INDICE Resumen ….……………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….. ………….. pag. 2 Introducción…………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………. …………………………………... pag. 3 Objetivos………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………….. ………………….. pag. 3 Marco teórico ……………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………. …………………………. pag. 4 Desarrollo ……………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………. …. pag.12 Ensayo Slake Durability Test (SDT) …………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………….. ….. pag.12
Procedimiento del ensayo SDT …………………………………………………………………………………….. pag.14 Resultados y Cálculos………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………. …………………………………... pag.17 Aplicación en Laboratorio……………..…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. ………….. p ag.18 Conclusiones del Ensayo SDT ………..……………………………………………………………………………….. pag.20 Ensayo Dusseault………………………….…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. ………………….. pag.21 Procedimiento del ensayo Dusseault….……………………………………………………………… ….………………………………………………………………………….. ………….. pag.22 Aplicación – Ensayo experimental .. …………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. ………….. pag.23 Análisis y conclusiones del Ensayo experimental Dusseault.………………………………………….. pag.25 Ensayo de Abrasión – Método CERCHAR …………………………………………………………… ……………………………………………………………………….. ………….. pag.26 Procedimiento del ensayo de Abrasión………………………………………………………………………….. pag.27 Conclusiones del Ensayo de Abrasión ………………………………………………………… …………………………………………………………………………….. ………………….. pag.29 Conclusiones y Recomendaciones generales ………………………………………………………………….. pag.30 Bibliografía y web grafía ………………………… ..………………………………… ……………………………………………………………………. …………………………………... pag.30 Glosario de términos ………………………………….………………………………………………………………….. pag.30 Anexos……………………………………………….………………………………………………………………………….. pag.31
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RESUMEN Las rocas y otros materiales utilizados en la construcción, son sustancias heterogéneas caracterizadas por amplios rangos de variación composicional, textural y estructural. Esta variabilidad hace que las propiedades de los materiales, que son las que dictan sus campos de aplicación, sean también variables. Así, la adecuación de un material para un propósito concreto , debe basarse en determinadas propiedades que deben, a su vez, ser fácilmente medibles en el laboratorio. Por medio de la clasificación de las rocas se llega a calcular un índice característico, que permite describir numéricamente la calidad de la misma. Es una herramienta muy útil en el diseño y construcción de obras subterráneas, pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicación, pues exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza. La identificación de las propiedades básicas de las rocas suele realizarse mediante ensayos de laboratorio ya establecidos en las Normas Europeas y Americanas, a partir de las cuales se deben tener en cuenta los aparatos y procedimientos indicados para la determinación eficaz de los parámetros que se desean hallar. En el presente trabajo de investigación se muestra el estudio de dos dos de los parámetros para la clasificación de las rocas, los cuales son la Alterabilidad y A brasividad, para lo cual se describirán tres ensayos necesarios para su determinación y todos los aspectos aspectos a tener en cuenta, cuenta, como el uso adecuado de los instrumentos y aparatos, y la preparación de las muestras.
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RESUMEN Las rocas y otros materiales utilizados en la construcción, son sustancias heterogéneas caracterizadas por amplios rangos de variación composicional, textural y estructural. Esta variabilidad hace que las propiedades de los materiales, que son las que dictan sus campos de aplicación, sean también variables. Así, la adecuación de un material para un propósito concreto , debe basarse en determinadas propiedades que deben, a su vez, ser fácilmente medibles en el laboratorio. Por medio de la clasificación de las rocas se llega a calcular un índice característico, que permite describir numéricamente la calidad de la misma. Es una herramienta muy útil en el diseño y construcción de obras subterráneas, pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicación, pues exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza. La identificación de las propiedades básicas de las rocas suele realizarse mediante ensayos de laboratorio ya establecidos en las Normas Europeas y Americanas, a partir de las cuales se deben tener en cuenta los aparatos y procedimientos indicados para la determinación eficaz de los parámetros que se desean hallar. En el presente trabajo de investigación se muestra el estudio de dos dos de los parámetros para la clasificación de las rocas, los cuales son la Alterabilidad y A brasividad, para lo cual se describirán tres ensayos necesarios para su determinación y todos los aspectos aspectos a tener en cuenta, cuenta, como el uso adecuado de los instrumentos y aparatos, y la preparación de las muestras.
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ENSAYOS DE DURABILIDAD – DURABILIDAD – ALTERABILIDAD ALTERABILIDAD EN ROCAS I.- INTRODUCCION Para usar material rocoso en una construcción, se debe someter a un proceso de lento deterioro ya que está expuesto al ambiente. Es necesario predecir cuál será su reacción al re cibir una carga (desplazamiento, ruptura, deformación, etc.) ya que intervienen varios factores y alteraciones que puede darse, conocidos como agentes atmosféricos (meteorización: es la desintegración y descomposición de las rocas), agua, hielo, viento, etc. Este comportamiento de los materiales frente al deterioro es conocido como durabilidad y puede obtenerse por diferentes procedimientos ya sea por sus características petrofísicas o someterlas someterlas a procesos de alteración bajo la acción de diferentes factores ya sea natural o artificial, son conocidos como ensayos de durabilidad y alteran las rocas en laboratorio de manera que aceleran su envejecimiento, llegando hasta su punto de falla.
II.- OBJETIVOS
Explicación de los Estudios para la determinación de la alteración y durabilidad en las Rocas. Clasificación de las rocas de acuerdo a los posibles resultados en las pruebas de Desmoronamiento, Slake Durability Test, Dusseault y CERCHAR. Definir todos los aspectos y requisitos que se deben tener en cuenta para llevar a cabo los ensayos de laboratorio. Indicación de las consideraciones a tener en cuenta para la interpretación de los resultados que se obtienen en cada ensayo. 3
III.- MARCO TEORICO ENSAYOS DE DURABILIDAD Los ensayos acelerados que se realizan para evaluar la durabilidad de un material pétreo simulan la alteración que sufre dicho material en unas determinadas condiciones externas. Es cierto que se puede predecir su comportamiento basándose en situaciones pasadas pero no es preciso, ya que varía por el lugar, factores climáticos, factores ambientales, etc. Es por eso que se requiere una corroboración de datos en laboratorio para tener resultados más cercanos Ensayo a tiempo real. En materiales pétreos únicamente se considera la "exposición a la intemperie", donde las probetas se mantienen en ambientes naturales. Normalmente se escogen atmósferas bien conocidas: urbana, industrial, marina, rural. Tienen el inconveniente de precisar tiempos largos de exposición (meses, años) y, además, no resulta fácil valorar todas las variables ambientales que intervienen en los procesos de deterioro. Como ventaja, cabe destacar que los daños producidos en los materiales son más reales, en el sentido de naturales. Ensayos acelerados (ensayos de envejecimiento artificial acelerado). En este caso las probetas son sometidas a procesos más o menos intensos de alteración en el l aboratorio, en condiciones en general normalizadas.
FINES DE LOS ENSAYOS Los ensayos de durabilidad pueden realizarse con distintos fines, y presentar diferentes puntos de interés:
En la valoración del comportamiento de los materiales (pétreos, cerámicos, morteros...), tanto en probetas sanas (de cantera), como alteradas (de construcciones) o sometidas a tratamientos de conservación. Para conocer los aspectos implicados en su alteración (factores, procesos, y daños) con el fin de buscar soluciones al deterioro. Para establecer índices de calidad de los materiales y predecir su esperanza de vida en un determinado ambiente, si bien los resultados obtenidos respecto a ambos objetivos son todavía muy pobres.
La determinación experimental de la durabilidad requiere normalmente realizar más de un tipo de ensayo. En su planificación pueden distinguirse tres etapas: a) La preparación de las muestras. 4
b) El procedimiento seguido. c) La evaluación de los resultados. El proceso experimental es característico de cada ensayo, respondiendo en general a la repetición cíclica del mismo proceso. Las otras dos etapas presentan aspectos comunes y suelen realizarse de forma conjunta. Previamente al trabajo experimental debe ponerse especial cuidado en la toma de muestras, atendiendo sobre todo a su selección, cantidad y calidad, de acuerdo con el plan de muestreo. Cada muestra ha de ser homogénea (cuando el material es heterogéneo debe subdividirse en muestras homogéneas), además debe ser representativa del material estudiado y ha de tomarse en cantidad conveniente, de acuerdo con la disponibilidad de material, las características del ensayo a realizar y la valoración prevista de los daños.
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INDICE DE SEHUDES Determina la durabilidad al desmoronamiento de rocas blandas. Este ensayo se realiza para determinar la resistencia de una muestra de roca al debilitamiento y desintegración cuando se somete a dos ciclos normalizados de humedad-sequedad.
El índice de Sehudes es la relación del peso final al peso inicial de la muestra expresada en tanto por ciento.
ESTIMACIÓN DE LA DURABILIDAD DE LAS ROCAS POROSAS POR LA CRISTALIZACIÓN DE SALES En estas rocas ornamentales porosas se pone de manifiesto la alteración, tanto de pérdida superficial de material como de tipo estético. En este tipo de rocas colocadas en contacto con el suelo, las disoluciones salinas ascienden a través de la roca por capilaridad. La disolución asciende hasta una altura máxima que se denomina zona de avance capilar y depende principalmente del tamaño del poro. La zona más cercana al suelo puede estar siempre saturada en agua capilar y se puede denominar zona de inmersión o de saturación capilar. En la zona de avance capilar se produce una alta evaporación y, como consecuencia, se produce un incremento de la salinidad de la solución. Las variaciones de humedad-sequedad favorecen la precipitación de estas sales en dicho frente y son las zonas de mayor deterioro puesto que son las zonas que sufren un mayor número de ciclos en un periodo de tiempo más corto. La anchura de este frente capilar varía según las condiciones del sistema poroso de la roca y de las condiciones medioambientales (temperatura, humedad, viento, etc.). Aunque la pérdida de material ocurre entre la zona de inmersión y la zona de avance capilar, la degradación de la roca en la zona de avance capilar es mayor que en la zona de inmersión. Sin embargo la zona de inmersión tiene un mayor riesgo de sufrir procesos de hielo-deshielo. La degradación de la roca porosa frente a la cristalización de las sales esta• fuertemente relacionada con sus propiedades petrofísicas y con las sales que crecen en su interior. Las propiedades petrofísicas más importantes que determinan la durabilidad de la roca son el sistema poroso (porosidad y distribución de tamaños de poros). El sistema poroso va a influir en los diferentes mecanismos de deterioro y en el movimiento de la disolución en la roca. Por otro lado la cohesión del material proporciona la resistencia frente a la acción mecánica de 6
cristalización de las sales. Los estudios experimentales más habituales de durabili dad frente a la cristalización de las sales se basan en ciclos de inmersión total-secado. Por lo tanto, en estos ensayos no se tiene en cuenta la degradación producida por este fenómeno tan importante, ya que las probetas se sumergen completamente en soluciones saturadas. Por este motivo, se propone un test de durabilidad experimental basado en la inmersión parcial de la muestra en una disolución salina. Se va a estudiar la influencia de la cohesión del material en la efectividad de la presión de cristalización, definiendo así un estimador teórico de durabilidad como la relación entre la acción de cristalización y la resistencia del material a dicha acción mecánica.
ENSAYO DUSSEAULT La alterabilidad de una roca o de una obra se define como la velocidad de alteración en el tiempo. Esta definición se hace más evidente cuando se compara un volumen determinado, para una misma roca en las condiciones del estado de su composición mineralógicas, texturas y estructuras. Este ensayo de inmersión fue propuesto por Dusseault en 1983, para conocer el grado de alterabilidad de un material cuando éste se sumerge en agua, así como su evolución a lo largo del tiempo. Maurice Dusseault realiza investigaciones en geomecánica del petróleo (perforación, fracturamiento hidráulico, geomecánica de yacimientos) y es un experto mundial en nuevos métodos de producción, secuestro de residuos profundos en cuencas sedimentarias y geomecánica de yacimientos. Profesor Dusseault es un ingeniero profesional registrado en Alberta y Ontario. Con frecuencia trabaja con gobiernos e industria como asesor e instructor.
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ALTERACIÓN Las rocas al estar sometidas a la acción Agresiva del medio ambiente sufren Modificaciones en su estructura y composición mineralógicas, es decir, se alteran. Modificando de esta forma sus características y propiedades originales.
El grado de alteración de una roca es un parámetro con el que se trata de definir el estado presente de la roca. La expresión que representa la alteración está dada por:
ALTERABILIDAD Se define como alterabilidad de una roca o de una obra a la velocidad de alteración en el tiempo. Esta definición se hace más evidente cuando se compara un volumen determinado, para una misma roca en las condiciones del estado de su composición mineralógicas, texturas y estructuras. El tiempo en el proceso de alteración nos presenta los parámetros vinculados con la vida de diseño, útil y ruina de una obra. La alterabilidad goza de las bondades de la alteración, con la ventaja que la precisa en el tiempo y espacio:
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CRITERIOS DE VIDA Y RUINA DE UNA ROCA El concepto de vida y ruina de una roca o una obra es función de su uso y estabilidad, dentro de las limitaciones y vulnerabilidad que se impone conscientemente a las obras de ingeniería civil.
ENSAYO SLAKE DURABILITY TEST - ASTM D4644 El método de ensayo se utiliza para estimar cualitativamente la durabilidad de las rocas débiles a través del debilitamiento y la desintegración resultante de dos ciclos estándar de humectación y secado en el ambiente de servicio. NOTA 1: La calidad del resultado producido por esta norma depende de la competencia del personal que la realiza y de la idoneidad de los equipos e instalaciones utilizados. Las agencias que cumplen con los criterios de la Práctica D3740 generalmente se consideran capaces de realizar pruebas, muestreo, inspección y otras pruebas competentes y objetivas. Se advierte a los usuarios de esta norma que el cumplimiento con la Práctica D3740 no asegura por sí solo resultados confiables. Los resultados fiables dependen de muchos factores; La práctica D3740 proporciona un medio para evaluar algunos de esos factores. Este método de ensayo cubre la determinación del índice de durabilidad del sedimento de un esquisto u otra roca débil después de tres ciclos de secado y dos ciclos de humectación con efectos de abrasión. Unidades-Los valores indicados en unidades SI deben considerarse como estándar. Los valores dados entre paréntesis son conversiones matemáticas a unidades de pulgada-libra, que se proporcionan para la información solamente y no se consideran estándar. La notificación de los resultados de las pruebas en unidades distintas de SI no se considerará como no conforme con este método de ensayo. Todos los valores observados y calculados deberán ajustarse a las directrices para dígitos significativos y redondeo establecidos en la Práctica D6026. Los procedimientos utilizados para especificar la manera en que los datos se recogen / registran o calculan en esta norma se consideran el estándar de la industria. Además, son representativos 9
de los dígitos significativos que generalmente deben retenerse. Los procedimientos utilizados no consideran la variación material, el propósito para obtener los datos, los estudios de propósito especial, o cualquier consideración para los objetivos del usuario; Y es una práctica común aumentar o reducir dígitos significativos de los datos reportados para que sean proporcionales a estas consideraciones. Está fuera del alcance de este estándar considerar dígitos significativos usados en los métodos de análisis para el diseño de ingeniería.
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ENSAYO - ABRASIVIDAD CERCHAR Este ensayo mide el desgaste en un cono de acero causado por el rasguño a una superficie rocosa recién rota.
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IV.- DESARROLLO ENSAYOS DE CARACTERIZACION
A continuación se procede a describir tres ensayos de caracterización realizados en laboratorio.
ENSAYO DE DESMORONAMIENTO 1.- SLAKE DURABILITY TEST – ENSAYO DE DURABILIDAD
Introducción Las rocas al estar sometidas a la acción agresiva del medio ambiente sufren modificaciones en su estructura y composición mineralógicas, es decir, se alteran modificando de esta forma sus características y propiedades originales. La durabilidad se define como la resistencia que presenta la roca ante los procesos de alteración y desintegración. Esta propiedad - índice también es conocida como alterabilidad, en otras palabras, esta propiedad mide la tendencia a la rotura de los componentes o de las estructuras de la roca. La durabilidad puede estar afectada por procesos de hidratación, disolución y oxidación. Esta propiedad aumenta con la densidad y se reduce con el contenido de agua. Este ensayo se realiza para determinar la resistencia de una muestra de roca al debilitamiento y desintegración cuando se somete a dos ciclos normalizados de humedad – sequedad.
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Objetivos
Este ensayo tiene como objetivo determinar la resistencia de una muestra de roca al ablandamiento y desintegración cuando se somete a dos ciclos patrones de humedecimiento – secado. Desleimiento – Durabilidad, Es un término relacionado con la resistencia de un material a la pérdida de sus propiedades físicas o de apariencia, como resultado de un proceso de intemperismo, por lo cual determinaremos el Índice de Durabilidad, por parámetros ya establecidos.
DESCRIPCION DEL ENSAYO Equipos usados: Equipo de Prueba SDT
Tambor con superficie cilíndrica formada por una malla normalizada de 2 mm. Un lado debe ser sólido y el otro debe permitir abrirse para colocar la muestra de rocas. Recipiente para contener el tambor. Motor.
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Horno Eléctrico
Balanza Digital
Consideraciones:
El tambor debe poder resistir temperaturas de 105 grados centígrados y ser suficientemente fuerte para mantener su forma durante su utilización. Los refuerzos que se coloquen en la malla, no deben disminuir su abertura. El recipiente para contener el tambor debe permitir que este gire libremente y que pueda rellenarse con el líquido para producir desmoronamiento, normalmente agua, hasta un nivel de 20 mm, por debajo del eje del tambor. El motor debe ser capaz de hacer girar el tambor a una velocidad de 20 ± 1 rpm, durante un periodo de 10 min. El horno debe mantener una temperatura de 100 ± 5 grados centígrados, durante un periodo de por lo menos doce horas. La balanza debe tener una precisión de 0,5 g.
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO SDT Preparación de la muestra: Se utilizan 10 fragmentos de roca que tengan un peso ente 40 y 60 gramos, y además, que su forma sea aproximadamente esférica para redondear las esquinas de cada roca, lo que dará un peso aproximado entre 450 y 550 g. La muestra descrita anteriormente, se coloca en el tambor para someterla en el horno a una temperatura de 105 C durante las horas que sean necesarias.
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Antes de someter el tambor con las muestras de rocas al secado, se pesa en la balanza el tambor por separado (D) y una vez seca la muestra se pesan el tambor más la muestra (A), seguidamente, se colocan en el recipiente y se acopla con el motor; luego, se llena el recipiente hasta un nivel de 20 mm por debajo del eje del tambor con agua a una temperatura de 20 C, como se ve en la foto.
El tambor girará a 20 rpm, durante un periodo de 10 minutos (Norma). Luego de los diez minutos, se retira el tambor con la muestra, se somete nuevamente a secado a 105 grados centígrados y se registra el peso (B). Ya seca la muestra, se coloca nuevamente en el recipiente y se repite el procedimiento; por último, se toma el peso del tambor más la muestra seca (C) después de repetir el ensayo.
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Generalmente se trabajan con 2 ciclos, pero por razones de comproba ción y de seguridad podría realizarse incluso un tercer ciclo.
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RESULTADOS Y CALCULOS El índice de Sehudes es la relación del peso final al peso inicial de la muestra, expresada en tanto por ciento. El índice de Sehudes para 1 y 2 ciclos se expresa respectivamente como:
La clasificación de la muestra de roca de acuerdo al índice de Sehudes se puede observar en la Tabla:
Consideración El líquido utilizado en la inmersión de las muestras en agua, normalmente es agua a 20º grado centígrados, pero también se puede utilizar agua destilada, agua de un sitio concreto, agua de mar, agua ligeramente ácida o agua con un agente dispersante. 17
APLICACIÓN PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO – ENSAYO SLAKE DURABILITY TEST a) Descripción de la Muestra La muestra a ensayar fue extraída de las alturas de la región Puno
Por inspección visual, se tienen las siguientes características: Caliza – conglomerática de color blanquecina, porosa, sensible al agua.
b) Descripción del Ensayo A continuación se describe el procedimiento seguido en el laboratorio:
Se seleccionaron 10 muestras de roca, cada una con una masa de 40 a 60 g. Con el propósito de cumplir con las recomendaciones de la norma, los bordes de dichas muestras fueron redondeados. Se colocaron las muestras en el tambor limpio y se llevaron al horno a una temperatura de 105°C, hasta obtener una masa constante. Se registró la masa de la muestra más el tambor, A. Se colocó la tapa y se montó el tambor en la batea.
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Muestras seleccionadas
Se llenó la batea con agua destilada a una temperatura de 20ºC hasta un nivel por debajo del eje del tambor. Se puso a rotar el tambor a una velocidad de 200 revoluciones durante un período de 10 minutos. Se retiró el tambor de la batea, se quitó la tapa del tambor y se llevó el conjunto tambor más la porción de la muestra retenida al horno. Luego de estar seca la muestra, se registró la masa del tambor más la porción retenida de la muestra, B.
Colocando el tambor en el equipo
Se repiten el primer y el octavo paso registrar la masa del tambor más la porción de la muestra retenida C. Cepillar completamente el tambor y registrar su masa, D. c) Toma de Datos Para la toma de información se empleó el formato mostrado, en el cual se incluyen la masa después de realizado cada ciclo. Los datos obtenidos del ensayo son:
Después de cada ciclo se observó de los fragmentos retenidos en el tambor: Primer ciclo. Los fragmentos conservan su integridad y el agua se tornó turbia. Segundo ciclo. Los fragmentos conservan su integridad, el agua se tornó turbia y los puntos de oxidación se hacen más visibles. Tercer ciclo. Los fragmentos conservan su integridad. Material que pasa a través del tambor: Material muy fino que enturbia el agua, no se aprecia tamaño de los granos d) Procesamiento de la Información El índice de desleimiento - durabilidad (segundo ciclo) se calcula como la relación en porcentaje de las masas secas de las muestras final a inicial de la siguiente manera: 19
− =
−
1322.88 − 852.70 =
1340.48 − 852.70
= 0.96
Índice de desleimiento – durabilidad del primer ciclo, se calcula como sigue: − =
−
1332.72 − 852.70 =
1340.48 − 852.70
= 0.98
e) Análisis de Resultados De acuerdo con la clasificación de durabilidad propuesta por Sehudes, el material ensayado es de alta durabilidad, es decir, el índice del primer ciclo varía entre 98 y 99%, y el índice del segundo ciclo varía entre 95 y 98%. Según lo establecido por las diferentes normas, la realización de este ensayo consta de dos ciclos, sin embargo, en la práctica realizada se efectuaron 3 ciclos. Si se calcula el índice de desleimiento durabilidad para el tercer ciclo se tiene: 1315.66 − 852.70 =
1340.48 − 852.70
= 0.95
El valor del índice en el tercer ciclo refleja la alta durabilidad del material puesto que el Porcentaje de material retenido luego del tercer ciclo es alto y no varía considerablemente con el obtenido en el segundo ciclo. CONCLUSIONES DEL ENSAYO
El índice de durabilidad es de fácil realización por lo cual constituye un buen mecanismos para determinar cómo se comporta un material al verse sometido a procesos relacionados con el agua de forma rápida, fiable y económica. La roca ensayada exhibe una alta durabilidad a ciclos de humedecimiento y secado, de lo cual se puede inferir que es un material resistente a la meteorización y al desgaste. El material contenido dentro del tambor luego de cada ciclo, mantiene su integridad, es decir, conserva su forma casi idéntica, a la forma original antes de someterlas a los ciclos de humedecimiento y secado. Asimismo, no se nota un desprendimiento considerable de los granos de la roca lo cual se ve representado en los resultados obtenidos. El material que pasó a través del tambor y que quedó de alguna forma disuelto o suspendido en el agua del recipiente, hizo que se tornara turbia el agua, debido a que es un material muy fino o granos muy finos que se desprendieron de las muestras. 20
2.- ENSAYO DUSSEAULT Introducción La alterabilidad de una roca, se define como la velocidad de alteración en el tiempo. Esta definición se hace más evidente cuando se compara un volumen determinado, para una misma roca en las condiciones del estado de su composición mineralógicas, texturas y estructuras. Marco teórico Existen una serie de parámetros que se emplean para la identificación y descripción cuantitativa de las propiedades básicas de las rocas y permiten, así mismo, establecer una primera clasificación con fines geotécnicos. Estas propiedades, denominadas propiedades índice, serán las que determine en primera instancia, junto con la composición -mineralógica y la fábrica", i propiedades y el comportamiento mecánico de la matriz rocosa. Muchas de las propiedades ingenieriles de las rocas dependen de la estructura de las partículas minerales y de la forma en que estas están unidas. Las ¡propiedades Índice o propiedades físicas de las rocas se determinan en el laboratorio; las más importantes a nivel de influencia en el comportamiento mecánico, son la porosidad, el peso específico, la permeabilidad, la alterabilidad, la resistencia y la velocidad de propagación de las ondas sónicas. ‘Algunas de estas propiedades, además de servir para su
clasificación, están directamente relacionadas con las características resistentes y deformaciones de las rocas.
DESCRIPCION DEL ENSAYO DUSSEAULT Este ensayo de inmersión fue propuesto por Dusseault en 1983, para conocer el grado de alterabilidad de un material cuando este se sumerge en agua, así como su evolución a lo largo del tiempo. 21
Equipos a utilizar
Vaso de vidrio de 600 a 1000 ml. Agua destilada. Cronometro.
Requisitos
El vaso de Vidrio que será usado en laboratorio debe estar en buenas condiciones para su eficaz utilización. La muestra de roca debe tener espesores mayores a 2cm y verificar que no se encuentre fragmentada o rota.
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
Se introduce agua destilada hasta una altura de 5 cm en el vaso de vidrio de 600 a 1000 ml, que permita para sumergir la muestra totalmente.
Se describe la reacción de la muestra a los 0 min, 1min, 1 hora, 5horas y 24 horas. P ara lo mencionado se usa la tabla siguiente.
Es importante tomar una serie de fotografías de la muestra en diferentes tiempos considerados, para obtener información sobre las distintas fases.
En la siguiente tabla, se observa la primera clasificación de los materiales por determinación de la durabilidad según Dusseault.
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Esta clasificación propuesta en 1983 contiene nueve clases, numero algo excesivo que puede complicar la descripción de la reacción de la muestra en cada uno de los tiempos de ensayo. Una clasificación más sencilla y rápida es la que consiste en realizar una descripción del deterioro de la muestra y de la liberación de la misma de elementos arcillosos, en cada uno de los tiempos de ensayo. Para ello se utilizan la siguiente tabla:
APLICACIÓN ENSAYO EXPERIMENTAL – DUSSEAULT a) Descripción de la roca a experimentar.
b) Equipos y Materiales usados
Recipiente de 600 a 1000 ml 23
Cronometro
c) Procedimiento del Ensayo experimental Llenar agua destilada en el recipiente a una altura de 5 cm
Se procede a sumergir la muestra dentro del recipiente con agua.
Se describe las reacciones, según pase el tiempo y de acuerdo a la siguiente tabla 24
d) Análisis de Resultados
Los resultados visuales de la prueba nos dan una clasificación (A) , lo cual podría interpretarse como una Roca altamente durable, prácticamente inalterable. Según la tabla nueva la muestra se clasifica como S(A.B), lo que significa, sin deterioro.
CONCLUSIONES DEL ENSAYO EXPERIMENTAL
Según las tablas anteriormente descritas, tenemos una roca con composición dura, e inalterable a simple vista. Pasada la primera hora del experimento la roca empezó a succionar agua sobre sus poros, sin embargo no se alteró en su forma. Al pasar las 24 horas dentro del agua la roca sigue teniendo su forma original y el agua es cristalina, por lo que es una roca sin arcilla. Cabe mencionar que este ensayo es experimental, con motivos académicos, no se precisa necesariamente su exactitud. 25
3.- DETERMINACION DE LA ABRASIVIDAD DE UNA ROCA USANDO EL METODO CERCHAR
DESCRIPCION DEL ENSAYO: Abrasividad de Rocas método CERCHAR (CAI) La abrasividad es el desgaste o perdida de material que la roca produce al entrar en contacto con otro material. Este método de ensayo permite determinar la abrasividad de una roca por medio del índice de abrasividad de CERCHAR (CAI), el método consiste en medir el desgaste de la punta de un lápiz de acero con forma de cono, el cual se desplaza horizontalmente 1cm sobre la muestra de la roca.
Equipos y materiales usados
Aparato CERCHAR. De la cual existen 2 tipos: Los cuales utilizan un dispositivo para sujetar la muestra y aplicar una fuerza constante de 70 N, actuando axialmente en una punta de la aguja al lugar de la superficie de prueba.
Los aparatos originales, tienen una palanca manual para desplazar la punta del lápiz sobre la superficie de la roca sujetada. El aparato West, deja estacionado el lápiz de acero y mueve la roca por medio de una manivela.
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Microscopio
Consideraciones
La longitud y el diámetro de la aguja serán más grandes que 15 mm y 10mm respectivamente, y tendrá un perfil afilado a un final para Angulo cónico de 90º, y 1mm de longitud. La masa estática deberá ser dimensionado apropiadamente para producir una fuerza total de 70 N, la cual actuara axialmente sobre la punta de la aguja en contacto con la superficie de muestra constantemente durante la prueba. El sujetador deberá aportar la rigidez necesaria para desplazar la aguja sobre la superficie de roca que permitirá el desplazamiento vertical de la aguja bajo fuerza de 70 N. El microscopio tendrá una magnitud mínima de 30X.
Preparación de la muestra y de los equipos.
La muestra será seleccionada, trozos de roca in situ, para presentar un promedio verdadero del tipo de rocas que serán perforadas, se recomienda un diámetro de 50mm La condición de humedad de campo de la muestra debe conservarse hasta el momento del ensayo. La superficie de la muestra debe ser preferiblemente plana y el tamaño deberá ser ajustado para caber en la máquina de prueba CERCHAR. Confirmar las buenas condiciones del lápiz de acero y verificar con el microscopio. Si la aguja no está en la buena condición, entonces antes de hacer pruebas, la punta de aguja se necesitara afilarla a la forma anteriormente mencionada.
Procedimiento del Ensayo
Primeramente se debe sujetar bien la muestra de tal manera que la superficie de prueba sea horizontal y paralela a la dirección del desplazamiento del lápiz de acero, y analizar la funcionalidad de la masa estática para garantizar que la fuerza que se produzca sea de 70N.
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Si se usa un aparato de CERCHAR original, la palanca de mano se coloca sobre la superficie con una velocidad aproximadamente de 10 mm/s. si se usa la manivela, esta gira a una velocidad acorde con el tornillo de alimentación para mover la superficie de la muestra bajo el lápiz con una velocidad aproximadamente de 10 mm/s. Se quita el lápiz de acero del aparato y se mide los diámetros perpendiculares de la zona plana de la aguja con un microscopio en incrementos de 0.1 mm y se registran con base a las observaciones y medidas que se muestran a continuación.
Formas de desgaste en la aguja
Nota.- la prueba se repite cinco veces cada vez con un lápiz nuevo, en una nueva zona de la roca.
Resultados y Cálculos.
El medio aritmética de la superficie plana de la punta de la aguja di (dos diámetros perpendiculares de la zona plana por cada una de las cinco veces que se utilizó el lápiz), medido en unidad de 0.1 mm se presenta como el CAI o el valor de los CAIs como se muestra en la siguiente ecuación.
Dónde: CAI: el índice de CERCHAR de la superficie natural o superficie al corte. di: Diámetro del área plana desgastada medida en unidad de 0.1mm. 28
Aplicación del ensayo en el campo ingenieril. Una de las aplicaciones por las que se planteó este ensayo es la de excavaciones. Para determinar la dureza de la roca y utilizar los equipos necesarios para poder realizar una perforación optima y sobre todo más económica.
CONCLUSIONES DEL ENSAYO
los requisitos y aspectos importantes para llevar a cabo las pruebas de laboratorio descritas, puesto que de esta manera se obtendrán los resultados que se esperan, y además, éstos serán confiables. El uso adecuado de los instrumentos, aparatos y materiales facilitaran los procedimientos para determinar los parámetros deseados. Complementar el buen uso de los aparatos, con la buena interpretación de los resultados de los ensayos, teniendo en cuenta la clasificación de las rocas de acuerdo a los estados y descripciones de las mismas luego de las pruebas. En el ensayo de desmoronamiento se someterá a 1 o 2 ciclos de 10 minutos cada uno, dependiendo de las características de la muestra de roca. El rango de abrasividad del ensayo CERCHAR tiene un rango entre 0 a 7 para clasificar la muestra de roca. Para mayor información de los factores para tener en cuenta, se pueden consultar las normas ASTM D4644 – 08, ASTM D7625 – 10 y NTL 25/91. 29
V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES
Considerar los requisitos y aspectos importantes para llevar a cabo las pruebas de laboratorio descritas, puesto que de esta manera se obtendrán los resultados que se esperan, y además, éstos serán confiables. El uso adecuado de los instrumentos, aparatos y materiales facilitaran los procedimientos para determinar los parámetros deseados. Complementar el buen uso de los aparatos, con la buena interpretación de los resultados de los ensayos, teniendo en cuenta la clasificación de las rocas de acuerdo a los estados y descripciones de las mismas luego de las pruebas. En el ensayo de desmoronamiento se someterá a 1 o 2 ciclos de 10 minutos cada uno, dependiendo de las características de la muestra de roca. El rango de abrasividad del ensayo CERCHAR tiene un rango entre 0 a 7 para clasificar la muestra de roca. Para mayor información de los factores para tener en cuenta, se pueden consultar las normas ASTM D4644 – 08, ASTM D7625 – 10 y NTL 25/91.
VI.- BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA
ASTM D7625 – 10. Standard Test Method for Laboratory Determination of Abrasiveness of Rock Using the CERCHAR Method. ASTM D4644 – 08. Standard Test Method for Slake Durability of Shales and Similar Weak Rocks. UNE – EN ISO 14689-1. Investigación y ensayos geotécnicos, Identificación y clasificación de rocas, Parte 1: Identificación y descripción. Noviembre de 2005. http://ocw.uis.edu.co/ingenieria-civil/estabilidad-de-taludes/clase11/ENSAYOS_GEOTECNICOS_DE_ROCAS.pdf http://www.inforock.es/Georock3.htm http://www.scribd.com/doc/37890395/Ensayos-Geotecnicos-de-Rocas http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/frabon/Mecanica%20de%20Rocas/Tema%20 2.pdf https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/9912/10/Benavente%20Garc%C3%ADa,%2 0David_9.pdf http://documents.mx/documents/durabilidad-55b07bb33fc8b.html# https://www.astm.org/Standards/D4644.htm https://uwaterloo.ca/earth-environmental-sciences/people-profiles/maurice-bdusseault https://mec.de.rocas/1F_OK_Rock%20Strength.pdf
VII.- GLOSARIO Meteorización.- Conjunto de procesos externos que provocan la alteración y disgregación de las rocas en contacto con la atmósfera. Talud.- Talud, o "Pedrero" es el término que se utiliza para designar a la acumulación de fragmentos de roca partida en la base de paredes de roca. Propiedad índice.- Permiten la diferenciación de las rocas, condiciones de estado y comportamiento físico. 30
Disolución.- Mezcla homogénea de dos o más sustancias. Carga axial.- Condición necesaria que la línea de acción de la carga que actúa sobre la sección transversal del miembro en estudio, coincida con el eje axial que pasa a través del centro de gravedad del elemento. Agua destilada.- Es aquella a la que se le han eliminado las impurezas e iones mediante destilación. Microscopio.- Es un instrumento que permite observar objetos que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. Desmoronamiento.- Desprendimiento, hundimiento y caída. Petrofísica.- Es una especialidad que conjuga conocimientos de ingeniería del petróleo, geofísica y geología, la cual determina cuantitativamente las propiedades de la roca y los fluidos presentes en la misma. Geo mecánica.- Implica el estudio geológico del comportamiento del suelo y rocas. Capilaridad.- Propiedad en virtud de la cual la superficie libre de un líquido puesto en contacto con un sólido sube o baja en las proximidades de este, según que el líquido lo moje o no; sus efectos son especialmente aparentes en el interior de los tubos capilares o entre dos láminas muy próximas. Abrasión.- Es la acción mecánica de rozamiento y desgaste que provoca la erosión de un materia l o tejido.
VIII.- ANEXOS
formato para registro de datos del ensayo de durabilidad CD con el trabajo de investigación (digital)
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