UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Escuela Profesional de Ingeniería de Minas
Reconocimiento del Laboratorio Laboratorio de Mecánica Mecánica de Rocas Rimaicuna Córdova Esgar
Dr. Taype Quintanilla Glicerio
Mecánica de Rocas
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I. INTRODUCCION II. OBJETIVOS III. MARCO TEORICO 3.1. Laboratorio de mecánica de rocas de la Universidad nacional de Piura 3.2. Mecánica de rocas. 3.3. ¿cuál es la importancia de tener un laboratorio de mecánica de rocas en la universidad? 3.4. equipos e instrumentos del laboratorio de mecánica de rocas 3.5. ¿por qué se determina la resistencia a la compresión? 3.6. ¿cómo realizar la prueba de resistencia del concreto? IV. V.
COLCLUSIONES SUGERENCIAS
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El 5 de diciembre del presente año se realizó la primera práctica, en el laboratorio de mecánica de suelos y rocas del departamento de ingeniería geológica de la universidad nacional de Piura. La práctica estuvo a cargo del ingeniero Manuel Chunga, quien nos explicó detalladamente los tipos y características de las rocas presentes en el laboratorio, estructura, humedad, porosidad, densidad seca y absorción , resistencia y esfuerzos que actúan sobre estas. También nos dio a conocer los diferentes equipos con los que cuenta este laboratorio, la función, uso, importancia e instrucciones de cómo funciona cada equipo. Después de la inducción de teórica se hizo la inducción o aplicación de la teoría a la práctica, se realizó la prueba de resistencia de un material mediante el equipo de carga puntual, en este ensayo, se aprendió a usar en equipo y como determinar su resistencia de cualquier material.
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El objetivo principal de esta práctica es dar uso adecuado a los equipos de dicho laboratorio teniendo en conocimiento las partes y funcionamiento de cada equipo.
Evitar el deterioro de los equipos.
Tener en cuenta la mantención y limpieza de equipos que carece la universidad y necesario su conservación.
La Universidad Nacional de Piura inauguró el moderno laboratorio del Centro de Estudios Geológicos, Geotécnicos y de Mecánica de Suelos de la Escuela Profesional de Geología de la Facultad de Ingeniería de Minas, el cual brindará sus servicios a la comunidad regional y universitaria. El rector Dr. César Reyes fue contundente al afirmar que la universidad no debe parar pese a todos los contratiempos vividos, “La UNP tiene un prestigio ganado no solo a nivel nacional sino internacionalmente, somos una universidad reconocida, que está caminando por donde debe caminar, siempre hacia la excelencia, a ser una comunidad universitaria donde se desarrollen las actividades sin ningún contratiempo, de esta manera la Escuela de Geología fortalece su misión de formar profesionales de calidad en la región y el país”, indicó la autoridad universitaria.
“Este laboratorio está implementado con nuevos equipos de última generación para mejorar el servicio de estudio y ensayos, tanto para la empresa privada o pública que
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UNIVERIDAD NACIONAL DE PIURA requiera del servicio”, indicó el Dr. Renato Umeres Cáceres; Jefe de Departamento de Geología. La UNP a través de este laboratorio brindará diversos servicios a la Industria de la construcción, industria del petróleo, industria minera como: Análisis del humedal natural del suelo, determinación de perfiles estratigráficos, determinación de análisis químicos de los terrenos donde se iniciará la obra, capacidad portante para determinar la cimentación que tendrá el edificio a diferentes profundidades. Además de trabajos para la agricultura en las construcciones rurales. El nuevo edificio consta de 3 niveles: En el primer nivel está ubicado el Laboratorio de Geotecnia y Mecánica de Suelos. En el segundo nivel, Laboratorio de Microscopia, cuenta con equipos que permiten estudio de minerales metálicos y no metálicos. Y en el tercer nivel, están ubicados los equipos de microscopia y equipos de geofísica. En este laboratorio se realizarán también estudios en determinación del corte directo para determinar el rozamiento interno y la cohesión del material, determinación del equivalente de arena, determinación de la resistencia a la compresión de las rocas y del suelo; y para determinar la abrasión y resistencia de la graba o roca a utilizar. Igualmente, estudios para la determinación de la contracción y límites de plasticidad de las arcillas y determinación del análisis granulométrico por el método SUCS-(ASTM).También se darán servicios para análisis de minerales, tales como: oro, plata, zinc, cobre y plomo. La inauguración contó con la presencia de Rector Dr. César Augusto Reyes Peña, Dra. Yojani Abad Sullón, Vicerrectora Académica, Dr. Orlando Zapata Coloma, Decano de la Facultad de Ingeniería de Minas, Dr. Renato Umeres Cáceres; Jefe de Departamento, Dr. Hipólito Tume Chapa, Director de la Escuela Profesional de Ingeniería Geológica, así como docentes, personal administrativo y estudiantes. La develación de la placa estuvo a cargo del Dr. César Augusto Reyes Peña, Rector de la UNP quien estuvo acompañado de la Dra. Yojani Abad Sullón, Vicerrectora Académica y el Dr. Orlando Zapata Coloma, Decano de la Facultad de Ingeniería de Minas.
La mecánica de rocas es la ciencia teórica y práctica del comportamiento mecánico de las rocas y de los macizos rocosos; es la rama de la mecánica referente a la respuesta de la roca y del macizo rocoso a los campos de fuerza de su ambiente físico. Como se define la temática, es de fundamental importancia para la ingeniería de minas por que el acto de crear excavaciones para minar cambia los campos de fuerza del ambiente físico de la roca. El estudio de la respuesta de la roca a estos cambios requiere de la aplicación de técnicas analíticas específicamente desarrolladas para dicho propósito, los cuales ahora forman parte de la temática. La mecánica de rocas forma parte de la amplia temática de la geomecánica que se enfoca a la respuesta mecánica de todos los materiales geológicos, incluyendo los suelos.
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El Laboratorio Mecánica de Rocas, actualmente, está conformado por un equipo de profesionales dedicados a la determinación de las propiedades físicas y mecánicas de las rocas. Su misión se orienta a lo académico e industrial. Por un lado, se aseguran de generar las competencias y conocimientos que el estudiante de ingeniería de minas requiere. Por otro, garantizan ser el aliado estratégico de aquellas empresas mineras y consultoras que requieren información sobre la calidad de las rocas, para la realización de sus diseños geomecánicos.
En el laboratorio se observó una gama de equipos e instrumentos que funcionan para el análisis respectivo de la roca.
Cualquier estudio sobre el comportamiento del equipo de separación por tamaños, o el de machacado y molido, implica la determinación de la cantidad de material de diferentes tamaños que hay presente. El único método general y práctico para ello, es determinar la fracción de la muestra que pasa a través de un tamiz con una apertura de mallas dada. Antiguamente se acostumbraba a especificar los tamices simplemente por el número de mallas por pulgada lineal. Así, un análisis granulométrico puede indicar el porcentaje en peso del material que pasa a través de un matiz de 10 mallas y es retenido por el 20, el que pasa a través del de 20 es retenido por el de 30, el que pasa a través del 30 y es retenido por el 40, etcétera. Este resultado es muy incorrecto y nunca, debe emplearse a menos que se especifiquen los tamices. La razón estriba en que los tejidos de hijos para un número de mallas por pulgada determinado, se fabrican con una gran variedad de diámetros y a medida que varía éste, la apertura de la malla también varía.
La estufa de secado es un equipo que se utiliza para secar y esterilizar recipientes de vidrio y metal en el laboratorio. Se identifica también con el nombre de Horno de secado.
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UNIVERIDAD NACIONAL DE PIURA Existen básicamente dos tipos de estufa: las que operan mediante convección natural y las que operan mediante convección forzada. Las estufas operan, por lo general entre la temperatura ambiente y los 350°C. La estufa u horno de secado está fabricado en su interior y exterior con material de acero inoxidable, por lo cual tiene gran durabilidad, y gracias a un microprocesador tiene uniformidad en la temperatura. Se controla a través de un manual digital.
Mide la resistencia a deformaciones permanentes basada en el comportamiento. También, según donde se coloque la capa en el firme, detalla: temperatura de acondicionamiento y de ensayo, esfuerzo de confinamiento, carga axial, frecuencia, etc.
La prueba de ensayo triaxial es uno de los métodos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante. En un ensayo triaxial, un espécimen cilíndrico de suelo es revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. La parte superior e i nferior de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el espécimen. En estas pruebas se pueden variar las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el espécimen de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma completa. Los especímenes usualmente están sujetos a presiones laterales de un líquido, generalmente agua.
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UNIVERIDAD NACIONAL DE PIURA El agua de la cámara puede adquirir cualquier presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella. La carga axial se transmite al espécimen por medio de un vástago que atraviesa la parte superior de la cámara.
La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y produce por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como axialmente. En las bases del espécimen actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior. Es usual llamar σ1, σ2 y σ3 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo principal mayor, σ1; los esfuerzos intermedios y menor son iguales (σ2 = σ3) y son iguales a la presión lateral.
Los compresores de aire se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número de aplicaciones son generalmente utilizados para transmitirle energía a los taladros de roca, a los martillos perforadores, a los motores de aire, a las bombas, y a muchos más tipos de materiales de construcción.
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UNIVERIDAD NACIONAL DE PIURA El uso de compresores le permite a los trabajadores perforar agujeros, cortar materiales, machacar roca, verter concreto vibrado, y se utiliza constantemente en otras incontables aplicaciones de la construcción. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción.
Este ensayo es el más importante a realizar con una piedra natural, con el hormigón, con los ladrillos, etc. Por ser a este esfuerzo como generalmente se les hace trabajar. La resistencia a compresión simple de las piedras que se utilizan como revestimientos o como pavimentos, se determinan sobre formas paralelepipédicas, en lugar de formas cilíndricas, que es lo habitual para determinar la resistencia a compresión simple de cualquier material, como por ejemplo el hormigón. En concreto, se utilizan muestras formadas por 5 probetas cúbicas, que se ensayan después de secarlas en estufa, manteniéndolas durante 48 horas a 60 ± 2°C. Las bases serán paralelas entre si y perpendiculares al eje de la probeta, alisándose por amolado con una máquina rectificadora. Se rechazarán las probetas que presenten defectos evidentes. - La planicidad de las bases se comprobará con ayuda de un papel de carbón colocado sobre una superficie perfectamente plana y sobre el cu al se colocarán las bases de la probeta. - La perpendicularidad del eje de la probeta a las bases se comprobará situándola de pie sobre una superficie perfectamente plana y aplicando una escuadra sobre una generatriz. La holgura entre cualquiera de las generatrices y la rama vertical de la escuadra, no deberá sobrepasar la tolerancia especificada. - El paralelismo de las bases se comprobará realizando cuatro medidas de la altura de la probeta, equidistantes. La diferencia entre la medida máxima y la mínima, no deberá exceder a la tolerancia especificada.
Con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de compactación, lo cual asegurará las propiedades necesarias para el proyecto de fundación. Esto se traduce en
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UNIVERIDAD NACIONAL DE PIURA determinar cuál es la humedad que se requiere, con una energía de compactación dada, para obtener la densidad seca máxima que se puede conseguir para un determinado suelo. La humedad que se busca es definida como humedad óptima y es con ella que se alcanza la máxima densidad seca, para la energía de compactación dada. Se define igualmente como densidad seca máxima aquella que se consigue para la humedad óptima.
La mejora de la resistencia mecánica al desgaste es un requisito esencial de una amplia gama de productos. Desde los revestimientos a las telas, desde el cuero a la tapicería, desde los teclados a los juguetes de plástico, la capacidad del producto para resistir el desgaste es una característica importante. Hay métodos de prueba relacionados con el concepto de ‘abrasión por fricción’. Otros se basan en la proyección de partículas abrasivas sobre las muestras de prueba. Estas técnicas ofrecen valiosa información sobre materiales y procesos. Aptitud de un revestimiento para resistir el daño causado por el frotamiento de un material definido contra su superficie. El desgaste abrasivo es la erosión del material de una superficie sólida por la acción de otro sólido. Facultad de un revestimiento para resistir su lavado por acción de fregado en húmedo o seco. El efecto puede determinarse en términos de pérdida de peso, pérdida de brillo o pérdida de espesor del revestimiento después del proceso de f regado.
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Este es un equipo que tiene una caja trapezoidal sirve para realizar ángulo de cohesión, fricción y cortes directos que constan de las siguientes partes: dos gatas, cada una de estas gatas tiene un dial de lectura que está graduada en KN (la manija de color negro) o lb F (la manija de color rojo) , la que se encuentra al lado derecho para efectuar la carga normal y la que se encuentra al lado izquierdo es la que da fuerza al corte o cizalla de avance horizontal.
El ensayo de penetración estándar (SPT), desarrollado por Terzagui a finales de los años 20, es el ensayo in situ más popular y económico para obtener información geotécnica del subsuelo. Se estima que el 85 % a 90 % de los diseños de las cimentaciones convencionales de Norte y Sur América se basan en los valores de N medidos en el SPT
Obtener la medida de la resistencia a la penetración con un muestreador en un suelo no cohesivo Tomar muestras representativas del suelo Hallar correlación entre: Hallar correlación entre:
El # de golpes, N, medido y la compacidad, El # de golpes, N, medido y la compacidad, ϕ y la resistencia a la comprensión simple por medio y la resistencia a la comprensión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes.
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La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad, que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura. La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide tronando probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en mega pascales (MPa) en unidades SI. Los requerimientos para la resistencia a la compresión pueden variar desde 17 MPa para concreto residencial hasta 28 MPa y más para estructuras comerciales. Para determinadas aplicaciones se especifican resistencias superiores hasta de 170 MPa y más.
• Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión se usan fundamentalmente para determinar que la mezcla de concreto suministrada cumpla con los requerimientos de la resistencia especificada, del proyecto. • Los resultados de las pruebas de resistencia a partir de cilindros moldeados se pueden utilizar para fines de control de calidad, aceptación del concreto o para estimar la resistencia del concreto en estructuras, para programar las operaciones de construcción, tales como remoción de cimbras o para evaluar la conveniencia de curado y protección suministrada a la estructura. Los cilindros sometidos a ensayo de aceptación y control de calidad se elaboran y curan siguiendo los procedimientos descritos en probetas curadas de manera estándar según la norma ASTM C31 “Práctica estándar para elaborar y curar cilindros de ensaye de concreto en campo”. Para estimar la resistencia del concreto in s itu, la norma ASTM C31 formula procedimientos para las pruebas de curado en campo. Las probetas cilíndricas se someten a ensayo de
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UNIVERIDAD NACIONAL DE PIURA acuerdo a ASTM C39, “Método estándar de prueba de resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto”. • Un resultado de prueba es el promedio de, por lo menos, dos pruebas de resistencia curadas de manera estándar o convencional elaboradas con la misma muestra de concreto y sometidas a ensaye a la misma edad. En la mayoría de los casos, los requerimientos de resistencia para el concreto se realizan a la edad de 28 días.
• Las cilindros para pruebas de aceptación deben tener un tamaño de 6 x 12 pulgadas (150 x 300 mm) o 4 x 8 pulgadas (100 x 200 mm), cuando así se especifique. Las probetas más pequeñas tienden a ser más fáciles de elaborar y manipular en campo y en laboratorio. El diámetro del cilindro utilizado debe ser como mínimo tres veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso que se emplee en el concreto. • El registro de la masa de la probeta antes de cabecearla constituye una valiosa información en caso de desacuerdos. • Con el fin de conseguir una distribución uniforme de la carga, generalmente los cilindros se cabecean con mortero de azufre (ASTM C 617) o con almohadillas de neopreno (ASTM C 1231). El cabeceo de azufre se debe aplicar como mínimo dos horas antes y preferiblemente un día antes de la prueba. • Las almohadillas de neopreno se pueden usar para medir las resistencias del concreto entre 10 a 50 MPa. Para resistencias mayores de hasta 84 Mpa se permite el uso de las almohadillas de neopreno siempre y cuando hayan sido calificadas por pruebas con cilindros compañeros con cabeceo de azufre. Los requerimientos de dureza en durómetro para las almohadillas de neopreno varían desde 50 a 70 dependiendo del nivel de resistencia sometido a ensaye. Las almohadillas se deben sustituir si presentan desgaste excesivo. • No se debe permitir que los cilindros se sequen antes de la prueba. • El diámetro del cilindro se debe medir en dos sitios en ángulos rectos entre sí a media altura de la probeta y deben promediarse para calcular el área de la sección. Si los dos diámetros medidos difieren en más de 2%, no se debe someter a prueba el cilindro. • Los extremos de las probetas no deben presentar desviación con respecto a la perpendicularidad del eje del cilindro en más 0.5% y los extremos deben hallarse planos dentro de un margen de 0.002pulgadas (0.05 mm). Los cilindros se deben centrar en la máquina de ensayo de compresión y cargados hasta completar la ruptura. El régimen de carga con máquina hidráulica se debe mantener en un rango de 0.15 a 0.35 MPa/s durante la última mitad de la fase de carga. Se debe anotar el tipo de ruptura. La fractura cónica es un patrón común de ruptura. • La resistencia del concreto se calcula dividiendo la máxima carga soportada por la probeta para producir la fractura entre el área promedio de la sección. ASTM C 39 presenta los factores de corrección en caso de que la razón longitud-diámetro del cilindro se halle entre 1.75 y 1.00, lo cual es poco común. Se someten a prueba por lo menos dos cilindros de la
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UNIVERIDAD NACIONAL DE PIURA misma edad y se reporta la resistencia promedio como el resultado de la prueba, al intervalo más próximo de 0.1 MPa. • El técnico que efectúe la prueba debe anotar la fecha en que se recibieron las probetas en el laboratorio, la fecha de la prueba, la identificación de la probeta, el diámetro del cilindro, la edad de los cilindros de prueba, la máxima carga aplicada, el tipo de fractura y todo defecto que presenten los cilindros o su cabeceo. Si se mide, la masa de los cilindros también deberá quedar registrada. • La mayoría de las desviaciones con respecto a los procedimientos estándar para elaborar, curar y realizar el ensaye de las probetas de concreto resultan en una menor resistencia medida. • El rango entre los cilindros compañeros del mismo conjunto y probados a la misma edad deberá ser en promedio de aproximadamente. 2 a 3% de la resistencia promedio. Si la diferencia entre los dos cilindros compañeros sobrepasa con demasiada frecuencia 8%, o 9.5% para tres cilindros compañeros, se deberán evaluar y rectificar los procedimientos de ensaye en el laboratorio. • Los resultados de las pruebas realizadas en diferentes laboratorios para la misma muestra de concreto no deberán diferir en más de 13% aproximadamente del promedio de los dos resultados de las pruebas. • Si uno o dos de los conjuntos de cilindros se truenan a una resistencia menor a la fuerza de compresión, evalúe si los cilindros presentan problemas obvios y retenga los cilindros sometidos a ensaye para examinarlos posteriormente. A menudo, la causa de una prueba malograda puede verse fácilmente en el cilindro, bien inmediatamente o mediante examen petrográfico. Si se desechan o botan estos cilindros se puede perder una oportunidad fácil de corregir el problema. En algunos casos se elaboran cilindros adicionales de reserva y se pueden probar si un cilindro de un conjunto se truena a una resistencia menor. • Una prueba a los tres o siete días puede ayudar a detectar problemas potenciales relacionados con la calidad del concreto o con los procedimientos de las pruebas en el laboratorio, pero no constituye el criterio para rechazar el concreto. • La norma ASTM C 1077 exige que los técnicos del laboratorio que participan en el ensaye del concreto deben estar certificados. • Los informes o reportes sobre las pruebas de resistencia a la compresión son una fuente valiosa de información para el equipo del proyecto para el proyecto actual o para proyectos futuros. • Los reportes se deben remitir lo más pronto posible al productor del concreto, al contratista y al representante del propietario.
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Túneles, cavernas de almacenamiento, casa de fuerza, etc. Puentes, carreteras, ferrocarriles, etc. Cimentación de represas, edificios, casas, muros Materiales para agregados del concreto, revestimiento
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Este reconocimiento de equipos facilitara el uso y buena manipulación de estos mismos. El reconocimiento de los equipos y las áreas de trabajo de las respectivas maquinarias son de vital importancia ya que de esta manera se evitará accidentes. Al finalizar ésta práctica llegamos a las siguientes conclusiones, que la práctica en el laboratorio sirve para conocer las máquinas y darle un adecuado manejo y uso de éstos equipos Evitar cualquier tipo de maltrato por el mal empleo de éstas, evitando los accidentes del personal que trabaja con estos equipos.
Conocer las partes importantes de los equipos para dar un mantenimiento adecuado de las maquinarias a utilizar en nuestra respectiva profesión.
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Se debiera contar con un cronograma de mantenimiento preventivo y limpieza de los equipos y maquinarias. Contar con respectivas tarjetas de control de operación. Tener en operación todos los equipos para atender los ensayos que requiera el mercado, así obtener ingresos propios para la mejora de la escuela.
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