz a 400 ml. Fig. Nº5: Sumergido de roca para el cálculo del volumen

Cálculo del volumen por regla de tres simple.

5 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

1.4 cm

1 cm

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MUESTRA 2, GRANITO:

Fig. Nº6: Proceso de medición

Cálculo de las dimensiones promedio

LADO 1º medida 2º medida 3º medida 4º medida PROMEDIOa 4.95 4.9 5 4.9 4.9375b 4.9 4.85 4.95 4.9 4.9c 4.85 4.95 4.95 4.95 4.925

MUESTRA 2(Granito)

PROMEDIO LADO (cm)

ab 4.90c

VOLUMEN APARENTE: Método Directo

6 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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VOLUMEN APARENTE: Método Indirecto

Fig. Nº7: Aforado del matráz a 400 ml. Fig. Nº8: Sumergido de roca para el cálculo del volumen

Cálculo del volumen por regla de tres simple.

1.4

MUESTRA 3, FOLERITA:

7 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

1.4 cm

0.9 cm

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Fig. Nº9: Muestra de probeta estandar de roca Folerita

Cálculo de las dimensiones promedio

LADO 1º medida 2º medida 3º medida 4º medida PROMEDIOa 5 5 5 4.9 4.975b 5 4.95 5 5 4.9875c 4.9 5.1 4.95 5 4.9875

MUESTRA 3(Folerita)

PROMEDIO LADO (cm)

abc

VOLUMEN APARENTE: Método Directo

VOLUMEN APARENTE: Método Indirecto

8 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Fig. Nº10: Aforado del matráz a 400 ml. Fig. Nº11: Sumergido de roca para el cálculo del volumen

Cálculo del volumen por regla de tres simple.

1.4

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

NOTA: Antes de sumergir las rocas en agua para hallar sus respectivos volúmenes por el método indirecto, se pesaron las probetas para obtener el peso húmedo al aire libre y así poder calcular la densidad, peso específico y contenido de humedad.

i. DENSIDAD (ρ)

9 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

1.4 cm

1.05 cm

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

Fig. Nº12: Obtenido del peso de cada muestra usando balanza electrónica

Obtenemos la densidad con la fórmula:

Muestra 1, Traquita:

Muestra 2, Granito:

Muestra 3, Folerita:

10 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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ii. PESO ESPECIFICO ( )

Nota: donde la aceleración de la gravedad es 9.81 , la densidad es igual

en modulo al peso específico, pero las unidades cambian, mientas en la densidad las unidades se expresan en Kg/cm3, y el peso especifico se expresa en kg-f/cm3.

Muestra 1, Traquita:

Muestra 2, Granito:

Muestra 3, Folerita:

DÍA 2: 31/03/08

iii. 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:

11 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Porosidad Relativa (poros accesibles) =

Porosidad Relativa (poros accesibles) = 1.2791 %

Muestra 2, Granito:

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

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

Porosidad Relativa (poros accesibles) =

Porosidad Relativa (poros accesibles) = 1.9082 %

Muestra 3, Folerita:

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

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

12 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Porosidad Relativa (poros accesibles) =

Porosidad Relativa (poros accesibles) = 0.1190 %

VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i):

Muestra 1, Traquita:

Fig. Nº13: Determindación del volumen usando picnómetro

Cálculo de volumen de poros inaccesibles y porosidad relativa:

VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i)

POROSIDAD RELATIVA (Poros inaccesibles)

13 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

110 cm3

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4.0169 %

Muestra 2, Granito:

Fig. Nº14: Determindación del volumen usando picnómetro

Cálculo de volumen de poros inaccesibles y porosidad relativa:

VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i)

POROSIDAD RELATIVA (Poros inaccesibles)

15.8454 %

14 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

98 cm3

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Muestra 3, Folerita:

Fig. Nº14: Determindación del volumen usando picnómetro

Cálculo de volumen de poros inaccesibles y porosidad relativa:

VOLUMEN DE POROS INACCESIBLES (i)

POROSIDAD RELATIVA (Poros inaccesibles)

2.8986 %

15 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

120 cm3

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iv. CONTENIDO DE HUMEDAD

Muestra 1, Traquita:

Fig. Nº15: Determindación del peso Fig. Nº16: Determindación del peso húmedo al aire libre seco en estufa

Cálculo del contenido de humedad:

Muestra 2, Granito:

Fig. Nº16: Determindación del peso Fig. Nº17: Determindación del peso húmedo al aire libre seco en estufa

16 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Cálculo del contenido de humedad:

Muestra 3, Folerita:

Fig. Nº17: Determindación del peso Fig. Nº18: Determindación del peso húmedo al aire libre seco en estufa

Cálculo del contenido de humedad:

17 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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v. CAPILARIDAD

Muestra 1, Traquita:

Fig. Nº19, Nº20, Nº21 : Preparado de la probeta para determinar el grado de absorción

Fig. Nº22: Determindación del peso Fig. Nº23: Determindación del peso húmedo al aire libre seco en estufa

18 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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LADO

ALTURAS

1 2 3 4h1 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

Muestra 2, Granito:

Fig. Nº24, Nº25, Nº26 : Preparado de la probeta para determinar el grado de absorción

19 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Fig. Nº27: Determindación del peso Fig. Nº28: Determindación del peso húmedo al aire libre seco en estufa

LADO

ALTURAS

1 2 3 4h1 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

20 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Muestra 3, Folerita:

Fig. Nº29, Nº30, Nº31 : Preparado de la probeta para determinar el grado de absorción

Fig. Nº32: Determindación del peso Fig. Nº33: Determindación del peso húmedo al aire libre seco en estufa

LADO

ALTURAS

1 2 3 4h1 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

21 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Fig. Nº34: Proceso para determinar el fleco capilar

DÍA 3: 01/04/08

22 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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vi. GRADO DE ABSORCIÓN

Fig. Nº35: Modo de ensayo para el cálculo de grado de absorción

Muestra 1, Traquita:

Muestra 2, Granito:

Muestra 3, Folerita:

23 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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PROPIEDADES MECÁNICAS:

i. 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. Nº36 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

24 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Probeta estándar

Dispensador de carga

Deformímetro

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-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. Nº37 Máquina Universal

-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. Nº38 Deformímetro

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

25 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Fig. Nº39 Cronómetro

PROCEDIMIENTO:

- Las probetas estándar se colocaron en el horno por 24 horas a una temperatura de 110 5 C°.

Fig. Nº40 Mufla

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

-

Fig. Nº41 Pocisión de la probeta en la máquina universal

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

26 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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Fig. Nº42 y Nª43 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.

Nª44 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:

27 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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o Muestra 1, Traquita:

TRAQUITA Cada 100 kgNivel 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 0.007

10 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 0.01525 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 0.022

28 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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51 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 0.02679 7900 1.27 332.422 0.02680 8000 1.27 336.629 0.02681 8100 1.32 340.837 0.027

Carga de rotura 8120 341.679

Tiempo 12min 36 seg

29 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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o Muestra 2, Granito:

GRANITO Cada 500 kgNivel Pi Kg εT mm σ=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

30 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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o Muestra 3, Folerita:

FOLERITA Cada 500 kgNivel Pi Kg εT mm σ=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 0.023

10 5000 1.17 201.509 0.02311 5500 1.18 221.660 0.02412 6000 1.19 241.811 0.02413 6500 1.195 261.961 0.02414 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

31 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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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 fisuración

32 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

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D – 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.

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o Muestra 1, Traquita:

Nª45 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.

o Muestra 2, Granito:

Nª46 Tipo de fractura en la probeta 2

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.

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o Muestra 3, Folerita:

Nª46 Tipo de fractura en la probeta 3

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.

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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 123.7339Método Indirecto 142.8571 128.5714 150

Densidad (gr/cm3) 2.2212 1.847 2.625Peso Específico (gr-f/cm3) 2.2212 1.847 2.625

Porosidad (%)Poros Accesibles 1.2791 1.9082 0.119Poros 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 2Muestra Nº

3Carga ültima (kg) 8120 3750 8600

Deformación Ültima (mm) 1.32 1.04 1.2Esfuerzo 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

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