Exploración del potencial de los recursos agregados del Pérmico tardío para su utilización en estructuras de ingeniería a través de análisis geotécnicos, geoquímicos y petrográficos.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 5088 (2023) Citar este artículo

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El Corredor Económico China-Pakistán (CPEC) es un megaproyecto de construcción en curso en Pakistán que requiere una mayor exploración de nuevos recursos naturales agregados para facilitar la construcción extensa. Por lo tanto, se previó que los estratos del Pérmico Tardío de Chhidru y Wargal Limestone para recursos agregados evaluaran su forma óptima de uso en la construcción a través de análisis geotécnicos, geoquímicos y petrográficos detallados. El análisis geotécnico se realizó bajo las normas BS y ASTM con la ayuda del empleo de diferentes pruebas de laboratorio. Se empleó un análisis de regresión simple para determinar las correlaciones mutuas entre los parámetros físicos. Según el análisis petrográfico, la piedra caliza Wargal se clasifica en lutitas y wackestone, y la Formación Chhidru se clasifica en microfacies de wackestone y floatstone, ambas con componentes primarios de calcita y bioclastos. El análisis geoquímico reveló que la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru abarcan óxido de calcio (CaO) como contenido mineral dominante. Estos análisis también mostraron que los agregados de piedra caliza Wargal no son vulnerables a las reacciones álcali-agregado (AAR), mientras que la Formación Chhidru tiende a ser susceptible a AAR y nociva. Además, el coeficiente de determinación y las características de resistencia, por ejemplo, la resistencia a la compresión libre y la prueba de carga puntual, se encontraron inversamente asociados con las concentraciones de bioclastos y directamente relacionados con los contenidos de calcita. Según los análisis geotécnicos, petrográficos y geoquímicos, la piedra caliza Wargal demostró ser una fuente potencial importante para proyectos de construcción tanto a pequeña como a gran escala, como CPEC, pero los agregados de la Formación Chhidru deben usarse con especial precaución debido al alto contenido de sílice. contenido.

Debido a la alta demanda de concreto, se requiere un volumen importante de recursos naturales1, y la construcción moderna implica como elemento fundamental el concreto, que es una mezcla de agregados finos a gruesos, agua y cemento que se puede moldear antes de fraguar en un entorno compacto. y masa sólida2. Muchos proyectos de ingeniería civil utilizan áridos como refuerzo, así como para disminuir la contracción y proporcionar beneficio económico3. Según Kim4, en el concreto, los agregados componen del 75 al 85% de la mezcla, mientras que las mezclas asfálticas constituyen del 93 al 95%, y el balasto de ferrocarril y la base de la carretera constituyen casi el 100% de la mezcla. Por lo tanto, es imperativo examinar las propiedades químicas, físicas, mecánicas y mineralógicas de los agregados debido a sus efectos sobre la resistencia y durabilidad del concreto5,6, además del uso extensivo en la construcción. Como material geotécnico y agregado de roca triturada, la piedra caliza juega un papel importante en la industria de la construcción por sus propiedades físicas y mecánicas7. Las cualidades físico-mecánicas y de durabilidad de los agregados de roca triturada están muy influenciadas por las características petrográficas de los procesos posteriores y de la roca madre, como fallas, erosión, plegamiento y actividad hidrotermal8. Estas características físico-mecánicas y petrográficas pueden verse afectadas por el contenido mineral, dureza, estabilidad química, porosidad y composición. Es importante analizar la petrografía de los agregados para identificar su textura, mineralogía, bioclastos, tipo de matriz, microfracturas y tipo de textura9. Algunos académicos han examinado y hecho predicciones sobre las cualidades de ingeniería de los agregados basándose en sus características petrográficas y físicas6,10.

Los campos de la geotecnia y la ingeniería de rocas utilizan varios sistemas de clasificación de rocas que se basan principalmente en parámetros mecánicos como la resistencia a la compresión uniaxial, el módulo de Young, la resistencia a la tracción, el índice de Poisson y las pruebas de carga puntual. Sin embargo, es la composición mineral de una roca la que determina si es apta o no para su uso como material de construcción1. El impacto de las cualidades físico-mecánicas en la calidad del agregado es de suma importancia, además de las características relacionadas con el concreto, incluida la reacción álcali-agregado (AAR), la durabilidad y la resistencia también deben tenerse en cuenta11. La resistencia, el rendimiento y la durabilidad del hormigón pueden verse comprometidos si no se toman las medidas adecuadas para prevenir la AAR12. En presencia de ciertos minerales reactivos, como SiO2 y CaMg(CO3)2 filtrados, los álcalis reaccionan para producir la reacción de sílice Alaklai (ASR) y la reacción de carbonato de Alakali (ACR), respectivamente8,13. Posteriormente, después de años de investigación, se demostró que ciertos agregados no solo son reactivos sino que también producen fuertes enlaces en los niveles periféricos tanto del agregado como de la mezcla. Por lo tanto, mediante análisis petrográficos y químicos en concreto estructural, se pueden detectar minerales reactivos y no reactivos, se pueden evaluar bordes de reacción, geles de silicato, propiedades micro/macro/macro estructurales y carbonatación13.

Las principales fuentes de agregados en Pakistán incluyen calizas obtenidas de las colinas de Margala, agregados de las colinas de Kirana, las colinas del distrito de Khyber y carbonatos de Wargal, Sakasar y Kohat12,14. En su mayoría, las sucesiones sedimentarias del Paleoceno y Eoceno de Pakistán tienen la mayor importancia en términos de uso geotécnico y exploración de hidrocarburos15,16. La Autoridad Nacional de Carreteras (NHA) aprovechó estos agregados para construir carreteras como parte del enorme proyecto del Corredor Económico China-Pakistán (CPEC). El proyecto CPEC conectó a más de 70 países a través del puerto de Gwadar en Pakistán17. El CPEC incluye varios proyectos de corto y largo plazo, como la construcción de carreteras, ferrocarriles y fibra óptica, sin embargo, con el fuerte aumento en la demanda de materiales de construcción provocado por la rápida expansión demográfica del país y el desarrollo de pequeños y megaproyectos. , los recursos agregados actuales se están agotando. Por lo tanto, se requieren muchos estudios de investigación exploratoria para perspectivas, como agregados para el desarrollo de recursos de construcción, para satisfacer significativamente las demandas futuras de las actividades de construcción11. Investigadores en Pakistán han realizado varios estudios sobre agregados y piedra caliza para estudiar sus propiedades mecánicas, realizar evaluaciones de ingeniería y evaluaciones de agregados, y han propuesto su uso en la construcción. (p. ej., Naeem et al.5; Naseem et al.18; Majeed y Abu Bakar19; Mustafa et al.20; Akram et al.20; Rehman et al.21; Ullah et al.22, Kamran et al.23; Zada et al.16. Los análisis fisicoquímicos, geoquímicos y petrográficos juegan un papel crucial en la determinación de la idoneidad de los agregados para la construcción. Teniendo en cuenta la importancia de la región, la presente investigación emplea estos análisis para investigar la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru expuestas en Zaluch Group, Western Salt Range (Fig. 1) de manera exhaustiva y exhaustiva para evaluar la viabilidad de estos recursos agregados para CPEC y los actuales proyectos de desarrollo de ingeniería a gran escala de Pakistán. Además, los resultados de esta investigación ofrecerían recomendaciones. e instrucciones para comprender el comportamiento mecánico de unidades de roca y su posterior excavación y uso en los sectores geotécnicos y de construcción locales.

Mapa de ubicación del área de estudio, Salt Range, Pakistán.

La Cuenca de Potwar y la Cordillera de la Sal se formaron por la deriva de la Placa India hacia el norte y su colisión con la Placa Euroasiática, posteriormente16. En la parte centro-norte de la Placa de la India, la Cordillera de la Sal es un cinturón activo de pliegue y empuje formado por la colisión de la Placa de la India con la Placa Euroasiática24,25. La Cordillera de la Sal experimenta continuamente deformaciones de tipo compresivo, transformante y extensional15,24,26. El frente de rango se caracteriza por la superposición de evaporitas precámbricas y capas superpuestas sobre aluvión sinorogénico y material de abanico27. Las rocas más antiguas de la Cordillera de la Sal occidental se originan en el Carbonífero y el Pérmico en el Grupo Nilawahan, mientras que la Formación de la Cordillera de la Sal Precámbrica se depositó sobre estratos más jóvenes en la Cordillera de la Sal oriental28,29 como se muestra en la Fig. 2. Rocas en la Cordillera de la Sal La distribución se ha datado en varios períodos, desde el Precámbrico hasta el Terciario29,30. El grupo Tethyan Zaluch del Pérmico medio al superior y el grupo Nilawahan del Pérmico inferior de la región de Gondwanan están separados por la secuencia Carbonífero-Pérmico de la Cordillera de la Sal de Pakistán5,31,32.

Entorno geológico y estratigráfico del área de estudio, Salt Range, Pakistán.

En la cuenca Potwar, las rocas pérmicas se componen principalmente de rocas siliciclásticas del Grupo Nilawahan y rocas ricas en carbonatos del Grupo Zaluch. En la cordillera de Salt occidental, las litofacies mixtas de carbonatos siliciclásticos marinos forman el Grupo Zaluch del Pérmico Superior33 y se compone de litofacies mixtas de carbonatos siliciclásticos de la Formación Amb, carbonatos de la piedra caliza Wargal y litologías mixtas de carbonatos clásticos de la Formación Chhidru34 como se muestra en la Fig. 2.

La piedra caliza Wargal muestra colores grises y gris amarillentos de superficies frescas y desgastadas, respectivamente. La piedra caliza de Wargal es de grano fino a medio, se caracteriza por una textura de mosaico granular con fracturas y tiene estratificaciones de medio a grueso. Está expuesta a lo largo de Zaluch Nala y Nammal Gorge de Western Salt Range y abarca una litología compleja con un espesor de 130 m35,36; Figura 2). En la piedra caliza Wargal, el contacto con la formación Amb subyacente está bien definido y ocurre en la piedra caliza arenosa basal de la formación sobre la capa superior de lutita36. Los fósiles reportados en la formación incluyen gasterópodos, bivalvos y trilobites y, según los fósiles, la formación prevalece a lo largo de la mitad del Pérmico36.

Los colores desgastados y frescos de la piedra caliza de la Formación Chhidru son gris y gris cremoso, respectivamente, y la piedra caliza es de grano fino a medio con una textura de mosaico granular que tiene fracturas y tiene un lecho medio a grueso. La Formación Chhidru está en conjunción con la Piedra Caliza Wargal de una manera que es a la vez conformable y gradacional. Chhidru Nala, ubicada en Western Salt Range, está designada como localidad tipo. Entre las litologías presentes en esta zona, predominan las lutitas arenosas de color gris oscuro en la base de la sierra, seguidas por areniscas calcáreas y calizas arenosas encima. En la cima de la Formación Chhidru se encuentra una capa de arenisca blanca, que es un aspecto definitorio de la formación. Dentro de la Cordillera de la Sal, el punto más grueso de la unidad rocosa mide 85 m. En la Formación Chhidru se han reportado varios tipos de fósiles, incluidos los de braquiópodos, gasterópodos, pelecípodos, amonoides, briozoos y fusulínidos y, según la fauna y la estratigrafía, la edad de la Formación Chhidru es el Pérmico Tardío36.

Se llevó a cabo una investigación geológica detallada de campo y de laboratorio en secciones de afloramiento de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru en la región occidental de Salt Range, incluidos análisis geotécnicos y petrográficos. Estos estudios han tenido como objetivo investigar unidades de roca del Pérmico Tardío y evaluar su potencial agregado para aplicaciones de construcción. Las pruebas geotécnicas y geoquímicas empleadas se realizaron para agregados (gruesos) en la Universidad de Geociencias de China, Wuhan, China. Se perforaron muchos núcleos de 35 mm de diámetro y 80 mm de longitud a partir de 20 muestras de bloques (volumen de alrededor de 0,10 pies cúbicos) a partir de muestras de calizas recogidas de los afloramientos para determinar las propiedades fisiomecánicas de las formaciones. Para analizar las propiedades físicas y mecánicas de la piedra caliza, se transformaron muestras de piedra caliza triturada en formas cúbicas mediante corte sistemático. El trabajo de laboratorio comprendió varias pruebas realizadas con base en los estándares establecidos por la Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte e incluyen pruebas de carga puntual (PLT), prueba de compresión universal, pruebas de absorción de agua, porosidad de agregados, pruebas de gravedad específica37, abrasión de Los Ángeles. (LAA)38, y ensayos de descamación y elongación siguiendo especificaciones estándar (ASTM39) junto con la petrografía. Las pruebas PLT se llevaron a cabo de acuerdo con las recomendaciones de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM39) y se extrajeron muestras de núcleos de muestras a granel utilizando una máquina perforadora de núcleos para pruebas de resistencia a la compresión ilimitada. Para la petrografía, las muestras de roca recolectadas se cortaron en secciones delgadas y se prepararon y estudiaron bajo el microscopio polarizador alrededor de 20 secciones delgadas de aproximadamente 0,03 mm de espesor. La petrografía convencional se realizó utilizando el método y carta de Scholle y Ulmer-Scholle40 y Hussain et al.15, y para la estimación de los contenidos minerales se utilizó la técnica de recuento de granos.

Para fundamentar la aplicación de agregados de la Formación Wargal Limestone y Chhidru, como se recomienda para proyectos de construcción, se deben realizar muchas pruebas de agregados gruesos y finos según las normas (ASTM C-3339). Por lo tanto, se realizaron algunas pruebas importantes en los agregados gruesos para lograr el propósito clave de la investigación.

Esta prueba tiene como objetivo determinar qué tan bien las bolas de acero pueden resistir el roce contra los áridos41. Un agregado con un valor de abrasión de Los Ángeles más bajo se considera más fuerte que uno con un valor más alto, y viceversa3. El valor de abrasión de Los Ángeles se calculó mediante la prueba 38 utilizando la ecuación. (1).

Una de las características cruciales que afecta la calidad del agregado es la meteorización. Para la construcción se recomiendan agregados que tengan pocos cambios en el volumen de poros después de remojar, congelar, secar y descongelar. Cuando se realizan pruebas de solidez en una muestra, los agregados inestables muestran características perjudiciales como grietas en el mapa, líneas D y desprendimientos5,42. Los agregados se secaron varias veces durante la prueba después de sumergirlos en soluciones de Na2SO4 o MgSO4. La solidez de los agregados se evaluó siguiendo el protocolo de prueba (ASTM C88-13)43 utilizando la ecuación. (2).

El peso de un volumen igual de agua y un agregado entre sí se expresa como su gravedad específica. La cantidad de agua que una roca puede absorber está determinada por su capacidad para retener agua. El hormigón se deteriora a medida que aumenta el valor de absorción de agua debido a su expansión. De manera similar, si se absorbe menos agua, la roca no se romperá ni se desgastará. De acuerdo con (ASTM C-127)44, los pesos específicos de los agregados y la absorción de agua se calcularon utilizando las Ecs. (3) y (4).

La persistencia de una roca está influenciada por la porosidad de sus agregados. Los principales factores que afectan la porosidad del agregado rocoso son; la forma, tamaño y disposición de los minerales44. Además, los procesos geoquímicos y mecánicos tienen un impacto en la porosidad de los agregados. Se utilizó la ecuación (5) para calcular la porosidad del agregado.

Los agregados con un peso unitario más alto son más compactos, lo que resulta en una relación de huecos reducida y una mayor resistencia45. El peso unitario y la densidad aparente se ven influenciados principalmente por la forma, la gradación, la rugosidad de la superficie, la gravedad específica y la angularidad. Esta prueba se evaluó siguiendo la (ASTM C-29)43 utilizando las Ecs. (6-8) para determinar la densidad aparente de los agregados.

La resistencia relativa de un agregado a un shock repentino está representada por el valor del impacto agregado44. Los agregados deben ser lo suficientemente duraderos para soportar los impactos sin desmoronarse. Las rocas resistentes a la granulación o desintegración tendrán un valor de impacto agregado menor45. El valor del impacto agregado se evaluó siguiendo la norma (BS-812)45 utilizando la ecuación. (10).

El valor de trituración de agregados representa qué tan resistente es una trituración de agregados a una carga de compresión aplicada gradualmente. Se deben lograr valores de trituración de agregados más bajos para crear una mejor calidad del pavimento, y los agregados deben poder sobrevivir a la trituración bajo carga. El valor de impacto se calculó siguiendo la norma (BS-812)46 utilizando la Ec. (10)

En la construcción de capas de base y hormigón bituminoso y de cemento, las partículas alargadas y escamosas causan una fragilidad inherente bajo grandes cargas. Para evaluar la forma de las partículas en términos de descamación y alargamiento, se realizó una prueba de forma siguiendo (BS 812)47,48 y las Ecs. Para su cuantificación se utilizaron (11) y (12).

La resistencia o capacidad para soportar la tensión aplicada por una roca se mide frecuentemente en los laboratorios para elegir una roca con la resistencia deseada49. La UCS se calculó según (ASTM D-7012)50. Los valores de la prueba se determinaron utilizando la ecuación. (13)

donde P es la carga y A es el área de la sección transversal del núcleo.

Las pruebas de resistencia a cargas puntuales pretenden utilizarse como índice para determinar la resistencia de las rocas en función de su composición y propiedades51. Se pueden utilizar varios tipos de muestras de roca, incluidos núcleos, bloques y terrones irregulares, sin necesidad de preparar muestras para esta prueba. Los PLT se realizaron siguiendo las recomendaciones de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM52).

Las muestras de roca a granel se utilizaron en el laboratorio para triturarlas y pulverizarlas para las evaluaciones geoquímicas. Se utilizó el molino de bolas de carburo de tungsteno para moler veinte muestras (tres de cada muestra a granel) hasta una finura inferior a 0,075 mm (tamiz número 200), y luego el polvo resultante se selló en bolsas de polietileno para evitar la contaminación cruzada. Las concentraciones de los principales óxidos en el interior de los materiales se determinaron utilizando el espectrómetro de absorción atómica (AAS) 3300, Analyst 700 con horno de grafito y sistema de hidruro de mercurio (MHS), con espectrofotómetro UV/VIS (SP-400 UV/VIS) de Perkin Elmer. , como lo describe Candra50.

El hormigón con agregados que contienen elementos reactivos puede reaccionar cuando se expone a hidróxidos alcalinos. La reactividad sólo puede ser muy peligrosa cuando da lugar a una expansión masiva53. Debido a la prevalencia de minerales de sílice reactivos en los agregados, el ASR se ha convertido en una razón más importante para ser considerado que el ACR. Los agregados de carbonato reactivo al álcali tienen una composición única que no se encuentra con frecuencia.

La reactividad del álcali-sílice en el hormigón ha sido reconocida desde finales de la década de 1930 como una causa potencial de deterioro del hormigón51. Los agregados de carbonato son vulnerables a la ACR, incluida la piedra caliza (particularmente dolomita), así como la dolomía (calcítica). El crecimiento excesivo de agregados, el agrietamiento y la desdolomitización definen la reacción ACR54. Para la reacción ACR54, el proceso subyacente Eq. (14) se utiliza.

Este procedimiento puede determinar rápidamente si una determinada roca carbonatada (piedra caliza, dolomía o dolomía calcítico-arcillosa) es adecuada para usar como agregado de concreto midiendo su reactividad alcalina. Una posible ACR podría ser perjudicial para la durabilidad del hormigón si la tasa de expansión que presenta una muestra es superior al 0,10%55.

El análisis petrográfico se realiza mediante el estudio de secciones delgadas bajo un microscopio de luz polarizada (Modelo Olympus BX51) para determinar la composición deposicional y química de la roca/agregado junto con su mineralogía. Para identificar los componentes reactivos en los agregados se suelen utilizar investigaciones petrográficas39. Se utilizó el análisis de microfacies para clasificar la piedra caliza de las unidades de roca y la categorización de microfacies sigue el esquema de (Dunham-1962)55 establecido para la piedra caliza.

El contenido mineral se calculó utilizando una estrategia de análisis de modelo. Se tuvo en cuenta la composición mineralógica de las muestras ya que influye significativamente en la calidad de los materiales agregados56. Se utilizó la ecuación (15) para determinar el porcentaje de composición mineral.

En esta ecuación, \({C}_{m}\) es la composición mineral en porcentaje (%), y \({T}_{tm}\) es el número total de recuentos para todo el mineral.

Usando el enfoque recomendado por ASTM y el siguiente cálculo, la porosidad del agregado se calculó usando la Ec. (dieciséis).

donde P es la porosidad del agregado; Wssd es el peso seco superficial saturado; Wod es el peso seco al horno y W es el peso en agua.

Se realizaron varios análisis integrados en las muestras de las formaciones Wargal y Chhidru expuestas en Western Salt Range para dilucidar el papel de las unidades de roca en la utilización como recurso geotécnico y especialmente en estructuras de ingeniería. Hay varios factores que influyen en las propiedades físicas de las rocas, incluida la composición de los minerales modales, el cemento, el tamaño de grano y el contacto entre granos52. De manera similar, los atributos físicos y petrográficos de las rocas sedimentarias tienen una influencia significativa en sus características mecánicas9,52,57. Se correlacionan algunos análisis geotécnicos realizados para comprender las propiedades físico-mecánicas de las unidades de roca. Los valores de abrasión de Los Ángeles para la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru son 18,28 y 17,49%, respectivamente (Figs. 3, 4). Estos valores están por debajo del 40% lo que significa que están dentro de los límites permitidos. Los valores de solidez registrados para la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru se mantienen en 2,44 y 2,35%, respectivamente (Figs. 3, 4). Estos resultados indican que las rocas de ambas formaciones son suficientemente resistentes a los efectos del congelamiento y deshielo, con un límite de factibilidad del 16%.

Análisis geotécnico de la piedra caliza Wargal del Pérmico Tardío, Cordillera de Sal Occidental.

Análisis geotécnico de la Formación Chhidru del Pérmico Tardío, Cordillera Salina Occidental.

Existe una relación directa entre la gravedad específica y la resistencia del agregado58 y la absorción de agua es un indicador directo de la permeabilidad59. Las rocas que comprenden valores mayores o iguales a 2,55 de gravedad específica se consideran aceptables para grandes obras de edificación22,58. Además, el requisito mínimo para el hormigón de cemento es 2,60 (Naeem et al.5). Los valores de gravedad específica y absorción de agua de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru se mantienen en 0,43 y 0,45%, y 2,63 y 2,59, respectivamente (Figs. 3, 4). Según las normas ASTM, la capacidad de absorción de estas rocas está dentro del nivel permitido, es decir, 2%. En esta investigación, los valores de porosidad agregada de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru son 1,74% y 1,91%, respectivamente (Figs. 3, 4). Según Zada ​​et al.16, las muestras de piedra caliza de ambas formaciones tienen baja porosidad, pero imparten impactos negativos sobre las propiedades mecánicas (UCS) de una roca. El peso unitario del agregado aplicado en el concreto tiende a fluctuar de 1,20 a 1,75 g cm3, y el peso unitario de las muestras analizadas de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru están sustancialmente dentro de los límites aceptables de 1,74 y 1,79 g/cm3, respectivamente, lo que puede utilizarse como componentes de ingeniería (Figs. 3, 4).

Los valores de impacto analizados y el grado de trituración agregado de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru se mantienen en 13,26 y 12,26%, 13,84 y 10,78%, respectivamente (Figs. 3, 4). Además, los valores de efecto agregado, en particular el 30%, se consideran dentro del rango aceptable, y los valores de trituración de agregados, precisamente el 30%, están considerablemente por debajo de los límites permitidos para su utilización como material de ingeniería.

La forma de las partículas afecta las propiedades técnicas de los agregados en la construcción al influir en la colocación y consolidación del material58,59. Las muestras de la formación Wargal Limestone y Chhidru comprenden valores de índice de 16,09% y 12,53% (descamación) y 11,86% y 10,30% (alargamiento), respectivamente, y los valores de ambas formaciones están dentro del límite permitido del 40% (Fig. 3, 4).

El valor de abrasión refleja la tenacidad del agregado en condiciones naturales y estresadas60. Las muestras de la caliza Wargal tienen valores de UCS más altos, es decir, superiores a 95 MPa, por lo que las muestras de esta formación pueden clasificarse como rocas sólidas. El valor máximo de dureza obtenido en muestras de núcleos de piedra caliza Wargal sigue siendo 99,2 MPa, y el más bajo fue 87,7 MPa, con un valor promedio de 95,56 MPa (Figs. 3, 4). De manera similar, las muestras de la Formación Chhidru también tienen valores UCS más altos, es decir, superiores a 95 MPa, y también pueden clasificarse como rocas fuertes/duras. Los valores de dureza máximo y más bajo obtenidos en muestras de núcleos de la Formación Chhidru son 97,2 y 89,2 MPa, respectivamente, con una media de 93,42 MPa (Figs. 3, 4). La prueba de carga puntual se llevó a cabo tanto en la piedra caliza Wargal como en la formación Chhidru y los resultados registraron 8,7 MPa para la piedra caliza Wargal y 7,08 MPa para la formación Chhidru. Los valores UCS y Point Laod de ambas formaciones están dentro de los estándares prescritos por ASTM y AASHTO. El análisis de regresión realizado en esta investigación sobre las propiedades físico-mecánicas de muestras de piedra caliza de la Formación Wargal Limestone y Chhidru. El análisis reveló que existe una relación directa y significativa entre el valor de abrasión de Los Ángeles, la absorción de agua y el valor de impacto agregado. 5, 6. Además, se observó una correlación similar entre la porosidad y el valor de impacto agregado. Estas relaciones son consistentes con los estándares establecidos y con investigaciones previas, lo que otorga credibilidad a los hallazgos actuales. Además, el estudio encontró una relación inversa entre el índice de descamación, el índice de elongación y el valor de impacto agregado. 5, 6. Esto sugiere que los fragmentos alargados tienen una menor resistencia a la abrasión y los resultados se alinean con estudios de investigación anteriores. En general, los hallazgos de este estudio proporcionan información valiosa sobre las propiedades físico-mecánicas de la piedra caliza, que podrían informar las decisiones sobre su uso en la construcción y otras aplicaciones.

Análisis de regresión entre propiedades fisiomecánicas de agregados de piedra caliza Wargal.

Análisis de regresión entre propiedades fisiomecánicas de los agregados de la Formación Chhidru.

Según la Tabla 1, las muestras de piedra caliza en el área de estudio se pueden comparar con muestras de piedra caliza de diferentes depósitos de piedra caliza conocidos en Pakistán. Las pruebas físicas y de resistencia en agregados de la Formación Wargal Limestone y Chhidru arrojaron hallazgos equivalentes o paralelos a los encontrados en otras investigaciones5,21,23,42,61. Los agregados con alta resistencia tienden a tener baja solidez, valor de abrasión, valor de impacto, valor de trituración y porosidad, mientras que los agregados de menor resistencia tienen mayor solidez, valor de abrasión de Los Ángeles, valor de trituración del agregado y porosidad del agregado5,62,63,64. Entre las calizas estudiadas, la Formación Muzaffarabad (MF) y la Caliza Margalla Hill (ML) exhibieron los valores de solidez más bajos de 0,77%, lo que demuestra una mayor resiliencia a la degradación y la alteración del volumen dentro de los poros. Sin embargo, otras calizas de las formaciones, como las de la Formación Kawagarh (KW), la Formación Shekhai (SH) y la Formación Samana Suk (SSF), mostraron las propiedades agregadas más deseables13, incluidos los valores de abrasión más bajos de Los Ángeles de 14,08 a 16,92. %, y valores de 11.38–14.90%, 0.25–1.04%, 1.04–2.12% y 2.60–2.77 de impacto agregado, absorción de agua, porosidad agregada y gravedad específica alta, respectivamente (Tabla 1). En este estudio de investigación, las formaciones Wargal y Chhidru tienen valores máximos de trituración agregada de 13,84 y 10,78%, respectivamente. En contraste, el valor mínimo registrado de las formaciones Wargal y Chhidru de peso unitario/densidad aparente se mantiene en 1,74 y 1,73 g/cm3, respectivamente. La piedra caliza Wargal y la formación Chhidru tienen valores de resistencia a la compresión no confinada en el rango medio de 95,58 y 93,90%, respectivamente (Tabla 1). La piedra caliza Wargal y la formación Chhidru tuvieron valores de descamación y alargamiento que fueron más bajos que los de otras piedras calizas, aunque casi en el mismo rango que SSF y KW (14,91–9,94% y 16,09–11,80%, respectivamente). Lockhart Limestone (LL) tiene el mayor valor de densidad aparente de 2,70 a 2,78 g/cm3 y una gravedad específica de 2,63 y 2,59, respectivamente, que es bastante paralela a otras calizas. Por el contrario, las formaciones Wargal y Chhidru tienen valores de absorción de agua de 0,39 y 0,46, respectivamente, que son comparables a KW, SH, SSF, WL, LL WL y MF5,16,23,42,61,62. De manera similar, ambas formaciones tienen valores de porosidad agregada que son mayores que KW, SH y SSF y algo más bajos que ML y LL y los valores de porosidad de las formaciones Wargal y Chhidru se mantienen en 2.02 y 2.0%, respectivamente. Los atributos característicos de la formación Wargal Limestone y Chhidru incluyen valores más bajos de solidez, abrasión de Los Ángeles, impacto de agregados, trituración de agregados y absorción de agua debido a menores cantidades de bioclastos, microfracturas (la presencia de discontinuidades como grietas y estratificación en rocas que reducir su fuerza). Además, ambas formaciones tienen una mayor gravedad específica y una menor porosidad de los agregados.

Los resultados del análisis geoquímico (Tablas 2 y 3) indican que las muestras de piedra caliza Wargal comprendían concentraciones de SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO, MgO, CaO, Na2O en rangos de 1,99 a 2,65, 0,01 a 0,1, 0,65. –1,01, 0,32–0,66, 0,001–0,008, 2,21–3,01, 62,34–70,12, 0,59–0,74, respectivamente. Asimismo, estos rangos de concentración en las muestras de la Formación Chhidru consisten en 4,5–13,64, 0,033–0,077, 0,63–0,99, 0,55–0,76, 0,002–0,007, 2,01–2,89, 61,32–64,33, 0,21–0,55, respectivamente. Se tomaron muestras de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru con valores medios de CaO (óxido de calcio) de 57,12 y 50,53%, respectivamente (Tabla 2).

En esta investigación, la proporción de sílice en las muestras de la Piedra Caliza Wargal se mantiene extremadamente baja, con un valor promedio de 2,52% (Tabla 2), mientras que la proporción de sílice en las muestras de la Formación Chhidru sigue siendo mucho mayor que la de la Piedra Caliza Wargal. , comparativamente, con un valor promedio de 10,60% (Cuadro 3). El aumento del contenido de alúmina en el hormigón aumenta la velocidad a la que absorbe agua, lo que a su vez aumenta la velocidad a la que se produce la evaporación durante el endurecimiento del hormigón, lo que lleva a un aumento de las grietas y, en última instancia, a un deterioro del hormigón65. En consecuencia, la alúmina se considera un elemento impuro en las rocas carbonatadas. La concentración promedio de alúmina en muestras de la Caliza Wargal, así como de la Formación Chhidru, es de 0.8% y 0.77%, respectivamente, sin embargo, esta concentración no afectaría la durabilidad del concreto. La ACR puede volverse más severa si existe un gran porcentaje de magnesio en forma de dolomita del mineral66. Las muestras de la formación Wargal Limestone y Chhidru tienen valores medios bajos de óxido de magnesio de 2,69% y 2,42%, respectivamente. El contenido de calcio de las muestras también contribuyó a los valores ligeramente más altos de pérdida por ignición (LOI), con valores promedio de 25,29 y 20,80% de las formaciones Wargal y Chhidru, respectivamente. Los hallazgos geoquímicos de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru son consistentes y coinciden con el análisis geoquímico de investigaciones anteriores sobre agregados.

Elçi et al.67 propusieron una ecuación (Ec. 17) para determinar la homogeneidad química de la piedra caliza, afirmando que la piedra caliza homogénea tiene una homogeneidad química mayor o igual a 95.

Según la ecuación. (17), la piedra caliza Wargal es piedra caliza homogénea con un contenido de CaCO3 superior al 95%, mientras que la formación Chhidru es piedra caliza heterogénea con un contenido de CaCO3 inferior al 95%.

Los resultados promedio (de los triplicados) de sílice disuelta (Sc) y reducción de alcalinidad (Rc) se obtuvieron por el método químico para los diferentes agregados (Tablas 1, 2). La Sc de los agregados de la Formación Chhidru presenta altos valores de sílice disuelta, representando un mayor contenido de mineral de sílice en una estructura amorfa de los agregados de la Formación Chhidru. El mineral de sílice amorfa tiene una estructura muy desordenada que lo hace inestable en condiciones de pH alto. Por otro lado, los agregados de la Caliza Wargal presentan bajos valores de sílice disuelta, lo que refleja un menor contenido de un mineral de sílice amorfa. Se trazó un gráfico compuesto por los valores medios de Sc y Rc después de la prueba química (ASTM C 289) (adaptada de ASTM C 28968), que ilustra la división entre agregados inocuos y nocivos (curva sólida azul). Con base en las correlaciones entre Sc y Rc, se encontró un comportamiento inocuo para los agregados de piedra caliza Wargal, mientras que el agregado de la Formación Chhidru permanece en el campo deletéreo como se muestra en la Fig. 7.

La naturaleza inocua de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru.

El agregado de la Formación Chhidru presenta el valor más alto de Rc (197,40 mmol/L) y el agregado de la Caliza Wargal muestra el valor más bajo (191,20 mmol/L). Los valores de Sc determinados para la Formación Chhidru varían de 73,5 a 370,5 mmol/L, lo que representa el valor más alto, mientras que los valores de 8,5 a 165,66 mmol/L registrados en la piedra caliza Waragal son los más bajos. Esto también lo confirman los resultados de las pruebas que muestran que solo las muestras de la Formación Chhidru resultan nocivas por su reactividad a los álcalis y las muestras restantes (piedra caliza Wargal) se clasificaron como inocuas. Además, en términos de ASR, las muestras de la piedra caliza Wargal también ilustran que los agregados de estas unidades de roca son inocuos y, por lo tanto, no tienen efectos nocivos como se muestra en la Fig. 7. Sin embargo, no es evidente ningún riesgo importante de ACR para el agregado de la Formación Chhidru también. Si los valores de expansión de la muestra de prueba son inferiores al límite de 0,10% establecido por la norma (ASTM C-586)69, como se muestra en la Fig. 8, entonces es posible que no contengan ACR. Según la Fig. 8, que ilustra la reactividad de los carbonatos alcalinos, las muestras analizadas podrían estar limpias de ACR porque sus valores de expansión son inferiores al criterio del 0,10% establecido por la norma (ASTM C-586)69. Los valores registrados de pérdida por ignición (LOI) se mantienen en 20,1–29,65% y 19,9–25,73% en muestras de las formaciones Wargal y Chhidru, respectivamente.

El cambio de longitud debido a la reactividad ACR en la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru.

Además de las relaciones sobre las propiedades físico-mecánicas, la correlación se ha realizado para los óxidos principales como se muestra en las Tablas 4, 5. Los análisis de coeficientes de correlación muestran una fuerte asociación positiva entre LOI y CaO en la piedra caliza Wargal, lo que es una indicación de piedra caliza pura, sin embargo, existe una débil correlación negativa entre LOI y CaO en la formación Chhidru, lo que indica que la piedra caliza de la formación Chiddru no es pura y cae en piedra caliza hetrógena. Además, LOI y CaO exhiben relaciones adversas con SiO2. El mayor contenido de calcita y CaO mejora la resistencia y durabilidad del agregado y cumple con los estándares mundiales exigidos por la industria cementera65.

El hecho de que CaO (de calcita) y SiO2 (de cuarzo) tengan una correlación negativa indica que estas dos fases minerales no están relacionadas y provienen de fases minerales separadas. Debido a que el componente carbonato de la calcita representa una gran parte del LOI, existe un vínculo positivo significativo entre el LOI y la concentración de CaO. Además, presenta una conexión negativa con la tabla de SiO2 (Tabla 5).

Según la petrografía y el análisis de microfacies, las litofacies de la formación Wargal Limestone y Chhidru se clasifican en lutita, wackestone y wackestone y floatstone, respectivamente. La petrografía reveló que las muestras de piedra caliza de Wargal se caracterizan predominantemente por calcita seguida de microfósiles con cantidades menores de arcilla, cuarzo, calcedonia y dolomita. En la piedra caliza de Wargal, las concentraciones de calcita variaron del 90 al 95%, la micrita fue del 4% al 8%, la arcilla permaneció del 2% al 3% y se encontraron en trazas concentraciones de otros minerales, como pirita, limonita y hematita. La decoloración a lo largo de las microfracturas fue un signo revelador de lixiviación de hierro que prevaleció en algunas muestras de piedra caliza Wargal con raras estilolitas y vetas que contienen hierro. Los estilolitos reflejan que las rocas habían sido comprimidas químicamente, tal vez como resultado de la presión de sobrecarga y/o tensiones tectónicas. La Formación Chhidru se clasifica en microfacies de wackestone y floatstone y se caracteriza por los principales constituyentes de calcita y micrita con cantidades menores de cuarzo y aloquimia (Fig. 9). La concentración de minerales de feldespato y cuarzo permanece en el rango de 2 a 15%, la abundancia de alóquimos varía de 6 a 20% y la calcita representa del 71 al 81%. El contenido de cuarzo de la Formación Chhidru oscila entre el 2 y el 15 %, lo que la hace potencialmente reactiva para su uso en hormigón, según Ramsay70. Si la cantidad de cuarzo microcristalino en el agregado es superior al 5%, será peligroso para el uso del concreto; en consecuencia, el agregado de la Formación Chhidru debe utilizarse con cuidado como material de concreto.

El diagrama de parcelas ternarias muestra la clasificación de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru.

La petrografía reveló que ambas unidades de roca tienen una porosidad más baja (Figs. 10, 11). Los valores de porosidad oscilan entre 0,8 y 0,99% en la piedra caliza Wargal y entre 0,40 y 0,77% en la Formación Chhidru. Sin embargo, las características del tejido de las microfacies, como microfracturas, bioclastos y estilolitos, tienen un papel importante en el aumento de la porosidad de la muestra. Esto es cierto para la piedra caliza Wagal, que tiene una porosidad mayor que la de la Formación Chhidru, comparativamente.

Microfotografías de la piedra caliza de Wargal expuestas en la sección Nammal Gorge de Western Salt Range. (A) Representa microfacies de lodo-wackestone donde las flechas en negrita muestran bioturbación y fósil de crinoideo (Cri) y lodo de cal o micrita (mi). (B) También ilustra las microfacies de mud-wackestone, mientras que las flechas en negrita y en línea representan fósiles indiferenciados (Fos) y otras características que incluyen micrita (Mi) y bioclastos (Bic). (C) Representa las microfacies de Wackestone donde el cuarzo (Qtz) se muestra mediante una flecha en negrita y la macla de calcita (Cal) se puede ver en el medio junto con la característica diagenética de bioclastos (Bic) y neomporhismo (Neo). (D) también describe las microfacies de Wackestone representadas por fósiles micritizados (Mf), neomorfismo (Neo) y microsparita (Ms) y micrita (Mi).

Microfotografías representativas de la Formación Chhidru que representan las abundancias aloquímicas y ortoquímicas en las microfacies de wackestone y floatstone; en donde (A) los aloquímicos se muestran mediante fósiles micritizados (Mf), bioclastos micritizados (Mib) y bioclastos (Bic), mientras que los ortoquímicos se muestran mediante cemento en bloques (Blc), micrita o lodo (Mi) y cemento esparita (Sp). (B) representa fósiles de bivalvos (Biv), bioclastos (Bic) como aloquímicos, cemento que incluye cemento isopaco (Isoc), cemento micrítico (Mic) y algunos granos de cuarzo (Qtz) y afluencia de cuarzo (Qinf) en la matriz micrítica o lodo. (C) muestra el equinodermo fósil (Ech), el bioclasto (Bic), la matriz de micrita (Mi), el cemento de esparita (Sp), la característica diagenética del neomorfismo (Neo) con cuarzo incrustado (Qtz, feldespato (Fel) y afluencia de cuarzo (Qinf). ).(D) Representa fósil micritizado (Mf), bioclasto de un braquiópodo (Bic), con cemento de microesparita y minerales de cuarzo (Qtz), calcita (Cal), feldespato (Fel) y el influjo de cuarzo (Qinf).

Los datos sobre aspectos físico-mecánicos y petrografía se representaron en un análisis de regresión para examinar las interconexiones entre las características petrográficas y de ingeniería (Figs. 12, 13). Según Ramsay70, Hartley75 y Lees y Kennedy76, las características petrográficas y la microestructura influyen en las características de los agregados, y las características petrográficas y texturales de la roca controlan sus características mecánicas. Por lo tanto, los efectos de los contenidos petrográficos sobre las propiedades de ingeniería son muy importantes para la idoneidad de fuentes agregadas. El objetivo del análisis de regresión es minimizar las desviaciones al cuadrado de los puntos medidos con respecto a la línea ajustada, que se calculó a través de los puntos. También se realizaron cálculos para determinar las ecuaciones y coeficientes de determinación (R2) de las líneas ajustadas. Los modelos de regresión explican la mayor parte de la variabilidad en y cuando (R2) es cercano a 1. Siempre que el valor p sea inferior a 0,05, se considera que el modelo es significativo71. Las Figuras 12, 13 muestran una correlación entre las propiedades petrográficas (calcita, bioclastos y porosidad) y las características de resistencia (UCS) y la prueba de carga puntual (PLT).

Correlación entre el contenido petrográfico y las características de ingeniería (UCS) de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru.

Correlación entre el contenido petrográfico y las características de ingeniería (PLT) de la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru.

Prevalece una relación lineal significativa entre la concentración de calcita y las características de resistencia (UCS) y la prueba de carga puntual (PLT) de la piedra caliza Wargal (R2 = 0,96), (R2 = 0,18) y la formación Chhidru (R2 = 0,90), (R2 = 0,69) respectivamente. (Figuras 12, 13). Sin embargo, se observa una relación inversa pero significativa (p ≤ 0.05) entre los bioclastos y las propiedades de resistencia (UCS) y (PLT) de la Caliza Wargal (R2 = 0.79), (R2 = 0.14) y la Formación Chhidru (R2 = 0.94), ( R2 = 0,87), respectivamente. De manera similar, se encontró una relación inversa pero significativa (p ≤ 0.05) entre las propiedades de porosidad y resistencia (UCS) y (PLT) de la Caliza Wargal (R2 = 0.80), (R2 = 0.33) y la Formación Chhidru (R2 = 0.94), (R2 = 0,58), respectivamente. Las mismas características fueron comparadas por Naeem et al.5, que trabajaron en la piedra caliza Margalla Hill (ML) y la piedra caliza Lockhart (LL) en la región de Rumli en Islamabad, Pakistán, y Asif et al.61, que trabajaron en carbonatos del Eoceno para utilizar en estructuras de ingeniería. Además, Zada ​​et al.16 y Kamran et al.23 realizaron la misma correlación para los agregados y obtuvieron los mismos resultados significativos. A diferencia de la investigación actual, existe una relación positiva comparable entre los contenidos de UCS y calcita y de PLT y calcita, y se observa una relación inversa entre UCS y bioclastos y porosidad. De manera similar, al examinar las propiedades físico-mecánicas de los agregados para fines de construcción, SYA Shah et al.10 descubrieron una asociación inversa entre UCS y porosidad. Según nuestro análisis, el modelo obtenido para la correlación entre la UCS y el contenido petrográfico, así como el PLT y el contenido petrográfico, es estadísticamente significativo y el valor de p es inferior a 0,05.

La correlación entre los constituyentes petrográficos y los parámetros mecánicos fue de baja a moderada en todos los casos. Para determinar la respuesta mecánica de cada muestra de los agregados de la Formación Wargal Limestone y Chhidru, trazamos los valores de UCS y PLT contra el porcentaje acumulado de micrita y calcita, aloquimia y porosidad. Estos resultados muestran una variación similar en los parámetros mecánicos que corresponde directamente a la proporción porcentual acumulada de micrita/calcita. Por el contrario, las características mecánicas tienen una relación inversa con el porcentaje acumulado de porosidad y aloquímica.

WA y LAV tienen una relación positiva significativa (Figs. 5, 6) y WA tiene una relación directa con AIV (Figs. 6, 7), lo que indica que un agregado sustancialmente más poroso es más propenso a desmoronarse, lo que resulta en una peor resistencia al soporte para el material. En tales calizas, existe una asociación negativa significativa entre AIV e IF (Figs. 5, 6), lo que concuerda con los resultados de Zarif et al.72.

La porosidad está intrínsecamente relacionada con el AIV (Figs. 5, 6), lo que indica que si la porosidad aumenta, la resistencia al impacto mecánico también aumenta. De manera similar, la porosidad del agregado está negativamente relacionada con la resistencia (UCS) del material. La presencia de huecos afecta la resistencia del agregado debido a la concentración de tensiones alrededor de estos huecos62. Se observan correlaciones o relaciones directas significativas entre la porosidad y el LAV de todos los agregados de carbonato (Figs. 5, 6) que demuestran que un aumento en la porosidad da como resultado una reducción de la resistencia a la abrasión (mayor LAV). Existe una relación positiva considerable entre LAV y AIV (Figs. 5, 6); ambas características de fuerza fluctúan inmediatamente, según estudios previos72. Una relación inversa entre LAV e IE (Figs. 5, 6) muestra una menor resistencia a la abrasión de los fragmentos alargados.

Las propiedades físicas de las muestras seleccionadas de los carbonatos del Pérmico tardío (piedra caliza Wargal y Formación Chhidru) se determinaron mediante pruebas de abrasión de Los Ángeles, solidez, gravedad específica, absorción de agua, porosidad, peso unitario, trituración del agregado y valores de impacto del agregado, descamación y valor de elongación y pruebas de UCS y PLT. Los resultados de las pruebas de abrasión y solidez de Los Ángeles revelan que las rocas de ambas formaciones tienen suficiente resistencia a los efectos de congelación y descongelación y son factibles dentro del rango de límites permisibles para megaproyectos de construcción. Según cálculos que involucran densidad aparente, gravedad específica, absorción de agua y porosidad, no hay posibilidad de que el agua penetre en la piedra caliza y, por lo tanto, cause daños a las estructuras modelo73. Este hallazgo explica que la superficie de los materiales de construcción con un bajo grado de capacidad de absorción de agua y porosidad se verá afectada de forma insignificante o nula por los agentes atmosféricos, como el viento o la lluvia. Además, los valores del índice acumulativo de alargamiento y escamación están dentro del rango seguro definido para la construcción de carreteras.

El análisis de regresión entre las propiedades físico-mecánicas de las calizas de la Formación Wargal Limestone y Chhidru mostró que las relaciones entre Los ángulos y la absorción de agua y el valor de impacto agregado, la porosidad y el valor de impacto agregado, y la porosidad y el valor de abrasión de Los ángulos son directas y correlacionables. y dichas relaciones están de acuerdo con los estándares definidos y estudios previos73. De manera similar, se observa una relación inversa entre el valor de impacto del agregado y el índice de descamación, así como el índice de alargamiento, lo que representa una menor resistencia a la abrasión de los fragmentos alargados, y los resultados también coinciden con los estudios de investigación anteriores74.

Según los análisis mineralógicos y geoquímicos, las muestras de piedra caliza de ambas formaciones están compuestas principalmente por el mineral calcita y lodo calcáreo, es decir, micrita, que cumple con los estándares internacionales requeridos para la fabricación de cemento, como se muestra en los estudios previos de Shah (Yasir et al.10). (Naeem et al.5), (Asif et al.61), (Kamran et al.23) y (Zada et al.16). El análisis de correlación de Pearson reveló relaciones positivas entre CaCO3, CaO y LOI. Además, la prueba ASR demostró que la piedra caliza Wargal es adecuada para su uso como material agregado en proyectos de construcción pequeños y grandes, mientras que la muestra de la Formación Chhidru no califica para su uso en concreto debido a la mayor concentración de sílice alcalina y debe ser Se utiliza con precaución, ya que investigaciones anteriores de Malahat et al.73 también agregaron que los agregados que contienen alto contenido de sílice no están calificados para el concreto debido a su alta tasa de expansión. Además, como resultado de una alta concentración de CaCO3, bajas concentraciones de dolomita y sílice, existen efectos perjudiciales sobre las reacciones álcali-agregado, de modo que ACR y ASR WA y LAV tienen una relación positiva significativa (Figs. 5, 6) y WA tiene una relación positiva significativa. relación directa con el AIV (Figs. 6, 7). Esto indica que un agregado sustancialmente más poroso es más propenso a desmoronarse, lo que resulta en una peor resistencia al soporte del material. En las muestras de piedra caliza de la Formación Wargal Limestone y Chhidru, existe una relación negativa significativa entre AIV e IF (Figs. 5, 6), lo que concuerda con los resultados de Zarif et al.72.

Según el análisis petrográfico realizado en esta investigación, el porcentaje de calcita aumenta la resistencia global de la caliza, mientras que los porcentajes de porosidad y bioclastos disminuyen las propiedades mecánicas de la caliza al reducir los valores de UCS y PLT. Las muestras con mayor porosidad tienen los valores más bajos de UCS y PLT, mientras que aquellas con menor porosidad tienen los valores más altos de UCS y PLT. Los resultados muestran claramente que cuanto mayor sea la porosidad y el contenido de bioclastos, menor será la resistencia (UCS y PLT) de la muestra de piedra caliza, mientras que una mayor cantidad de calcita o micrita aumentará la resistencia y estabilidad de la muestra de piedra caliza. Según Zada ​​et al.16, la mayor abundancia de calcita o micrita conduce a un aumento en la estabilidad y resistencia de la roca y un mayor contenido de bioclastos resulta en propiedades mecánicas (UCS) relativamente débiles. De manera similar, también agregaron que una mayor porosidad da como resultado una menor resistencia (UCS) relativamente. Según la petrografía, después de seguir las pautas ASTM (C 295-12)75, la piedra caliza Wargal no contiene minerales potencialmente dañinos, lo que hace que la unidad de roca estudiada sea favorable para la construcción y como fuente de agregados para caminos y puentes. Por otro lado, la piedra caliza de la Formación Chhidru se utiliza como fuente de agregados y se requiere especial cuidado para utilizarla como material de concreto. Los estudios recientes de Zada ​​et al.16, Asif et al.61 y Kaybasi et al.76 también revelaron los mismos resultados en sus estudios.

En general, los atributos característicos de la formación Wargal Limestone y Chhidru incluyen valores más bajos de solidez, abrasión de Los Ángeles, impacto de agregados, trituración de agregados y absorción de agua debido a menores cantidades de bioclastos y microfracturas. Además, ambas formaciones tienen una mayor gravedad específica y una menor porosidad de los agregados. Por lo tanto, basándose en análisis petrográficos, geoquímicos y geotécnicos, la piedra caliza Wargal puede considerarse apropiada como una amplia fuente natural para carreteras, hormigón y otras aplicaciones geotécnicas y de ingeniería. Por el contrario, los agregados de la Formación Chhidru deben usarse con más cuidado en proyectos de construcción concretos debido a la existencia de ciertos contenidos nocivos, comparativamente.

En esta investigación, se exploraron las propiedades geoquímicas, petrográficas y geotécnicas de la piedra caliza Wargal del Pérmico Tardío y la Formación Chhidru en Western Salt Range para evaluar su idoneidad como fuente potencial de agregados para la construcción. Los análisis geoquímicos y petrográficos de la piedra caliza Wargal no mostraron sustancias nocivas que hubieran causado reacciones álcali-agregados. Sin embargo, las investigaciones geoquímicas y petrográficas de la Formación Chhidru revelaron algún material nocivo que puede causar una reacción álcali-agregado; como resultado, los agregados de la formación deben utilizarse en el concreto con más precaución. Los resultados de las pruebas físico-mecánicas para la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru están dentro de los diversos estándares internacionales y, por lo tanto, pueden recomendarse encarecidamente para la construcción de estructuras de ingeniería/geotécnicas. Los resultados obtenidos de los experimentos de laboratorio de las unidades de roca estudiadas para evaluar sus propiedades físicas y mecánicas se analizaron mediante regresiones estadísticas simples. Para determinar si cumplían o no con los criterios como fuente de agregados para la industria de la construcción, se compararon los valores de diversas características físicas con las normas de BS y ASTM. Las relaciones entre CaCO3, CaO y LOI han manifestado una relación positiva sólida entre estas tres variables, según el método de correlación de Pearson. La relación entre las características petrográficas y fisicomecánicas indicó que la UCS y PLT están directamente relacionadas con los contenidos de calcita e inversamente vinculadas con la porosidad y los bioclastos. Por lo tanto, según análisis petrográficos, geoquímicos y geotécnicos, la piedra caliza Wargal puede considerarse apropiada como un recurso natural amplio para carreteras, concreto y otras aplicaciones de ingeniería. Por otro lado, los agregados de la Formación Chhidru deben usarse con especial cuidado en la construcción de concreto. proyectos debido a la existencia de determinados contenidos nocivos.

El análisis de laboratorio recomendó que la piedra caliza Wargal del Pérmico Tardío y la Formación Chhidru se pueden utilizar para una variedad de proyectos de construcción. Sin embargo, es necesario confirmar cuantitativamente la presencia de algunos contenidos perjudiciales en la Formación Chhidru, como cuarzo y arcilla reactivos, mediante análisis XRD y el método de barra de mortero de la prueba de reacción álcali-sílice. Además, se puede lograr una explicación más clara de la naturaleza práctica evaluando otras características físico-mecánicas, como la resistencia a la compresión triaxial, la resistencia al corte, el módulo de Young, el módulo de flexión, el módulo de corte, la resistencia eléctrica, la onda S, la relación de veneno, el módulo. ruptura, y diferentes pruebas de asfalto.

Los datos presentados en el estudio están disponibles previa solicitud al primer autor y al correspondiente.

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Los autores están muy agradecidos al Dr. Yi Luo, al Dr. Wajid Ali y al Dr. Paba Herath por la revisión y las valiosas sugerencias de este artículo.

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Conceptualización, JH & JZ; Software, JH; Validación, JH y JZ; Metodología, FF y NA; Análisis formal, JH; Recursos, SMI; Redacción del borrador original, JH; Administración de proyectos, WA y FF; Escritura, revisión y edición, MA; Curación de datos, JH; Visualización, SA y FF; Supervisión, JZ; Adquisición de financiación, JZ; Investigación. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Jiaming Zhang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

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Hussain, J., Zhang, J., Iqbal, SM et al. Explorar el potencial de los recursos agregados del Pérmico tardío para su utilización en estructuras de ingeniería a través de análisis geotécnicos, geoquímicos y petrográficos. Representante científico 13, 5088 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32294-0

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Recibido: 26 de septiembre de 2022

Aceptado: 25 de marzo de 2023

Publicado: 29 de marzo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32294-0

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