PROPIEDADES GEOMECANICAS Y ENSAYOS DESTRUCTIVOS DE LABORATORIO DE ROCAS

Propiedades fisicas y quimicas de las rocas

Las rocas son agregados de uno o más minerales sólidos, con propiedades físicas y químicas definidas, que se estructuran de forma natural. Dichas propiedades físicas y químicas se pueden deber a su composición, su textura, la permeabilidad, entre otros. Sin embargo, para su agrupación según su tipo, el criterio más usado es el origen, es decir, el mecanismo de su formación.

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Propiedades Fisicas de las Rocas: Porosidad y Permeabilidad

Las rocas presentan diversas propiedades físicas, que son expresadas usualmente por medio de parámetros que cuantifican aspectos o comportamientos específicos. Estas propiedades físicas se derivan de las características petrográficas; de los minerales que las forman, de su tamaño y morfología; del volumen de poros, de su forma y de la naturaleza de los fluidos que rellenan sus poros.

Porosidad y Permeabilidad

La porosidad se refiere a la capacidad que tiene su formación, para lograr contener fluidos, y se la simboliza con la letra griega FI (ø). Es el volumen vacío de la roca que está lleno de fluido dividido por el volumen de la roca.

La porosidad de una roca puede ser primaria, tal como la porosidad intergranular de una arenisca o secundaria, por los cambios físicos o químicos que tienen lugar luego de la formación de la roca.

La porosidad se ve afectada por la angularidad o redondez de los granos de arena, en conjunto con la distribución, el empaquetamiento y la cementación, esto debido a la intercalación y llenado subsiguiente que tienen los espacios vacíos.

La permeabilidad permite el flujo o pasaje de los fluidos a través de él, como un reservorio y para que un reservorio sea comercialmente productivo, debe existir un flujo de hidrocarburos del reservorio al pozo y hacia la superficie, lo cual es posible cuando los poros están interconectados.

La importancia de las propiedades físicas de las rocas y de su estudio se encuentra en las aplicaciones de las mismas. Las rocas y los suelos, son los materiales sobre los que se realizan trabajos de ingeniería civil, es decir, construcción de edificios, túneles, presas, carreteras, entre otros, son los que constituyen el soporte en el que se encuentran los diferentes recursos, como, el agua, gas, petróleo, y más.

Si hablamos de las variaciones de las propiedades físicas de las rocas, podemos mencionar: su densidad, magnetización, velocidad de ondas elásticas y resistividad eléctrica, estas permiten la identificación de la geología del subsuelo, mediante métodos de exploración geofísica.

Propiedades Fisicas de las Rocas: Densidad

La densidad es un parámetro físico básico dentro de la caracterización de las rocas, y que dependerá en gran manera de su composición mineralógica y de su porosidad. Existen varios tipos de densidad en función de la fracción de porosidad que se considere.

La densidad real excluye a la porosidad, y se puede definir como el cociente entre la masa de la roca en seco y el volumen de la fracción de sólido.

La densidad del conjunto o bulk incluye, por el contrario, la porosidad total (conectada y no conectada), y se define como el cociente entre la masa de la roca en seco y el volumen de la probeta

La densidad aparente dependerá de la porosidad a la que no pueden acceder los fluidos en cada técnica de caracterización (porosimetría de mercurio, inmersión en agua, capilaridad, etc.). Es decir, el volumen aparente excluye los poros donde el fluido puede llegar (porosidad accesible), y sólo tiene en cuenta la fracción de poros cerrados, no accesibles y el volumen del sólido. La densidad de conjunto puede ser medida con un picnómetro de helio. Este es un gas que tiene un tamaño muy pequeño y una gran capacidad de penetración en la gran mayoría de los poros de la roca, por lo que este gas permite evaluar de forma precisa el volumen total del sólido (excluyendo la porosidad), por lo tanto, la densidad real de la roca.

Propiedades Quimicas de las rocas

Las propiedades químicas de las rocas: Están dadas por todos los minerales que se pueden reconocer de ciertas propiedades químicas que estas presentan, por ejemplo, al ver los elementos de los cuales están formadas y cómo reaccionan con ciertos reactivos.

Para probar el grado de solubilidad se emplea comúnmente el ácido clorhídrico, se utilizan el ácido sulfúrico y el agua regia (ácido nitroclorhídrico) aunque esta última con menos frecuencia.

La prueba la realizan en un tubo de ensayo, para esto la muestra se debe preparar, triturar y moler sucesivamente hasta formar un polvo fino, como la harina, en un mortero, con una cantidad suficiente.

Entre más delgado sea el polvo más fácilmente se disolverá.

Para una Solubilidad sin efervescencia hay muchos minerales que son solubles sin efervescencia, entre ellos están algunos óxidos como la hematita, limonita, goetita, algunos sulfatos, muchos fosfatos y arseniatos, entre otros.

Para una solubilidad con efervescencia; esta tiene lugar cuando el mineral pierde un ingrediente gaseoso o cuando se genera uno por la reacción mutua del ácido y el mineral. Entre los más destacados están los carbonatos, ya que todos ellos se disuelven con efervescencia, desprendiendo el bióxido de carbono (CO₂) como gas inodoro.

Hay carbonatos formadores de rocas comunes, como; la calcita, que es un carbonato de calcio y la dolomita, que es un carbonato de calcio y magnesio. La calcita es efervescente cuando el ácido reacciona sobre un fragmento sin pulverizar y más violentamente en una pulverizada. La dolomita, en cambio, no es efervescente con ácido frío; pero, cuando un fragmento es tratado con ácido caliente, la efervescencia es rápida, y ésta se acelerará en gran medida si la dolomita se pulveriza. Es una diferencia de comportamiento para distinguir la calcita y dolomita.

Propiedades Electricas de las rocas

Existen métodos geoeléctricos que se basan en analizar las respuestas que las rocas y que el suelo ofrece a un estímulo eléctrico, el cual es inducido artificialmente o podría incluso ocurrir naturalmente; es por ello, que al aplicar dichos métodos se deben conocer las propiedades eléctricas de las rocas y de los minerales que componen el medio en estudio.

Las corrientes eléctricas que se propagan a través de las rocas se analizan tomando en consideración que éstas se encuentran en un medio tridimensional e isótropo, con la ley de Ohm para medios homogéneos y tridimensionales. Esta es una de las leyes físicas que analizan cómo se comportan las corrientes eléctricas y plantea que la densidad de corriente, en un punto del medio tiene la misma dirección que el campo Eléctrico, en ese mismo punto y, que, a su vez, son proporcionales. El factor de proporcionalidad es la conductividad (σ) o su inverso la resistividad (ρ).

Resistividad Eléctrica. Las propiedades electromagnéticas se caracterizan principalmente en las rocas: la permeabilidad magnética, permitividad eléctrica y la resistividad eléctrica (o su inverso la conductividad eléctrica). De éstas, la más utilizada y de gran utilidad para la aplicación en los estudios geoeléctricos de bajas frecuencias, dada a la presencia de pocos minerales ferromagnéticos en las rocas, sobre todo en las rocas sedimentarias, es la resistividad. La resistividad eléctrica específica es la propiedad que presenta cualquier material, de oponerse al paso de una corriente eléctrica, siendo su expresión matemática:

R es la resistencia del material.

A: Área del material.

l: Longitud del material.

I: Corriente eléctrica aplicada al material.

La resistividad de un material corresponde a la resistencia eléctrica de un cubo de arista l de dicho material, cuando se hace pasar a través del mismo una corriente I perpendicular a una de sus caras; siendo en este caso ρ=R. Estas son las unidades de la resistividad en el sistema M.K.S.

Es utilizada una celda de resistividad que contiene la probeta a ser evaluada. Al incluir una corriente alterna de baja frecuencia a través de los electrodos de corriente situados en los extremos de la muestra es posible medir la diferencia de voltaje entre dos electrodos de potencial. De esta manera se puede conseguir la resistencia que ofrece el espécimen al pasaje de los portadores de carga y a partir de las propiedades geométricas de la probeta conocer la resistividad del volumen comprendido entre electrodos. El voltaje medido debe hacerse en estado estacionario para evitar efectos espurios por polarización y se requiere la calibración previa de la celda con soluciones de conductividad conocida. Basándose en la resistividad del fluido que satura los poros se calcula el factor de formación F y se utiliza la primera Ley de Archie para estimar porosidad. Las curvas de regresión ajustan el conjunto de datos a fin de obtener una expresión general que es válida comúnmente solo para un determinado sitio.

Propiedades Acusticas de las rocas

La propagación del sonido en un pozo, es un fenómeno complejo que está regido por las propiedades acústicas de las rocas y las propiedades mecánicas de ambientes acústicos diferentes. Estos implican la formación, la columna de fluido del pozo y la misma herramienta del registro. El sonido emitido del transmisor choca contra las paredes del agujero, lo que establece ondas de compresión y de cizallamiento dentro de la formación, ondas en la superficie de la pared del agujero, que van dirigidas dentro de la columna del fluido.

En los registros de pozos, la pared y rugosidad del agujero, las capas de la formación, y las fracturas pueden representar discontinuidades acústicas significativas. Por lo tanto, los fenómenos de refracción, reflexión y conversión de ondas dan lugar a la presencia de muchas ondas acústicas en el agujero cuando se está corriendo un registro sónico. Teniendo en cuenta estas consideraciones, no es increíble que muchas llegadas de energía acústica sean captadas por los receptores de una herramienta sónica.

En cuanto a los tiempos de transito sónico integrados también son útiles al interpretar registros sísmicos y las ondas sísmicas producidas por la detonación de una carga explosiva o por cualquier otro sistema se transmite a través de la tierra en forma de vibraciones u ondas que van a diferentes velocidades, estas velocidades están influenciadas por: la litología, profundidad, porosidad del material, compactación, litificación, contenido de fluidos, entre otros. Estas velocidades dependerán del módulo elástico y de la densidad. Estos parámetros son importantes para el análisis de la velocidad en la interpretación de datos sísmicos.

Ensayos Mecanicos No Destructivos de Laboratorio

Los ensayos no destructivos son aquellos que no alteran la forma ni las propiedades de un objeto. No causan ningún tipo de daño en él o e daño es prácticamente imperceptible. Estos sirven para estudiar propiedades físicas, químicas o mecánicas de algunos materiales.

“Los métodos de ensayo no destructivos permiten la inspección del 100% de la producción, si ello es requerido y la obtención de datos de todo el volumen de un producto o pieza; con lo que ayudan a mantener un nivel de calidad uniforme, con la consiguiente conservación y el aumento del prestigio del producto y a asegurar la calidad funcional de los sistemas y elementos”. “Generalizando este concepto, se puede decir entonces que, los métodos de ensayo no destructivos son una modalidad de inspección y análisis de una de dichas piezas, que permiten se apliquen o utilicen de la misma manera sin la introducción a través del Ensayo, de modificaciones en sus características físicas, químicas o mecánicas que puedan perjudicar su uso posterior, sola o como parte de un equipo o estructura en particular.

Ensayos No Destructivos de Laboratorio: Densidad De Las Rocas

Ensayos de Identificación y Clasificación

Los ensayos de Densidad Aparente y Densidad Seca se pueden realizar a partir de fragmentos irregulares de roca. Es una práctica común aprovechar los sobrantes de los cortes de la preparación de testigos de roca para una compresión simple.

Se debe secar la muestra en estufa hasta que se haga una masa constante y se determina su humedad (w).

Luego se deja enfriar la muestra en desecador y se pesa (M1)

Posteriormente se calienta la parafina para recubrir la muestra y se sumerge la muestra en parafina hasta recubrirla por completo.

Al obtener el peso de la muestra con parafina (M2). La diferencia entre M1 y M2 nos daría la masa de la parafina (M3). El volumen de la parafina (V1) es el resultado del cociente entre M3 y la densidad de la misma. Finalmente se pesa la muestra sumergida en balanza hidrostática (M4).

Cálculos para obtener la densidad aparente.

Ensayos No Destructivos de Laboratorio: Determinación De La Porosidad

Ensayo de caracterización. Densidad de conjunto y porosidad accesible con el método de inmersión en agua:

Materiales:

– Se necesitan probetas de roca, agua destilada, estufa, balanza y un metro.

Para hacer el procedimiento experimental:

Densidad de conjunto:

– Se limpia y seca en la estufa las probetas.

– Se miden sus dimensiones y se calcula el volumen de la probeta, Vprob (cm3).

– Medir el peso en seco, M0 (g).

– Se hace cálculo de la densidad de conjunto, rC (g/cm3).

Para la porosidad accesible abierta con el método de inmersión.

– Se limpia y seca en estufa las probetas.

– Se miden sus dimensiones y calcula el volumen de la probeta, Vprob (cm3).

– Se mide el peso en seco, M0 (g).

– Se introducen las probetas en inmersión durante 48 horas.

– Se mide el peso saturado en agua, M (g).

– Se calcula la porosidad abierta con el método de inmersión, PAI (%):

M0

r = Vprob

(M –M0) / H2O PAI = , donde H2O es la densidad del agua (1 g/cm3).

Transporte de fluidos: permeabilidad y capilaridad

La permeabilidad mide la facilidad con la que los fluidos fluyen a través de las rocas. La permeabilidad de las rocas depende básicamente de la porosidad conectada o efectiva y del tamaño del poro. En general, rocas con mucha porosidad y poros de gran tamaño presentan una alta permeabilidad. Por ejemplo, las areniscas y las gravas presentan una alta permeabilidad. La permeabilidad puede variar considerablemente en función sus características petrográficas como, por ejemplo, la presencia de fracturas. Las fracturas contribuyen poco a la porosidad de las rocas, pero sin embargo pueden llegar a modificar considerablemente su permeabilidad.

Para medir la permeabilidad, k, de las rocas, éstas se han de saturar completamente con el fluido (ej.agua); se aplica un gradiente de potencial (una presión, p, o una diferencia de altura, h); y se mide el caudal o flujo, Q. A partir de estos datos, la permeabilidad se calcula aplicando la ecuación de Darcy:

Donde L es la longitud del material, Aprob es la sección transversal del material permeable (probeta) y es la viscosidad (dinámica del fluido, 10-3

N·s/m2 para el agua a 20 ºC). Sin embargo, la medida en laboratorio de la permeabilidad no es sencilla si se compara con la medida de la capilaridad.

El transporte de agua por capilaridad, o imbibición capilar, es uno de los mecanismos más importantes de movimiento del agua en la mayoría de las rocas porosas y, por lo tanto, está estrechamente relacionado con su durabilidad. Son muchos los ejemplos cotidianos en los que se produce el movimiento de líquidos por capilaridad: la ascensión del café a través de un terrón de azúcar, o la del agua en contacto con un tubo capilar, etc.

La caracterización de este movimiento se puede realizar midiendo la variación de la altura del frente capilar o la masa de la roca (caudal) con el tiempo. Este movimiento dependerá, como en la permeabilidad, del sistema poroso de las rocas, y en particular, de la porosidad (abierta) y del tamaño de los poros. De este modo, la altura del frente capilar será mayor para rocas con alta porosidad y tamaño de poro pequeño. Además, el caudal a través de la roca es mayor para el caso de materiales con mucha porosidad y un tamaño de poro grande. La absorción de agua de la roca por capilaridad se cuantifica con el coeficiente de absorción capilar, C. La medida de este coeficiente es sencilla y para ello se mide en una balanza la masa de agua absorbida, M(t), en función del tiempo. Con estos datos, el coeficiente de absorción capilar se obtiene a partir de la ecuación: donde S es el área de la probeta. Por lo tanto, los resultados se representan como el agua absorbida por unidad de superficie frente a la raíz cuadrada del tiempo, i.e., M(t)/S.

Hay dos etapas que se producen en la cinética de imbibición capilar. En la primera etapa se produce la entrada del agua al sistema poroso de la roca por capilaridad hasta que la roca se satura de agua (segunda parte de la curva). La primera etapa tiene, en general, un comportamiento lineal y se utiliza para cuantificar la cinética capilar mediante el coeficiente de absorción capilar, C. Además, si la probeta se satura completamente (en la segunda etapa), se puede obtener el valor de la porosidad (abierta accesible). El coeficiente de absorción capilar, C, también se utiliza para medir indirectamente la permeabilidad de las rocas debido que la permeabilidad es proporcional a la raíz cuadrada de dicho coeficiente.

Ensayos No Destructivos de Laboratorio: Velocidad De Onda (Vp y Vs)

Especialistas hicieron un ensayo de Velocidad De Onda (Vp y Vs) para el tipo de afloramientos de roca predominante en los alrededores del área metropolitana de la ciudad de Mérida, determinaron las velocidades de las ondas de compresión (Vp) y de corte (Vs) mediante refracción sísmica. Estos afloramientos corresponden a las Asociaciones Sierra Nevada, Tostos y Mucuchachí y las formaciones Palmarito, Sabaneta, La Quinta, Aguardiente, La Luna y San Javier. Los valores de Vs para las Asociaciones de Sierra Nevada y Tostos se estimaron a partir de los valores de Vp y del índice de Poisson medido en laboratorio. La longitud de las líneas sísmicas varió de 24 ma 26 m, utilizando para todos los casos 48 geófonos verticales e igual número de geófonos horizontales. Se utilizó un mazo como fuente de energía. La adquisición sísmica se realizó directamente desde los afloramientos. Sin embargo, para los casos de rocas más competentes, los geófonos no podrían colocarse directamente, por lo que se insertaron en bloques de concreto para mantenerlos firmes y verticales. Las llegadas de las ondas P se obtuvieron a través de los geófonos verticales y las llegadas de las ondas S (SH) se obtuvieron a través de los geófonos horizontales. Los resultados de esta investigación ofrecen información de las velocidades de las ondas P y S de los principales tipos de rocas superficiales, que podrían ser útiles como datos complementarios para futuros estudios de sondeos sísmicos profundos.

La selección de las unidades a estudiar se hizo a partir de la cartografía geológica existente y examinaron un gran número de sitios para ubicar los afloramientos menos meteorizados y fracturados. Los lugares seleccionados son de fácil acceso y con una topografía regular de al menos 25 a 60 m de longitud. Las líneas sísmicas están alejadas de fuentes de ruido que pudieran interferir en los registros, tales como tendidos eléctricos, carreteras, ríos, entre otros.

Descripción de los equipos:

En la adquisición de los nueve perfiles sísmicos se utilizaron dos registradores Geode (que incluyen el programa de adquisición Seismodule Controller) de 24 canales, de la casa Geometrics, además de 48 geófonos para registrar los movimientos verticales y 48 geófonos para registrar los movimientos horizontales; ambos tipos de geófonos modelo GS-20DM, de frecuencia natural de 14 Hz, fabricados por Geospace. Dichos geófonos cuentan con una punta que se debe insertar para acoplar el sensor con los movimientos del suelo; cuando el suelo es demasiado duro, como en roca, si no es posible el clavar dicha punta, es necesario recurrir a otro tipo de técnicas, como se describe en la sección siguiente. Se utilizo como fuente de energía sísmica se una mandarria de siete kilogramos. Para poder generar las ondas S, se utilizó una punta de eje de 60 cm de longitud que se insertó como mínimo 30 cm (FIGURA 2).

El objetivo; determinar una manera de superar la limitación de no poder insertar los geófonos en la roca, se experimentó con la técnica de acoplar los geófonos al suelo rocoso utilizando bloques. Dichos bloques se construyeron de cemento, con forma de paralelepípedo rectangular, de un peso aproximado de 2,9 kg y de un volumen de 1.200 cm3.

Realizaron tres ensayos, tanto en adquisición como en el procesamiento Dagert (2010). Esta idea fue desarrollada a partir de la metodología del Land Streamer publicada en Geometrics (1999).

Establecieron varios perfiles donde se midió con bloques y sin estos. En un primer ensayo, realizado en una de las áreas verdes de la Facultad de Ciencias de la Universidad Los Andes, se estableció un tendido mixto, alternando geófono en suelo con geófonos en bloque. En los registros no se observaron diferencias en la primera llegada, independientemente del uso o no de los bloques, los geófonos son sostenidos por los bloques. En un estacionamiento de la Venezuela de Antier y en las minas de cal, vía Jají se realizaron los otros ensayos. En cada lugar se realizaron primero líneas con los geófonos insertados en el suelo y luego con los geófonos insertados en bloque. En los dos casos, los resultados muestran que los bloques no afectan de manera significativa la primera llegada, demostrándose así que el método de adquisición es perfectamente adecuado. En la siguiente tabla. N1 se muestra las velocidades obtenidas con y sin bloques.

Ensayos No Destructivos de Laboratorio: Ensayo De Inclinación (Tilt Test)

Un grupo de investigación ha publicado ciertos aspectos de un sencillo ensayo de: (Alejano et al., 2012a; Alejano et al., 2012b; González et al, 2014). En el estudio han pretendido alumbrar ciertos factores del ensayo de inclinación de los que no se había cuantificado su influencia sobre el valor de ángulo de fricción básico obtenido.

Con el paso del tiempo el efecto no parece afectar al ángulo de inclinación (y, por tanto, al ángulo de fricción básico) obtenido cuando las probetas se encuentran en un ambiente relativamente seco y estable.

En su lugar, el desgaste, es un factor determinante en la obtención del ángulo de fricción básico de una junta, y es por ello necesario indicar que los ensayos de inclinación deben realizarse sobre superficies recién cortadas, sin marcas de sierra, pero sin ningún tipo de pulido adicional y con un máximo de cuatro o cinco deslizamientos sobre cada superficie. De lo contrario, como apunta Hencher (1976, 2012) se obtendrá un ángulo de fricción válido para las condiciones de esa superficie, el ángulo de deslizamiento no coincidirá, en general, con el ángulo de fricción básico de la roca.

Es un ensayo de inclinación válido para la obtención del ángulo de fricción básico de una roca, siempre que se siga una metodología minuciosa y la preparación de las probetas se realice con cuidado. Es más sencillo y rápido de preparar y realizar que el de corte directo sobre discontinuidades para la obtención del ángulo de fricción básico de una roca.

Ensayos Mecanicos Destructivos de Laboratorio

Los ensayos destructivos son los que una vez realizados sobre una muestra, no son posteriormente utilizables o vendibles. El objetivo de los ensayos destructivos es el de valorar propiedades sobre todo mecánicas, que son las de más interés industrial, de las muestras ensayadas y por extrapolación de los resultados de las propiedades de los productos que representan. Es necesario para los Ingenieros de producto en el proceso de diseño y en fabricación para mantener los procesos bajo control y asegurar la calidad de los productos fabricados.

¿Que son los ensayos mecanicos destructivos de Laboratorio?

Se trata de unos test en los que se somete a la probeta a fuerzas de naturaleza mecánica de una determinada carga. Incluyen un amplio abanico de experimentos, tales como pruebas de fatiga, dureza, rotura, resiliencia, compresión, tracción, torsión o flexión.

A diferencia de las pruebas no destructivas, los ensayos destructivos modifican las propiedades, estructura o geometría de las piezas examinadas, generando daños como deformaciones o roturas que los invalidan para su uso posterior. Por este motivo, los estudios se hacen sobre una muestra representativa del material denominada probeta, la cual puede tener diversas formas (esfera, cilindro, cubo, etc.).

Tipos de ensayos mecanicos destructivos de Laboratorio

Ensayo de tracción sobre probeta normalizada y sobre piezas o conjuntos, desde 0,1 N a 600 kN.
Ensayo de dureza Brinell, Rockwell normal y superficial y Vickers.
Ensayo de microdureza Vickers (0,1 a 10 kgf).
Ensayo de resiliencia a temperatura ambiente y a baja temperatura (ensayo Charpy).
Ensayo de doblado, flexión, compresión, torsión y cizallado sobre probetas y piezas.
Ensayos de comportamiento, fatiga, funcionales y cíclicos sobre piezas y conjuntos.
Ensayos específicos en tubos, muelles, elementos de fijación, tornillos, probetas de soldaduras, etc.
Ensayos especiales: módulo de elasticidad, coeficiente de fricción, adherencia en recubrimientos, prueba de presión hidráulica, etc.

Ensayos mecanicos destructivos estaticos de Laboratorio

Los ensayos mecánicos destructivos estáticos de Laboratorio son para determinar ciertos parámetros y se les puede nombrar:

Ensayos mecanicos destructivos dinamicos de Laboratorio

Los ensayos mecánicos destructivos dinámicos de Laboratorio son para determinar ciertos parámetros y se les puede nombrar:

Prueba de Ensayo de Compresion Triaxial de Laboratorio

Las pruebas de ensayo triaxial son de los métodos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante. En un ensayo triaxial, con un espécimen cilíndrico de suelo revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. Entonces, la parte superior e inferior de la muestra tiene discos porosos, de los cuales se conectan al sistema de drenaje para poder saturar o drenar dicho espécimen. Al realizar estas pruebas se pueden variar las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el espécimen de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma completa.

Usualmente los especímenes están sujetos a presiones laterales de un líquido, en su mayoría de agua, el agua de la cámara puede adquirir cualquier presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella y la carga axial se transmite al espécimen por medio de un vástago que atraviesa la parte superior de la cámara 16 de Métodos y Materiales

Se ejerce presión con el agua que llena la cámara en hidrostática y produce, por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como axialmente. Las bases del espécimen actuarán además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior. Usualmente llaman σ1, σ2 y σ3 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo principal mayor, σ1; los esfuerzos intermedios y menor son iguales (σ2 = σ3) y son iguales a la presión lateral.

Prueba de Ensayo Triaxial Rapida de Laboratorio

Una prueba rápida sin consolidación y sin drenaje (UU), no se permite en ninguna etapa la consolidación de la muestra. Hay una válvula de comunicación entre el espécimen y la bureta que permanece siempre cerrada impidiendo el drenaje.

Primeramente, se aplica al espécimen con una presión hidrostática y de inmediato, se falla el suelo con la aplicación rápida de la carga axial y los esfuerzos efectivos en esta prueba no se conocen bien. Se lleva a cabo el ensayo es usualmente sobre especímenes de arcilla, enmarcando la realización del ensayo dentro del concepto de resistencia para suelos cohesivos saturados, en donde se expresan los resultados en términos de esfuerzos totales.

Para los criterios de Mohr, la envolvente de falla del esfuerzo total se convierte en una línea horizontal, con una condición de φ = 0° (ángulo de fricción) y τf = Cu, siendo Cu la resistencia al cortante no drenada, esta es igual al radio de los círculos de Mohr.

Prueba de Ensayo Triaxial consolidada y drenada de Laboratorio

Una prueba lenta de consolidación y con drenaje (CD). Tiene una característica fundamental, que los esfuerzos aplicados al espécimen son efectivos.

En primer lugar, se aplica al suelo una presión hidrostática, donde se mantiene abierta la válvula de comunicación con la bureta y dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya consolidación completa bajo la presión actuante. Al estar el equilibrio estático interno y se haya restablecido, todas las fuerzas exteriores estarán actuando sobre la fase sólida del suelo, lo que quiere decir que producen efectivos esfuerzos, en lo que los esfuerzos neutrales en el agua corresponden a la condición hidrostática. La muestra es llevada a la falla a continuación aplicando la carga axial en pequeños incrementos, de los cuales cada uno se mantiene en el tiempo necesario para que la presión en el agua, en exceso de la hidrostática, sea reducida a cero.

Se utilizan esencialmente los ensayos consolidados drenados en suelos granulares (arenas), sin embargo, se puede aplicar en suelos finos, pero los ensayos requieren tiempos prolongados del orden de semanas.

Preguntas frecuentes:

1. ¿Qué son las propiedades químicas de las rocas?

La propiedad química de una roca se refiere a la composición química, la cual representa una propiedad muy importante para definir el tipo de roca y va a depender en específico de la composición mineral y del origen.

¿Cuáles son las propiedades de las rocas y minerales?

Para determinar una roca, los científicos utilizan varias propiedades, como, el color, la densidad, la estructura cristalina, y la dureza.

¿Qué es la porosidad en la Geologia?

La porosidad es el volumen de huecos que tienen las rocas, y establece la posibilidad de ésta de almacenar más o menos cantidad de fluido. Es expresada por el porcentaje de volumen de poros con respecto al volumen total de la roca.

¿Cuál es el concepto de densidad?

La densidad se define como la relación entre el peso, es decir, la masa de una sustancia y el volumen que ocupa, esa misma sustancia.

¿Cómo se clasifican las rocas de acuerdo a su origen?

Las rocas son una asociación inorgánica de uno o varios minerales que se crean de forma natural por procesos geológicos endógenos o exógenos y de acuerdo a su origen se clasifican en 3 tipos: las rocas ígneas, las rocas sedimentarias y las metamórficas.

¿Cuáles son las propiedades eléctricas de las rocas?

Las rocas tienen una característica eléctrica muy importante, la cual es la resistividad, se define en base a la resistividad de cualquier conductor que esté presente en la formación del área y longitud unitarias, la unidad de medida está dada por el Ohm m2/m, y es simbolizada con la letra Ω.

¿Qué es la resistividad electrica de las rocas?

Es el reciproco de la conductividad, que es igual a lo que determina la ‘cantidad’ de la corriente, que pasa por una roca al aplicar una diferencia potencial específica.

¿Cuáles son las propiedades mecánicas de las rocas?

Incluyen la resistencia a la compresión, tensión, flexión, impacto y penetración por otro cuerpo y otras acciones que implican la generación de fuerzas, como la cristalización de hielo y sales en el interior de un sistema poroso de los materiales y de los cambios volumétricos de los mismos.

Fuentes:

Kraus, Edward, Hunt, Walter y Ramsdell Lewis, Mineralogía: una introducción al estudio de minerales y cristales, quinta edición, 1965.
Dana S., Edward, Ford E. William, Tratado de Mineralogía: con un tratado extenso sobre cristalografía y mineralogía física, 1979.
Cornelis, K., Manual de mineralogía, cuarta edición, basado en la obra de J.D. Dana, 2001.
Elemento de lista
Kibria, G., y Hossain, S. Electrical resistivity of compacted clay minerals. Environmental Geotechnics, 1-8. 2017.
Juan M. Dagert; José E. Choy; Reina Aranguren; Milgreya Cerrada.
Stephanie Klarica. “DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES P Y S DE LAS UNIDADES ROCOSAS AFLORANTES EN EL ÁREA METROPOLITANA DE MÉRIDA, VENEZUELA” (2012).
Hernández-Gutiérrez, L.E., Santamarta, J.C., Tomás, R., Cano, M., García-Barba, J., Piñero-García, A, Prácticas de Ingeniería del Terreno.(2013).

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