Informe de laboratorio de resistencia

1. Ensayos de Laboratorio
Laboratorio nº 1 de resistencia de materiales.
Estudiantes: Matías Aballay, Tomás Aroca,
Diego Cubillos, Francisco Ponce.
Curso: Resistencia de Materiales
MIN375-01.
Profesor: Jonathan Tapia E.
Ayudante laboratorio: Gissella Valle.
Ayudante: Pedro Rivera A.
Escuela de Ingeniería Química.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.
28 de Septiembre 2022

2. Índice
Introducción………………………………………………………………………..3.
Recorrido Laboratorio……………………………………………………………..4.
Recorrido Laboratorio……………………………………………………………..5.
Preparación de la muestra…………………..……………………………………5.
El ensayo……………………………………………………………………………5.
.
Normas ISRM………………………………………………………………………6.
Normas ASTM…………………………………………………………………...…6.
Paralelismo…………………………………………………………………………7.
Tabla siglas de Diámetro de muestras……………………………………......…7.
Curva de Esfuerzo-Deformación…………………………………………………8.
Conclusión………………………………………………………………………….9.
Referencias………………………………………………………………………..10.
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3. Introducción
Este informe es un primer acercamiento al laboratorio de resistencia de materiales.
La realización de ensayos de esfuerzo-deformación de las muestras requiere de un
lugar adecuado para el procesamiento de los testigos de roca y posterior ejecución
de ensayos con la finalidad de recolectar la mayor cantidad de datos que
representen los macizos, de esta forma poder al analizarlos poder caracterizar la
roca, permitiendo generar información útil que permiten tomar mejores decisiones.
Al ser el primer laboratorio se debe crear una base conceptual sobre la cual
podremos guiarnos a la hora de estar en laboratorio.
Los objetivos generales del informe son:
● Exponer los conocimientos adquiridos en la primera actividad.
● Explicar conceptos fundamentales para la comprensión de la asignatura en el
laboratorio.
Los objetivos específicos son:
● Familiarizarnos con las normas de seguridad y las medidas preventivas
tomadas en los laboratorios
● Comprender cómo se realiza el procesamiento de las muestras y la función
de los diferentes equipos
● Conocer los tipos de ensayos que se realizan, las herramientas necesarias
para llevarlos a cabo y los equipos utilizados para obtener el ensayo y
recopilar los datos de estos.
● Describir en qué consisten las normas ISRM y ASTM para cada uno de los
ensayos UCS, PLT y TI.
● Definir el Paralelismo y la importancia de aplicar este en la muestra.
● Conocer la tabla de siglas correspondiente a su diámetro.
● Describir la curva de esfuerzo-deformación en cada una de sus secciones.
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4. Recorrido Laboratorio
Normas de Seguridad
➢ Peligro: fuente, situación o acto con potencial de causar daño humano o
deterioro a la salud. Por ejemplo: cuando hay emanaciones de gas.
➢ Riesgo: probabilidad de que ocurra un accidente.
➢ Incidente: evento que se presenta en un lugar de trabajo donde puede haber
un daño o deterioro de la salud.
➢ Accidente: toda lesión que pueda sufrir el trabajador. Accidentes más
comunes en laboratorio: atrapamiento de manos, cortes, proyección de rocas,
polvo en suspensión, caídas.
➢ Riesgos en laboratorio: suelos húmedos, estantes con instrumentos que se
pueden caer.
Medidas Preventivas:
La utilización de los NTP, zapatos de seguridad, la capa y el pelo tomado.
Levantamiento de cargas pesadas, mujeres pueden cargar hasta 20 kg máximo y
hombres 25 kg máximo, levantar cargas pesadas usando las rodillas, cuidar su
espalda de lesiones.
La Sala de Corte
Se realizan cortes de rocas de las muestras que llegan por logeos (sondajes) o por
colpas.
Muestras por colpas, el primer corte es con la sierra.
❖ La sierra circular diamantada: compuesta por un disco con dientes
diamantados, para tener una superficie lo más plana posible para después
perforar.
❖ La testiguera: es básicamente una broca, que sacara un cilindro con un
diámetro establecido, estos diámetros tienen siglas, también es diamantada,
dientes con diamantes, que al perforar y desgastarse la broca aparecen más
diamantes para que sea lo más duradera posible.
❖ El cilindro: muestra que generalmente sale irregular de la testiguera, para
cada tipo de ensayo tenemos una normalización de la muestra (dos tipos de
normas ISRM y ASTM) en cada una sale la especificación, diámetro, altura
que debe tener. Nuevamente, ocupamos la sierra en el cilindro para tener la
otra cara plana. Luego pasamos a la rectificadora.
❖ La rectificadora: nos ayuda a obtener el paralelismo, el paralelismo es
básicamente que nuestras caras queden literalmente paralelas, hay una
cierta cantidad de ángulo máximo que pueden una cara de otra, cómo vamos
a hacer ensayos de compresión, es necesario que las superficies de contacto
sean lo más paralelas posibles.
La rectificadora va a gastar la cara que se quiere corregir en irregularidad,
previamente se pinta para observar el desgaste, luego se identifica la
muestra, mide y se fotografía.
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5. El corte de la muestra antes de pasar por la rectificadora debe ser mayor en 5 mm a
lo que pide la normalización de la muestra, porque se necesita desgastar con la
rectificadora y debe tener la altura necesaria.
Preparación de la muestra
por ejemplo una UCS (compresión simple) : se debe calcular el centro del diámetro
de la muestra(con un pie de metro y un compás) debemos ubicar el punto central,
trazamos una primera línea, con esta línea medimos cada 120° y trazamos otra
línea y hacemos 3 trazos con ángulo de 120° entre ellos. Basándose en ellos
tendremos 3 diámetros y 3 alturas, para el diámetro y para la altura se deben
calcular los promedios, se masarán para tener densidad, para poder tener área y
volumen. Luego de eso se sacan fotografías, si está húmeda la muestra se seca en
la estufa 24 horas 110°C.
En el caso en que la muestra tenga una fractura en sí, se acepta, pero si nosotros le
generamos un piquete, entonces no sirve, porque es una alteración de la muestra
por un error nuestro.
Después se pasa a la instalación de las bandas estensiometricas, van a medir el
módulo de elasticidad de la muestra, que dice cuánto o cómo se deforma. Para
poder instalar las bandas hay que pegarlas, estas tienen ciertas medidas, 120 ohm.
Se debe comprobar constantemente con un tester que no se hayan alterado, luego
se debe soldar unos cables, para poder pasar a hacer el ensayo en la prensa (esto
es para los ensayos tipo uniaxiales y triaxiales).
El ensayo
La Prensa, consta de dos partes, el advantest y el setcom, el advantest (nos dará el
esfuerzo vertical) es una prensa hidráulica de 4000 a 4500 kilonewton, pero que a
nivel nacional no te lo calibran para más de 2000 kilonewton, por normativa.
Se instala la muestra al centro de la prensa, la diferencia de altura que tomará la
prensa son máximo 5 cm, se usan los discos distanciadores para lograr esto. Los
cables del setcom se conectan con las bandas estensiometricas para que calcule el
módulo de elasticidad, el equipo captará muchos datos.
Para los ensayos triaxiales, se emplea un esfuerzo horizontal, utilizando la celda
Hoek colocamos la muestra en una membrana y ambas en la celda donde se
confinan a cierto esfuerzo horizontal fijo, el que varía es el esfuerzo vertical. Se
conecta al equipo y se genera la compresión, la membrana y la celda se meten a la
prensa para hacer el ensayo, va a estar confinada la muestra y se comporta de
manera distinta, porque se está generando un esfuerzo horizontal.
Los de tracción indirecta se hacen con un equipo que genera un esfuerzo con la
muestra dispuesta acostada.
El equipo de carga puntual o PLT también funciona con un sistema hidráulico y nos
entregará un índice que al ingresarlo a un Excel podemos hacer una conversión.
Las ventajas de este tipo de equipo es que es portátil y no tiene una estandarización
de la muestra, es más económico. Pero para que el ensayo sea representativo, la
falla de la muestra debe pasar de una punta cónica a la otra del equipo (de 10
ensayos que se hacen con TLP 4 son representativos).
Otros Equipos son el de corte directo, equipo de análisis de suelos.
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6. Ensayo UCS (Resistencia a la compresión uniaxial):
Este ensayo se utiliza para obtener la resistencia a la compresión no confinada, el
cual clasifica la roca por su resistencia. En este, corresponde a la aplicación gradual
de una fuerza axial a un cilindro de roca hasta que en esta se produce una falla.
Las superficies cilíndricas se preparan para que sean planas y lisas, en particular los
extremos de muestras, los cuales deben estar nivelados
- Según la norma ISRM (International Society for Rock Mechanics), la relación
longitud/diámetro de las muestras debe estar entre 2,5 y 3,0.
- Según la norma ASTM, la relación longitud/diámetro de las muestras debe
estar entre 2,0 y 2,5
Ensayo TI (Tracción indirecta):
Este ensayo mide la resistencia a la tracción indirectamente por la aplicación de una
tensión a través del diámetro de un disco de roca que se somete a compresión a
través de una carga vertical lo cual permite obtener la carga máxima que aguanta
una roca antes de romperse.
- En base a la norma ISRM el diámetro de la muestra de ensayo debe ser de
al menos el tamaño de testigo NX (54 mm) y el grosor aproximadamente igual a
la mitad del diámetro. Se necesita realizar al menos 10 ensayos por tipo de roca.
- En base a la norma ASTM permite un espesor del disco de 0.25 a 0.75 veces
su diámetro.
Ensayo PLT (Resistencia a la carga puntual):
El siguiente ensayo consiste en determinar la resistencia a la compresión simple en
muestras de roca ya sea en testigos de forma axial, diametral o de bloque. Este
ensayo se puede realizar en testigos de rocas regulares o irregulares, siendo
recomendable que se realice en al menos 10 muestras.
El procedimiento de este ensayo estándar está en ISRM y ASTM. En el cual se
realiza con un diámetro de 30 a 85 mm, las muestras suelen fallar entre 10 a 60
segundos desde que se aplica la carga.
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7. Paralelismo
Es la perpendicularidad que tienen las caras del testigo con el eje de este mismo, en
otras palabras es cuán paralelas son ambas caras entre sí.
Esto sirve para tener un contacto uniforme en las placas de la máquina de ensayos,
y así obtener resultados precisos.
Para hacer que el testigo de roca tenga el paralelismo deseado, este se mide y se
lleva a la rectificadora, rectificando ambas caras del testigo, hasta conseguir el
paralelismo deseado.
Tabla siglas de diámetros de muestras
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8. Curva de Esfuerzo-Deformación
La curva de esfuerzo-deformación se obtiene a partir de la deformación de la
muestra en función del esfuerzo que se le aplica, esta curva se divide en 5 partes:
1. Límite de proporcionalidad: es en la parte de la curva en donde la
deformación de la muestra es proporcional al esfuerzo ejercido
Esta parte de la curva es lineal y la pendiente de la recta se denomina como
módulo de young (E)
2. Límite elástico: es el punto en donde la muestra sufre deformaciones
irreversibles producto del esfuerzo
3. Esfuerzo de fluencia: en este punto la roca sufre deformaciones
considerables aun si no se le aumenta el esfuerzo ejercido
4. Esfuerzo último: es el máximo que aguanta la muestra antes de la ruptura
5. Esfuerzo final: es cuando la muestra se fractura
https://www.youtube.com/watch?v=HO_nBZ_JOtU
Esta curva sirve para estudiar el comportamiento de los materiales ante ciertos
niveles de esfuerzo.
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9. Conclusión
Los conocimientos obtenidos en el laboratorio y condensados en este informe
permitieron informar las normas de seguridad, tomando la prevención de accidentes
como fundamental ejercicio en el desarrollo de las actividades en el laboratorio. El
poder ver los diferentes equipos que procesan las muestras, las funciones que
cumplen y características que se debe dar al testigo de roca, permitió describir los
diferentes conceptos referentes a los ensayos, de forma más comprensible ante la
nula experiencia de este tipo de tareas. El procesamiento de las muestras poseen
características normadas por las diferentes instituciones, ya sea por la ISRM o La
ASTM y cambian para cada uno de los tipos de ensayos, definiendo el diámetro y la
longitud de la muestra. El Paralelismo es importante debido a la función que poseen
las caras en los ensayos de compresión, al conocer las siglas de los diámetros, nos
capacita para saber a qué medidas corresponden y al identificar las diferentes
partes de la curva de esfuerzo-deformación mejora el análisis que podemos
observar al enfrentarnos a una gráfica real. Todos estos conceptos desarrollados a
través de la experiencia obtenida en el laboratorio y de la búsqueda bibliográfica
permite crear una base para comprender los diferentes fenómenos y datos
obtenidos en los ensayos de laboratorio.
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10. Referencias
https://docplayer.es/61044381-Resumen-existen-normas-internacionales-como-astm
-d-d-y-d-que-nos-entregan-una-pauta-como-realizar-los-procedimientos.html
https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2011/2/GL5201/1/material_docente/bajar?id=3840
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http://aminpro.com/ensayo-de-compresion-uniaxial-ucs/
https://es.slideshare.net/IAAFS/propiedades-de-roca-y-ensayos-de-laboratorio-2413
01683
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3324/55872-8.pdf
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3252/50777-9.pdf?sequence=9
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