Caracterización físico-mecánico de las principales litofacies de los flujos ignimbríticos de la región de Cuitzeo, Michoacán

Abstract

Geomechanical characterization of rocks (e.g. physical, mechanical, and hydric) is very important and useful for the geological studies, applied to civil engineering. The civil works require (e.g. galleries, depth foundations, road traces) information about the mechanical behavior of rocks masses, as well as the rock matrix. The detailed geomechanical characterization of different ignimbrite lithofacies of the Cuitzeo zone, was performed according to a series of laboratory tests. The main objective of the project is the study of the relationships between different physical properties and the mechanical behavior of the materials by graphical description of several empirical equations. The Petrophysical and porous system studies were performed by a series mercury porosimeter tests and image analyses, whereas the characterization of the mechanical behavior and fracture mode was performed by a series of uniaxial compressive strength tests and X-ray tomographic image analyses. Particularly, the mechanical tests results were represented into a stress-strain graph, where different parameters could be easily evaluated (e.g. Young`s modulus and Poisson ratio). The dynamic properties, strongly related to the physical composition (e.g. pumice, lithics, and minerals content), were obtained through P and S wave velocity measurements. Final results give us information about the state and evolution of the materials: One of the goals, derived from the geomechanical characterization, is the compilation of a data base, which are very useful in the construction of the geological scenarios by attributing properties of every single rock unit. According to the laboratory tests results, the IP and IH lithofacies present more porous content. Particularly, the mercury porosimeter tests describe a high percentage of micro-porosities, which in turn promote the capillarity effects (absorption capacity = 2.7 g / cm2).

El estudio de las propiedades físicas y mecánicas de las rocas es de gran importancia para la geología aplicada a la ingeniería civil. Las obras de ingeniería (p. ej. túneles, cimentaciones profundas y trazos carreteros) requieren de información del comportamiento mecánico del macizo rocoso y de su matriz o roca intacta. La caracterización geomecánica detallada de diferentes litofacies de los flujos ignimbríticos de la zona de Cuitzeo, se realizó con base en una serie de pruebas de laboratorio. El objetivo principal del proyecto se basa en relacionar diferentes propiedades físicas con la evolución mecánica de los materiales, mediante ecuaciones empíricas descritas gráficamente. El estudio petrofísico y del sistema poroso se realizó mediante una serie de pruebas de intrusión de mercurio y análisis de imágenes, mientras la caracterización de la evolución mecánica y modo de fracturamiento, se realizó con una serie de pruebas de compresión simple y reconstrucción 3D de imágenes tomográficas. En particular los resultados de las pruebas mecánicas se representan en una gráfica esfuerzo – deformación, donde los diferentes parámetros pueden ser fácilmente evaluados (p. ej. Módulo de Young y Coeficiente de Poisson). Propiedades dinámicas, estrechamente ligadas a su composición (p.ej. contenido de pómez, líticos, minerales), se obtuvieron mediante la medición de las velocidades de onda P y S. Los resultados obtenidos nos brindan información del estado y evolución de los materiales. Una de las metas derivadas de la caracterización geomecánica es construir una base de datos útil en la construcción de escenarios, mediante la atribución de propiedades a cada unidad de roca. De acuerdo a los resultados de laboratorio las litofacies con más contenido de poros son la IP e IH. En particular, las pruebas de intrusión de mercurio describen un alto porcentaje de micro-porosidades que facilitan los efectos de capilaridad (capacidad de absorción = 2.7 gr/cm2).