PROPIEDADES FÍSICAS DE ROCAS[1]

Las rocas en la construcción (Mar. 2005) Prácticas: Propiedades físicas

PROPIEDADES FÍSICAS DE ROCAS

Ensayos Métodos de ensayo: Normas Parámetros determinados DENSIDAD - POROSIDAD

Rocas de composición mineral conocida Determinación teórica

--- Densidad de los granos minerales (densidad real)

Rocas con formas geométricas regulares Método geométrico: ISRM 1979

--- Densidad de la roca seca (densidad aparente)

Absorción forzada de agua = Absorción de agua al vacío (Saturación) Método de la pesada hidrostática: UNE-EN 1936:1999; RILEM 1980

--- Densidad de la roca seca (Densidad aparente) --- Porosidad abierta --- Contenido en agua en saturación

ABSORCIÓN DE AGUA

Absorción libre de agua = Absorción de agua a presión atmosférica (Imbibición) Inmersión total en agua: UNE-EN 13755: 2001; NORMAL 7/81

--- Contenido en agua (absorción de agua) --- Grado de saturación

Absorción de agua por capilaridad (Succión capilar) Superficie horizontal en contacto con agua: UNE-EN 1925:1999; NORMAL 11/85

--- Coeficiente de absorción capilar --- Coeficiente de penetración capilar

MATERIAL UTILIZADO

• Muestras: cubos 5x5x5 cm y lajas 5x5x1 cm. • Calibre: pie de rey (sensibilidad: 0,05 mm). • Balanza, que permita realizar pesada hidrostática (sensibilidad: 0,01 g). • Horno a 60ºC, para secar las muestras. • Contenedores con gel de sílice, para mantener las muestras secas. • Desecador conectado a bomba de vacío, para saturar las muestras. • Contenedores con rejilla, para absorción de agua (libre y capilar). • Agua desionizada, para absorción de agua (libre y capilar). • Papel de filtro, como base en el ensayo de capilaridad. • Paño húmedo, para eliminar el exceso de agua en superficie. • Cronómetro o reloj con minutero (sensibilidad: 1 segundo),

Fco. Javier Alonso Rodríguez. Departamento de Geología (Petrología y Geoquímica). Universidad de Oviedo. Página 1 de 7


DENSIDAD DE LOS GRANOS MINERALES Determinación teórica

Muestra: ………………………………….……………………………………… Fecha: …………………… - Observaciones: ……………………………………………………………………………………………….. Toma de datos: - Porcentaje de cada uno de los componentes minerales de la roca: “ci” (%) - Densidad de cada uno de los componentes minerales de la roca: “ρi“ (kg/m3) Cálculos y resultados: - Densidad de los granos minerales (densidad real): ρs = Σ (ci ⋅ ρi) / 100 (kg/m3)

Mineral Porcentaje Densidad Porcentaje x Densidad

Valor Unidad Densidad de los granos minerales

DENSIDAD DE LA ROCA SECA Método geométrico (Norma: ISRM 1979)

Muestra: …………………………………………………….…………………… Fecha: …………………… - Observaciones: ……………………………………………………………………………………………….. Toma de datos: - Masa seca: "Mo" (secado de las muestras: T = 60ºC, t >24 horas, hasta masa cte.) (g) - Longitudes: “L1 “, “L2 “ y “L3” (valores medios de las 4 aristas en las 3 direcciones) (cm) Cálculos y resultados: - Volumen de un paralelepípedo: “ V” = L1 x L2 x L3 (cm3) - Densidad de la roca seca (densidad aparente): "ρd" = Mo / V (kg/m3) - Calcular el valor medio y la desviación típica:

Nº Muestra Masa seca Longitud 1 Longitud 2 Longitud 3 Volumen Densidad

Valor medio Desviación típica Unidad Densidad de la roca seca

MINERAL DENSIDAD cuarzo 2,65 ortosa 2,55 – 2,63

plagioclasa 2,63 – 2,74 moscovita 2,7 – 2,8

biotita 2,8 – 3,2 illita 2,60 – 2, 86

caolinita 2,61 – 2,68 montmorillonita 2,65 – 2,84

calcita 2,72 dolomita 2,86

yeso 2,30 – 2,37



DENSIDAD DE LA ROCA SECA / POROSIDAD ABIERTA / / CONTENIDO EN AGUA EN SATURACIÓN

Método de la pesada hidrostática = Saturación al vacío (Norma: UNE-EN 1936:1999 (1); RILEM 1980) Muestra: ………………………………………….……………………………… Fecha: …………………… - Observaciones: ……………………………………………………………………………………………….. Condiciones de ensayo y toma de datos: - Masa seca: "Mo" (secado de las muestras: T = 60ºC, t >24 horas, hasta masa cte.) (g) - Masa saturada: "Ms" (saturación: vacío seco 1día + vacío en agua 1día + en agua 1día) (g) - Masa hidrostática: "Mh" (sumergidas las muestras en agua) (g) Cálculos y resultados: - Densidad de la roca seca (densidad aparente): "ρd" = (Mo / (Ms - Mh)) x 1000 (kg/m3) - Porosidad abierta (accesible al agua): "no" = ((Ms - Mo) / (Ms - Mh)) x 100 (%) - Contenido en agua en saturación: "ws" = ((Ms - Mo) / Mo) x 100 (%)

- Calcular el valor medio y la desviación típica:

Nº Muestra Masa seca

Masa saturada

Masa sumergida

Densidad de la roca seca

Porosidad abierta

Contenido en agua en

saturación

Valor medio Desviación típica Unidad Densidad de la roca seca

Porosidad abierta Contenido en agua en saturación

(1) Valor medio de la densidad aproximando a 10 kg/m3 y de la porosidad y contenido en agua en saturación aproximando al 0,1 %

Nota. Debe cumplirse la relación: ws x ρd = no x ρa (densidad del agua: ρa = 1 g/cm3)

POROSIDAD TOTAL Determinación teórica

Muestra: ………………………………………….……………………………… Fecha: …………………… - Observaciones: ……………………………………………………………………………………………….. Toma de datos: - Densidad de los granos minerales: “ρs” (kg/m3) - Densidad de la roca seca: “ρd“ (kg/m3) Cálculos y resultados: - Porosidad total: n = ((ρs - ρd) / ρs) ⋅ 100 (%)

Densidad de los granos minerales Densidad de la roca seca

Valor Unidad Porosidad total



ABSORCIÓN LIBRE DE AGUA POR INMERSIÓN TOTAL: IMBIBICIÓN Inmersión total en agua (Norma: UNE-EN 13755: 2001; NORMAL 7/81) Muestra: ……………………………………………….………………………… Fecha: …………………… - Observaciones: ……………………………………………………………………………………………….. Dato previo: - Contenido en agua en saturación: "ws" (%) Condiciones de ensayo y toma de datos: - Masa seca: “M0” (dato inicial para t = 0) (g) - Inmersión total en agua (nivel del agua: 2 cm por encima de las muestras). - Masa en función del tiempo: "Mt" (tomar ∆V t = cte.) (g) Cálculos: - Contenido en agua en función del tiempo: "wt" = ((Mt - Mo) / Mo) x 100 (%) - Grado de saturación en función del tiempo: "St" = (wt / ws) x 100 (%)

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Valor medio Desviación Contenido en agua en saturación ws (%)

Tiempo

Masa de la muestra Mt (g)

Contenido en agua wt (%)

Grado de saturación St (%)

Día/Hora t (min) Vt (min) Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

0 0 (1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(1d)

(2d)

(4d)

(7d)



Representaciones gráficas: “curvas de absorción libre de agua” - Contenido en agua "w", en función del tiempo "V t ": a) para ≈ 1 hora y b) para ≈ 1 semana. - Grado de saturación "S", en función del tiempo "V t ": a) para ≈ 1 hora y b) para ≈ 1 semana.

S (%) V t (min1/2)

V t (min1/2) V t (h1/2)

V t (h1/2) S (%)

w (%) w (%) Resultados obtenidos: - Observar cambios de comportamiento en la curva completa (1 semana).

- Determinar gráficamente los parámetros indicados para cada muestra. - Calcular también el valor medio y la desviación típica:

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Valor Medio Desviación Contenido en agua "w" - a la hora de ensayo (1) : "w1h" (%) - a los dos días: "w2d" (%) - a los siete días (2) : "w7d" (%) Grado de saturación "S" - a la hora de ensayo: "S1h" (%) - a los dos días: "S2d" (%) - a los siete días: "S7d" (%) (1) Indice de vacíos (según la norma ISRM 1979). (2) Capacidad de absorción o Coeficiente de imbibición (según la norma NORMAL 7/81): cuando las variaciones de masa para intervalos de 24 horas son inferiores a 0,1 %.



ABSORCIÓN DE AGUA POR CAPILARIDAD: SUCCIÓN CAPILAR Superficie horizontal en contacto con agua (UNE-EN 1925:1999; NORMAL 11/85) Muestra: …………………………………………….…………………………… Fecha: …………………… - Observaciones: ……………………………………………………………………………………………….. Datos previos: - Lados de la base: L1 y L2 (tomar la media de cuatro valores por lado) (cm) Condiciones del ensayo y toma de datos: - Masa seca: M0 (dato inicial para t = 0) (g) - Colocar sobre agua desionizada (nivel del agua = base de la muestra). - Masa en función del tiempo: Mt (tomar ∆V t = cte; para t = 0, Mt = M0) (g)

- Altura ascendida por el agua en función del tiempo: Ht (tomar ∆V t = cte; para t = 0, Ht = 0) (cm)

Cálculos: - Superficie de la base: S = L1 x L2 (cm²)

- Ganancia de masa por unidad de superficie en función del tiempo: (∆M/S)t = (Mt - Mo) / S (g/cm²)

- Coeficiente de absorción capilar: C = (∆M/S) / V t (kg / m² . h1/2) - Coeficiente de penetración capilar: A = H / V t (m / h1/2)

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 L1 (cm)

Longitud de los lados L2 (cm) Superficie de las muestras S (cm2)

Tiempo

Masa de la muestra Mt (g)

Altura ascendida Ht (cm)

Incremento masa / superficie ∆M/S (g/cm2)

Hora t (min) Vt (min) Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

0 0

(1)

(2)

(3)

(4)

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(6)

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(9)

(10)



Representaciones gráficas: “curvas de capilaridad” - Absorción capilar "∆M/S", en función del tiempo "V t ". - Penetración o ascenso capilar "H", en función del tiempo "V t ".

) Resulta - Obse

- En c- Dete

- Calc Coeficie - “C” e - “C” eCoeficie - “A” e - “A” e

Nota.- poros c

Fco. Javier

∆M / S (g/cm2
H (cm)
dos obtenidos: rvar que el comportamiento es lineal inicialmente.

ada caso el coeficiente es la pendiente de dicho tramo recto inicial. rminar gráficamente los coeficientes indicados para cada muestra. ular también el valor medio y la desviación típica:

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Valor Medionte de absorción capilar “C” n (g / cm² . min1/2) n (kg / m² . h1/2) [77,46] nte de penetración capilar “A” (experimental) n (cm / min1/2) n (cm / h1/2) [7,746] A partir de “C” puede calcularse el valor teórico de penetración capilar “AT” para unilíndricos ideales, mediante la expresión: AT (cm/h1/2) x n0 (%) = C (kg/m². h1/2) x 10

Alonso Rodríguez. Departamento de Geología (Petrología y Geoquímica). Universidad de Oviedo.

V t (h1/2)

V t (h1/2)

Desviación

sistema de

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