Sistema poroso. Densidad y porosidad. David Benavente

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David Benavente

Sistema poroso. Densidad y porosidad.

Introducción

En esta práctica vamos a determinar la densidad de conjunto y la porosidad de diferentes rocas. Para ello las probetas se limpian y secan en estufa, se miden sus dimensiones y se obtiene el valor de su peso en seco.

 

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La densidad de conjunto, ρbulk (g/cm3), se obtiene dividiendo la masa en seco, M0(g), y el volumen de la probeta, Vprob (cm3), es decir:

ρbulk = M0/ Vprob.

A continuación, vamos a explicar cómo se obtiene la porosidad abierta bajo vacío, la porosidad abierta a presión atmosférica y la porosidad total.

 

Porosidad a vacío

El ensayo se realiza en campana de vacío y se debe eliminar el disuelto en el agua. Una forma sencilla de eliminar el aire disuelto es por ebullición. Para ello, hervimos el agua durante unos 7 minutos aproximadamente y la dejamos reposar en el agua 15 minutos, repitiendo la operación un mínimo de 4 veces.

El ensayo de determinación de la porosidad abierta bajo vacío consta de tres etapas:

(1) Se mantiene la presión de 20 ± 7 mb durante 2 ± 0,2 horas para eliminar el aire contenido en el sistema poroso.

(2) Se introduce lentamente agua desmineralizada hasta que las muestras estén cubiertas con una capa de 5 cm ± 1.

(3) Restablecer la presión atmosférica.

 

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Las dimensiones de las probetas se pueden obtener con la pesada hidrostática a partir de sus dimensiones (cuando la balanza no tenga la posibilidad de medir por la parte inferior de la misma).

Por lo tanto, el cálculo de la porosidad abierta bajo vacío, PA (%), a partir de sus dimensiones, Vprob (cm3), se obtiene aplicando la siguiente ecuación:

PA= ((MS-M0)/ρH2O)/ Vprob,

donde ρH2O es la densidad del agua (1 g/cm3), M0 es la masa en seco (g) y MS es la masa saturada (g).

 

Si se realiza a partir de las medidas de balanza hidrostática, la porosidad abierta con el método de inmersión, PAI (%), se obtiene aplicando la siguiente ecuación:

PAI= (MS-M0)/(MS-MH),

donde M0 es la masa en seco (g), MS es la masa saturada (g) y MH es la masa en la balanza hidrostática (g).

 

Porosidad a presión atmosférica

Una alternativa cuando no tenemos el sistema de vacío es el método de inmersión en agua a presión atmosférica. Hay que recordar que con el método a vacío el agua puede entrar a poros de menor tamaño y por lo tanto la porosidad obtenida con ambos métodos puede diferir en función del sistema poroso de la roca.

Para ello, se colocan las probetas en un recipiente y se añade agua hasta que se cubra la mitad de la probeta; una hora después se añade agua hasta tres cuartos y transcurrida otra hora se cubre la probeta. De esta forma favorecemos el escape del aire que hay en los poros para que se llenen de agua. La masa saturada, MS (g), se obtiene a las 48h. El cálculo de la porosidad se realiza utilizando las ecuaciones anteriores.

 

Este procedimiento es el que se utiliza para la obtención del coeficiente de absorción, Cabs (%), que se define como:

Cabs= ((MS – M0)/ M0 )·100

donde actúan tanto la masa en seco, M0 (g), y la masa saturada, MS (g).

 

El coeficiente de absorción cuantifica el aumento de masa que una roca soporta cuando los poros se llenan de agua. Éste se relaciona con la porosidad abierta tal que:  

Cabs =PA· (ρH2Obulk

 
Porosidad total

La porosidad total, PT(%), se calcula a partir de la densidad de conjunto, ρbulk, y real, ρR (g/cm3). La densidad real o densidad de grano se obtiene con picnometros (agua y/o helio) o a partir de la composición mineralógica.

La densidad de grano, ρg (g/cm3), de una roca se obtiene de la misma a partir de la densidad de los minerales, ρi (g/cm3), que la constituyen a partir de la siguiente ecuación:

ρg = Σ Xi· ρi

donde Xi es la fracción de masa de cada mineral. La densidad de los minerales la podemos obtener en webmineral (www.webmineral.com). Por ejemplo, en una roca monomineral, su densidad real será la densidad del mineral que la constituya.

 

La porosidad total se obtiene a partir de la siguiente ecuación: PT = (1-ρbulkR).

 

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