Laboratorio Geomecanica 1

LABORATORIO MECANICA DE ROCAS EXPERIENCIA N°1: “DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD Y POROSIDAD ENMATERIAL GRANULAR (SUELO) Y ROCAS”

Integrantes: Carlos Ampuero Yures

Omar González Ortiz Vinko Rodríguez Diaz Hanscy Salazar Contreras Profesor: Cristian Valdivia Asignatura: Geomecánica I

UNIVERSIDAD CATOLICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA & MINAS

Índice ............................................................................................................................ 2 I. Introducción. ............................................................................................................................. ................................................................................................................................ 3 II. Objetivos. ................................................................................................................................. ................................................................................................................... 3 Objetivo Principal .................................................................................................................... ............................................................................................................ 3 Objetivos Específicos ............................................................................................................. ..................................................................................................... 4 III. Términos y Definiciones. ...................................................................................................... IV. Preparación y descripción de las muestras para el ensayo. ......................................... 5

................................................................. 5 V. Materiales, instrumentos y equipos utilizados. .................................................................. ...................................................................................................................... ........................................................ 6 VI. Procedimiento. .............................................................. Para la Muestra de Roca (Toba Volcánica). ...................................................................... 6 Para la Muestra Granular: (Arenas, Gravilla y Grava para construcción). .................... 7

.......................................................................................................................... 9 VII. Resultados. ........................................................................................................................... ......................................................................................... 10 VIII. Conclusiones y Discusiones. .......................................................................................... ......................................................................................................................... 11 IX. Bibliografía. .......................................................................................................................... ................................................................................................................................. 12 X. Anexos. X. Anexos. .................................................................................................................................. Toba Volcánica. .................................................................................................................... 12

..................................................................................................................................... ......... 12 Playa. .............................................................................................................................

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I.

Introducción.

•

Los suelos y rocas no son sólidos ideales, sino que forman sistemas con 2 o 3 fases: partículas sólidas y gas, sólidas y líquidos, o bien, sólidas, líquido y gas; y a su vez estos pueden ser caracterizados mediante propiedades básicas como pueden ser densidad (aparente, real o saturada) porosidad, humedad, peso específico y absorción de agua; pero este laboratorio se concentrara en densidad aparente y porosidad. Generalmente el líquido presente es agua y el gas es vapor de agua. Por lo tanto se habla de medios porosos. A estos medios se los caracteriza a través de su “porosidad” y a su vez esta propiedad condiciona la permeabilidad del medio a estudiar ( Tarbuck, 1998). La densidad aparente, es una propiedad del suelo directamente relacionada con la estructura y tiene un gran interés ya que nos indica el grado de compactación del suelo (empaquetamiento de los elementos que lo componen).

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II.

Objetivos.

•

Objetivo Objetivo Principal Determinar de manera practica la densidad y porosidad en X tipos de material granular y un material rocoso (Toba Volcánica) y saber cómo estas propiedades influyen en sus características importantes en cuanto a su calidad.

•

Objetivos Objetivos Específicos Específicos ✓

Manipular y medir de forma eficaz y sin deteriorar las muestras para que esto no vaya a influenciar en la fase de cálculos.

✓

Comprender el concepto de porosidad, así como su influencia en la capacidad de la roca para almacenar agua.

✓

Comprender y diferenciar los conceptos conceptos de de densidad real, densidad aparente y densidad saturada.

✓

Determinar con ayuda de fórmulas cada uno uno de los datos que se requieren.

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III. III.

Térmi Térmi nos y Defin Definici iciones. ones. Densidad: Se refiere al peso seco en gramos de materiales sólidos dentro de un volumen definido. Como el suelo está constituido de partículas que difieren en tamaño y forma, e incluye espacios porosos entre partículas, las relaciones de masa por volumen originan dos conceptos: la densidad aparente y la densidad real o de partículas. Ambas se expresan en gr/cm³ y tiene un ámbito normal de valores que es influenciado por el tipo de material parental que dio origen al suelo, el contenido de materia orgánica, la presencia de ciertos minerales primarios en la muestra, el grado de compactación y parcialmente por la textura (Nuñez ( Nuñez Solis 2000).

Densi Densidad dad aparente: aparente: Relación existente entre la masa de un suelo o roca y el volumen total ocupado por el sólido más el espacio poroso.

Densi Densidad dad rea r eal:l: Relación entre la masa de un suelo o roca por unidad de volumen sin incluir el espacio poroso (Nuñez ( Nuñez Solis 2006).

Densi Densidad dad satur ada: Relación entre la masa total de las partículas y del agua que ocupa la totalidad de los poros de un su elo o roca y su volumen total.

Poros: Espacios vacíos interiores de un suelo o de una roca que son accesibles e inaccesibles.

Espacio Espacio por oso: Se refiere al porcentaje del volumen del suelo o roca no ocupados por sólidos.

Porosidad: Es una medida del volumen de huecos (volumen vacío) de un material, fraccionado por el volumen total.

Peso Peso específico : Relación entre el peso de una sustancia y su volumen. Se expresa en N/m³.

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IV. IV.

Preparación Preparación y descripci descri pción ón de las muestras muestr as para el ensayo. Muestra de Roca: Se trata en este caso de una muestra proveniente de un testigo de roca, de origen volcánico y extrusiva, denominada toba volcánica. La toba volcánica forma un tipo de roca ligera, de consistencia porosa, formada por la acumulación de cenizas u otros elementos volcánico muy pequeños. Para llevar a cabo este laboratorio, la muestra es secada en un horno a una temperatura de 110°C hasta lograr una masa constante, para así asegurar que el espacio poroso quede libre de fluidos.

Muestra Granular: Se trata de materiales que en general son utilizados para preparar hormigones: arenas y gravillas. Los áridos pueden provenir de los arenales, también de chancadores de roca y máquinas seleccionadoras, son harneadas y separadas por distintos tamaños, generalmente los fragmentos de roca son de origen ígneo. Para este laboratorio se entiende que cada una de las muestras granulares utilizadas estaba completamente secas y libres de agua, ya que esto afectaría directamente en el cálculo de su porosidad.

V.

Materiales, Materiales, inst rumentos rum entos y equipos utilizados. uti lizados.

Balanza. Probeta de 1000 ml. Probeta 500 ml. Jarra graduada de 500 ml. Recipiente. Pie de metro. Toalla absorbente. Agua desmineralizada. Agua.

• • • • • • • • •

5


VI.

Procedimiento. Para la Muestr Muestr a de Roca Roca (Toba Volc ánica). Se espera valorar la densidad aparente, densidad saturada, volumen de poros, porosidad y densidad de granos (sólido), a partir del siguiente procedimiento:

1. Se obtiene, mediante la balanza, la masa seca de la toba volcánica, la cual fue previamente secada en un horno a una temperatura de 110°C.

m uestra 2. Para medir un diámetro y un espesor representativo de la muestra cilíndrica, con el pie de metro, se miden cuatro diámetros y cuatro espesores de los cuales se calcula el promedio.

3. Se debe sumergir la muestra en un recipiente con agua durante 30 min.

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4. Retirar la muestra del recipiente y secar el exceso de agua con la toalla absorbente, luego obtener la masa saturada con la balanza.

Para Para la Muestra Granular: (Arenas, (Arenas, Gravilla Gravill a y Grava para construcción). Se utiliza el típico material de construcción. Se espera valorar la densidad aparente natural, densidad saturada, volumen de poros, porosidad y densidad de granos (sólido), a partir del siguiente procedimiento:

1. Masar la probeta seca y vacía en la balanza. 2. Verter el material en la probeta hasta completar 500 ml, cuidando no compactar la muestra.

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3. Se calcula la masa seca de la muestra, masando la probeta con el material y restando la masa de la probeta.

4. Llenar la probeta con agua desmineralizada hasta completar la superficie del material previamente añadido. Masar la probeta con el material mojado, restar la masa de la probeta y obtener la masa saturada.

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VII.

Resultados.

Tabla 1: Resultados generales obtenidos de Toba Volcánica

Toba Ensayos A1 A2 A3 A4 A5 A6

Densidad Aparente (gr/cm3)

Densidad Saturada (gr/cm3)

Porosidad (%)

1,91 2,55 1,97 1,95 1,97 1,96

2,08 2,77 2,11 2,11 2,13 2,12

16,95 22,36 19,63 16,15 15,83 15,82

Tabla 2: Resultados generales obtenidos de distintos materiales

Material M1: Playa M2: Arcilla M3: Playa M4: Gravilla M5: Gravilla M6: Arena de Construcción

Densidad Aparente (gr/cm3)

Densidad Saturada (gr/cm3)

Porosidad (%)

1,21 1,36 1,33 1,35 1,34 1,65

1,71 1,78 1,79 1,84 1,89 1,88

49,6 42,12 46,32 48,92 49,82 23,62

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VIII. VIII.

Conclus iones y Discusiones. Discus iones.

•

•

•

•

El valor promedio obtenido para la Densidad Saturada de la Toba volcánica tuvo un valor de 2,22 gr/cm 3, lo cual concuerda con lo teórico, ya que la Densidad de este material oscila entre los valores 1,3-2,2 (gr/cm3), de manera que se está dentro del rango esperado; y al observar la tabla N°1, se puede verificar que ningún valor obtenido experimentalmente está bajo ni sobre este parámetro. El porcentaje de Porosidad obtenido para para la Toba volcánica volcánica experimentalmente por los grupos oscila entre los valores 15,82% y 22,36%; lo cual es acorde a los valores teóricos que se poseen para este tipo de roca, el que debe ser entre 8-35, lo cual nos indica que la experiencia fue realizada sin mayor error. El material que obtuvo obtuvo el menor porcentaje de de Porosidad corresponde a la Arena en Construcción con un total de 23,62%, mientras que el de mayor fue la Gravilla con un valor de 49,82%; pudiendo observar la relación directa existente entre el tamaño de las partículas con el grado de porosidad; teóricamente se sabe que cuanto más gruesos son los elementos de la textura, mayores son los huecos entre ellos, de manera que la Arena de Construcción al ser un material más fino, deja menos cantidad de volumen vacío, lo contrario de la Gravilla, el cual presenta un material más grueso, respaldando entonces los valores mínimos y máximos experimentales obtenidos. Por medio de de los valores obtenidos en cuanto cuanto a Densidad Densidad Saturada y porcentaje de Porosidad, es posible observar una relación directa entre ambos factores, ya que la Arena en Construcción quien obtuvo el menor porcentaje de porosidad con un valor de 23,62%, fue el segundo material con mayor Densidad Saturada 1,88 gr/cm 3, esto debido a que éste último factor depende de cuanto volumen de agua es capaz de quedar dentro de los poros de los materiales, indicándonos que hubo una mayor cohesión en comparación con la Arena de playa, la cual obtuvo la menor Densidad Saturada (1,71 gr/cm3 ) y el segundo valor más alto en el porcentaje de Porosidad (49,6%), siendo éste, un material con granulometría gruesa que no es capaz de retener mucho volumen de agua debido a su poca cohesión entre partículas.

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IX.

Bibliografía.

Fundamentos de Edafología. Jorge Nuñez Solis. Editorial Universidad Estatal a Distancia. Segunda edición. San José, Costa Rica .2000. Disponible en:

•

https://books.google.com.pe/books?id=dpAcHUt7xxoC&printsec=f https://books.google.com.pe/books?id=dpAcHU t7xxoC&printsec=f rontcover&hl=es#v=onepage&q&f=false •

Manual de Laboratorio de Edafología. Jorge Nuñez Solis. Editorial Universidad Estatal a Distancia. Primera edición. San José, Costa Rica. 2006. Disponible en: https://books.google.cl/books?id=s10PtCozrpwC&pg=PR6&lpg#v https://books.google.cl/books?id=s10PtCoz rpwC&pg=PR6&lpg#v =onepage&q&f=false

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X.

Anexos.

•

Toba Volcánica.

1. Densidad aparente:  :

 ()  ()

→  :

123,8  64,8786  

= 1,91 ,91

 

2. Densidad saturada:  :

 ()  ()

→  :

134,8  64,8786  

= 2,08

 

3. Porosidad: n:

•

 

∗ 100% → :

11  64,8786  

= 16,9 16,95% 5%

Playa.

1. Densidad aparente:  :

 ()  )  ()

→  :

606,6  500 

= 1,21

 

2. Densidad saturada:  :

 ()  ()

→  :

854,5  500 

= 1,71

 

3. Porosidad: n:

 

∗ 100% → :

247,9  500 

= 49,5 49,58% 8%

El cálculo de los parámetros de la toba se repite para cada ensayo, así como también los cálculos de la arena de playa se realizan para las otras muestras, de la misma forma f orma especificada.

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