INFORME ENSAYO PESO ESPECÍFICO RELATIVO A LOS SOLIDOS 1. NORMATIVA RELACIONADA - NTP 339.131 - ASTM D854 - AASHTO T100 - MTC E 113-2000 2. OBJETIVOS - Determinar el peso específico relativo de los sólidos de nuestra muestra de roca. - Conocer la importancia de este ensayo en la mecánica de Rocas. 3. MARCO TEORICO 3.1 DEFINICION El peso específico relativo a los sólidos o también llamada, gravedad específica de la parte solida de la roca (Gs) es la relación peso específico de los sólidos respecto peso específico del agua. Se calcula mediante la siguiente expresión:
Gs=
γs γm
Donde:
γ s = Peso específico de los sólidos (gr/cm3)
γ m = Peso específico del agua 4 °C (gr/cm3)
A la densidad de los sólidos de la roca está ligado el concepto de peso unitario de los sólidos ( γ s ) Considerado dentro de las propiedades índices en geotecnia. 3.2 METODOS 3.2.1
Método del picnómetro En realidad este método fue desarrolla para determinar la gravedad específica de la parte sólida del suelo; está normalizado por ejemplo según la ASTM D854 (70); sin embargo es posible usar para materiales rocosos si el mismo es pulverizado. Una vez pulverizado el material, se manipula el mismo como si fuera un suelo y se aplican todos los procedimientos para su ensayo. (Utilizaremos este metodo)
3.2.2
Método petrográfico Si un material rocoso está compuesto por n tipos de minerales, cada uno con una gravedad específica
Gsi y volumen de sólidos
Vsi , el valor de la
gravedad específica global de los sólidos del material rocoso Gs se calcula luego de ponderar cada uno de los valores de los i minerales respecto a su propio volumen.
n
∑ Gsi Vs i
Gs= i=1 n
∑ Vsi
El volumen
Vsi para cada tipo de mineral se estima a
i=1
través de medidas cuantitativas de proporciones de mineral en láminas delgadas con la ayuda del microscopio petrográfico. En este sentido se aplican técnicas estadísticas para estimar cada volumen a partir de la medida del área observada (análisis modal). Las gravedad específica de cada mineral está disponible en base de datos petrológicas.
3.3 IMPORTANCIA Y USO La necesidad de determinar la gravedad específica de los sólidos de las rocas es el de calcular la relación de vacíos de la misma, a través del peso unitario de la misma. Los resultados cualitativos y cuantitativos del ensayo de peso relativo de los sólidos (gravedad específica), relativamente sencilla, ofrece información crucial para el éxito de una operación de minería, industria o construcción. . Las pruebas de “gravedad específica” junto con la densidad aparente ofrecen información clave que se necesita para planificar y diseñar operaciones de procesamiento. Podemos mencionar también la importancia del valor de la gravedad específica para el cálculo en la relación de vacíos en un suelo, es utilizada en el análisis hidromético y sirve para graficar la recta de saturación máxima en el ensayo de Compactación Proctor. El Peso específico relativo de los sólidos es una propiedad índice que debe determinarse a Todas la rocas, debido a que este valor interviene en la mayor parte de los cálculos relacionados con la Mecánica de rocas, en forma relativa, con los diversos valores determinados en el laboratorio pueden clasificarse algunos materiales. Una de las aplicaciones mas comunes de la densidad (Gs), es en la obtención del volumen de sólidos, cuando se calculan las relaciones gravimétricas y volumétricas. 3.4 CONSIDERACIONES PREVIAS AL ENSAYO Calibración del picnómetro. 1. Se limpia y se pesa el picnómetro, anotándose su masa. Se llena de agua destilada a la temperatura ambiente y se determina la masa (Ma). Se mide la temperatura del agua con la aproximación de 1°C(Ti). 2. A partir de la masa Ma, determinar la temperatura Tb, se prepara una tabla de valores de masa Ma, para una serie de temperaturas que son probables prevalezcan cuando se determine las masas Mb. Los valores de Ma, se calculas con la siguiente ecuación_
Ma ( aTx )=
densidad del agua a Tx × ( Ma−Mf )+ Mf densidad deñ agua a Ti
Siendo: Ma = Masa del picnómetro con agua, en gramos. Mf = Masa del picnómetro, en gramos. Ti = Temperatura del agua observada, en °C Tx = Cualquier otra temperatura observada, en°C
TABLA 1 – Densidad relativa del agua y factores de conversión K para diferentes temperaturas. Temperatura °C
Densidad relativa del agua Factor de corrección K (g/ml) 18 0.9986244 1.0004 19 0.9984347 1.0002 20 0.9982343 1.0000 21 0.9980233 0.9998 22 0.9978019 0.9996 23 0.9975702 0.9993 24 0.9973286 0.9991 25 0.9970770 0.9988 26 0.9968156 0.9986 27 0.9965451 0.9983 28 0.9962652 0.9980 29 0.9959761 0.9977 30 0.9956780 0.9974 Fuente: Norma técnica peruana 339.131 En el ensayo realizado se tomará la temperatura de 20°C, por ende el factor de corrección será K = 1.0000
3.5 MUESTRA La muestra puede ensayarse con su contenido natural de humedad o puede también ensayarse seca al horno. La cantidad mínima de muestra cuando se use en forma seca y un frasco volumétrico debe ser de 25 gr. Cuando se use una botella con tapón la cantidad mínima a ser usada es de 10 gr. TABLA2 Capacidad del picnómetro (cm3) 100 250 500 Fuente.- MTC E 113-2000 / Pag.4
Cantidad requerida aproximadamente 25 – 35 55 – 65 120 – 130
3.5.1
Muestras que contienen humedad natural: Cuando la muestra contiene su humedad natural, masa Mo, de muestra seca al horno, se determina al final del ensayo, por evaporación del agua en un horno a la temperatura de 100 °C +- 5°C.
3.5.2
Muestras secas al horno: La muestra se seca en un horno hasta peso constante (más o menos 12 h), a una temperatura de 100 °C +- 5°C. Se enfría en desecador y se pesa después de su extracción. (El ensayo realizado se hará con Muestra seca.)
4. ROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.1 EQUIPOS Y MATERIALES USADOS
Picnómetro.- Frasco volumétrico con capacidad de 250 cm3 con tapón. El tapón del frasco debe ser colocable con faciclidad a una profundidad fijo en el cuello del frasco
Balanza.- Balanza con aproximación al 0.01 gr cuando se use el frasco volumétrico.
Cocina.- Cocina que se encuentra en el laboratorio, equipada con un balón de gas. Servirá para ayudar a quitar los vaciós dentro de picnómetro. Bureta.- De material plástico, nos ayudará a insertar agua dentro del picnómetro. Enbudo.- Pequeño, nos ayudará a insertar la muestra dentro del picnómetro. Martillo de goma.- Nos ayudará a disgregar la muestra de roca. 4.2 PROCESO SEGUIDO PASO1.- En un recipiente metálico disgregamos la muestra de roca con ayuda del martillo de goma.
PASO2.- Colocamos el material en taras y pesamos una cantidad aproximada de 100 gr.
PASO3.- Colocamos el material pesado en el picnómetro.
PASO4.- Añadimos agua hasta las ¾ partes de la marca del picnómetro y lo llevamos a baño maría por un tiempo de 10 minutos
PASO5.- Retiramos las muestras del baño maría y dejamos enfriando.
PASO6.- Con ayuda de la bureta llenamos con agua el picnómetro hasta llegar a la marca que posee en el cuello. Pesamos y
tomamos nota de este valor. PASO7.- Retiramos toda el agua y material del picnómetro, hasta que quede completamente limpio. Llenamos esta vez solo con agua, haciendo que el agua alcance la marca del cuello del picnómetro. Pesamos y tomamos nota de este valor.
5. CALCULOS Y RESULTADOS 5.1 DATOS OBTENIDOS DURATE EL ENSAYO ENSAYO DE PESO ESPECIFICO RELATIVO DE LOS SOLIDOS
Ensayo Nro Peso del Picnómetro Peso del picnómetro más muestra seca Peso de la muestra + picnómetro + agua Peso del picnómetro + agua
01 101.78 205.89 413.40 351.72
Unidades gr gr gr gr
5.2 ECUACIONES QUE SE USARON
Gs=
Mo Mo+ Ma−Ms
Donde: -
Mo = Masa de la muestra seca. Ma = Masa del picnómetro llena de agua (hasta la marca) Mb = Masa del picnómetro con muestra y agua (hasta la marca en el cuello del picnómetro)
5.3 RESULTADOS
ENSAYO DE PESO ESPECIFICO RELATIVO DE LOS SOLIDOS
Ensayo Nro Peso del Picnómetro Peso del picnómetro más muestra seca Peso de la muestra Peso de la muestra + picnómetro + agua Peso del picnómetro + agua
Gs=
Mo Mo+ Ma−Mb
Gs=
104.11 gr 104.11 gr + 351.72 gr−413.40 gr
01 101.78 205.89 104.11 413.40 351.72
Unidades gr gr gr gr gr
Gs=2.45
6. INVESTIGACION TABLA 3 .-VALORES TIPICOS DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LAS ROCAS ROCA Andesita Anfibolita Arenisca Basalto Caliza Carbón Cuarcita Creta Diabasa Dolomía Esquisto Gabro Gneiss Granito Grauvaca Mármol Lutita Pizarra Riolita Sal Toba Yeso
Gs (adimensional) 2,2 – 2,35 2.9 – 3,0 2,3 – 2,6 2,7 – 2,9 2,3 – 2,6 1,0 – 2,0 2,6 – 2,7 1,7 – 2,3 2,9 2,5 – 2,6 2,5 – 2,8 3,0 – 3,1 2,7 – 3,0 2,6 – 2,7 2,8 2,6 – 2,8 2,2 – 2,6 2,5 – 2,7 2,4 – 2,6 2,1 – 2,2 1,9 – 2,3 2,3
Fuente: Vallejo “Ingeniería Geológica, pag128 – cuadro 3.2”
TABLA 4 CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS PARA SER USADOS EN LA PREPARACIÓN DEL HORMIGÓN.
Ligeros, Gs < 2.5. Los agregados ligeros, como la arcilla esquistosa y la expandida, la escoria expandida, la Vermiculita, la Perlita, la Piedra Pómez y las Cenizas, se utilizan para producir hormigón aislante, para unidades de mampostería o estructural ligero que pesa entre 400 y 2000 kg/m3.
Normales, 2.5 < Gs < 2.75. Los materiales principales que se usan en el hormigón de peso normal, por lo común de 2300 a 2500 kg/m3, incluyen las arenas y gravas, roca triturada y escoria siderurgica. Las rocas trituradas de uso más común son el Granito, Basalto, Arenisca, Piedra Caliza y Cuarcita.
Pesados, Gs > 2.75. Los agregados pesados, como la Magnetita, la Barita o el Hierro de desecho, se usan para producir hormigón de 2900 a 3500 kg/m3, utilizado para blindaje contra la radiación y para contrapesos de hormigón.
FUENTE: http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/clasificacion-de-los-agregados-para.html
TABLA5 .- Gravedad específica de algunos minerales formadores de roca Mineral Galena Pirita Magnetita Barita Olivino Piroxeno Anhidrita Dolomita Biotita Moscovita Calcita Clorita Plagioclasa Cuarzo Calcedonia Ortoclasa Serpentina Yeso Halita
Gravedad Específica 7.7 a 7.6 4.9 a 5.2 4,4 a 5.2 4,3 a 4,6 3,2 a 3,6 3,2 a 3,6 2,9 a 3.0 2,8 a 3,1 2,8 a 3,1 2,7 a 3,0 2,7 2,6 a 3,0 2,6 a 2,8 2,65 2,6 a 2,64 2,5 a 2,6 2,3 a 2,6 2,3 a 2,4 2,1 a 2,6
Fuente: Ludger O. Suárez-Burgoa, “Descripción del macizo rocoso, Introducción a la ingeniería de rocas de superficie y subterránea” / Pág. 340 (Cuadro 10.6)
7. RECOMENDACIONES Con respecto al “Método del picnómetro”; los valores encontrados no son exactos para el caso de material rocoso, debido a que la acción de pulverizar el mismo genera en algunos de sus minerales constituyentes su expansión, dando de este modo valores erróneos de la gravedad específica. Este error es mayor en materiales rocosos con minerales de tamaños visibles, y en menor proporción en aquellos con minerales del tamaño de las arcillas. De este modo, se recomienda en lo posible determinar este valor a través del método petrográfico. Con respecto al agua a utilizar, en lo posible conseguir “agua destilada”, debido a que este tipo de agua evita la formación de burbujas de aire, para de este modo evitar cometer errores; teniendo en cuenta que la remoción incompleta del aire atrapado en la suspensión del suelo (roca triturada) es la causa más importante de error en la determinación de pesos específicos y tenderá a bajar eñ peso específico calculado. Realizar más de un ensayo, para de tal manera poder sacar un promedio aritmético y disminuir el porcentaje de error.
Dado que las rocas constan de varias fases distintas de minerales, no tienen una gravedad específica fija. En cambio, “la densidad aparente” de una roca se obtiene como resultado del porcentaje de todos minerales de una muestra multiplicado por la gravedad específica de cada uno de e llo 8. CONCLUSIONES 0 Tras haber realizado el ensayo y procesado los datos obtenidos, se obtuvo un valor PESO ESPECÍFICO RELATIVO A LOS SÓLIDOS DE
Gs=2.45
Y haciendo uso de la tabla 2, podemos indicar “aproximadamente” que la gravedad específica de la roca analizada se encuentra dentro de los intervalos: Arenisca
2,3 – 2,6
Caliza
2,3 – 2,6
Lutita
2,2 – 2,6
Riolita
2,4 – 2,6 Siendo la Arenisca, Caliza, Lutita de origen Sedimentario y la Riolita de Origen ígneo. Descartamos por inspección que la roca sea Caliza, Lutita o Riolita. Quedando como alternativa Arenisca. Como dato adicional podemos mencionar que la roca Arenisca es ampliamente usado en la industria de la construcción.
La necesidad de determinar la gravedad específica de los sólidos de las rocas es el de calcular la relación de vacíos de la misma, a través del peso unitario de la misma. Los resultados cualitativos y cuantitativos del ensayo de peso relativo de las rocas (gravedad específica), relativamente sencilla, ofrece información crucial para el éxito de una operación de minería, industria o construcción. 9. BIBLIOGRAFÍA USADA
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Ludger O. Suárez-Burgoa, “Descripción del macizo rocoso, Introducción a la ingeniería de rocas de superficie y subterránea” (2da edición) Joseph E. Bowle “Manual de laboratorio en suelos en Ingeniería Civil.” (Experimento N° 7) Luis I. Gonzáles de Vallejo. “Ingeniería Geológica” http://www.lms.uni.edu.pe/Determinacion%20de%20la%20gravedad%20especifica.pdf
