NOTES AND REFERENCES TO THE INTRODUCTION

A continuación se describen los procedimientos de cada ensayo ejecutado en el desarrollo de la investigación, la información presentada es un resumen de la norma técnica base que estandariza los procedimientos.

Los equipos mencionados para la elaboración de cada experimento, pertenecen a la Universidad del Valle, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Civil y Geomática.

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Algunos corresponden al laboratorio de Suelos (LabISPa) y al laboratorio de Geología y Mecánica de Rocas (MERO).

5.2.1 Determinación de la porosidad eficaz y densidad aparente de la roca (UNE-EN 1936-2007).

EQUIPOS:

 Horno ventilado marca Humboldt con temperatura máxima de 250 ºC,

 Balanza de precisión marca Mettler Toledo de dos cifras significativas y capacidad máxima de 1500 gr (Laboratorio de Ingeniería de Materiales, Universidad del Valle),

 Dispositivo de medida de precisión pie de rey, con precisión de ±0.05 milímetros.(mm),

 Picnómetro de vidrio de 500 mililitros (ml),

 Desecador de vidrio más agente desecante Cloruro de calcio seco.

“Para piedras densas y de baja porosidad; es suficiente con determinar la densidad aparente y la porosidad abierta debido a la diferencia con la densidad real y la porosidad total es mínima”. Así el procedimiento para estimar dichos parámetros son:

1. Secar cada núcleo a una temperatura de 70 ± 5 ºC hasta masa constante, se considera que se ha alcanzado masa constante cuando la diferencia entre dos pesadas realizadas en un intervalo de 24 ± 2 h no es superior al 0.1% de la masa de la probeta

2. Se pesa el núcleo de roca seco (𝑚_𝑑), se disponen las probetas en un recipiente de vacío y se disminuye la presión hasta 2.0 ± 0.7 kPa = 15 ± 5 Hg.

3. Se mantiene la presión durante 2 ± 0.2 horas, durante la introducción del agua.

4. Introducir agua desmineralizada a 20 ± 5 ºC, las probetas deben quedar sumergidas en 15 minutos.

5. Se mantiene la presión hasta que las probetas están sumergidas, después se dejan a presión ambiente durante 24 ± 2 horas.

a. Para cada probeta

b. Se pesa la probeta bajo agua (𝑚_ℎ).

c. Se seca la probeta con un trapo húmedo y determina la masa saturada (𝑚_𝑠).

Volumen de poros abiertos (cm3) Vo=ms_ρ−md

rh ∗ 1000

35 _{Ecuación 39}

Volumen aparente del núcleo (cm3) Vo=ms_ρ−mh

rh ∗ 1000

36 _{Ecuación 40}

Porosidad abierta en porcentaje b=m_ms−md

s−mh∗ 100 Ecuación 41 Densidad aparente (Kg/m3) b=_mmd

s−mh∗ rh Ecuación 42 35

El valor de la densidad para el agua 𝜌𝑟ℎ a 20ºC es 998𝐾𝑔 𝑐𝑚⁄ 3. 36

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5.2.2 Ensayo de resistencia a compresión uniaxial, RCU (ASTM D7012-10 y UNE 22- 950-parte 3)

Figura 20. Ensayo a compresión de un núcleo de roca en la Prensa Universal, LabEstrus Fuente: Elaboración propia.

EQUIPO

 Máquina de carga universal hidráulica con capacidad máxima de 40 Toneladas (T), (Anexos: certificado de calibración.)

 Estufa y soporte para el refrendado (capinado) con azufre,

 Deformimetro marca ELE con precisión de 0.002 mm.

Para la ejecución del ensayo se emplea un marco cilíndrico y extensómetros para poder medir la deformación axial de la probeta, conforme al objetivo de la presente investigación el ensayo de RCU se realiza en paralelo al barrido del contenido de humedad acorde a la programación elaborado con anterioridad (Anexo 4).

1. Posicionar el núcleo de roca, dentro del marco de acero y el de carga. 2. Chequear la capacidad de los asientos esféricos puedan rotar libremente.

3. Colocar los platos en la base de la máquina de carga. Posicionar la muestra sobre el plato. Colocar el plato superior sobre la muestra y alinearlos apropiadamente, se aplica una pequeña carga axial, aproximada de 100 N.

4. Aplicar la carga axial continuamente y sin descargar hasta que se haga constante, disminuya o se consiga una mínima cantidad de esfuerzo. Se aplica la carga de manera que se produzca una razón constante de esfuerzos o carga favorable para el ensayo, evitando que la razón de fuerza o esfuerzo se desvíe en más del 10% de la seleccionada. Esta relación de fuerza o esfuerzo debe permitir que la falla de la muestra se produzca después de 5a 15 minutos de haber inicio la aplicación de la carga.

5. Registre el máximo valor de carga soportada por la muestra.

Para rocas anisotropías se debe de mencionar la dirección en que ha aplicado la carga que puede ser, perpendicular o paralela a los planos de anisotropía.

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5.2.3 Propiedades mecánicas de la roca, Módulo de elasticidad (UNE 22-950-90 Parte 3, ASTM D7012-10)

EQUIPO: Corresponde al nombrado en el titulo 5.2.2

Para la determinación del módulo de Young, se requiere del registro de la deformación axial de la probeta de roca al ejecutarse el ensayo de compresión uniaxial; estos datos se registraran por medio de extensómetros, su instalación se realiza como se menciona a continuación:

1. Se instala el extensómetro para el registro en sentido longitudinal con un extremo apoyado en la superficie móvil del marco de prueba.

2. El extensómetro debe ajustarse en una superficie estable e inmóvil. 3. Se ajusta en cero el extensómetro.

4. En el desarrollo del ensayo, se registran las lecturas del extensómetro y se relacionan con el esfuerzo aplicado sobre la probeta.

5. El esfuerzo sobre la probeta se obtiene de dividir la lectura de la celda de carga del marco de prueba y el área de la probeta.

Luego del registro de la información, se elaboran las gráficas de esfuerzo deformación axial, como las presentadas en el Anexo 6 de los ensayos de RCU, y se emplean las metodologías presentadas en el Título 2.1.3 (Norma UNE 22-950-90 Parte 3) para el cálculo de los parámetros mecánicos.

Para el caso especifico de la investigación se emplearon estimo el Modulo Secante (MS) y el Modulo Medio (MM), como se indica en el titulo 2.1.3. El Modulo Tangente no se considero debido a que no se estimo la ecuación de la curva esfuerzo-deformación para cada uno de los 24 ensayos. (Ver Anexo 6)

5.2.4 Determinación del contenido de humedad, para diferentes tiempos de secado (ASTM D 2216-98)

EQUIPO: Corresponde al mencionado en el Titulo 5.2.1

El cálculo del contenido de humedad (w) se realiza conforme al procedimiento indicado por la norma:

1. Selección de una muestra piloto de cinco núcleos (ver Anexo 1) de roca para la ejecución del ensayo,

2. Determinación del peso de los núcleos a humedad natural

3. Se mantuvieron los núcleos bajo el agua durante 48 h (17.11.12 11:00 am - 19.11.12 11:00 am), para luego determinar su peso saturado

4. Se introdujeron los núcleos de roca en el horno manteniendo una temperatura constante de 110+/-5 °C

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5. Se extraen y realiza la determinación del peso de los núcleos según el tiempo de secado expresado(Anexo 4)

6. Se registra la diferencia entre el peso húmedo (s diferentes tiempos de secado) y el peso seco de cada núcleo, para determinar su contenido de humedad.

7. Una vez determinada la variación promedio de la humedad con el tiempo de secado (Muestra piloto) se procede a generar un cronograma de secado, en el que se define el tiempo de secado al cual se someterá cada muestra según las necesidades de la investigación.

5.2.5 Determinación de la gravedad especifica (Gs) y densidad real (ρr), por el

método del Picnómetro (Norma UNE-EN 1936)

EQUIPO: Corresponde al mencionado en el Titulo 5.2.1

Para cada probeta después de haber estimado la densidad aparente y porosidad abierta. 1. Se muele cada probeta hasta que pase el tamiz 0.063 mm de malla.

2. Se seca la probeta triturada hasta masa constante y se separa una masa (𝑚 ) de 10 ± 0.01 g.

3. Se introduce agua des-ionizada en el picnómetro hasta la mitad; enseguida se añade la masa 𝑚 y se agita el líquido para dispersar la materia sólida. 4. Se somete el picnómetro a un vacío de 2 ± 0.7 kPa hasta eliminar las

burbujas de aire, a continuación se llega el picnómetro con agua des-ionizada hasta el enrace y se deja que la materia solida se asiente y el agua sobre la muestra sea clara, a continuación se tapona y seca el picnómetro.

5. Se pesa (𝑚₁) el picnómetro enrazado mas el contenido de muestra con una precisión de 0.01 g.

6. Se llena el picnómetro solo con agua des-ionizada y se pesa (𝑚₂) con precisión de 0.01 g.

7. Antes de pesar se debe comprobar que la temperatura sea de 20 ± 5 ºC Densidad real r = _𝑚 𝑚𝑒

2+𝑚𝑒−𝑚 ∗ 𝜌𝑟ℎ Ecuación 43

Gravedad especifica 𝐺𝑠 = 𝜌𝑟∗ 𝐾 Ecuación 44

Donde K es un coeficiente que considera la densidad del agua en diferentes temperaturas y se determina basado en la tabla 24.

Tabla 24. Valores de K: para diferente temperatura ambiente

Temperatura ºC Coeficiente K Densidad del agua (g/cm3)

20 1,0000 0,9982343 21 0,9998 0,9980233 22 0,9996 0,9978019 23 0,9993 0,9975702 24 0,9991 0,9973286 25 0,9988 0,9970770

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5.2.6 Identificación y clasificación de las rocas (UNE-EN ISO 14689-1)

EQUIPO:

 Navaja,

 Reactivo: ácido clorhídrico diluido.

Empleando las tablas del Anexo 3, se procede a identificar las rocas, la norma UNE estandariza una serie de tablas y procedimientos basados en la composición mineralógica, aspectos genéticos, estructura, tamaño de grano, discontinuidades y otros parámetros.

1. Identificar el color de la roca.

2. Tamaño de grano, consiste en la estimación de la dimensión media de los fragmentos de roca o de los minerales predominantes embebidos en el material rocoso, normalmente es suficiente estimarlos de forma visual.

3. Efectos de meteorización y alteración, indicar el estado de meteorización y alteración de la roca.

4. Contenido de carbonatos, se determina añadiendo gotas de ácido clorhídrico diluido (HCI) (3:1 o 10%) se distinguen tres características:

a. Libre de carbonato (O) si la adición de HCI no produce efervescencia. b. Calcárea (+) si la adición de HCI produce una clara efervescencia, pero

no se mantiene.

c. Altamente calcárea (++) si la adición de HCI una fuerte y continua efervescencia.

5. Estabilidad de la roca. Se evalúa la degradación de la roca cuando se expone al agua y diferente ambiente atmosféricos.

6. Resistencia a compresión simple, este parámetro puede estimarse de forma indirecta haciendo uso de las tablas del Anexo 3.

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