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ANALISIS MINERALÓGICO, QUIMICO Y POROSIMÉTRICO DE LOS AGREGADOS PÉTREOS DE UNA CANTERA PERTENECIENTE A LA

FORMACIÓN GEOLÓGICA DE LA SABÁNA EN EL MUNICIPIO DE SOACHA - CUNDINAMARCA

TRABAJO DE GRADO

ANALISIS MINERALÓGICO, QUIMICO Y POROSIMÉTRICO DE LOS

AGREGADOS PÉTREOS DE UNA CANTERA PERTENECIENTE A LA FORMACIÓN

GEOLÓGICA DE LA SABÁNA EN EL MUNICIPIO DE SOACHA -

CUNDINAMARCA

ARGELIO CERQUERA ARAUJO

CÉSAR ALEJANDRO RODRIGUEZ MACHADO

DIEGO FERNANDO RUANO FONSECA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS

BOGOTÁ D.C DICIEMBRE DE 2017

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ANALISIS MINERALÓGICO, QUIMICO Y POROSIMÉTRICO DE LOS

AGREGADOS PÉTREOS DE UNA CANTERA PERTENECIENTE A LA FORMACIÓN

GEOLÓGICA DE LA SABÁNA EN EL MUNICIPIO DE SOACHA -

CUNDINAMARCA

ARGELIO CERQUERA ARAUJO

CÉSAR ALEJANDRO RODRIGUEZ MACHADO

DIEGO FERNANDO RUANO FONSECA

Trabajo de grado para optar al título de Especialista en Ingeniería de Pavimentos

ASESOR

Juan Carlos Ruge Cárdenas, PhD.

Ingeniero Civil, Magíster en Geotecnia, Doctor en Geotecnia

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS

BOGOTÁ D.C – 2017

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CONTENIDO

INTRODUCCION 12

1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO 14

1.1 Línea de investigación y eje temático 14

1.1.1. Línea de investigación 14

1.1.2. Eje temático 14

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 14

1.2.1 problema a resolver 14

1.2.2 Antecedentes del problema 15

1.2.3 Pregunta de investigación 15

1.3 JUSTIFICACION 16

1.4 OBJETIVOS 17

1.4.1 General 17

1.4.2 Específicos 17

2. MARCOS DE REFERENCIA 18

2.1 MARCO TEORICO 18

2.1.1 Caracterización Mineralógica 18

2.1.2 Características de las rocas como agregados pétreos 18

2.1.2.1 Rocas Ígneas 19

2.1.2.2 Rocas sedimentarias 19

2.1.2.3 Rocas metamórficas 19

2.1.3 Propiedades de los agregados pétreos 21

2.1.3.1 Propiedades mineralógicas 21

2.1.3.2 Propiedades físicas de los agregados 23

2.1.4 Análisis petrográfico 24

2.1.5 Porosimetría 24

2.2 MARCO TECNOLOGICO – CIENTIFICO 26

2.2.1 Difractometría de rayos X (DRX) 26

2.2.2 Fluorescencia de rayos X (FRX) 28

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2.2.3 Microscopia electrónica de barrido (SEM) 29

2.3 MARCO GEOGRAFICO 29

3. METODOLOGIA 32

3.1 FASE PRELIMINAR 32

3.2 FASE DE CAMPO E IDENTIFICACION 32

3.3 FASE DE CARACTERIZACION Y ENSAYOS DE MUESTRAS 32

3.3.1 Difracción de rayos X (DRX) 32

3.3.1.1 Instrumentación y parámetros 33

3.3.2 Fluorescencia de rayos X (FRX) 33

3.3.2.1 Instrumentación y parámetros 34

3.3.3 Microscopia de barrido (SEM) 34

3.4 FASE DE CARACTERIZACION 35

3.5 FASE DE ELABORACION DEL DOCUMENTO FINAL 35

4. ANALISIS DE RESULTADOS 36

4.1 DIFRACCION POR RAYOS X (DRX) 36

4.2 FLUORESCENCIA POR RAYOS X (FRX) 39

4.3 MICROSCOPIA DE BARRIDO (SEM) 40

4.3.1 Resultados porosimetría 40

4.4 COMPOSICION MINERALOGICA 45

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 55

BIBLIOGRAFIA 57

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Clasificación mineralógica de las rocas 20

Tabla 2. Porcentaje en peso (% Peso) de cada fase mineral identificada en la muestra 37

Tabla 3. Resultados de FRX para la muestra”M-1”. 39

Tabla 4. %Área porosa Grano Tipo 1. 41




Tabla 8. Grano tipo 1: Minerales detectados. 45




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LISTA DE ILUSTRACIONES

Pág.

Ilustración 1. Difractometría de rayos X (DRX) - Bruker D8 Advance. 27

Ilustración 2. Fluorescencia de rayos X. Espectrómetro secuencial de rayos X 28

Ilustración 3. Microscopio Electrónico de Barrido - U. de Málaga. 29

Ilustración 4 Ubicación Cantera el recurso (Soacha-Cundinamarca). 30

Ilustración 5. Mapa de elementos geomorfológicos del casco urbano Municipio

de Soacha. 31

Ilustración 6. Muestra 1: Montajes con granos después del metalizado con grafito. 35

Ilustración 7. Muestra 1: Proporción composicional de la muestra en % Peso. 37

Ilustración 8. Difractograma 1. Muestra 1 en polvo. 38

Ilustración 9. Micrografía grano tipo 1. Ejemplo cálculo de área porosa 41



Ilustración 12. Micrografía grano tipo 4. Ejemplo cálculo de área porosa para muestra 44

Ilustración 13. Micrografía 5. Imagen generalizada de la superficie de la muestra con

detección de electrones retrodispersados 46

Ilustración 14. Espectro 1. De izquierda a derecha espectros de A) Cuarzo y B) Óxido

de Hierro. 46

Ilustración 15. Micrografía 6. Imagen generalizada de la superficie de la muestra

con detección de electrones retrodispersados. 47

Ilustración 16. Espectro 2. De izquierda a derecha espectros de a) Cuarzo y B) Óxido

de Hierro. 47

Ilustración 17. Micrografía 7. Imagen generalizada de la superficie de la muestra


Ilustración 18. Espectros 3. Espectro de A y B) Caolinita 49

Ilustración 19. Micrografía 8. Imagen detallada de la superficie de la muestra con

detección de electrones retrodispersados 49

Ilustración 20. Micrografía 9. Imagen general de la superficie de la muestra con detección

de electrones retrodispersados. 50

8



Ilustración 21. Espectros 4. De izquierda a derecha espectros de a) Cuarzo y B) 51

Ilustración 22. Micrografía 10. Imagen detallada de la superficie de la muestra


Ilustración 23. Espectros 5. De izquierda a derecha espectros de a) Rutilo y B) Cuarzo 52

Ilustración 24. Micrografía 11. Imagen general de la superficie de la muestra con detección

de electrones retrodispersados 53

Ilustración 25. Espectros 6. De izquierda a derecha espectros de a) Rutilo y B) Cuarzo 53


detección de electrones retrodispersados. Rt*: El mineral no fue confirmado por EDS

pero por las propiedades que presenta es posible que se trate de rutilo. 54

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Agradecimientos y dedicatoria

Agradecemos a nuestros profesores por la orientación y aprendizaje que nos han brindado en el transcurso de este tiempo y al

Ingeniero Juan Carlos Ruge Cárdenas por sus asesorías para llevar a cabo con éxito este proyecto.

Dedicamos este trabajo a nuestros padres y familiares, quienes con su apoyo

hemos podido alcanzar nuestras metas.

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RESUMEN

Con el paso del tiempo y las nuevas tecnologías implementadas para la construcción, las

técnicas de evaluación de los materiales han evolucionado con el fin de obtener mejores

estructuras que garanticen una vida útil prolongada tanto estructural como funcional que

contribuyan al desarrollo de la infraestructura vial moderna. En este documento se plantea el

uso de ensayos no convencionales para determinar características mineralógicas y químicas

del agregado pétreo en estudio proveniente de una cantera en el Municipio de Soacha -

Cundinamarca, que se usa como componente para los pavimentos.

De esta manera se pretende conocer el comportamiento que puede presentar el agregado por

medio de los siguientes ensayos: Difracción de Rayos X (DRX), análisis químico por

Fluorescencia de Rayos X (FRX), análisis petrofísico para estimación de la porosidad y

composición mineralógica por el método de Microscopio Electrónico de Barrido (SEM).

Estos permiten conocer en detalle los minerales que conforman el agregado, la estabilidad

química y el porcentaje de porosidad contenidos en el componente pétreo.

A través del desarrollo de la investigación y de los análisis realizados se determina la

importancia de realizar ensayos no convencionales para evaluar las características que

usualmente no son tan comunes y que pueden llegar a ser de gran importancia para garantizar

el buen desempeño en un pavimento, tales como la resistencia mecánica, degradación,

pulimiento, fricción, comportamiento eléctrico, capacidad de absorción y liga entre el

agregado y el material cementante.

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ABSTRACT

With the passage of time and new technologies implemented for construction, materials

evaluation techniques have evolved in order to obtain better structures that guarantee a long

structural and functional life that contribute to the development of modern road

infrastructure. This document proposes the use of non-conventional tests to determine

mineralogical and chemical characteristics of the stone aggregate in the study from a quarry

in the Municipality of Soacha - Cundinamarca, which is used as a component for the

pavements.

In this way it is intended to know the behavior that the aggregate can present through the

following tests: X-ray diffraction (XRD), chemical analysis by X-ray fluorescence (FRX),

petrophysical analysis for porosity estimation and mineralogical composition by the

Electronic Scanning Microscope (SEM) method. These allow to know in detail the minerals

that make up the aggregate, the chemical stability and the percentage of porosity contained

in the stone component.

Through the development of the research and the analyzes carried out, the importance of

performing non-conventional tests to evaluate the characteristics that are usually not so

common and that can become of great importance to guarantee the good performance in a

pavement is determined. such as mechanical strength, degradation, polishing, friction,

electrical behavior, absorption capacity and bond between the aggregate and the cementing

material.

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INTRODUCCIÓN

La importancia del estudio de los materiales utilizados en la construcción de obras de

infraestructura es fundamental para garantizar su calidad y funcionalidad. Esto incide

directamente en el desempeño y periodo de diseño de las obras ejecutadas. Debido a la

importancia, desarrollo e inversión por parte del estado en los proyectos de infraestructura

vial en el país, se requiere profundizar en el estudio y control de los materiales utilizados en

las estructuras de pavimentos, con el fin de garantizar la vida del diseño.

Los agregados pétreos son parte fundamental de la estructura de los pavimentos y la

caracterización de los agregados es útil para establecer su idoneidad de uso. Las propiedades

químicas de los agregados son importantes cuando se van a emplear en pavimentos, la

química determina la adherencia entre ellos con el asfalto o el cemento.

Los ensayos de caracterización mineralógica, porosimétrica y microestructural de agregados

pétreos, profundizan a nivel microscópico el estado de los agregados extraídos de las

canteras. Desde 1842 ya se menciona la posibilidad de forzar mercurio en madera para

obtener su estructura porosa. En 1921 Washburn sugiere obtener la distribución del tamaño

de los poros, a partir de los datos presión-volumen obtenidos por intrusión de mercurio. Hacia

1940 se empieza a aplicar dicha técnica, y en 1945 Ritter y Drake son los primeros en publicar

gran número de datos experimentales, incluyendo la descripción del equipo y el modo de

operación. En la actualidad, con el desarrollo comercial de equipos el ensayo cada vez más

utilizado.

Es importante la caracterización de las propiedades mecánicas para así poder conocer los

materiales con los cuales estamos construyendo y así poder obtener un mejor

comportamiento físico-mecánico en las estructuras de pavimentos. Esta metodología es

relativamente rápida y sencilla para la determinación de la estructura de los espacios vacíos

de los materiales pétreos entre otros, el cual permite calcular la distribución de la superficie

específica del material en función del tamaño de acceso a los poros y su influencia en la

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resistencia mecánica de la mezcla asfáltica y del concreto y estos serán la base de esta

investigación en la que se pretende evaluar el comportamiento de los agregados de esta

cantera especifica.

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1 GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO

1.1 Línea de Investigación y eje temático

1.1.1 Línea de Investigación

Línea de investigación en el analisis de materiales pétreos por ensayos no convencionales.

1.1.2 Eje temático

El tema central dentro del cual se desarrollará el trabajo de grado se basa en la caracterización

de agregados pétreos a partir de ensayos de difracción de rayos x, fluorescencia de rayos x y

microscopio electrónico de barrido, determinando el desempeño del agregado producido por

la cantera para uso en la construcción.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1 Problema a resolver

La caracterización de las propiedades de los agregados pétreos es un aspecto de gran

importancia para el comportamiento de la estructura de un pavimento, ya que estas no

dependen solamente de una correcta granulometría de los agregados en el diseño de la mezcla

asfáltica, sino que también los resultados de ensayos de laboratorio muestran propiedades

intrínsecas y extrínsecas que permiten determinar el comportamiento de la estructura en el

tiempo.

Existen múltiples factores que afectan la resistencia de una estructura de pavimento que son

complejas de establecer y más aún cuando los agregados corresponden a aproximadamente

el 80% del volumen de la estructura, por lo que cada vez es más importante identificar en el

material las propiedades específicas y características que garanticen la estabilidad requerida,

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sobre todo por la gran variación geológica de los que se compone nuestra región geográfica,

lo cual nos lleva a estudiar los diferentes tipos de materiales.

1.2.2 Antecedentes del problema

Con el fin de obtener resultados más exactos y análisis más detallados de los agregados

pétreos en cuanto a características mineralógicos, porosimétricas y microestructurales.

Parámetros que son muy poco estudiados pero que pueden incidir al momento de que estos

materiales entren a trabajar como componentes de una estructura. En la región de

Cundinamarca – Colombia específicamente en la ciudad de Bogotá existen variedad de

canteras para extracción de materiales pétreos y sin dudad se extraen materiales que van a

diferir en este tipo de parámetros a evaluar en esta investigación por lo tanto y con el fin de

evaluar unos de los materiales pétreos más utilizados en la zona sur de la ciudad se ha

escogido la cantera el recurso.

Generalmente el gremio de la construcción se ha dedicado a investigar y a caracterizar

materiales pétreos atreves de análisis muy comunes dejando al lado factores tan importantes

como la mineralogía, porosimetría y la microestructura con la que se componen los

materiales pétreos y este es el punto en el que hemos querido enfocarnos y que atreves de los

resultados obtenidos se puedan tener en cuenta para mejorar los diseños de los pavimentos

garantizando así un mejor comportamiento, mayor tiempo de servicio y estructuras más

duraderas.

1.2.3 Pregunta de investigación

De acuerdo con el alcance del proyecto, relacionado con un análisis no convencional de

la fracción gruesa de una muestra obtenida de una cantera de la ciudad, es importante conocer

cual es la aplicación directa sobre las propiedades o comportamiento del material al usar este

tipo de análisis que normalmente no se hacen en la cotidianidad de la consultoría en proyectos

de ingeniería. Por tal razón la pregunta de investigación que engloba de mejor manera el

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mencionado alcance del proyecto es:

¿A partir de los ensayos de tipo mineralógico y análisis de imagenología, es posible inferir

de manera indirecta el comportamiento o la posible aplicación como uso de material de

ingeniería?

1.3 JUSTIFICACIÓN

En las últimas décadas han venido aumentando los desastres naturales los cuales han tenido

mayor afectación en las zonas ubicadas en laderas debido a las altas pendientes que por la

composición geográfica de nuestra región así se forman y en los terrenos bajos que están más

expuestos a desbordamientos de cauces de los ríos y canales.

La ubicación del departamento de Cundinamarca y en especial las zonas del municipio de

Soacha y la capital Bogotá D.C, como ya es conocido se encuentran sobre un lacustre el cual

presenta en muchas partes zonas de inestabilidad, debido a las alteraciones del nivel freático

propio de la región y a las formaciones geológicas de la zona que presentan riesgos de

inestabilidad, lo que genera la variación en la calidad de los materiales pétreos que allí se

explotan.

Es por eso que para mitigar estas afectaciones por razones climáticas y geológicas que cada

vez son más frecuentes en la región, es necesario conocer con mayor certeza las propiedades

mecánicas de nuestros suelos con el fin de contrarrestar los efectos propios de sus

características naturales a las estructuras de las vías nuevas que se van a construir en la zona

aledaña a la cantera objeto de estudio.

Con este proyecto de investigación se pretende brindar nuevos parámetros de caracterización

mecánica del material en estudio mediante técnicas no convencionales y las condiciones

óptimas para las cuales pueden ser utilizados, de tal manera que no afecten las propiedades

de la mezcla final por las características geológicas propias de la zona

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1.4 OBJETIVOS

1.4.1 General

- Analizar la caracterización mineralógica, químico y porosimétrica de los agregados

pétreos de una cantera perteneciente a la formación geológica en el Municipio de

Soacha – Cundinamarca.

1.4.2 Específicos

- Generar el estado del arte sobre la temática abordada para el análisis petrográfico de

los materiales obtenidos de la muestra de cantera perteneciente a la formación

geológica de la zona en estudio.

- Caracterizar el material seleccionado mediante ensayos de laboratorio especializados

de las propiedades físicas obtenidas y hacer una aproximación entre sus propiedades

petrográficas.

- Realizar ensayos alternativos en la caracterización de agregados pétreos tales como

la Difracción de Rayos X (DRX), Fluorescencia de Rayos X (FRX), porosidad por

expansión de Helio y de garganta polar mediante análisis de Microscopio Electrónico

de Barrido (MEB).

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2 MARCOS DE REFERENCIA

2.1 MARCO TEÓRICO

2.1.1 Caracterización mineralógica

La caracterización de un material es la determinación de los atributos particulares de modo

que permita distinguirlo de los demás. Las rocas se componen de diferentes minerales y,

según el estado de éstos y las condiciones de formación, se clasifican en tres grandes

grupos: ígneas, producidas como consecuencia de

procesos magmáticos y eruptivos; sedimentarias, originadas por la acumulación de

fragmentos de otras rocas o por precipitación química de minerales; y metamórficas,

formadas en el interior de la Tierra, donde son sometidas a fuertes presiones y

elevadas temperaturas que hacen cambiar su estructura y composición mineralógica. (Garcia

& Prado 2005)

El estudio de un agregado requiere en primer lugar el examen físico de la misma en lo que

concierne a aspecto, color, dureza, etc. A continuación suele procederse a su análisis

microscópico, para lo cual se cortan mediante máquinas especiales secciones de espesor

mínimo que permitan su análisis al microscopio. Éste revela la forma de los cristales que

componen la roca, la relación entre los distintos minerales, la microestructura y toda una serie

de magnitudes evaluables. (Sociedad Colombiana de Geotecnia 1992)

2.1.2 Características de las rocas como agregados pétreos.

Las características del agregado que influyen en una estructura de pavimento se derivan de

la composición mineralógica de la roca original o meteorización a que la roca ha estado sujeta

antes de formar el agregado. (Montoya & Reyes 2005)

https://es.wikipedia.org/wiki/Minerales

https://es.wikipedia.org/wiki/Rocas_%C3%ADgneas

https://es.wikipedia.org/wiki/Magma

https://es.wikipedia.org/wiki/Lava

https://es.wikipedia.org/wiki/Roca_sedimentaria

https://es.wikipedia.org/wiki/Roca_metam%C3%B3rfica

https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

https://es.wikipedia.org/wiki/Aspecto

https://es.wikipedia.org/wiki/Color

https://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mina_delgada_(geolog%C3%ADa)

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mina_delgada_(geolog%C3%ADa)

https://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio

https://es.wikipedia.org/wiki/Cristales

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La formación de la roca, su clasificación y minerales que las forman, es esencial para

entender su composición y su influencia en el concreto. Las rocas se clasifican de acuerdo

con su origen en tres grupos principales: ígneas, sedimentarias y metamórficas. (Montoya &

Reyes 2005)

2.1.2.1 Rocas Ígneas: Las rocas ígneas se forman por el enfriamiento y la solidificación de

materia rocosa fundida, el magma. Según las condiciones bajo las que el magma se enfríe,

las rocas que resultan pueden tener granulado grueso o fino. Las rocas ígneas se subdividen

en dos grandes grupos como se muestra en la (Tabla 1-5): Las rocas plutónicas o intrusivas

fueron formadas a partir de un enfriamiento lento y en profundidad del magma. Las rocas se

enfriaron muy despacio, permitiendo así el crecimiento de grandes cristales de minerales

puros. Las rocas volcánicas o extrusivas, se forman por el enfriamiento rápido y en superficie,

o cerca de ella, del magma. Se formaron al ascender magma fundido desde las profundidades

llenando grietas próximas a la superficie, o al emerger magma a través de los volcanes. El

enfriamiento y la solidificación posteriores fueron muy rápidos, dando como resultado la

formación de minerales con grano fino o de rocas parecidas al vidrio.

2.1.2.2 Rocas sedimentarias: Las rocas sedimentarias se forman en la superficie de la tierra

por procesos de erosión y alteración de rocas pre-existentes, lo que supone su disgregación,

la formación de detritus, la disolución de componentes en soluciones acuosas, el transporte

de los mismos y el depósito de fragmentos de rocas, de organismos o material de

precipitación química en zonas apropiadas (cauces de ríos, lagos, mares, etc.). Algunas rocas

calizas y areniscas pueden tener menos de 100 MPa de resistencia a la trituración, siendo

inadecuadas para su uso en concreto de alta resistencia (Tabla No.1-5). Si se compara con las

rocas ígneas, las rocas sedimentarias contienen impurezas que en ocasiones no permite su

uso como agregado. (Garcia & Prado 2005)

2.1.2.3 Rocas metamórficas: Cualquier roca cuando se somete a intensas presiones y

temperaturas sufre cambios en sus minerales y se transforma en un nuevo tipo se denomina

roca metamórfica. El proceso metamórfico se realiza en estado sólido, es decir las

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transformaciones se producen sin que la roca llegue a fundirse. La mayoría de las rocas

metamórficas se caracterizan por un aplastamiento general de sus minerales que hace que se

presenten alineados. Esta estructura característica que denominamos foliación (Tabla 1). La

clasificación de las rocas metamórficas se basa según sus propiedades fisicoquímicas,

composición mineral y textural. (Montoya & Reyes 2005)

Tabla 1. Clasificación mineralógica de las rocas

Fuente: CHAN YAM, José Luis, SOLÍS CARCAÑO, Rómel, MORENO, Éric Iván.

Influencia de los agregados pétreos en las características del concreto.

En Revista Ingeniería Vol. 7, No. 2 (2003) p. 41

21



2.1.3 Propiedades de los agregados pétreos.

Es esencial el desarrollo de ensayos INVIAS cumplir las especificaciones de los agregados

cumpliendo propiedades y características físicas, mecánicas, mineralógicas y químicas. A

continuación, se menciona cada uno de los ensayos para su análisis petrográfico y

caracterización física con sus respectivas normas. (Garcia & Prado 2005)

2.1.3.1 Propiedades mineralógicas: Las características mineralógicas de la roca de donde

provengan, pueden dar a conocer la calidad del material. A continuación, se presenta una

descripción de los minerales constitutivos que comúnmente aparecen en los agregados,

descritos en la Norma ASTM C-295. (Montoya & Reyes 2005)

- Minerales de arcilla: Comprende los minerales con estructura laminar menor de 2 μm

(0.002 mm) de tamaño. Los minerales de arcilla, que consisten principalmente en

aluminio hidratado, magnesio y silicatos de hierro, son los principales componentes de

las lutitas y las arcillas. Son suaves y se desintegran al mojarse; algunas arcillas

(conocidas como montmorillonitas en Estados Unidos y como esméctitas en el Reino

Unido), sufren grandes expansiones al mojarse. Las arcillas y las pizarras no son por lo

tanto directamente utilizadas como agregados del concreto. Sin embargo, los minerales

arcillosos pueden estar presentes como contaminantes en un agregado mineral natural.

(Montero Olarte 2004)

- Minerales de carbonato: El mineral de carbonato más común es la calcita o el carbonato

de calcio, CaCO3. El otro mineral más común es la dolomita, que tiene proporciones

equimoleculares de carbonato de calcio y carbonato de magnesio (que corresponde a

54.27 y 45.73 por ciento en peso de CaCO3 y MgCO3 respectivamente). Ambos

minerales de carbonato son más blandos que el cuarzo y que el feldespato. (Figueroa &

Ortiz 2012)

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- Minerales feldespáticos: Los minerales del grupo del feldespato son minerales más

abundantes que forman las rocas en la corteza terrestre y son importantes componentes

de las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. Casi tan duro como el cuarzo, los

distintos elementos del grupo se diferencian por su composición química y sus

propiedades cristalográficas. La ortoclasa, la sanidina y la microclina son silicatos de

aluminio y de potasio, que son frecuentemente llamados feldespatos de potasio. La

plagioclasas o feldespatos de cal-sosa incluyen silicatos de aluminio y de sodio (albita),

silicatos de aluminio y de calcio (anortita), o ambos. Los feldespatos alcalinos que

contienen potasio o sodio aparecen generalmente en rocas ígneas de alto contenido de

sílice, tales como los granitos y las riolitas, mientras que las que tienen más alto contenido

de calcio, se encuentran en las rocas ígneas de bajo contenido de sílice, tales como la

diorita, el gabro y el basalto. (Montoya & Reyes 2005)

- Minerales ferromagnesianos: Aparecen en muchas rocas ígneas y metamórficas,

consisten en silicatos de hierro o de magnesio, o en ambos. Los minerales con contenido

de estructura cristalina de anfibolita y de piroxeno son conocidos como hornblenda y

augita respectivamente. El olivino es un mineral común de esta clase, que se encuentra

en las rocas ígneas de contenido relativamente bajo de sílice. (Montero Olarte 2004)

- Minerales micáceos: La moscovita, la biotita, la clorita y la vermiculita, que forman el

grupo de minerales micáceos, también contienen silicatos de aluminio, hierro y de

magnesio, pero su composición estructural laminar interna es responsable de la tendencia

a separarse en hojas finas. Las micas son abundantes y aparecen en los tres grupos

principales de rocas. (Montoya & Reyes 2005)

- Minerales de sulfato y sulfuro: Los sulfuros de hierro como la pirita, la marcasita y la

pirrotita, se hallan frecuentemente en agregados naturales. La marcasita, que se encuentra

principalmente en las rocas sedimentarias, se oxida rápidamente para formar ácido

sulfúrico e hidróxidos de hierro. La formación de ácidos es indeseable, especialmente

desde el punto de vista de la corrosión potencial del acero en concretos pre-forzados y

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reforzados. La marcasita y ciertas formas de pirita y pirrotita se piensa que pueden ser las

responsables de los cambios expansivos de volumen en el concreto, causándole grietas y

botaduras. El yeso (sulfato de calcio hidratado) y la anhidrita (sulfato de calcio anhidro)

son los minerales de sulfatos más abundantes que pueden estar presentes como impurezas

en las rocas de carbonato y en las pizarras. Algunas veces se encuentran como

recubrimientos en arena y en grava; tanto el yeso como la anhidrita, cuando se hallan

presentes en el agregado incrementan las posibilidades de un ataque de sulfatos en el

concreto. (Garcia & Prado 2005)

2.1.3.2 Propiedades físicas de los agregados: La NTC 174 (Especificaciones de los

agregados para concreto) equivalente a la norma ASTM C33. Establece los requisitos de

gradación y calidad para los agregados finos y gruesos, especifica los procedimientos y según

las características encontradas determina su uso. En el análisis petrográfico se utiliza la

ASTM C295. (Thorez 1976)

Para la caracterización física de los agregados pétreos la NTC 174 recomienda realizar

ensayos de:

- Análisis granulométrico de suelos por tamizado I.N.V.E-123-07.

- Cantidad de material fino que pasa por el tamiz de 0.075mm (No.200) en los agregados

I.N.V.E-214-07.

- Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando

el aparato micro-deval I.N.V.E-238-07.

- Equivalente de arena de suelos y agregados finos I.N.V.E-133-07.

- Gravedad específica y absorción de agregados finos I.N.V.E-222-07.

- Limite plástico e índice de plasticidad de suelos I.N.V.E- 126-07.

- Método para determinar partículas planas, alargadas o planadas y alargadas en agregados

gruesos I.N.V.E-240-07.

24



2.1.4 Análisis petrográfico

El análisis petrográfico proporciona la identificación de los tipos y variedades de rocas

presentes en los agregados potenciales. También, los minerales presentes en la muestra.

Puede enfocarse específicamente a evaluar la posible presencia de material contaminante en

los agregados, como vidrio sintético, carbonillas, escorias o la ceniza del carbón, óxido de

magnesio, óxido de calcio, o ambos; la suciedad, hidrocarburos, químicos que pueden afectar

la conducta del concreto o las propiedades del agregado, excremento animal, plantas o

vegetación podrida y la reacción álcali-agregado, que se origina entre determinados

agregados activos y los óxidos de sodio y potasio del cemento. La reacción se inicia en la

superficie del agregado y se produce en la interfase con la pasta de cementos formando un

gel que toma agua y se dilata creando presiones internas que llevan a la rotura del material y

comprende los siguientes sistemas, reacción álcali-sílice, reacción álcali-silicato y la reacción

álcali carbonato. (Torrence & Germaine 2003)

2.1.5 Porosimetría

Desde un punto de vista físico, los materiales geológicos, suelos y rocas, pueden ser

considerados sistemas trifásicos, constituidos por una fase sólida (las partículas que definen

la fábrica), una fase líquida (generalmente agua, ya sea gravitacional, o asociada a las

partículas mediante adsorción) y una fase gaseosa (habitualmente aire con vapor de agua).

(Ferreira & Torres 2014)

La caracterización de los materiales porosos implica normalmente la determinación del

volumen total de poros o porosidad así como de la curva de distribución de tamaño de poro.

En ocasiones, también puede ser necesario estudiar la morfología de los poros y su

interconectividad o determinar su superficie específica interna y externa. (Ferreira & Torres

2014)

25



Los métodos más comúnmente utilizados son:

La porosimetría de mercurio, donde los poros son llenados con mercurio por efecto de una

presión aplicada. Este método es apropiado para numerosos materiales con poros en el rango

de tamaño entre 0,003 – 360μm. (Garcia & Prado 2005)

La porosimetría de mercurio es una técnica destructiva que permite estudiar la red porosa de

los materiales en un rango que oscila entre 0,003 – 360 μm, lo que implica valores que varían

en un rango de cinco ordenes de magnitud. Consiste en la penetración controlada de mercurio

como respuesta a una presión hidrostática aplicada, existiendo una relación matemática entre

el diámetro de poro intruído por el mercurio y la presión necesaria para que se produzca tal

intrusión. Esta técnica es adecuada para muestras sólidas que no se humedecen y amalgaman

en presencia de mercurio, como es el caso de la gran mayoría de suelos y rocas. Algunos

metales como el oro, la plata, níquel o cobre pueden requerir una pasivación previa antes de

ponerlos en contacto con mercurio. (Garcia & Prado 2005)

Pero esta técnica no solo resulta de enorme interés por cubrir un rango de tamaño de poro tan

amplio, sino porque los datos que proporciona (volumen de mercurio intruído en función de

la presión aplicada) es indicativo de diversas características del espacio poroso y puede

correlacionarse con diferentes propiedades físicas del material. (Ferreira & Torres 2014)

Este ensayo, además de la curva de distribución del volumen de poros que presenta la muestra

en función del tamaño de acceso a los mismos, también permite obtener otros parámetros del

sistema poroso: porosidad accesible al Hg, porosidad atrapada, eficacia del drenaje,

superficie específica, etc. (Figueroa & Ortiz 2012)

Observaciones:

De acuerdo con las características del ensayo debe tenerse en cuenta que (2):

- Sólo se consideran poros abiertos, accesibles al mercurio.

26



- Al asumir un modelo de poros cilíndricos se determina un tamaño aparente: el de un poro

ideal cilíndrico equivalente.

- Se determina el tamaño de los conductos por los que tienen acceso los poros a partir de

la superficie del material, y no el tamaño de los poros situados en su interior.

- Se trabaja con presiones elevadas, lo cual puede alterar la geometría del medio poroso, si

bien no parecen verse afectados los materiales rocosos y suelos.

- El ensayo precisa usar mercurio –material peligroso–, por lo que deben extremarse las

normas de seguridad.

- Se trata de un ensayo irreversible, ya que una fracción del mercurio queda atrapada en el

sistema poroso.

2.2 MARCO TECNOLÓGICO - CIENTÍFICO

Para la caracterización no convencional de los agregados pétreos se utilizan herramientas

tecnológicas en laboratorios especializados en geología o suelos para realizar los ensayos. La

mineralogía del agregado se realiza por la difractometría de rayos X (DRX), la identificación

de la microestructura por medio de la microscopia electrónica de barrido (SEM) y la

Porosimetría por la fluorescencia de rayos X (FRX).

2.2.1 Difractometría de rayos X (DRX):

La Difracción de Rayos X está basada en las interferencias ópticas que se producen cuando

una radiación monocromática atraviesa una rendija de espesor comparable a la longitud de

onda de la radiación. Los Rayos X tienen longitudes de onda de Angstroms, del mismo orden

que las distancias interatómicas de los componentes de las redes cristalinas. Al ser irradiados

sobre la muestra a analizar, los Rayos X se difractan con ángulos que dependen de las

distancias interatómicas. El método analítico del Polvo al Azar o de Debye-Scherrer consiste

en irradiar con Rayos X sobre una muestra formada por multitud de cristales colocados al

azar en todas las direcciones posibles. Para ello es aplicable la Ley de Bragg: nλ = 2d . senθ,

en la que “d” es la distancia entre los planos interatómicos que producen la difracción. (8).

(Torrence & Germaine 2003)

27



La difracción de rayos-x es un método de alta tecnología no destructivo para el análisis de

una amplia gama de materiales, incluso fluidos, metales, minerales, polímeros, catalizadores,

plásticos, productos farmacéuticos, recubrimientos de capa fina, cerámicas y

semiconductores. La aplicación fundamental de la Difracción de Rayos X es la identificación

cualitativa de la composición mineralógica de una muestra cristalina. Otras aplicaciones son

el análisis cuantitativo de compuestos cristalinos, la determinación de tamaños de cristales,

la determinación del coeficiente de dilatación térmica, así como cálculos sobre la simetría

del cristal y en especial la asignación de distancias a determinadas familias de planos y la

obtención de los parámetros de la red. Como se observa en la ilustración 2-1. (Torrence &

Germaine 2003)

Ilustración 1. Difractometría de rayos X (DRX) - Bruker D8 Advance.

28



2.2.2 Fluorescencia de rayos X

La fluorescencia de rayos X (FRX) es una técnica espectroscópica que utiliza la emisión

secundaria o fluorescente de radiación X generada al excitar una muestra con una fuente de

radiación X. La radiación X incidente o primaria expulsa electrones de capas interiores del

átomo. Los electrones de capas más externas ocupan los lugares vacantes, y el exceso

energético resultante de esta transición se disipa en forma de fotones, radiación X

fluorescente o secundaria, con una longitud de onda característica que depende del gradiente

energético entre los orbitales electrónicos implicados, y una intensidad directamente

relacionada con la concentración del elemento en la muestra. (Figueroa & Ortiz 2012)

La FRX tiene como finalidad principal el análisis químico elemental, tanto cualitativo como

cuantitativo, de los elementos comprendidos entre el flúor (F) y el uranio (U) de muestras

sólidas (filtros, metales, rocas, muestras en polvo, tejidos, etc.) y liquidas porque permite

hacerlos sin preparación de la muestra. El único requisito es que ésta tenga un tamaño inferior

al del portamuestras. (9) (Brackman 2010)

Ilustración 2. Fluorescencia de rayos X. Espectrómetro secuencial de rayos X

29



2.2.3 Microscopía electrónica de barrido (SEM):

El sistema de formación de una imagen en microscopía electrónica de barrido está basado en

el sistema óptico de reflexión. Según este, el objeto se ilumina frontalmente, siendo los haces

reflejados responsables de la iluminación final. La técnica de microscopía electrónica capaz

de producir imágenes de alta resolución de la superficie de una muestra utilizando las

interacciones electrón-materia. Utiliza un haz de electrones en lugar de un haz de luz para

formar una imagen. (Montoya & Reyes 2005)

Ilustración 3. Microscopio Electrónico de Barrido - U. de Málaga. / Imágenes de

microscopio electrónico de barrido mostrando las morfologías externas de los diferentes

tipos de partículas. (7)

https://es.wikipedia.org/wiki/Microscop%C3%ADa_electr%C3%B3nica

https://es.wikipedia.org/wiki/Electrones

https://es.wikipedia.org/wiki/Luz

30



2.3 MARCO GEOGRÁFICO

El proyecto tiene como referencia geográfica el Municipio de Soacha para la adquisición del

material de cantera y Bogotá D.C para el desarrollo de los ensayos y análisis de datos.

El material se extraerá de la cantera el recurso (Soacha-Cundinamarca), km. 2.7 vereda

panamá vía Fusunga. La siguiente imagen muestra la ubicación, extensión, recorrido de

llegada. La cantera se encuentra bajo el contrato de concesión DLQ-121 y Licencia

Ambiental Resolución 0425 de 11 de 2006.

Ilustración 4 Ubicación Cantera el recurso (Soacha-Cundinamarca).

31



Ilustración 5. Mapa de elementos geomorfológicos del casco urbano Municipio de Soacha.

FUENTE: Servicio Geológico colombiano

32



3 METODOLOGÍA

3.1 FASE PRELIMINAR

La fase preliminar consistió en recopilación de bibliografía, artículos científicos e

investigaciones en la caracterización mineralógica, química y porosimétrica de agregados

pétreos utilizados en vías.

3.2 FASE DE CAMPO E IDENTIFICACIÓN

En miras de ampliar la línea de investigación en la caracterización mineralógica, química y

porosimétrica de los agregados pétreos extraídos de las canteras de la sabana de Bogotá y

zonas periféricas. Se extrajo 15 kg del material de la cantera “El recurso” ubicada en Soacha.

El material suministrado por esta cantera comúnmente es utilizado para bases y subbases.

3.3 FASE DE CARACTERIZACIÓN Y ENSAYOS DE MUESTRAS

3.3.1 Difracción de rayos X (DRX)

3.3.1.1 Procedimiento de preparación: Previo a la preparación del montaje en polvo se

pulverizó y tamizó la muestra para obtener un tamaño de partícula menor a 63 micras. Para

la selección de la porción utilizada en el análisis de difracción, se cuarteó la muestra hasta

obtener un peso de aproximadamente 2g. A continuación, se describe el montaje en polvo

utilizado en el presente informe para el análisis de las muestras.

- Montaje en polvo

La mineralogía principal de una muestra puede ser determinada mediante difracción de rayos

X analizando un montaje en polvo. Este tipo de preparación garantiza que los rayos X tengan

la misma oportunidad de incidir en cualquier plano cristalino de los minerales al estar

33



orientados al azar los cristales de estos. Sin embargo, minerales con un hábito cristalino

laminar tienden a orientarse preferentemente, fenómeno tenido en cuenta a la hora de la

interpretación.

El procedimiento descrito por Zhang et al. (2003) consiste en distribuir la muestra,

previamente pulverizada, en el portamuestras con una lámina de metal afilada mediante

movimientos verticales (40-50 veces). Luego debe removerse el polvo excedente activando

una pistola de aire a ~0.5 m de distancia del portamuestras.

3.3.1.1 Instrumentación y Parámetros

Difractómetro Bruker D8 Advance - Serie I

Detector LYNXEYE

Tubo de rayos-X Co (K alpha λ =1.7890)

Filtro de Níquel

35KV 30mA

Muestras en polvo: 2θ: 5-70° (montaje polvo)

Tamaño del paso: 0.015

Velocidad de barrido: 0.3 segundos por paso

3.3.2 Fluorescencia de rayos X (FRX)

3.3.2.1 Procedimiento de preparación: Las muestras son secadas a 105°C por un periodo de

12 horas. Cuando el material es demasiado grueso y su granulometría no es homogénea, esta

se reduce con un molino de bolas de ágata. Las muestras son homogenizadas por agitación y

se preparan en forma de pastillas con relación muestra-cera espectrométrica Merck, de 1:10.

Posteriormente las muestras son llevadas a una prensa hidráulica a 120 kN por 1 minuto. De

este modo se obtiene una pastilla de 37 mm de diámetro para ser medida en una aplicación

semicuantitativa o cuantitativa.

34



El análisis cuantitativo se realizó con el software SemiQ 5, haciendo 11 barridos, con el fin

de detectar todos los elementos presentes en la muestra, excluyendo H, C, Li, Be, B, N, O y

los elementos transuránicos.

3.3.2.1 Instrumentación y Parámetros

- EQUIPO: MagixPro PW – 2440 Philips

- TUBO: Objetivo de Rh con Voltaje máximo de 4KW

- Sensibilidad: 100ppm (0.01%) en la detección de elementos pesados metálicos.

- VACÍO: Bomba portátil para aumentar la sensibilidad en la detección de elementos

ligeros.

3.3.3 Microscopia de barrido (SEM)

Procedimiento: La muestra entregada fue cuarteada para tener un resultado estadísticamente

confiable. Dado el tamaño de las muestras y su coloración similar no se realizó un

agrupamiento de las muestras por características macroscópicas. Con los fragmentos

resultantes del cuarteo se realizó un montaje rectangular de 4.7 cm x 2.5 cm con resina

transparente. El montaje se recubrió con grafito, para crear una película conductora y poder

analizarlo en el microscopio electrónico de barrido (SEM) en modo de alto vacío.

Instrumentación y Parámetros: El análisis se realizó en un SEM marca JEOL modelo JSM

6490-LV, con un voltaje de aceleración de 15 KV en alto vacío a una distancia de trabajo de

15mm aproximadamente. Las micrografías fueron tomadas con un detector de electrones

retro dispersados (BSE) y los espectros de energía dispersiva de rayos x (EDX), para el

análisis elemental se obtuvieron con un tiempo de detección de rayos x de 60 segundos. La

Ilustración 1 muestra el montaje realizados junto con el recubrimiento con grafito.

35



Ilustración 6. Muestra 1: Montajes con granos después del metalizado con grafito.

3.4 FASE DE CARACTERIZACIÓN

Para la fase de caracterización se realizó los ensayos de difractometría de rayos X (DRX),

fluorescencia de rayos X (FRX) y microscopio electrónico de barrido (SEM) sobre las

partículas. De esta manera se identificó la mineralogía, propiedades químicas y porosidad del

material de la cantera de la sabana.

De cada caracterización adquirida de los ensayos se evidencia las posibles variables que

puede tener el material para la utilización en la construcción de pavimentos, como lo son en

mezclas de pavimentos asfalticos e hidráulicos y en bases intermedias.

3.5 FASE DE ELABORACIÓN DEL DOCUMENTO FINAL

El documento final cuenta con el proceso de toda la investigación hasta el análisis final de

los resultados. Este documento incluye la fase de investigación del marco teórico y

conceptual, la metodóloga de trabajo, el análisis de resultados y conclusiones.

36



4 ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 DIFRACCION POR RAYOS X (DRX)

Del análisis de los montajes en polvo de la muestra de la cantera de la sabana se presenta los

difractogramas que muestran los resultados de la difracción por rayos X. De los

difractogramas, la abscisa “Counts” corresponde a las intensidades de cada pico difractado,

y la ordenada y la ordenada que muestra el ángulo 2theta (2𝜃) de acuerdo a la ley de Bragg:

𝑛𝜆=2𝑑sin𝜃 (𝐵𝑟𝑎𝑔𝑔,1910)

Donde,

n es un entero positivo.

λ es la longitud de onda de la onda incidente (LW)

d es la distancia interplanar

θ es el ángulo de difracción

Bragg (1910) demostró que existe una relación entre la distancia interplanar “d” en la

estructura cristalina de un mineral, o minerales, y el seno del ángulo “θ”. La intensidad del o

altura del pico en el eje y depende de la estructura cristalina y la cantidad de cada mineral

presente en la muestra.

- Montaje en polvo

La Tabla 2 muestra el porcentaje en peso de cada fase mineral identificada en el montaje en

polvo de la muestra. Los resultados obtenidos tienen una incertidumbre de ±2%.

37



MINERAL (%

Peso) FORMULA QUIMICA

MUESTRA

No. 1

Cuarzo SiO2 84,33%

Caolinita Al2Si2O5(OH)4 15,67%

Tabla 2. Porcentaje en peso (% Peso) de cada fase mineral identificada en la muestra

Ilustración 7. Muestra 1: Proporción composicional de la muestra en % Peso.

Los diferentes picos detectados son las reflexiones de los planos en cada fase mineral como

se evidencia en la gráfica 4.2, los cuales son comparados con una base de datos (Brucker).

La cuantificación es realizada con el software TOPAS, el cual opera bajo el método de

refinamiento Rietveld y una optimización por mínimos cuadrados. La función matemática

que simula el difractograma tiene en cuenta tanto los parámetros de escala, que describen el

“background” y las formas de los picos, como las contribuciones del instrumento y

orientaciones preferentes.

38



Ilustración 8. Difractograma 1. Muestra 1 en polvo.

39



4.2 FLUORESCENCIA POR RAYOS X (FRX)

Posterior al análisis cuantitativo realizado por el software SemiQ 5, haciendo 11 barridos. se

detectaron los elementos y/o compuestos presentes en la muestra de la cantera “El recurso”.

De los resultados obtenidos se ve en gran porcentaje en peso, sílice (SiO2) en un 76,02%,

seguido de óxido de aluminio en un 17,93% (Al2O3), Oxido ferroso (Fe2O3) en un 3,10% y

el óxido de potasio (K2O) en un 1,02%. Los demás elementos presentes se encuentran en

porcentajes bajos poco representativos de la muestra. Los resultados presnetados se

transcriben a continuación en la tabla 3:

Elemento y/o Compuesto XRF-6092 M1 - Gmas - (% en peso)

Na2O 0,04%

MgO 0,43%

Al2O3 17,93%

SiO2 76,02%

P2O5 0,37%

SO3 0,07%

K2O 1,02%

CaO 0,13%

TiO2 0,63%

V 0,01%

Cr 0,05%

Fe2O3 3,10%

Sr 0,01%

Zr 0,06%

Ba 0,08%

Ce 0,04%

Zn 40 ppm

Rb 37 ppm

Nb 27 ppm

Y 20 ppm

Tabla 3. Resultados de FRX para la muestra”M-1”.

40



4.3 MICROSCOPÍA DE BARRIDO (SEM)

El resultado de la microscopia de barrido para la muestra de análisis de la cantera se

evidencia en dos fases. En la primera fase se presenta los resultados porosimetría y la segunda

fase los resultados de la composición mineralógica por cada tipo de grano encontrado por

medio micrografías a 50, 200 y 500 micrómetros.

4.3.1 Resultados porosimetría

Los resultados se esta primera fase se realizó toma de datos en 4 tipos de granos observados

en la muestra y a cada uno de ellos se le realizó un cálculo de porosidad.

El procesamiento de cada micrografía se realizó empleando el programa IMAGE J, el cual

colorea de rojo los poros (espacio interpartícula e intrapartícula) y microfracturas. En algunas

imágenes parte del área analizada corresponde a la resina utilizada en la fabricación del

montaje, por lo tanto el área porosa fue recalculada sobre el área que corresponde únicamente

a la muestra. A continuación, se presenta este procedimiento para cada uno de los tipos de

granos con los resultados de porosidad para cada tipo.

Grano Tipo 1

En esta micrografía tomada a 50 micrómetros (ilustración 4-1) se observa del grano tipo 1.

Se observa el área porosa resaltada en rojo y cuenta en promedio de 0,77%. Los resultados

de los porcentajes del área porosa se ven en la tabla 4. De los resultados se determinó que el

grano tipo 1 está compuesto por minerales de cuarzo y óxido de hierro. Este tipo de grano

con el grano tipo 4 son los que presenta mayor aérea de porosidad

41



Ilustracion 9. Micrografía grano tipo 1. cálculo de área porosa

IMAGEN % POROSIDAD

G 1 1 0,85%

G 1 2 1,08%

G 1 3 0,75%

G 1 4 0,40%

Promedio 0,77%

Tabla 4. % Área porosa Grano Tipo 1.

42



Grano Tipo 2

En el grano tipo 2 se observa laminaciones a 500 micrómetros en la micrografía

(ilustración 4-2). En este tipo de grano no se determinó porosidad como lo muestra la tabla

5. De los minerales detectados por este tipo de grano se encontró caolinita.

Ilustración 10. Micrografía grano tipo 2. Ejemplo cálculo de área porosa

IMAGEN % POROSIDAD

G 2 1 0,00%

G 2 2 0,00%

G 2 3 0,00%

Promedio 0,00%

Tabla 5. %Área porosa Grano Tipo 2.

43



Grano Tipo 3

La micrografía de grano tipo 3 (Ilustración 4-3) tomada a 200 micrómetros, se observa un

área porosa del 0,07% (Tabla 6). Este tipo de grano está compuesto por Caolinita, Cuarzo,

circón y Rutilio.

Ilustración 11. Micrografía grano tipo 3. Ejemplo cálculo de área porosa

44



IMAGEN % POROSIDAD

G 3 1 0,10%

G 3 2 0,10%

G 3 3 0,00%

Promedio 0,07%


Grano Tipo 4

El grano tipo 4 se observa mayor área porosa a 200 micrómetros en la micrografía

(ilustración 4-4). En este tipo de grano cuenta con mayor porcentaje de área porosa que los

demás tipos de granos con un promedio de 1,69%. De los minerales detectados por este tipo

de grano se encontró caolinita, cuarzo y circon.

Ilustración 12. Micrografía grano tipo 4. Ejemplo cálculo de área porosa para muestra

45



IMAGEN % POROSIDAD

G 4 1 1,50%

G 4 2 1,15%

G 4 3 2,60%

G 4 4 1,51%

Promedio 1,69%


4.4 COMPOSICION MINERALOGICA

Grano Tipo 1.

En este tipo de grano se encontró minerales de cuarzo y óxido de hierro de la muestra de

la cantera “El recurso”. La identificación de los minerales se observa en la micrografía

de la ilustración 4-5 con sus respectivos análisis de espectros por mineral.

MINERALES DETECTADOS POR

SEM Y EDX

Abreviaturas según

IUGS

Cuarzo Qtz

Óxido de Hierro Ox H

Tabla 8. Grano tipo 1: Minerales detectados.

46




detección de electrones retrodispersados

Ilustración 14. Espectro 1. De izquierda a derecha espectros de A) Cuarzo y B) Óxido

de Hierro.

47




detección de electrones retrodispersados.

Ilustración 16. Espectro 2. De izquierda a derecha espectros de a) Cuarzo y B) Óxido

de Hierro.

48



En algunos sectores de la muestra se detectó la presencia en bajo porcentaje en peso (<5%)

de elementos como Aluminio (Al) y Potasio (K) lo que sugiere que en la muestra existen

minerales de la arcilla. De acuerdo a los resultados de difracción de rayos X la arcilla presente

en la muestra corresponde a Caolinita.

Grano Tipo 2

MINERALES DETECTADOS

POR SEM Y EDX

Abreviaturas según

IUGS

Caolinita Kln




49



Ilustración 18. Espectros 3. Espectro de A y B) Caolinita



50



Grano Tipo 3


POR SEM Y EDX

Abreviaturas según

IUGS

Caolinita Kln

Cuarzo Qtz

Circon Zr

Rutilo Rt


Ilustración 20. Micrografía 9. Imagen general de la superficie de la muestra con


51



Ilustración 21. Espectros 4. De izquierda a derecha espectros de a) Cuarzo y B)

Caolinita.

Ilustración 22. Micrografía 10. Imagen detallada de la superficie de la muestra

con detección de electrones retrodispersados

52



Ilustración 23. Espectros 5. De izquierda a derecha espectros de a) Rutilo y B) Cuarzo

Grano Tipo 4


POR SEM Y EDX

Abreviaturas

según IUGS

Caolinita Kln

Cuarzo Qtz

Circón Zr


53



Ilustración 24. Micrografía 11. Imagen general de la superficie de la muestra con


Ilustración 25. Espectros 6. De izquierda a derecha espectros de a) Cuarzo y B)

Caolinita.

54




detección de electrones retrodispersados.Rt*: El mineral no fue confirmado por EDS

pero por las propiedades que presenta es posible que se trate de rutilo.

55



5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- El análisis mineralógico, químicos y porosimétrica muestra características del material

de la cual se puede inferir su comportamiento para el uso de construcción de obras viales.

- La muestra al tener alto contenido de cuarzo en su composición presenta buena resistencia

mecánica, durabilidad, adherencia, textura superficial y estabilidad química además de

una dureza de grado 7 en la escala de Mohs. Características que hacen idóneo el material

para el uso de bases, sub-bases, mezclas asfálticas y de concreto hidráulico.

- De los resultados de la muestra de agregado analizado por difracción de rayos X (DRX)

dio como resultado que está compuesta por un 84,33% de cuarzo y un 15,67% de

caolinita.

- La muestra entregada contiene dentro de su fracción gruesa (mayor a 4.75 mm) 2 tipos

de fragmentos principalmente. En primer lugar se encuentran los fragmentos

principalmente compuestos por cuarzo (Granos tipo 1, 2 y 4 descritos en sección SEM)

y en segundo lugar los fragmentos compuestos por Caolinita (Granos tipo 3 descritos en

sección SEM).

- Los primeros tipos de granos (Tipo 1, 2 y 4) se describen como rocas sedimentarias cuya

armazón está compuesta de cuarzo y que presentan material intersticial (relleno de

espacio poroso entre granos de la armazón) compuesto de caolinita. En general presentan

una porosidad muy baja (<2%) y la interconexión en los poros es muy mala. En ese

sentido la porosidad efectiva de la muestra tiende a ser nula. En estos tipos de granos es

posible encontrar minerales en concentraciones muy bajas (<1%) como Circón, rutilo y

óxidos de hierro acompañando los minerales de la armazón.

- La principal diferencia entre los fragmentos compuestos por cuarzo se presenta en el

porcentaje de caolinita presente como material intersticial pasando del fragmento Tipo 1

56



que tiene muy poco material (<1%) a el fragmento Tipo 4 que puede llegar a tener entre

20-25% de caolinita.

- Por otro lado, los fragmentos compuestos por caolinita (Granos tipo 3 descritos en

sección SEM) presentan únicamente este material de origen terrígeno y no es posible

observar cristales de cuarzo u otros materiales. En general todos los fragmentos son

sensibles al contacto al agua y tienden a desintegrarse al estar en contacto con este líquido.

- En términos generales los fragmentos analizados como Tipo 1 se puede clasificar como

una limolita arenosa, el fragmento 2 como una arcillolita y los fragmentos Tipo 3 y Tipo

4 como areniscas arcillosas.

57



BIBLIOGRAFÍA

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https://sstti.ua.es/es/instrumentacion-cientifica/unidad-de-rayos-x/espectroscopia-de-fluorescencia-de-rayos-x.html




TRABAJO DE GRADO ANALISIS MINERALÓGICO, QUIMICO Y POROSIMÉTRICO DE … · 2019-03-26 · vial en...

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