9 Propriétés d'index des roches
Cet article met en lumière les propriétés des neuf indices des roches. Les propriétés sont les suivantes: 1. Densité 2. Teneur en eau 3. Saturation Teneur en humidité (MC) sat. 4. Porosité 5. Perméabilité 6. Conductivité hydraulique 7. Coefficient de gonflement 8. Nombre de rebond 9. Résistance de compression uniaxiale (ou non confinée).
Propriété d'index n ° 1. Densité:
i) Densité apparente sèche (S b ):
Cela peut être déterminé par deux méthodes en fonction de la porosité de l'échantillon de roche.
(a) Pour les roches de plus haute porosité (> 10%):
Ce test est utilisé pour de nombreuses roches sédimentaires et des roches ignées et métamorphiques fortement altérées.
L'échantillon de roche est séché au four à 105 ° C pendant 12 heures et pesé (W 1 ). Ensuite, l'échantillon de roche est immédiatement recouvert de cire de paraffine ou d'un autre matériau dont la densité (y p ) est connue. La couche de cire est refroidie et l'échantillon est pesé (W 2 )
Poids de la paraffine = W p = W 2 - W 1
Ensuite, le volume d'eau (V) déplacé par l'échantillon est mesuré.
b) Pour les roches de faible porosité (<10%):
Cet essai concerne les roches sédimentaires bien compactées ou cimentées, toutes les roches ignées et métamorphiques fraîches. Un solde de marcheur est utilisé. L'échantillon est suspendu dans l'air et pesé (VV, ). Il est immergé dans l'eau et pesé à nouveau (W 2 ). Alors S b = W 1 / W 1 - W 2
(ii) densité apparente saturée (S b (sat) ):
Si la teneur en eau de saturation (MC) sat et sa densité apparente sèche (S b ) sont connus,
iii) Densité spécifique des grains minéraux solides:
1. Sécher le flacon de densité et le bouchon à 105 ° C et peser (W 1 ).
2. La roche est broyée à un maillage environ égal à la taille de grain de la roche. Un échantillon doit être séché (à 105 ° C pendant 4 heures) et placé dans une bouteille de densité (environ un tiers de son contenu) et pesé (W 2 ).
3. De l'eau distillée est ajoutée à la bouteille de densité jusqu'à ce que l'échantillon de poudre de roche soit couvert. La bouteille de densité est ensuite placée dans un dessiccateur qui est évacué lentement d'air.
4. Relâchez le vide et faites vibrer la bouteille doucement. Répétez les étapes 3 et 4 jusqu'à ce que l'air ne sorte plus de l'échantillon.
5. Remplissez la bouteille de densité avec de l'eau distillée, mettez-la dans un bouchon et maintenez-la dans un bain à température constante pendant 1 heure, en ajoutant de l'eau dans la bouteille si le volume diminue.
6. Essuyez la bouteille de densité obturée et pesez (W 3 ). Vider, nettoyer et remplir le flacon de densité avec de l'eau distillée et maintenir à une température constante pendant 1 heure. Puis essuyez et repesez (W 4 ).
Deux déterminations doivent être effectuées pour chaque échantillon et la moyenne des résultats.
Propriété d'indexation n ° 2. Contenu en humidité:
Pour déterminer la teneur en humidité (CM), l'échantillon de roche est immédiatement pesé lorsqu'il est retiré de son conteneur hermétique (W 1 ), par exemple un sac en plastique. L'échantillon de roche est séché jusqu'à un poids constant dans un four à 105 ° C pendant 12 heures. Refroidir dans un dessiccateur et repeser (W 2 ). Ensuite,
Propriété d'index n ° 3. Teneur en humidité de saturation (MC) sat :
Si la teneur en humidité de l'échantillon est déjà déterminée, nous connaissons le poids excessivement sec de l'échantillon (W 2 ). Placez l'échantillon dans un panier métallique et plongez-le dans l'eau pendant 12 heures. Retirer et peser après séchage en surface (W 3 ).
Propriété d'indexation n ° 4. Porosité:
La porosité (n) est le rapport entre le volume de vides dans un sol ou une roche et le volume total., Si V v = Volume des vides et V = Volume total
Il est exprimé en fraction décimale ou en pourcentage. Dans les roches, 10% est la moyenne, 5% est faible, 15% ou plus est élevé. Tous les vides dans une roche ne sont pas interconnectés et accessibles aux fluides pénétrants. Par exemple, la pierre ponce est une roche très poreuse dont les pores ne sont pas interconnectés. De nombreuses roches ignées et métamorphiques à haute teneur ont de très petites fissures ou micro fractures qui ne sont pas interconnectées.
La porosité effective correspond au rapport entre le volume des vides interconnectés et le volume total de la roche. Les vides présents dans les roches sont généralement de deux types, à savoir les vides primaires (pores) entre les fragments de roches clastiques et les vides secondaires produits par une fracturation ultérieure ou une altération chimique.
Le premier est caractéristique de la masse rocheuse totale et de sa porosité au sens strict. La seconde dépend de l'histoire ultérieure de la roche et est très variable au sein du corps rocheux. Les valeurs de porosité réelles de certains types de roches courantes sont indiquées dans le tableau 2 ci-dessous.
Les différents facteurs qui contrôlent la porosité des roches sédimentaires et des sols sont les suivants:
a) Le degré de cémentation (c.-à-d. dans quelle mesure les pores sont remplacés par du ciment) et le degré de recristallisation aux points de contact des grains. Tous deux sont influencés par l'âge et l'histoire de l'enterrement du rocher.
(b) La variation de la taille des grains Comme les petits grains peuvent combler les vides parmi les plus gros, un sédiment avec une grande variation dans la taille des grains (un sédiment bien classé) a une porosité inférieure à celle d'un sédiment mal classé.
(c) Le conditionnement des grains Si les grains sont sphériques, le conditionnement peut donner une gamme de porosités allant de 26% à 47%. Le tassement plus lâche est un arrangement de grains moins stable et le passage de celui-ci à un arrangement plus stable réduira la porosité et peut entraîner l’expulsion de l’eau des sédiments.
(d) La forme des grains Depuis les lattes angulaires, comme dans l'argile, les minéraux forment souvent des ponts entre les autres grains en les maintenant séparés, augmentant ainsi la porosité.
Dans les calcaires cristallins, l’espace vide est principalement secondaire et est régi par la présence de fossiles et de plans de stratification par lixiviation de carbonate et redéposition par les eaux souterraines acides, ainsi que par fracturation à grande et à petite échelle. En raison de la lixiviation progressive, l'espace vide augmente généralement avec le temps et des cavernes peuvent se développer.
Propriété d'indexation n ° 5. Perméabilité:
La perméabilité, k (dimension L 2 ) est une mesure de la facilité d'écoulement à travers une roche ou un sol, indépendante des propriétés du fluide. Il est lié à la conductivité hydraulique K par l'équation
où,
ρ = densité
µ = viscosité dynamique
et g = accélération due à la gravité
L'unité de perméabilité est le Darcy qui est d'environ 10 -8 cm 2 .
La perméabilité de nombreuses roches communes est inférieure d'un darcy à un ou deux ordres de grandeur et est généralement exprimée en millidarcies.
Le facteur principal contrôlant la perméabilité est la taille des vides, car si les vides sont plus petits, plus la surface de contact de l'eau avec le minéral solide sera grande et plus les forces capillaires retenant l'écoulement seront grandes.
Dans les sols meubles, la perméabilité augmente avec (diamètre) 2 des grains. L'écoulement s'effectue également à travers des vides secondaires tels que des joints et les roches de ce type sont appelées perméables plutôt que perméables.
Propriété d'indexation n ° 6. Conductivité hydraulique:
La conductivité hydraulique K est une mesure de la facilité d'écoulement de l'eau à travers un sol ou une roche sous un gradient hydraulique donné. La conductivité hydraulique (dimensions LT -1 ) est liée à la perméabilité de la propriété d'indice de la roche k ainsi qu'à la viscosité et à la densité du fluide (eau). Ce n'est pas une propriété rock index. Il a la dimension de la vitesse et est souvent exprimé en mètres par jour.
Les valeurs typiques pour les sols sont:
Argiles: 0 à 1 m par jour
Sable: 10 à 260 m par jour
Gravier: jusqu'à 300 m par jour
Propriété d'index n ° 7. Coefficient de gonflement:
Le coefficient de gonflement est une mesure du changement de longueur d'un échantillon qui a été initialement séché au four, puis trempé dans de l'eau jusqu'à ce qu'il soit complètement saturé. Il est exprimé par le rapport entre les longueurs d'origine (sèche) et finale (saturée). Ce comportement de gonflement est lié à la quantité de minéraux argileux expansifs contenus dans une roche.
Propriété d'index n ° 8. Numéro de rebond:
Le nombre de rebond (R) est mesuré à l'aide d'un marteau à béton Schmidt et est utilisé pour évaluer la résistance des roches in situ. La hauteur de rebond du marteau est exprimée en pourcentage de la distance de déplacement de la masse du marteau.
Propriété d'index n ° 9. Résistance à la compression uniaxiale (ou non confinée):
Avant de déterminer la résistance d'un spécimen de roche, il est nécessaire que le spécimen de roche soit correctement préparé.
La procédure suivante peut être adoptée:
a) Taille et forme du spécimen:
Les éprouvettes cylindriques sont creusées dans une masse de roche sur le terrain avec des forets à noyau creux EX (22 mm de diamètre), AX (28 mm) ou BX (41 mm), ou à l'aide d'une éprouvette manuelle en laboratoire de 25, 38 ou 63 mm. dia trépans creux. Le rapport d'aspect du noyau (longueur: diamètre) est important et doit être supérieur à 2. Les surfaces supérieure et inférieure du noyau doivent être lisses, parallèles entre elles et perpendiculaires à la longueur du noyau.
b) Méthode d'essai:
Le noyau préparé est placé avec ses extrémités plates entre deux plateaux. Le taux de compression peut être de 0, 7 N / mm 2 par seconde. (contrainte contrôlée) et 1 mm par min. (déformation contrôlée). La résistance à la compression uniaxiale ou non confinée est mesurée en N / mm 2 .
Un certain nombre de spécimens doivent être testés à partir de chaque unité de roche.
Étant donné que des variations de résistance au sein d’une même unité rocheuse sont susceptibles de se produire en raison des conditions suivantes:
(i) Les propriétés des minéraux constitutifs, en particulier leurs faisceaux, la présence de clivages et le degré de leur altération.
(ii) La présence et la forme de tout vide dans les roches et si ces vides sont remplis d'eau.
(iii) La nature de la liaison entre les grains minéraux.
