cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
TRANSCRIPT
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
1/20
5. Explique las propiedades mecnicas de la roca
Segn su gnesis, las rocas se dividen en tres grupos: gneas,
sedimentarias y metamricas. Sin em!argo, desde el punto de vista de y
considerando su comportamiento mecnico, las rocas se pueden agrupar enlos cuatro siguientes grupos "#oodman, $%&'(:
)ocas cristalinas: *as rocas cristalinas consisten en cristales im!ricados de
silicatos, car!onatos, sulatos u otras sales. *os cristales estn
generalmente separados por microisuras, las cuales se pueden encontrar
tam!in dentro de ellos mismos.E+emplo: granito, !asalto, gneis, calia, mrmol, etc.
)ocas clsticas: *as rocas clsticas consisten en granos o con+untos
minerales de otras rocas unidos mediante un cemento. Sus propiedades
mecnicas dependen undamentalmente de las caractersticas de dic-o
cementoE+emplo: reniscas con varios cementos.
)ocas de grano muy ino: En las rocas de grano ino los componentes
undamentales son el limo y la arcilla. Estas partculas se encuentran ms o
menos cementadas segn el proceso geolgico, so!re todo de
compactacin, que -ayan surido.E+emplo: rcillolitas, limolitas, margas, etc )ocas orgnicas: *as principales rocas orgnicas son los car!ones. *as
antracitas y las -ullas son, en general, relativamente resistentes pero suelen
tener isuras. *os lignitos son car!ones menos resistentes que los
anteriores.E+emplo: *ignito, -ulla, antracita, piarras !ituminosas, etc.
Propiedades mecnicas
a. Resistencia a la compresin simpleE/S01 2134)ES6/ S34*E
Este ensayo permite determinar en el la!oratorio la resistencia uniaxial
no coninada de la roca, o resistencia a la compresin simple, 7c. Es un
ensayo para la clasiicacin de la roca por su resistencia.*a resistencia a compresin simple de las piedras que se utilian como
revestimientos o como pavimentos, se determinan so!re ormas
paralelepipdicas, en lugar de ormas cilndricas, que es lo -a!itual para
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
2/20
determinar la resistencia a compresin simple de cualquier material, como
por e+emplo el -ormign.*a mquina de ensayos ser una prensa -idrulica o mecnica, que
de!e permitir la aplicacin de la carga de una manera continua y progresiva.
2ada pro!eta se coloca en el dispositivo de compresin, el cual a su veestar colocado entre los platos de la prensa. continuacin, se somete a
un esuero continuado de compresin. Se aplica la carga a la velocidad
que especiica la norma correspondiente y se registra el valor, 8, al que se
produce la rotura. Entonces, la resistencia a la compresin vendr dada por:
)esistencia a la compresin:*a orma de la rotura vara con la naturalea
de la piedra y orma de la pro!eta. *as rocas duras y compactas se rompen,
dividindose en prismas rectos de seccin irregular, siendo sus generatrices
paralelas al sentido de los esueros. *as piedras !landas se rompen segn
planos que pasan por las aristas de las !ases, ormando un ngulo menor
de 5' 9 con la direccin de la presin, desprendindose prismas truncados.Si las muestras no son cu!os perectos, se recomienda calcular la
resistencia a compresin simple equivalente, )ce mediante la expresin:
onde: )c ; resistencia a compresin simple o!tenida en el ensayo. ! ; anc-ura de la pro!eta.- ; altura de la pro!eta.
En el caso de rocas anistropas con planos de sedimentacin o
esquistosidad, se de!en -acer dos determinaciones de la resistencia a
compresin simple, una en la direccin perpendicular a estos planos y otra
en la direccin paralela a estos planos.
8igura n9 &.5.$: )esistencia a la compresin perpendicular y
paralelamente a los planos de discontinuidad.
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
3/20
8uente:-ttp:rocas
b. Resistencia a la traccin:?)226/ /)E2? 41) E* 3@?11 A)S*E)1
Existe un mtodo para determinar la resistencia a traccin indirecta
"Ensayo !rasileBo( so!re pro!etas cilndricas, que tam!in se puede usar
para pro!etas c!icas o prismticas.En el caso de la pro!eta cilndrica se le somete a una uera de
compresin aplicada en una !anda estrec-a y en toda su longitud. El
resultado de la uera de traccin ortogonal resultante origina que la pro!eta
rompa a traccin.urante el
ensayo de!e
asegurarse que la
pro!eta permanece
centrada cuando
comiena la carga.
*a resistencia a
la traccin indirecta
viene dada por la
rmula
nde:7ct ; )esistencia a
traccin indirecta, en megapascales o neCtons por milmetro cuadrado.8 ; 2arga mxima, en neCtonsD* ; *ongitud de la lnea de contacto de la pro!eta, en milmetrosDd ; imensin de la seccin transversal, en milmetros.
c. Resistencia a la flexin
E/S01 * 8*E6/: En el ensayo de lexin o lexo>traccin unapro!eta en orma de !arra con seccin rectangular o circular es lexionada
por la accin de un momento lector. En el punto de aplicacin de la carga la
ona superior est sometida a compresin, mientras que la ona inerior
est sometida a traccin. Entre am!as, -ay una capa que no experimenta
compresin, traccin ni variacin de longitudD sta se denomina 2apa
neutra
http://es.slideshare.net/Evargs1992/ensayos-en-mecnica-de-rocashttp://es.slideshare.net/Evargs1992/ensayos-en-mecnica-de-rocashttp://es.slideshare.net/Evargs1992/ensayos-en-mecnica-de-rocas -
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
4/20
e!ido a que durante la lexin una pro!eta est sometida tanto a
esueros de traccin como de compresin, la magnitud de la resistencia a
lexin es mayor que la resistencia a traccin. *a tensin mxima, o tensin
a la rotura en este ensayo de lexin, se denomina resistencia a la lexin o
mdulo de rotura, 78. @sta es una propiedad mecnica importante para los
materiales ptreos.*a medida de la resistencia a la lexin se puede o!tener a partir de dos
tipos de ensayos: tres puntos o carga concentrada, y cuatro puntos o
momento constante.d. Esfuerzo de corte:
El ensayo de corte directo tiene como inalidad encontrar el valor del
ngulo de riccin residual "F r( en testigos de roca que -an sido
previamente racturados. Este ensayo se puede aplicar en rocas duras o
!landas y en testigos de roca que contengan planos de alla o
discontinuidades naturales o artiiciales.
Es necesario distinguir dos conceptos: ngulo de riccin interna y
ngulo de riccin residual. El ngulo de riccin interna acta mientras la
roca no -a allado mientras que el ngulo de riccin residual acta cuando
se -a producido la alla.
onde se calcula el
esuero normal y
esuero de corte de la
siguiente manera
nde:7: Esuero
normal.G: Esuero de
corte./: es la uera normal aplicada.8: uera -oriontal aplicada: rea de la seccin transversal de la pro!eta
8igura n9 &.5.H: esuero normal y de corte
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
5/20
8uente: -ttp:
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
6/20
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
7/20
valor del coeiciente de permea!ilidad "P( se usa como una medida de la
resistencia al lu+o orecida por el suelo
El intervalo de los valores del coeiciente de permea!ilidad "N( es muy
amplio y se extiende desde $'5 cm
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
8/20
ii. Es prctica comn en campo que A sea igual a $ m, deducindose las
equivalencias correspondientes para el dimensionamiento de la
excavacin.
iii. *a excavacin se realiar
empleando la -erramienta
adecuada, dependiendo de
las caractersticas y
naturalea del material y de
su disponi!ilidad en el sitio,
pero se de!er tener
cuidado en que la an+a
tenga taludes $:$ en sus
paredes, as como guardar
la geometra de la misma.iv. 4osteriormente, la an+a se
llena de agua -asta alcanar
un tirante "-( tal que seencuentre por de!a+o del
nivel de terreno de 5 a $'
cm, suministrando agua
para mantener el tirante inicialv. Saturacin del material
vi. Qna ve que se o!serve que se -a esta!iliado el tirante, es decir, que el
gasto que se suministra a la an+a sea igual al gasto que se iltra por el
material, se montar la estructura que contiene el sistema de control deniveles tal como se ilustra en la igura $ >=. continuacin se
selecciona algn nivel ar!itrario como reerencia y se inicia la toma de
lecturas de gasto contra tiempo, anotndose en intervalos de tiempo
determinados acordes al tipo de material que se est ensayando. El
gasto promedio que se o!tenga de las lecturas en esta etapa se
identiicar como T$ para eectos de clculo posteriores. Qna ve
o!tenido ste, se suspende el suministro de agua a la an+a, dando porterminada la primera etapa de la prue!a.
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
9/20
vii. *a siguiente etapa consiste en ampliar la an+a en el sentido longitudinal
al do!le de su longitud inicial. 2a!e aclarar que en caso de existir agua
remanente en el ondo de ella, sta de!er ser extrada antes de
continuar con la excavacin de esta etapa, o!servndose los mismos
cuidados descritos para la primera ase detallados en el punto J de esta
seccin.viii. e manera similar, se repiten los pasos I y 5 para o!tener un gasto
denominado como T= para eecto de clculo.ix. *a dierencia entre estos gastos "T$ y T=( es el gasto de a!sorcin del
terreno para la longitud complementaria de an+aD de esta manera se
elimina el eecto de los extremos.x. e acuerdo con las condiciones enunciadas se puede estimar el
coeiciente de permea!ilidad aplicando las siguientes rmulas:
onde:
U*: *ongitud adicional excavada, en cm
P: 2oeiciente de permea!ilidad, en cm
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
10/20
caudalmetro el volumen de agua inyectada. *a medida se realia durante un
periodo de 5 a $' minutos partiendo de una presin mnima "'.5 NgH V P V $'>% m
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
11/20
todo de *efranc
*eranc se utilia en suelos permea!les o semipermea!les, de tipo
granular, situados por de!a+o del nivel retico, y en rocas muy racturadas.
Existen dos mtodos para realiar el ensayo de *eranc:
/ivel constante: primero se de!e saturar el suelo -asta que el aire de los
vacos sea expulsado, lo cual permitir lograr una iniltracin ms uniorme en
el suelo, lo que conllevar a poder introducir un caudal conocido de manera
que se mantenga un nivel constante dentro de la peroracin. 2uando se
esta!ilia este proceso, con la medida conocida del caudal introducido, la
longitud y el dimetro de la peroracin, es posi!le calcular la permea!ilidad de
dic-o suelo.
El caudal de admisin de!e medirse cada 5 minutos, siempre logrando
mantener el nivel constante dentro del sondeo durante aproximadamente I5
minutos.
4roceso: Se introduce un caudalconstante, T, para mantener el
nivel del agua dentro del sondeo
esta!iliado a una altura -m.
Xer la igura ad+unta para las
varia!les usadas en las
rmulas siguientes.
*a conductividad -idrulica se
o!tiene por esta expresin:
mhC
QK
.=
onde:
P ; conductividad -idrulica
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
12/20
T ; caudal inyectado
-m; altura del agua dentro del sondeo, por encima del nivel esttico previo
2 ; actor de ormaJ
)2
ln(
.2
d
l
LC
=
* ; longitud de la ona iltrante
d ; dimetro la ona iltrante
4ara poner en prctica el procedimiento, se propone un dispositivo como el
esquematiado en la igura ad+unta: se inyecta un caudal T$, re!osa un caudal
T=, por tanto el caudal inyectado en el terreno ser: T ; T$RT=.
En ormaciones poco o muy poco permea!les !astar con aBadir
volmenes conocidos de agua para
mantener el nivel constante, por
e+emplo en la !oca del sondeo.
/ivel varia!le: El mtodo consiste
en realiar una excavacin, una
parte de esta estar aislada del
medio mediante un tu!o el cual no
permite la iniltracin arri!a del nivel
deseado. 1tra parte est a!ierta al
medio y permite la iniltracin.
4roceso: Se -ace su!ir el nivel
-asta una altura -', y
posteriormente medimos dos
niveles, -$ y -=, entre las que -a
transcurrido un tiempo t.
*a permea!ilidad se calcula mediante la expresin siguiente:
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
13/20
nde:
P ; conductividad -idrulica
-$, -=; altura del agua al principio y al inal del ensayo
t ; tiempo transcurrido entre la o!servacin de los niveles -$ y -=
* ; longitud de la ona iltrante
d ; dimetro de la ona iltrante
de ; dimetro de la entu!acin "puede ser igual a d(
+,. Clasificacin de lo silicatos y su importancia en los materiales de
construccin
Estructura
*os silicatos son los componentes
ms importantes de las rocas y, por
consiguiente, de la cortea terrestre,
integrando el %5 por ciento de sta.Es, adems, el grupo de minerales
ms rico en especies. Son silicatos
los minerales en los cuales el silicio
y el oxgeno se coordinan en
estructura tetradrica, denominados
ormando los tetraedros "Si1I(.
8igura n9 &.$=.$: Estructura de lossilicatos.
8uente:ile:
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
14/20
En general, los silicatos se caracterian por no tener aspecto metlico y
por su elevada durea. Su divisin se esta!lece en varios con+untos atendiendo
a su estructura que est determinada, en cada caso, por la orma de
agrupacin de los tetraedros "Si1I(.
Clasificacin de los silicatos
/esosilicatos:
Son silicatos en los que todos los oxgenos estn unidos por cationesD
no -ay tetraedros compartiendo oxgenos.
8igura n9 &.$=.=: isposicin de los tetraedros
8uente:-ttps:
3inerales: grupo de los olivinos, grupo de los granates, circn, topacio,
distena, andalucita y silimanita.-liino:?am!in denominado 4eridoto, es un silicato erromagnesiano dermula Si1I"8e3g(=.
Sistema de cristaliacin: rm!ico. urea: de H,5 a W. Es un mineral rgil.
ensidad: de J,= a I,= g
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
15/20
Son silicatos en los que todos los tetraedros de silicio estn unidos entre
s ormando un anillo cerrado de tres, cuatro o seis tetraedros "igura n[ W(:
8igura n9 &.$=.J: isposicin espacial de los tetraedros
8uente:-ttps:
3inerales: !erilo y turmalina.El berilo: ?iene como rmula "SiH1$&(l=AeJy su estructura responde a la
de anillos de seis tetraedros Si>1 unidos entre s por tetraedros en el centrode los cuales -ay iones de !erilio o aluminio.
Sistema de cristaliacin: -exagonal. urea: W,5 a &. ensidad: =,H a =,& g
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
16/20
Son silicatos en los que los tetraedros de silicio estn unidos entre s
ormando una cadena que puede ser sencilla "inosilicatos tipo piroxeno( o do!le
"inosilicatos de tipo an!ol(.
Piroxenos: 2adenas sencillas de tetraedros que comparten oxgenos enuna misma direccin.
8igura n9 &.$=.I: isposicin de las cadenas de tetraedros
8uente:-ttps:
3inerales: Enstatita, -iperstena, dipsido y augita.
&nf1boles: 2adenas do!les ormadas por la unin de dos cadenas
sencillas mediante cationes !alanceadores de las cargas negativas.
8igura n9 &.$=.5: Esquema de la disposicin espacial de las cadenas
do!les
8uente:-ttps:
8ilosilicatos
El cuarto grupo de silicatos, los ilosilicatos, recordemos que se
caracteria!an porque los tetraedros Si>1 se disponen ormando redes planas.
Qn con+unto de ellos que, por sus caractersticas especiales, se los
englo!a !a+o la denominacin de minerales arcillosos o simplemente, arcillas.
*as arcillas se caracterian por estar ormadas por partculas muy inas, de
orma aplanada y, por tanto, con una supericie especiica muy elevada.
inerales ms importantes
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
17/20
8amilia de la caolinita
Caolinita
\ SiI1$'lI"1M(=.
\ ioctadrico, sin ninguna su!stitucin tetradrica.
\ 3ineral arcilloso de color !lanco o !lanco grisceo, terroso, untuoso con
apegamiento a los la!ios. Su origen es de alteracin y procede,
generalmente, de la -alloysita por reordenacin interna. Es una de los
componentes esenciales en varias rocas sedimentarias.
2erpentina
\ SiI1$'3gH"1M(=.
\ ?rioctadrico, sin ninguna su!stitucin tetradrica.
\ 3ineral no arcilloso, verde veteado, a veces de estructura i!rosa,
suscepti!le de pulimento y suave al tacto.
8amilia de las micas y de las arcillas micceas
0alco
\ SiI1$'3gJ"1M(=.
\ ?riactadrico, sin ninguna su!stitucin tetradrica.
\ 3ineral arcilloso que se presenta en agregados compactos escamosos,
de tacto suave y untuoso y coloraciones !lanquecinas, amarillentas o
verdosas.
uscoita
\ SiJl1$'l="1M(=P.
\ ioctadrco, con su!stitucin tetradrica "un Si de cada I, por l(
compensada por cationes de potasio alo+ados en las cavidades
-exagonales.
\ 3ineral no arcilloso, de exoliacin muy perecta en lminas lexi!les yelsticas, incoloras o de colores claros y de !rillo nacarado. 4uede ser
de origen magmtico y de origen metamrico.
Se conoce, tam!in, con el nom!re de mica !lanca y de mica potsica
aunque este segundo apelativo es muy poco aortunado.
3llita: e estructura idntica a la muscovita pero en la que la su!stitucin
tetradrica no -a sido totalmente compensada y su dicit intrnseco de
carga es cu!ierto por iones -idratados adsor!idos, por e+emplo, MJ1
.4iotita
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
18/20
\ SiJl1$'"3g,8e(J"1M(=P.
\ ?rioctadrco. *a su!stitucin en la capa tetradrica es de aluminio
mientras que, adems, en la capa octadrica parte del magnesio -a sido
su!stituido por -ierro erroso.
\ Esta mica negra es un mineral erromagnesiano, no arcilloso, de origen
magmtico y de aspecto parecido a la muscovita slo que de color
pardo, verde o negro. 2omponente esencial de muc-as rocas gneas y
metamricas.
8amilia de las cloritas: 2onstituyen un grupo muy seme+ante a la amilia
anterior pero donde la su!stitucin tetradrica est compensada por la capa
!ructica. Son relativamente recuentes en rocas metamricas como
esquistos y piarras. *as ormas arcillosas son menos importantes pero, en
cualquier caso, muy seme+antes y relacionadas con las illitas.
?ectosilicatos
*a estructura que caracteria a los tectosilicatos es un arman
tridimensional de tetraedros. ?odos los vrtices de los tetraedros son oxgenos
puente o sea, que la carga negativa del arman no existe si es slo el silicio
quien ocupa la coordinacin tetradrica, o es igual al nmero de iones
trivalentes que ocupan esta coordinacin.
Cuarzo: El cuaro es el principal mineral de rmula Si1=, an-drido>
silcico o !ixido de silicio, y cristalia en el sistema -exagonal presentando
variedades cristaliadas y variedades criptocristalinas.
\ urea: W.
\ ensidad: =,H5 gr
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
19/20
\ 4resencia: el cuaro, en sus variedades ms corrientes, es un mineral
a!undantsimo y esencial en muc-as rocas gneas, metamricas y
sedimentarias.
mportancia de los silicatos en los materiales de construccin
*os silicatos son los componentes ms importantes de las rocas y, por
consiguiente, de la cortea terrestre, integrando el %5 por ciento de sta. Es,
adems, el grupo de minerales ms rico en especies. Son materiales
compuestos principalmente por silicio y oxgeno, los dos elementos ms
a!undantes en la cortea terrestre. 4or consiguiente, la mayor parte de suelos,
rocas, arcillas y arenas son clasiicados como silicatos.
4resentan diverso grado de solu!ilidad en agua, existiendo algunos que
son insolu!les.
En cuanto a sus propiedades sicas, podemos decir que no presentan
un color nico, ni una orma nica. /o presentan !rillo metlico pero si vtreo y
de exoliacin. *a densidad de estos vara de acuerdo a los elementos
qumicos presentes y la estructura molecular que posean. ependiendo del
silicato la durea que posean en la escala de 3o-s.
En cementos y concretos:
El silicato aumenta la resistencia al ataque qumico. 8a!ricacin de reractarios especiales y morteros. 8a!ricacin de varios tipos de cementos y para unir metales a vidrios y
porcelana. )esistencia a la acide, a elevadas temperaturas, al agua, grasas y polvo. 2omo aglomerante. *os silicatos actan como impermea!iliantes y aceleran el tiempo de
raguado.
Pinturas y recubrimientos.
*a industria de la cermica:
*a industria de la cermica a!arca varios sectores: cermica estructural
"ladrillos, te+as, !ovedillas, ta!leros, !loques, etc.(, !aldosas para pavimentos y
revestimientos "aule+os(, va+illas, cermica decorativa, tcnica, alarera y
productos reractarios, aunque en cuanto a produccin destacan claramente los
dos primeros sectores. *a cermica estructural se a!rica con arcilla ro+a que se
amasa, se extrusiona con la orma de la piea, se seca y se cuece a &5'>$'''
92 en un -orno tnel. El consumo nacional de arcilla ro+a para este in es del
-
7/26/2019 cuepropiedades mecanicas de las rocasstionario
20/20
orden de los J' millones de toneladas. En !aldosas cermicas se utilian
arcillas ro+as, arcillas de coccin !lanca, caoln, eldespato y arena silcea,
car!onatos y talco, en distinta proporcin segn se trate de revestimiento,
pavimento, pasta !lanca o ro+a, etc. *as !aldosas, a excepcin de las de
aca!ado rstico "gres(, llevan un recu!rimiento de esmalte o vidriado, en cuya
ela!oracin interviene una amplia gama de minerales industriales.
El idrio:
*os productos principales de la industria del vidrio son tres: vidrio plano
"cristales para ventanas, por e+emplo(, vidrio -ueco "!otellas, tarros, etc.( y i!ra
de vidrio. En la ela!oracin se utilian varios tipos de materias primas con
dierentes propiedades: vitriicantes "arenas silceas(, undentes "car!onato
sdico, doloma, calia, potasa(, esta!iliantes "eldespato( y otras ms
minoritarias.