Este documento describe los procedimientos para determinar las propiedades físicas de muestras de roca y minerales, incluyendo densidad, porosidad, absorción y peso específico aparente. Se miden los pesos seco, natural y saturado de las probetas, así como su volumen, para calcular estos parámetros físicos. Se proporcionan ejemplos de cálculos para tres probetas, incluyendo sus dimensiones, volúmenes, pesos y valores resultantes de densidad y porosidad aparente.
1. RELACIONES GRAVIMETRICAS Y VOLUMETRICAS
ENSAYOS DE PROPIEDADES FISICAS
OBJETIVO
Determinación de los parámetros físicos:
Densidad
Porosidad
Absorción
Peso específico aparente
EQUIPOS
Balanza con precisión 0.01 gr
Horno ventilado 105o
C
Vernier
Pie de Metro: Es un instrumento para medir longitudes que permite lecturas en milímetros
y en fracciones de pulgada, a través de una escala llamada Nonio o Vernier. Se utiliza para
hacer mediciones con rapidez, con grados de precisión de 0,05 mm, 0,02 mm. 1/128”,
0,001”.
2. ENSAYO DE PROPIEDADES FISICAS
pág. 1
RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y VOLUMÉTRICAS
La determinación de las Propiedades Físicas se basa, en el establecimiento de los Pesos
Natural, Seco y Saturado, y el volumen de probetas rocosas y/o minerales, los cuales se
definen:
El Peso Natural de acuerdo al ISRM (Society International For Rock Mechanic´s),
de la muestra debe estar en el rango de 50 a 250 gr.
El Peso Seco se determina, mediante el secado de las probetas dentro de un horno
ventilado a una temperatura promedio entre 105º - 110ºC.
El Peso Saturado, se obtiene sumergiendo a la probeta en agua destilada a una
altura de agua equivalente como máximo al doble de la probeta.
Para determinar dichos pesos se lleva un registro periódico de los pesos, el lapso de secado
y saturado de las muestras rocosas se obtiene aproximadamente en 8 horas, determinado
cuando la diferencia entre dos pesadas sucesivas no exceda de 0.01 grs.
El Volumen de la probeta rocosa y/o mineral a ser ensayada se determina mediante
probetas simétricas y/o probetas irregulares, mediante el principio de Arquímedes, en el
caso particular de probetas irregulares.
Psat = peso saturado (gr)
Pseco = peso seco (gr)
Vol = volumen probeta (cm3
)
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑉𝑜𝑙
(
𝑔𝑟
𝑐𝑚3⁄ )
𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =
𝑃𝑠𝑎𝑡 − 𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜
𝛾𝜔 ∗ 𝑉𝑜𝑙
∗ 100 (%)
𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 =
𝑃𝑠𝑎𝑡 − 𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜
∗ 100 (%)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =
𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑉𝑜𝑙
∗ 9.81 ( 𝐾𝑁
𝑚3⁄ )
6. ENSAYO DE PROPIEDADES FISICAS
pág. 5
Peso seco para la primera probeta:
Primera Pesada (PESO NATURAL)= 99.41 gr.
Segunda Pesada. Peso Seco 1= 99.33 gr.
Tercera Pesada. Peso Seco 2 = 99.33 gr.
Diferencia entre la última pesada y la penúltima = 99.33 – 99.33 = 0.00 gr.
𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝟏 =
𝟗𝟗. 𝟑𝟑 𝒈𝒓
𝟑𝟗. 𝟓𝟔 𝒄𝒎 𝟑
Peso seco para la segunda probeta:
Primera Pesada (PESO NATURAL)= 104.92 gr.
Segunda Pesada. Peso Seco 1= 104.71 gr.
Tercera Pesada. Peso Seco 2 = 104.70 gr.
Diferencia entre la última pesada y la penúltima = 104.71 – 104.7 = 0.01 gr.
𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝟐 =
𝟏𝟎𝟒. 𝟕𝟎 𝒈𝒓
𝟑𝟑. 𝟗𝟔𝟒 𝒄𝒎 𝟑
𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑺𝒆𝒄𝒐 𝟏 = 𝟗𝟗. 𝟑𝟑 𝒈𝒓.
𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝟏 = 𝟐. 𝟓𝟏𝟏
𝒈𝒓
𝒄𝒎 𝟑⁄
𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑺𝒆𝒄𝒐 𝟐 = 𝟏𝟎𝟒. 𝟕𝟎 𝒈𝒓.
𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝟐 = 𝟑. 𝟎𝟖𝟑
𝒈𝒓
𝒄𝒎 𝟑⁄
7. ENSAYO DE PROPIEDADES FISICAS
pág. 6
Peso seco para la tercera probeta:
Primera Pesada (PESO NATURAL)= 103.3 gr.
Segunda Pesada. Peso Seco 1= 103.19 gr.
Tercera Pesada. Peso Seco 2 = 103.18 gr.
Diferencia entre la última pesada y la penúltima = 103.19 – 103.18 = 0.01 gr.
𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝟑 =
𝟏𝟎𝟑. 𝟏𝟖 𝒈𝒓
𝟒𝟏. 𝟖𝟓𝟔 𝒄𝒎 𝟑
2.- POROSIDAD APARENTE
𝛾𝑤 = Densidad del agua (gr/cm³).
Peso Saturado para la primera probeta
Primera Pesada. Peso Saturado 1 = 100.42 gr.
Segunda Pesada. Peso Saturado 2 = 100.44 gr.
Diferencia entre la última pesada y la penúltima = 100.44 gr. – 100.42 gr. = 0.02 gr.
𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑺𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒅𝒐 𝟏 = 𝟏𝟎𝟎.𝟒𝟒 𝒈𝒓.
Entonces:
𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒1 =
100.44𝑔𝑟 − 99.33𝑔𝑟
(1
𝑔𝑟
𝑐𝑚3)(39.56𝑐𝑚3)
𝑥100%
𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑺𝒆𝒄𝒐 𝟑 = 𝟏𝟎𝟑. 𝟏𝟖 𝒈𝒓.
𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝟑 = 𝟐. 𝟒𝟔𝟓
𝒈𝒓
𝒄𝒎 𝟑⁄
𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =
𝑃𝑠𝑎𝑡 − 𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜
𝛾𝑤 ∗ 𝑉𝑜𝑙
(%)
𝒑𝒐𝒓𝒐𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 𝟏 = 𝟐. 𝟖𝟎𝟔%
8. ENSAYO DE PROPIEDADES FISICAS
pág. 7
Peso Saturado para la segunda probeta
Primera Pesada. Peso Saturado 1 = 105.82 gr.
Segunda Pesada. Peso Saturado 2 = 105.82 gr.
Diferencia entre la última pesada y la penúltima = 105.82 gr. – 105.82 gr. = 0.00 gr.
𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑺𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒅𝒐 𝟐 = 𝟏𝟎𝟓.𝟖𝟐 𝒈𝒓.
Entonces:
𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒2 =
105.82𝑔𝑟 − 104.70𝑔𝑟
(1
𝑔𝑟
𝑐𝑚3)(33.964𝑐𝑚3)
𝑥100%
Peso Saturado para la tercera probeta
Primera Pesada. Peso Saturado 1 = 104.37 gr.
Segunda Pesada. Peso Saturado 2 = 104.38 gr.
Diferencia entre la última pesada y la penúltima = 104.38 gr. – 104.37 gr. = 0.01 gr.
𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑺𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒅𝒐 𝟑 = 𝟏𝟎𝟒.𝟑𝟖 𝒈𝒓.
Entonces:
𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒3 =
104.38𝑔𝑟 − 103.18𝑔𝑟
(1
𝑔𝑟
𝑐𝑚3)(41.856𝑐𝑚3)
𝑥100%
𝒑𝒐𝒓𝒐𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 𝟐 = 𝟑. 𝟐𝟗𝟖 %
𝒑𝒐𝒓𝒐𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 𝟑 = 𝟐. 𝟖𝟔𝟕 %
10. ENSAYO DE PROPIEDADES FISICAS
pág. 9
ENSAYO DE PROPIEDADES FISICAS
Normas sugeridas por ISRM (International Society for Rock Mechanics)
Referencia:Norma ASTM 2216-98
Informe : 001
Proyecto : Relaciones gravimétricas y volumétricas
Ubicación: Laboratorio de Mecánica de Rocas UNI
MUESTRA
6
DENSIDAD
(gr/cm3
)
POROSIDAD
APARENTE
(gr/cm3
)
ABSORCION
(%)
PESO
ESPECIFICO
APARENTE
(KN/m2
)
1 2.511 2.806 1.0873 24.6316
2 3.083 3.298 1.0697 30.2410
3 2.465 2.867 1.1630 24.1828
11. ENSAYO DE PROPIEDADES FISICAS
pág. 10
CONCLUSIONES
De las propiedades determinadas en laboratorio podemos concluir
De la porosidad, en la muestra notamos que no existe un agrietamiento a nivel
macroscópico, sin embargo vemos que nuestra muestra absorbe una cantidad no
despreciable de agua (aproximadamente 3%), lo que nos da a entender que nuestra
muestra no es tan compacta internamente.
Podemos decir también que debido a la capacidad de retener agua diremos que
nuestra muestra es permeable.
OBSERVACIONES Y SUGERENCIAS
Tener en cuenta a la hora de hacer la medición de la probeta (muestra), debemos
tomar el valor promedio de varias medidas del diámetro y la altura del cilindro, pues
las muestras alcanzadas no son cilindros perfectos y debemos considerar todas los
datos obtenidos posibles para una mejor realización del ensayo.
De tener una muestra no regular y no ser posible un cálculo fácil del volumen,
debemos usar otros métodos tales como el Principio de Arquímedes para el cálculo
del volumen.
El hecho que la diferencia entre el ultimo y penúltimo peso no sea el mínimo
requerido para saber si nuestra muestra se encontraba bien seca o bien saturada
fuera el caso, se debe a una falta de tiempo a la hora de hacer nuestros pesos.
