PRUEBAS QUE SE LES REALIZAN A LAS ROCAS PARA SER UTILIZADAS EN CONSTRUCCIÓN

DensidadEs la relación que existe entre el peso de un cuerpo y su volumen.

Existen dos tipos de densidades:1.- Densidad Aparente: es la relación que existe entre el peso de un cuerpo y su volumen aparente (incluyendo la totalidad de sus poros, abiertos y cerrados).2.- Densidad Real: es la relación que existe entre el peso de un cuerpo y su volumen real, o sea, excluyendo la totalidad de sus poros, tanto abiertos como cerrados.

El Volumen se encuentra de la siguiente manera:Se pulveriza la roca y se seca a peso constante entre 100 y 110 °C. Luego la hacemos pasar por un tamiz de 900 mallas/cm

2. Se pesa esta muestra, denominándole a este peso “G”Llenamos un frasco de vidrio llamado picnómetro con agua destilada, pesamos y a este peso le denominamos “P”.Se vacía el agua del picnómetro y se deposita el peso G dentro de él. Se llena de agua destilada, se eliminan las burbujas de aire mediante el tubo que posee el picnómetro, se pesa y a este peso se le denomina “Q”

La Densidad Real se encuentra mediante la siguiente fórmula

Dr= GG+P−Q

G = Peso de la muestra pulverizada, desecada y pasada a través de un tamiz de 900 mallas/cm

2.P = Peso del picnómetro lleno de aguaQ = Peso del picnómetro, muestra G más agua.

Si la roca es insoluble en agua se utiliza otro líquido de densidad conocida y el resultado se multiplica por dicha densidad.

Porosidad

Existen dos tipos de porosidad:1.- Porosidad Aparente: Es la relación que existe entre el volumen de poros abiertos de la roca y el volumen aparente de la roca.2.- Porosidad Absoluta o Real: es la relación que existe entre el volumen total de los poros abiertos y cerrados de la roca y su volumen real. Se encuentra recurriendo a la densidad aparente o real de la roca mediante la siguiente fórmula:

Pr=Dr−DaDr

×100

Resistencia a la compresiónEsta prueba es la más importante de todas, ya que es la forma en la que hacemos trabajar a las rocas en las obras de construcción.

Esta prueba se realiza con testigos de forma de cilindros rectos circulares con una relación longitud-diámetro (L/D) entre 2 y 2.5. La superficie cilíndrica del testigo debe ser lisa y sin irregularidades abruptas, con todos sus elementos paralelos entre sí, sin una desviación mayor a 0.5mm.Las bases deben ser paralelas entre sí, sin una desviación mayor a 0.025 mm y perpendiculares al eje longitudinal del cilindro, sin una desviación mayor a 0.25°.Para lograr el paralelismo de las bases se emplea una máquina refrentadora.No se permiten testigos que estén cubiertos con algún material o que tengan algún tratamiento superficial.El diámetro debe ser medido con aproximación a 0.1 mm y debe ser el promedio de la medida de dos diámetros perpendiculares entre sí y tomadas en la parte media del testigo.La altura debe ser tomada con aproximación a 0.1mm y debe ser tomada al centro de las bases.La condición de humedad del testigo puede tener un efecto significativo en la resistencia que pueda alcanzar la roca. Los testigos no deben ser almacenados por más de 30 días y se debe tratar de conservar las condiciones de humedad natural del testigo hasta el momento del ensayo.El número de testigos a ensayar depende de la disponibilidad de estos. Se recomienda ensayar por lo menos 3 testigos de cada muestra de roca, para poder tener un resultado estadísticamente confiable.

ProcedimientoAsegurar que el asiento esférico pueda girar libremente sobre su base.Limpiar las caras de los bloques superior e inferior y del testigo.Colocar el testigo sobre el asiento inferior. La carga y asiento superior se acercan hacia el testigo gradualmente hasta que se obtienen un asentamiento uniforme de la carga sobre el testigo.Muchos tipos de roca fallan por compresión de manera violenta. Una malla protectora se coloca alrededor del testigo para prevenir posibles daños al volar los fragmentos de roca.La carga debe ser aplicada en forma continua con una razón constante de manera que la falla ocurra entre 5 y 10 minutos después de iniciada la carga.Registrar la carga máxima aplicada sobre el testigo.

Permeabilidad

Es la propiedad que tienen los cuerpos de dejarse atravesar por los fluidos y para las rocas en particular, se define como la cantidad de agua en litros que la atraviesa en una hora de tiempo y a una presión y temperatura determinadas. Resistencia a la Flexión

Se denomina Flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal.Esta prueba se verifica utilizando generalmente probetas prismáticas de sección cuadrada de 16×4×4 cms. Se coloca la probeta entre dos apoyos y se le aplica una carga P.La resistencia a la Flexión será:

Rf= 3PL

2ab2

DondeL es la distancia entre apoyosP es la carga aplicada en libras o Kilogramos.a es la longitud del ancho de la probeta.b es el espesor de la probeta.

Resistencia a la Tracción

Esta prueba es muy difícil de ejecutar y no tiene la importancia de las otras pruebas ya que las rocas en general, son cobardes a los esfuerzos de tracción y generalmente, esta prueba se hace con fines de investigación.No existe una prueba universal y el esfuerzo a tracción de las rocas anda

entre 18 y

157

de la resistencia a la compresión y como medio se toma 128

.

Absorción

Es la propiedad que tienen las rocas de absorber agua, hasta saturarse a presión y temperatura ambiental.

PROCEDIMIENTO PARA AGREGADO GRUESO:CONTENIDO DE ABSORCION

El agregado debe estar libre de tierra, polvo, limo, humus, escamas, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas.Secar la muestra en el horno a temperatura constante entre 100 y 110 ºC.Enfriar la muestra en un cuarto ventilado por 1 a 3 horas.Lavar la muestra hasta que el agua alcance una transparencia (lo que indica que se elimina la suciedad contenida) y luego se deja sumergida en agua durante 24 horas.Se toma la muestra secándola parcialmente con una toalla hasta eliminar películas visibles de agua en la superficie.

Una vez secada (parcialmente seca) se procede a pesar la muestra secada con la balanza de estabilidad. No sin antes tarar la balanza. Luego anotar dicho valorTraer un balde repleto de agua y se fija con un pavillo por la base de la balanza. Luego, se introduce una canastilla con la muestra dentro y se sumerge en el balde. Finalmente, colocar la muestra de la canastilla en un recipiente. La cual será llevada al horno a una temperatura de 110°C durante 24 horas.Después de haber pasado las 24 horas, sacar la muestra y pesarla. Tomar los respectivos datos y calcular los resultados para el porcentaje de absorción.

CONTENIDO DE HUMEDADAhora de la muestra del agregado restante tomamos una pequeña muestra y en dos taras o recipientes agregar dicha muestra. Antes obtener el peso de los recipientes vacíos.Por último teniendo todos los datos, podremos así obtener el porcentaje de absorción y el contenido de humedad.

AGREGADO FINO:CONTENIDO DE ABSORCION

Verificar que el agregado fino se a arena natural y el agregado fino deberá estar libre de cantidades de polvo, terrones, partículas escamosas o blanda, sales u otras sustancias perjudiciales.Ahora de igual manera que el agregado grueso procedemos a lavar el agregado fino, con ayuda de una manguera de tal manera que al lavar, el agua contenido en la arena se vea transparente (esto para sacar el polvo adherido a la tierra).Una vez de haber lavado el agregado fino, procedemos a coger un balde con agua y agregamos hasta el tope al recipiente con la muestra contenida (Esto se realiza para que la muestra quede totalmente saturada). Y dejarla sumergida por24 horas. Además las piedras deberán estar extendidas, para que se saturen (absorción) el agua.Con el secador se le inyecta una corriente de aire hasta conseguir un secado uniforme, la operación es terminada cuando los granos del agregado están sueltos.Luego se introduce la muestra en un molde cónico, se apisona unas 25 veces dejando caer el pisón desde una altura aproximada de 1 cm, posteriormente se nivela y si al quitar el molde la muestra se deja caer es porque no existe humedad libre, si es lo contrario se sigue secando y se repite el proceso hasta que cumpla con la condición.Se procede a tomar una muestra de 500 gramos del agregado para envasarla en el picnómetro llenándolo con agua a 20°C hasta más o menos 250 cms³, luego se hace girar el picnómetro para eliminar todas las burbujas de aire posibles. Se procede a cuantificar el peso del picnómetro en la balanza anotando su respectivo valor.

Después de esto llevar la muestra al horno por espacio de 24 horas.Para terminar, por último se lleva la muestra de agregado fino (después de 24 horas) a una balanza, y se anota los apuntes necesarios para realizar el cálculo del porcentaje de absorción

CONTENIDO DE HUMEDADDel agregado restante que sobró para el ensayo de absorción, además de ya estar tamizado, se utiliza una pequeña muestra.En un par de taritas debidamente ya pesadas, agregar dicha muestra luego pesar la muestra con las taras y apuntar su valor.Seguidamente llevar las muestras al horno y dejarlas por el espacio de 24 horas.Finalmente ya pasadas las 24 horas, sacarlas del horno y luego pasar a pesarlas. Por cálculos obtener el contenido de humedad del agregado fino.

Resistencia al choque

Existen de acuerdo a Charpy dos tipos de prueba de impacto:Prueba de impacto con flexiónPrueba de impacto con flexión y muesca

Otras pruebas de impacto no incluidas en Charpy incluyenPrueba a la caídaPruebas de impacto a alta velocidad

Prueba Charpy de ImpactoPara poder seleccionar un material que resista un choque o golpe intenso y repentino, debe medirse su resistencia a la ruptura mediante una prueba de impacto. Se han diseñado procedimientos de ensayo, incluyendo, el ensayo Charpy. El cual consiste en una muestra del material que se va a ensayar, en

forma de una barra cuadrada, la cual puede contener o no una muesca en forma de V, ya que éstas miden de mejor manera la resistencia del material a la propagación de la fractura. Tal muestra se golpea con un péndulo oscilante, calibrado y así, se obtiene la energía absorbida.En el ensayo, el péndulo, parte de una altura ho, gira describiendo un arco, golpea y rompe la muestra del material, alcanzando una elevación final h f. Conociendo la elevación inicial y final del péndulo, se puede obtener la diferencia de energía potencial. Esta diferencia es la energía de impacto absorbido por la muestra durante la ruptura. La energía se expresa generalmente en pielibras (pie.lbf) o joules (J), esta energía corresponde al área bajo la curva de la gráfica esfuerzo - deformación. La capacidad de un material para resistir el impacto suele denominarse tenacidad del material.La temperatura también juega un papel muy importante en cuanto al ensayo Charpy, ya que: A mayor temperatura es mayor la energía para romper el material, y con poca temperatura, el material, se fractura con poca energía absorbida. A temperaturas elevadas el material se comporta de manera dúctil con gran deformación y estiramiento antes de romperse. A temperaturas reducidas el material es frágil y se observa poca deformación en el punto de fractura. La temperatura de transición es aquella a la cual el material cambia de presentar una fractura dúctil a una frágil.

Otra forma de verificar la resistencia al choque es dejando caer sobre una probeta de la roca, desde una altura creciente de 1 centímetro, un peso de 102 Kilogramos. Se toma el peso utilizado, el número de caídas y la altura que produce la rotura en la roca. El resultado se obtiene en Kg/m.

Resistencia al desgaste

La resistencia a la abrasión de las superficies en general, se valora con un equipo de abrasión rotatoria mediante abrasivos con una capacidad de desgaste específica.

Se utiliza una probeta cúbica de roca de 7.07 centímetros de arista la cual se coloca sobre una pista circular que contiene material abrasivo, se coloca sobre la probeta un peso de 30 Kg y se hace girar.

El equipo de ensayo, el cual aplica una acción de desgaste mediante ruedas cilíndricas

sobrecargadas, con un determinado peso, las cuales van recubiertas con papel de lija previamente acondicionado y específico según la norma considerada. En ocasiones, el abrasivo utilizado consiste en ruedas o muelas abrasivas con determinada acción de desgaste que requieren de una regeneración cada cierto número de ciclos. Cuando se utiliza papel de lija, también debe sustituirse, cada cierto número de ciclos, para mantener constante la acción de desgaste.

La muestra gira sobre su eje a una velocidad de 60 revoluciones por minuto, de forma que las ruedas van rodando sobre la superficie de la muestra produciendo un círculo concéntrico al eje de la probeta. Este círculo nos muestra el índice de desgaste de la superficie sometida a ensayo. Durante toda la acción de desgaste, se dispone a pocos milímetros de la superficie de la muestra y en dos puntos equidistantes, un dispositivo de aspiración que va eliminando las partículas generadas en el ensayo. Generalmente, para cada muestra analizada, se utilizan tres probetas de ensayo en las que se determina la resistencia a la abrasión siguiendo el criterio de valoración que establezca el método de ensayo correspondiente.

Resistencia a la Carga cortante Esta prueba se verifica en las rocas formando una probeta prismática de sección cuadrada y se coloca sobre dos tacos metálicos, luego se coloca otro taco metálico sobre la probeta. Las dimensiones del taco colocado en la parte superior de la probeta coincide exactamente con la luz dejada por los tacos inferiores. Se aplica una carga P sobre el taco superior y se calcula:

Rc= P2 A

Resistencia al fuegoEsta prueba consiste en aplicar fuego a la roca hasta la temperatura deseada por medio de un pirómetro, luego se le agregan chorros de agua a temperatura ambiente. Después se verifican los daños aparentes en la roca. En el laboratorio, se le realiza la prueba de resistencia mecánica a la probeta.

Capilaridad

Es la propiedad que tienen los cuerpos de ascender el agua que está en contacto con sus caras. Esta es una propiedad importante para las rocas que estarán en contacto con la humedad de los suelos. Es más notable en las piedras porosas que en las cristalinas.

Procedimiento:1. Los especímenes deberán perder la humedad en su totalidad o estar a peso constante. 2. Colocar los especímenes en charolas individuales con un tirante de agua de 1" (2.54 cm) y mantener este tirante constante.3. Tomar lecturas cada 15 minutos hasta que alguna de las muestras se sature en su totalidad, en ese momento finalizará la prueba y se tomarán las lecturas de los especímenes restantes.

(Izq.) Equipamiento para la realización de ensayos de capilaridad en probetas de rocas.(Der.) Detalle del sistema de fijación de las muestras para la medida de variación de peso durante el ensayo.

En rocas porosas, se obtiene un incremento de peso por unidad de área.

La capilaridad se encuentra mediante la siguiente fórmula:

K= Ps√ t

Donde:P es el peso del agua absorbida en gramoss es la sección transversal de la probeta en cm2

t es el tiempo en minutos que la probeta estuvo sumergida. Adherencia a los morteros

Adherencia: Acción o efecto de unión entre el mortero o lechada y las distintas piezas de la armadura.La adherencia es probablemente la más importante propiedad de los morteros. Especialmente porque su función primordial es adherir unidades de mampostería. El termino general “Adherencia” se refiere a una propiedad específica que define el grado de contacto entre el mortero y la unidad de mampostería, y puede evaluarse con base en lo siguiente:a. La resistencia a tensión o la fuerza necesaria para separar las unidades.b. La resistencia a deslizamiento por corte entre mortero-unidades.c. La resistencia a separación mortero-unidad por flexión.

Las determinaciones usuales en las normas son las de adherencia por tensión y de adherencia por flexión .Una pobre adherencia contribuye en la penetración de humedad a través de las áreas. Los morteros deben desarrollar una buena adherencia para poder soportarlos esfuerzos estructurales, sísmicos, por viento, por cambios de temperatura o contracción de los materiales.

Es también, la más inconstante e impredecible. Debido a las muchas variables que afectan la adherencia, es difícil determinar un experimento de laboratorio que reproduzca las condiciones en construcción. Estas variables incluyen: contenido de aire, tipo de agregados, cantidad de materiales cementantes, tiempo de esparcimiento del mortero y la colocación de la unidad, características de las unidades de mampostería, retención de agua del mortero, presión aplicada a la unidad durante su colocado y sisado, textura de las unidades y las condiciones de curado.

En rocas, esta prueba se verifica a compresión, ligando con 1 centímetro de espesor del mortero a probarse, 3 probetas de la roca. A los 7 días una vez endurecido, se rompe en la prensa hidráulica.

Dureza

La dureza es la resistencia que oponen los cuerpos a dejarse rallar o penetrar por otros cuerpos. Es importante porque de ella dependen las cargas que actuarán sobre las rocas; es así mismo, la propiedad que tienen estas de resistir a los frotamientos, requisito indispensable para las que se han de colocar en escaleras y pavimentos. Para ensayar la dureza de las rocas, por frotamiento, se utiliza una probeta cilíndrica.Como tal, la medida cuantitativa de la dureza depende del tipo de ensayo; para rocas y minerales los más usados son: ensayos de indentación, ensayos dinámicos o de rebote y ensayos de raya.

Ensayos dinámicos o de reboteEstos ensayos emplean un indentador (diente) móvil que golpea el espécimen. Cualquier plástico o material que exhiba un comportamiento cedente producido por el impacto, reducirá la energía elástica disponible con la que rebotara el diente. La altura de rebote se toma como una medida de la dureza del espécimen. El escleroscopio es un equipo para ensayos en el laboratorio que determina la dureza mediante la caída de un pequeño indentador en forma de punta de diamante sobre el espécimen y la medida de su altura de rebote. Debido al pequeño tamaño de la punta del indentador y la naturaleza heterogénea de la mayoría de las rocas, es necesario realizar un gran número de ensayos de rebote a fin de obtener un promedio para un material particular.

Método sugerido para la determinación de la dureza de rebote a partir del martillo SCHMIDT.

Objetivo: Este método recomienda el uso del martillo de impacto Schmidt para la determinación de la dureza de las rocas; es de uso limitado en rocas muy duras o muy blandas.

El equipo consiste en un martillo Schmidt, el cual determina la dureza de rebote del material ensayado y que consiste esencialmente de un embolo, un resorte de una determinada rigidez y un pistón. El embolo se presiona hacia el interior del martillo al ejercer un empuje contra un espécimen de roca. La energía se almacena en el resorte el cual libera automáticamente a un nivel determinado e impacta el pistón contra el embolo. La altura de rebote del pistón se lee sobre una escala y se toma como la medida de la dureza. El equipo es portátil y puede utilizarse tanto en el laboratorio como en el campo. Existen modelos del martillo Schmidt para diferentes niveles de energía de impacto. También se puede determinar la dureza de las rocas mediante la Escala de Mohs:

1. Talco2. Yeso3. Calcita4. Fluorita5. Apatita6. Feldespato7. Cuarzo8. Topacio9. Corindón

10. Diamante

En esta escala cada uno de ellos ralla al anterior y es rayado por el posterior.

Alterabilidad

Se define como alterabilidad de una roca o de una obra a la velocidad de alteración en el tiempo. Esta definición se hace más evidente cuando se compara un volumen determinado, para una misma roca en las condiciones del estado de su composición mineralógicas, texturas y estructuras.

El tiempo en el proceso de alteración nos presenta los parámetros vinculados con la vida de diseño, útil y ruina de una obra.Cuando se altera una roca se incrementa la porosidad y por lo tanto se produce mayor absorción de agua.Las rocas al estar sometidas a la acción agresiva del medio ambiente sufren modificaciones en su estructura y composición mineralógicas, es decir, se

alteran. Modificando de esta forma sus características y propiedades originales.

Procesos Agentes EfectosAlteración Atmosféricos

(Meteorización y otros)

Modificación de: Resistencia Permeabilidad y Color

Desgaste Agua (hielo, viento, erosión y otros)

Modificación de: Su geometría Su superficie

Esta prueba se verifica colocando una probeta de roca dentro de un ambiente húmedo donde se le aplican gases de oxígeno y anhídrido carbónico y sulfuroso a una presión y temperatura constante. Simultáneamente se ha colocado junto con la probeta una de mármol de carrara de idénticas dimensiones. Al final, además de comparar los daños sufridos por la roca con el mármol de carrara se verifica le pérdida de resistencia de la probeta, en el laboratorio.

El grado de alteración de una roca es un parámetro con el que se trata de definir el estado presente de la roca.