9 Índice de propiedades de las rocas
Este artículo arroja luz sobre las nueve propiedades de índice de las rocas. Las propiedades son: - 1. Gravedad específica 2. Contenido de humedad 3. Contenido de humedad de saturación (MC) sat 4. Porosidad 5. Permeabilidad 6. Conductividad hidráulica 7. Coeficiente de hinchamiento 8. Número de rebote 9. Resistencia a la compresión uniaxial (o no confinada).
Índice de propiedad # 1. Gravedad específica:
(i) Gravedad específica aparente seca (S b ):
Esto puede determinarse por dos métodos dependiendo de la porosidad de la muestra de roca.
(a) Para rocas de mayor porosidad (> 10%):
Esta prueba se usa para muchas rocas sedimentarias y rocas ígneas y metamórficas altamente meteorizadas.
La muestra de roca se seca al horno a 105 ° C durante 12 horas y se pesa (W 1 ). Luego, la muestra de roca se recubre inmediatamente con cera de parafina o algún otro material cuya densidad (y p ) sea conocida. La capa de cera se enfría y la muestra se pesa (W 2 ).
Peso de la cera de parafina = W p = W 2 - W 1
A continuación, se mide el volumen de agua (V) desplazado por la muestra.
(b) Para rocas de menor porosidad (<10%):
Esta prueba está hecha para rocas sedimentarias bien compactadas o cementadas, todas rocas ígneas y metamórficas frescas. Se utiliza un equilibrio de andador. La muestra se suspende en aire y se pesa (VV, ). Se sumerge en agua y se pesa nuevamente (W 2 ). Entonces S b = W 1 / W 1 - W 2
(ii) Gravedad específica aparente saturada (S b (sat) ):
Si se conoce el contenido de humedad de saturación (MC) y su gravedad específica aparente seca (S b ), entonces,
(iii) Gravedad específica de grano mineral sólido (S s ):
1. Seque la botella de densidad y el tapón a 105 ° C y pese (W 1 ).
2. La roca se aplasta a un tamaño de malla aproximadamente igual al tamaño de grano de la roca. Una muestra debe secarse (a 105 ° C durante 4 horas) y colocarse en la botella de densidad (alrededor de un tercio lleno) y pesarse (W 2 ).
3. Se agrega agua destilada a la botella de densidad hasta que se cubra la muestra de polvo de roca. La botella de densidad se coloca en un desecador que se evacua lentamente del aire.
4. Suelte el vacío y vibrar la botella suavemente. Repita 3 y 4 hasta que no haya más problemas de aire de la muestra.
5. Llene la botella de densidad con agua destilada, póngala en un tapón y manténgala en un baño a temperatura constante durante 1 hora, agregando agua a la botella si el volumen de Us disminuye.
6. Seque la botella de densidad tapada y pese (W 3 ). Vacíe, limpie y vuelva a llenar la botella de densidad con agua destilada y manténgala a una temperatura constante durante 1 hora. Luego limpie y vuelva a pesar (W 4 ).
Se deben hacer dos determinaciones para cada muestra y promediar los resultados.
Propiedad de índice # 2. Contenido de humedad:
Para determinar el contenido de humedad (MC), la muestra de roca se pesa inmediatamente al retirarla de su recipiente hermético (W 1 ), por ejemplo, una bolsa de plástico. La muestra de roca se seca a un peso constante en un horno a 105 ° C durante 12 horas. Enfriar en un desecador y volver a pesar (W 2 ). Entonces,
Propiedad de índice n. ° 3. Contenido de humedad de saturación (MC) sat :
Si el contenido de humedad de la muestra ya está determinado, sabremos el peso excesivo de la muestra (W 2 ). Coloque la muestra en una cesta de alambre y sumérjala en agua durante 12 horas. Retirar y pesar después del secado de la superficie (W 3 ).
Índice de propiedad # 4. Porosidad:
La porosidad (n) es la relación entre el volumen de huecos en un suelo o roca y el volumen total., Si V v = Volumen de vacíos y V = Volumen total
Se expresa como una fracción decimal o como un porcentaje. En las rocas, el 10% es promedio, el 5% es bajo, el 15% o más es alto. No todos los vacíos en una roca están interconectados y son accesibles a los fluidos penetrantes. Por ejemplo, la piedra pómez es una roca muy porosa cuyos poros no están interconectados. Muchas rocas metamórficas ígneas y de alto grado tienen grietas muy pequeñas o micro fracturas que no están interconectadas.
La porosidad efectiva se refiere a la relación entre el volumen de huecos interconectados y el volumen total de la roca. Los vacíos presentes en las rocas son generalmente de dos tipos, a saber, vacíos primarios (poros) entre los fragmentos de rocas clásticas y los vacíos secundarios producidos por fracturas posteriores o por meteorización química.
El primero es característico de toda la masa rocosa y su porosidad por definición estricta. El segundo depende de la historia posterior de la roca y es muy variable dentro del cuerpo de la roca. Los valores de porosidad real de algunos tipos de roca comunes se dan en la tabla 2 a continuación.
Los diversos factores que controlan la porosidad de las rocas y suelos sedimentarios son los siguientes:
(a) El grado de cementación (es decir, en qué medida el espacio de los poros se reemplaza por el cemento) y la extensión de la recristalización en los puntos donde se tocan los granos. Ambos están influenciados por la edad y la historia del entierro de la roca.
(b) La variación del tamaño del grano Dado que los granos pequeños pueden llenar los vacíos entre los granos más grandes, un sedimento con una gran variación en el tamaño del grano (un sedimento bien graduado) tiene una porosidad más baja que un sedimento pobremente graduado.
(c) El empaque de los granos Si los granos son esféricos, el empaque puede ofrecer un rango de porosidades desde 26% a 47%. El empaque más suelto es una disposición menos estable de los granos y un cambio de esto a una disposición más estable reducirá la porosidad y puede conducir a la expulsión de agua del sedimento.
(d) La forma de los granos Dado que los listones angulares, como en los minerales de arcilla, a menudo forman puentes entre otros granos que los mantienen separados y, por lo tanto, aumentan la porosidad.
En las calizas cristalinas, el espacio vacío es principalmente secundario y se rige por la presencia de fósiles y planos de lecho mediante la lixiviación de carbonato y la deposición de aguas subterráneas ácidas y la fractura a gran y pequeña escala. Debido a la progresiva lixiviación, el espacio vacío generalmente aumenta con el tiempo y se pueden desarrollar cavernas.
Propiedad de índice # 5. Permeabilidad:
Permeabilidad, k (dimensión L 2 ) es una medida de la facilidad de flujo a través de una roca o suelo, independientemente de las propiedades del fluido. Se relaciona con la conductividad hidráulica K por la ecuación.
dónde,
ρ = densidad
µ = viscosidad dinámica
y g = aceleración debida a la gravedad
La unidad de permeabilidad es el darcy que es aproximadamente 10 -8 cm 2 .
La permeabilidad de muchas rocas comunes es una o dos órdenes de magnitudes menores que un darcy y generalmente se expresan en milidarcas.
El factor principal que controla la permeabilidad es el tamaño de los huecos, ya que si los huecos son más pequeños, mayor será el área de contacto de la superficie del agua con el mineral sólido y mayores serán las fuerzas capilares que restringen el flujo.
En suelos sueltos, la permeabilidad aumenta con (diámetro) 2 de los granos. El flujo también tiene lugar a través de vacíos secundarios, como las juntas y, las rocas de este personaje se conocen como permeables en lugar de permeables.
Propiedad de índice # 6. Conductividad hidráulica:
La conductividad hidráulica K es una medida de la facilidad del flujo de agua a través de un suelo o roca bajo un gradiente hidráulico dado. La conductividad hidráulica (dimensiones LT -1 ) está vinculada a la permeabilidad k de la propiedad del índice de roca y también a la viscosidad y densidad del fluido (agua). No es una propiedad de índice de rock. Tiene la dimensión de la velocidad y, a menudo, se expresa en metros por día.
Los valores típicos para los suelos son:
Arcillas: 0 a 1 m por día.
Arena: 10 a 260 m por día.
Grava: hasta 300 m por día.
Índice de propiedad # 7. Coeficiente de hinchamiento:
El coeficiente de hinchamiento es una medida del cambio en la longitud de una muestra que inicialmente se secó en un horno y luego se empapó en agua hasta que se saturó completamente. Se expresa como la relación de las longitudes original (seca) y final (saturada). Este comportamiento de hinchamiento está relacionado con la cantidad de minerales arcillosos expansivos contenidos en una roca.
Propiedad de índice # 8. Número de rebote:
El número de rebote (R) se mide utilizando un martillo de prueba de concreto Schmidt y se usa para evaluar la resistencia in situ de las rocas. La altura de rebote del martillo se expresa como un porcentaje de la distancia de avance de la masa del martillo.
Propiedad de índice # 9. Resistencia a la compresión uniaxial (o no confinada):
Antes de determinar la resistencia de un espécimen de roca, es necesario que el espécimen de roca esté preparado adecuadamente.
Se puede adoptar el siguiente procedimiento:
(a) Tamaño y forma de la muestra:
Las muestras de prueba cilíndricas se extraen de una masa de roca en el campo usando EX (22 mm de diámetro), AX (28 mm) o BX (41 mm) de brocas de núcleo hueco o de una muestra de mano en un laboratorio con 25, 38 o 63 mm dia huecos del núcleo. La relación de aspecto del núcleo (longitud: diámetro) es importante y debe ser mayor que 2. Las superficies superior e inferior del núcleo deben ser lisas, paralelas entre sí y en ángulo recto con la longitud del núcleo.
(b) Método de prueba:
El núcleo preparado se coloca con sus extremos planos entre dos platinas. La velocidad de compresión puede ser de 0.7 N / mm 2 por segundo. (tensión controlada) y 1 mm por min. (deformación controlada). La resistencia a la compresión uniaxial o no confinada se mide en N / mm 2 .
Se deben analizar varias muestras de cada unidad de roca.
Dado que es probable que ocurran variaciones en la fuerza dentro de una sola unidad de roca debido a las siguientes condiciones:
(i) Las propiedades de los minerales constituyentes, especialmente sus arneses, la presencia de escotes y los grados de su alteración.
(ii) La presencia y la forma de cualquier vacío dentro de las rocas y si estos vacíos están llenos de agua.
(iii) La naturaleza de la unión entre los granos minerales.
