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 de agregados para facilitar la construcción extensa. Por lo tanto, los estratos del Pérmico tardío de Chhidru y Wargal Limestone para los recursos de agregados se consideraron para evaluar 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 de emplear diferentes pruebas de laboratorio. Se empleó un análisis de regresión simple para determinar las correlaciones mutuas entre los parámetros físicos. Con base en el análisis petrográfico, la caliza Wargal se clasifica en lutitas y wackestone, y la formación Chhidru se clasifica en microfacies de wackestone y floatstone, y ambas contienen constituyentes 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 de Wargal no son vulnerables a las reacciones de agregados alcalinos (AAR), mientras que la formación Chhidru tiende a ser susceptible a AAR y perjudicial. Además, el coeficiente de determinación y las características de resistencia, por ejemplo, la resistencia a la compresión no confinada 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 de Wargal demostró ser una fuente potencial significativa para proyectos de construcción de pequeña y gran escala, como CPEC, pero los agregados de la formación Chhidru deben usarse con precaución adicional debido a su alto contenido de sílice. contenido.

Debido a la alta demanda de hormigón, se requiere un volumen importante de recursos naturales1, y la construcción moderna tiene como elemento fundamental el hormigón, que es una mezcla de áridos finos a gruesos, agua y cemento que se puede moldear antes de instalarse en una estructura compacta. y masa sólida2. Muchos proyectos de ingeniería civil utilizan agregados como refuerzo, así como también para disminuir la contracción y proporcionar un 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 ferroviario 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 debido a sus propiedades físicas y mecánicas7. Las cualidades fisicomecánicas y de durabilidad de los agregados de roca triturada están muy influenciadas por las características petrográficas de los procesos posteriores y la roca fuente, como fallas, meteorización, plegamiento y actividad hidrotermal8. Estas características fisicomecánicas y petrográficas pueden verse afectadas por el contenido mineral, la dureza, la estabilidad química, la porosidad y la 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 en función de sus características petrográficas y físicas6,10.

Los campos de ingeniería geotécnica y 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, la relación de Poisson y las pruebas de carga puntual. No obstante, 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 fisicomecánicas en la calidad de los agregados es de suma importancia, aparte de las características relacionadas con el concreto, incluida la reacción de agregados alcalinos (AAR), la durabilidad y la resistencia también deben tenerse en cuenta11. La resistencia, el desempeño y la durabilidad del concreto pueden verse comprometidos si no se toman las medidas adecuadas para prevenir la AAR12. En presencia de ciertos minerales reactivos, como SiO2 filtrado y CaMg(CO3)2, los álcalis reaccionan para producir la reacción de sílice de Alaklai (ASR) y la reacción de carbonato de Alakali (ACR), respectivamente8,13. Después de años de investigación, posteriormente, 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, utilizando análisis petrográficos y químicos en concreto estructural, se pueden detectar minerales reactivos y no reactivos, llantas de reacción, geles de silicato, propiedades micro/macro/macroestructurales 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. La mayoría de 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) explotó 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, vías férreas y fibra óptica, sin embargo, con el fuerte aumento en la demanda de materiales de construcción provocado por la rápida expansión de la población 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 exploratorios para prospectos, como agregados para el desarrollo de recursos de construcción para satisfacer significativamente las demandas futuras de las actividades de construcción11. Investigadores en Pakistán han llevado a cabo varios estudios sobre agregados y piedra caliza para estudiar sus propiedades mecánicas, realizar evaluaciones de ingeniería y evaluaciones de agregados, y propusieron su uso en la construcción. (por ejemplo, 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 formación de piedra caliza Wargal y Chhidru expuesta en The Zaluch Group, Western Salt Range (Fig. 1) de manera profunda y completa para evaluar la viabilidad de estos recursos agregados para CPEC y los proyectos actuales de desarrollo de ingeniería a gran escala de Pakistán Además, los hallazgos de esta investigación ofrecerían recomendaciones e instrucciones para comprender el comportamiento mecánico de las unidades de roca y su posterior excavación y uso en sectores geotécnicos y de construcción locales.

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

Potwar Basin y Salt Range se formaron por el desplazamiento de la Placa India hacia el norte y su colisión con la Placa Euroasiática, posteriormente16. En la parte centro-norte de la Placa India, la Cordillera de la Sal es un cinturón plegado y corrido activo formado por la colisión de la Placa India con la Placa Euroasiática24,25. La Cordillera de la Sal experimenta continuamente deformaciones de tipo compresional, transformante y extensional15,24,26. El frente de la cordillera se caracteriza por la superposición de evaporitas precámbricas y capas suprayacentes 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 Precámbrica de la Cordillera de la Sal 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 El rango se ha fechado 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 Gondwana están separados por la secuencia Carbonífera-Pérmica de la Cordillera Salina de Pakistán5,31,32.

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

En la cuenca de Potwar, las rocas del Pérmico se componen principalmente de rocas siliciclásticas del Grupo Nilawahan y rocas ricas en carbonato del Grupo Zaluch. En la cordillera Salt occidental, las litofacies mixtas de carbonatos siliciclásticos marinos constituyen el Grupo Zaluch del Pérmico Superior33 y se componen de litofacías mixtas de carbonatos siliciclásticos de la Formación Amb, carbonatos de 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 gris y gris amarillento de superficies frescas y desgastadas, respectivamente. La piedra caliza Wargal es de grano fino a medio, se caracteriza por una textura de mosaico granular con fracturas, y tiene una cama de espesor 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 Caliza Wargal, el contacto con la Formación Amb subyacente está bien definido y ocurre en la caliza arenosa basal de la formación por encima de la capa de lutita superior36. Los fósiles reportados en la formación incluyen gasterópodos, bivalvos y trilobites, y con base en los fósiles, la formación prevalece a lo largo de la mitad del Pérmico36.

Los colores meteorizados y frescos de la piedra caliza de la Formación Chhidru son gris y gris crema, respectivamente, y la piedra caliza es de grano fino a medio con una textura de mosaico granular que tiene fracturas, y tiene un lecho de espesor medio a grueso. La Formación Chhidru está en conjunción con la Caliza Wargal de una manera que es a la vez conformable y gradual. 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 cordillera, seguidas por las areniscas calcáreas y las calizas arenosas por encima de ellas. En la parte superior 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. Varios tipos de fósiles, incluidos los de braquiópodos, gasterópodos, pelecípodos, amonoides, briozoos y fusulínidos, se han informado en la Formación Chhidru y, según la fauna y la estratigrafía, la edad de la Formación Chhidru es del Pérmico Tardío36.

Se llevó a cabo una investigación geológica detallada de campo y de laboratorio en secciones de afloramientos de la formación Wargal Limestone y Chhidru en la región occidental de Salt Range, incluidos análisis geotécnicos y petrográficos. Estos estudios han tenido como objetivo investigar las 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 con una longitud de 80 mm de 20 muestras de bloques (volumen de alrededor de 0,10 pies cúbicos) a partir de muestras de calizas recolectadas de los afloramientos para determinar las propiedades fisicomecánicas de las formaciones. Con el fin de analizar las propiedades físicas y mecánicas de la piedra caliza, muestras de piedra caliza triturada se convirtieron en formas cúbicas mediante corte sistemático. El trabajo de laboratorio consta de varias pruebas realizadas con base en los estándares establecidos por la Asociación Estadounidense de Oficiales de Transporte y Carreteras Estatales e incluyen pruebas de carga puntual (PLT), prueba de compresión universal, pruebas de absorción de agua, porosidad agregada, pruebas de gravedad específica37, abrasión de Los Ángeles (LAA)38, y pruebas 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 las muestras de núcleo se extrajeron de muestras a granel utilizando una máquina perforadora de núcleos para pruebas de resistencia a la compresión no confinada. Para la petrografía, las muestras de rocas recolectadas se cortaron en secciones delgadas y se prepararon y estudiaron alrededor de 20 secciones delgadas de alrededor de 0,03 mm de espesor bajo el microscopio polarizador. La petrografía convencional se realizó utilizando el método y la carta de Scholle y Ulmer-Scholle40 y Hussain et al.15, y se utilizó la técnica de conteo de granos para la estimación de los contenidos minerales.

Para corroborar la aplicación de agregados de la formación Wargal Limestone y Chhidru, como se recomienda para los proyectos de construcción, se deben realizar muchas pruebas de agregados gruesos y finos según los estándares (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 agregados41. Un agregado con un valor de abrasión de Los Ángeles más bajo se considera más resistente que uno con un valor más alto, y viceversa3. El valor de abrasión de Los Ángeles se calculó a través de la prueba 38 utilizando la ecuación. (1).

Una de las características cruciales que afecta la calidad del agregado es la meteorización. Se recomiendan para la construcción agregados que tengan poco cambio en el volumen de poros después de remojar, congelar, secar y descongelar. Cuando se llevan a cabo pruebas de solidez en una muestra, los agregados inestables muestran características perjudiciales, como grietas en el mapa, líneas D y saltos5,42. 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 meteorizará. De acuerdo con (ASTM C-127)44, las gravedades específicas de los agregados y la absorción de agua se calcularon usando 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 de los agregados rocosos son; la forma, el tamaño y la 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 da como resultado una relación de vacíos 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 mediante el uso de las Ecs. (6-8) para averiguar la densidad aparente de los agregados.

La resistencia relativa de un agregado a un choque repentino está representada por el valor del impacto agregado44. Los agregados deben ser lo suficientemente duraderos para resistir los impactos sin desmoronarse. Las rocas resistentes a la granulación o desintegración tendrán un valor de impacto agregado más bajo45. El valor de impacto agregado se evaluó siguiendo el estándar (BS-812)45 mediante el uso de Eq. (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 de pavimento, y los agregados deben poder sobrevivir a la trituración bajo carga. El valor del impacto se calculó siguiendo el estándar (BS-812)46 usando la Eq. (10)

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

La resistencia o la capacidad para resistir el esfuerzo aplicado por una roca se mide con frecuencia en los laboratorios para elegir una roca con la resistencia deseada49. El UCS se calculó según (ASTM D-7012)50. Los valores de prueba se determinaron utilizando la ecuación. (13)

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

La prueba de resistencia de carga puntual está diseñada para usarse como un índice para determinar la resistencia de las rocas en función de su composición y propiedades51. Se pueden usar varios tipos de muestras de roca, incluidos núcleos, bloques y terrones irregulares, sin preparación de especímenes 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 usaron en el laboratorio para triturar y pulverizar para las evaluaciones geoquímicas. El molino de bolas de carburo de tungsteno se usó para moler veinte muestras (tres de cada muestra a granel) hasta un espesor menor de 0,075 mm (tamiz No. 200), y el polvo resultante se selló luego 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 áridos que contienen elementos reactivos puede reaccionar cuando se expone a hidróxidos alcalinos. La reactividad puede ser altamente peligrosa solo cuando resulta en una expansión masiva53. Debido a la prevalencia de minerales de sílice reactivos en los agregados, ASR se ha convertido en una razón más importante para considerar que ACR. Los agregados de carbonato reactivo alcalino tienen una composición única que no se encuentra con frecuencia.

La reactividad de la sílice alcalina 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 (en particular, la 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 su uso como agregado de hormigón midiendo su reactividad alcalina. Un posible ACR podría ser perjudicial para la durabilidad del concreto si la tasa de expansión exhibida por una muestra es superior al 0,10%55.

El análisis petrográfico se realiza a través de estudios de secciones delgadas bajo un microscopio de luz polarizada (Modelo Olympus BX51) para determinar la composición química y de depósito de la roca/agregado junto con su mineralogía. Para identificar los componentes reactivos en los agregados, a menudo se utilizan investigaciones petrográficas39. Se utilizó el análisis de microfacies para clasificar las calizas de las unidades de roca y la categorización de las microfacies sigue el esquema de (Dunham-1962)55 establecido para las calizas.

El contenido mineral se calculó utilizando una estrategia de análisis de modelos. Se tuvo en cuenta la composición mineralógica de las muestras ya que tiene una influencia significativa 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 un número total de conteos para todo el mineral.

Usando el enfoque recomendado por ASTM y el siguiente cálculo, la porosidad del agregado se calculó usando la ecuación. (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 del grano y el contacto entre los granos52. De igual forma, 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 formación Wargal Limestone y 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 permisibles. Los valores de solidez registrados para Wargal Limestone y Chhidru Formation permanecen 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 hielo y deshielo, con un límite de factibilidad del 16%.

Análisis geotécnico de la piedra caliza Wargal del Pérmico tardío, Western Salt Range.

Análisis geotécnico de la Formación Chhidru del Pérmico Tardío, Cordillera de Sal 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 obras22,58. 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 Caliza Wargal y la Formación Chhidru permanecen 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 permisible, es decir, 2%. En esta investigación, los valores de porosidad agregada de la Formación Wargal Limestone y 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 en 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 Caliza Wargal y la Formación Chhidru están sustancialmente dentro de los límites aceptables de 1.74 y 1.79 g/cm3, respectivamente, que pueden utilizarse como componentes de ingeniería (Figs. 3, 4).

Los valores de impacto analizados y el grado de trituración de agregados de la formación Wargal Limestone y Chhidru se mantienen en 13,26 y 12,26 %, 13,84 y 10,78 %, respectivamente (Figs. 3, 4). Además, los valores del efecto agregado, particularmente el 30%, se consideran dentro del rango aceptable, y los valores de trituración del agregado, 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 de ingeniería 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 de 40% (Figs. 3, 4).

El valor de abrasión refleja la tenacidad del agregado en condiciones naturales y estresadas60. Las muestras de la Caliza Wargal presentan valores UCS superiores, es decir, superiores a 95 MPa, por lo que las muestras de esta formación se pueden catalogar como rocas sólidas. El valor máximo de dureza obtenido en las muestras de núcleo de Wargal Limestone se mantiene en 99,2 MPa, y el más bajo fue de 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 mínimo 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 caliza Wargal como en la formación Chhidru y los resultados registraron 8,7 MPa para la 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 las muestras de caliza de la Formación Wargal Caliza 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 Figs. 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 la investigación previa, lo que otorga credibilidad a los presentes hallazgos. Además, el estudio encontró una relación inversa entre el índice de descamación, el índice de elongación y el valor de impacto agregado. Figs. 5, 6. Esto sugiere que los fragmentos alargados tienen menor resistencia a la abrasión y los resultados se alinean con estudios de investigación anteriores. En general, los hallazgos de este estudio brindan información valiosa sobre las propiedades físico-mecánicas de la piedra caliza, lo que podría informar las decisiones sobre su uso en la construcción y otras aplicaciones.

Análisis de regresión entre las propiedades fisio-mecánicas de los agregados de piedra caliza de Wargal.

Análisis de regresión entre las propiedades fisio-mecánicas de los agregados de la Formación Chhidru.

De acuerdo con 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 bien conocidos en Pakistán. Las pruebas físicas y de resistencia de los agregados de la formación Wargal Limestone y Chhidru arrojaron resultados equivalentes o paralelos a los encontrados en otras investigaciones5,21,23,42,61. Los agregados con altas resistencias 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 de agregados y porosidad de agregados5,62,63,64. 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 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 más bajos de abrasión de Los Ángeles de 14,08–16,92. % 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 los valores máximos de trituración de agregados de 13,84 y 10,78%, respectivamente. Por el contrario, 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. Tanto la formación Wargal Limestone como la Chhidru tienen valores de resistencia a la compresión no confinada en el rango medio de 95,58 y 93,90%, respectivamente (Tabla 1). Wargal Limestone y Chhidru Formation tenían valores de descamación y elongación que eran más bajos que los de otras 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 tiene una gravedad específica de 2,63 y 2,59, respectivamente, que es bastante similar 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. Similares, 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 cantidades más bajas de bioclastos, microfracturas (la presencia de discontinuidades como grietas y estratificación en rocas que reducir su fuerza). Además, ambas formaciones tienen mayor gravedad específica y menor porosidad de los agregados.

Los resultados del análisis geoquímico (Tablas 2 y 3) indican que las muestras de Caliza Wargal contenían concentraciones de SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO, MgO, CaO, Na2O en rangos de 1.99–2.65, 0.01–0.1, 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 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 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 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 a lo largo del endurecimiento del hormigón, lo que conduce a un aumento de las fisuras 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, tienen 0.8% y 0.77%, respectivamente, sin embargo, esta concentración no afectaría la durabilidad del concreto. La ACR puede volverse más severa si hay un gran porcentaje de magnesio en forma de dolomita del mineral66. Las muestras de la caliza Wargal y la formación 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 formación Wargal Limestone y Chhidru se encuentran consistentes y bien coincidentes con el análisis geoquímico de investigaciones previas sobre agregados.

Elçi et al.67 propusieron una ecuación (Ec. 17) para determinar la homogeneidad química de las calizas, afirmando que las calizas homogéneas tienen una homogeneidad química mayor o igual a 95.

De acuerdo con la Ec. (17), la caliza Wargal es una caliza homogénea con un contenido de CaCO3 superior al 95%, mientras que la formación Chhidru es una 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 (Cuadros 1, 2). La Sc de los agregados de la Formación Chhidru presenta altos valores de sílice disuelta, lo que representa un mayor contenido de sílice mineral en una estructura amorfa de 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, reflejando un menor contenido de un mineral de sílice amorfa. Se trazó un gráfico compuesto por los valores medios de Sc y Rc siguiendo la prueba química (ASTM C 289) (adaptado 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 Wargal Limestone, 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 mayor valor de Rc (197,40 mmol/L) y el agregado de la Caliza Wargal presenta el menor valor (191,20 mmol/L). Los valores de Sc determinados para la formación Chhidru oscilan entre 73,5 y 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 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 se encuentran perjudiciales por su reactividad a los álcalis y las muestras restantes (piedra caliza de Wargal) se clasificaron como inocuas. Además, en términos de ASR, las muestras de Wargal Limestone también ilustran que los agregados de estas unidades de roca son inocuos y, por lo tanto, no tienen un efecto nocivo como se muestra en la Fig. 7. Sin embargo, no es obvio un 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, es posible que no contengan ACR. De acuerdo con la Fig. 8, que ilustra la reactividad del carbonato alcalino, las muestras ensayadas podrían estar limpias de ACR porque sus valores de expansión son inferiores al criterio de 0,10% establecido por la norma (ASTM C-586)69. Los valores de pérdida por ignición (LOI) registrados 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 del ACR en la formación Wargal Limestone y 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 y 5. Los análisis del coeficiente de correlación muestran una fuerte asociación positiva entre LOI y CaO en la piedra caliza de Wargal, lo cual es una indicación de caliza pura, sin embargo, existe una débil correlación negativa entre LOI y CaO en la formación Chhidru, lo que indica que la caliza de la formación Chiddru no es pura y cae en caliza hetrogénica. 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 del cemento65.

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 de carbonato de calcita representa una gran parte de la LOI, existe un vínculo positivo significativo entre la 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 mudstone, wackestone y wackestone y floatstone, respectivamente. La petrografía reveló que las muestras de caliza 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 trazas de concentraciones de otros minerales, como pirita, limonita y hematita. La decoloración a lo largo de las microfracturas fue un signo revelador de la lixiviación de hierro que prevaleció en algunas muestras de piedra caliza de Wargal con vetas y estilolitas que contienen hierro. Las estilolitas 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 wackestone y floatstone y está tipificada por los constituyentes principales de calcita y micrita con cantidades menores de cuarzo y aloquimia (Fig. 9). La concentración de los minerales de feldespato y cuarzo permanece en el rango de 2 a 15 %, la abundancia de aloquímica varía de 6 a 20 % y la calcita representa de 71 a 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 mayor al 5 %, será peligroso para el uso del concreto; en consecuencia, el agregado de la Formación Chhidru debe utilizarse con cuidado como material de hormigón.

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

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

Microfotografías de la piedra caliza Wargal expuesta 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 microfacies de lodo-wackestone, mientras que las flechas en negrita y en línea representan un fósil indiferenciado (Fos) y otras características que incluyen micrita (Mi) y bioclasto (Bic). (C) Representa microfacies de wackestone donde el cuarzo (Qtz) se muestra con una flecha en negrita y la macla de calcita (Cal) se puede ver en el medio junto con la característica diagenética de bioclasto (Bic) y neomporismo (Neo). (D) también describe la microfacies de wackestone representada por fósil micritizado (Mf), neomorfismo (Neo) y microesparita (Ms) y micrita (Mi).

Microfotografías representativas de la Formación Chhidru que representan las abundancias aloquímicas y ortoquímicas en una microfacies de wackestone y floatstone; donde (A) las aloquímicas se muestran mediante fósiles micritizados (Mf), bioclastos micritizados (Mib) y bioclastos (Bic), mientras que las ortoquímicas se muestran mediante bloques de cemento (Blc), micrita o lodo (Mi) y cemento de esparita (Sp). (B) representa fósil de bivalvo (Biv), bioclasto (Bic) como aloquimia, 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 entrada 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 trazaron 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 las rocas. fuentes agregadas. El objetivo del análisis de regresión es minimizar las desviaciones al cuadrado de los puntos medidos de la línea ajustada, que se calculó a través de los puntos. También se realizaron cálculos para determinar las ecuaciones de las líneas ajustadas y los coeficientes de determinación (R2). Los modelos de regresión explican la mayor parte de la variabilidad en y cuando (R2) es cercano a 1. Siempre que el valor de 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 Wargal Limestone (R2 = 0.96), (R2 = 0.18) y la formación Chhidru (R2 = 0.90), (R2 = 0.69) respectivamente (Figs. 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 igual forma, 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, quienes trabajaron con la caliza Margalla Hill (ML) y la caliza Lockhart (LL) en la región Rumli de Islamabad, Pakistán, y Asif et al.61, quienes trabajaron con carbonatos del Eoceno para utilizar en estructuras de ingeniería. Además, Zada et al.16 y Kamran et al.23 realizaron la misma correlación para agregados y obtuvieron los mismos resultados significativos. En contraste con la investigación actual, existe una relación positiva comparable entre UCS y calcita y PLT y los contenidos de calcita, y se observa una relación inversa entre UCS y bioclastos y porosidad. De manera similar, al examinar las propiedades fisicomecánicas de los agregados con 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 el 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 componentes 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, graficamos los valores UCS y PLT contra el porcentaje acumulativo 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. En contraste, 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 los agregados sustancialmente más porosos son más propensos a desmoronarse, lo que resulta en una menor resistencia al rodamiento para el material. En tales calizas, existe una asociación negativa significativa entre AIV e IF (Figs. 5, 6), lo que está de acuerdo con los resultados de Zarif et al.72.

La porosidad está intrínsecamente relacionada con AIV (Figs. 5, 6), lo que indica que si aumenta la porosidad, también aumenta la resistencia al impacto mecánico. De manera similar, la porosidad del agregado está negativamente relacionada con la resistencia (UCS) del material. La presencia de vacíos afecta la resistencia del agregado debido a la concentración de tensiones alrededor de estos vacíos62. Se observan correlaciones o relaciones directas significativas entre la porosidad y LAV de todos los agregados carbonatados (Figs. 5, 6) que demuestran que un aumento en la porosidad resulta en 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 de agregados y valores de impacto de agregados, 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 del congelamiento y deshielo y son factibles dentro del rango de límites permisibles para megaproyectos de construcción. De acuerdo con los cálculos que involucran la densidad aparente, la gravedad específica, la absorción de agua y la porosidad, no hay posibilidad de que el agua penetre en la piedra caliza y, por lo tanto, cause daños a las estructuras del 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 manera insignificante o nula por los agentes de meteorización, como el viento o la lluvia. Además, los valores acumulados del índice alargado y escamoso 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 tales relaciones están de acuerdo con los estándares definidos y estudios previos73. De manera similar, se observa una relación inversa entre el valor de impacto agregado y el índice de descamación, así como el índice de elongación, lo que representa una menor resistencia a la abrasión de los fragmentos alargados, y los resultados también coinciden con los estudios de investigación anteriores74.

Con base en los análisis mineralógicos y geoquímicos, las muestras de piedra caliza de ambas formaciones están compuestas en su mayoría por el mineral calcita y limo de cal, 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 utilizado con precaución, ya que investigaciones previas de Malahat et al.73 también agregaron que los agregados que contienen un alto contenido de sílice no están calificados para el concreto debido a la alta tasa de expansión. Además, como resultado de la alta concentración de CaCO3, la baja dolomita y las concentraciones de sílice, existen efectos perjudiciales en las reacciones de agregados alcalinos, de modo que ACR y ASR WA y LAV tienen una relación positiva significativa (Figs. 5, 6) y WA tiene un relación directa con AIV (Figs. 6, 7). Esto indica que los agregados sustancialmente más porosos son más propensos a desmoronarse, lo que resulta en una menor resistencia al rodamiento 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 cual está de acuerdo 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 la porosidad más grande tienen los valores más bajos de UCS y PLT, mientras que aquellas con la porosidad más baja 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 mayores contenidos de bioclastos resultan en propiedades mecánicas relativamente débiles (UCS). De manera similar, también agregaron que la mayor porosidad da como resultado una menor resistencia (UCS) relativamente. Según la petrografía, después de seguir las pautas de la norma ASTM (C 295-12)75, la piedra caliza de Wargal no contiene ningún mineral potencialmente dañino, lo que hace que la unidad de roca estudiada sea favorable para la construcción y como fuente de agregados para carreteras y puentes. Por otro lado, la piedra caliza de la Formación Chhidru se utiliza como fuente de agregados, y se requiere un cuidado especial para utilizarla como material de hormigón. 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 cantidades más bajas de bioclastos y microfracturas. Además, ambas formaciones tienen mayor gravedad específica y menor porosidad de los agregados. Por lo tanto, con base en análisis petrográficos, geoquímicos y geotécnicos, la caliza Wargal puede considerarse apropiada como una amplia fuente natural para caminos, concreto y otras aplicaciones geotécnicas y de ingeniería. Por el contrario, los agregados de la Formación Chhidru deben usarse con mayor cuidado en proyectos de construcción de hormigón por 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 de Wargal no exhibieron sustancias nocivas que hubieran causado reacciones de agregados alcalinos. Sin embargo, las investigaciones geoquímicas y petrográficas de la Formación Chhidru revelaron algunos materiales nocivos que pueden causar una reacción álcali-agregado; como resultado, los agregados de la formación deben utilizarse en concreto con más precaución. Los resultados de las pruebas fisicomecánicas para la piedra caliza Wargal y la formación Chhidru se encuentran dentro de los diversos estándares internacionales y, por lo tanto, pueden recomendarse enfáticamente para la construcción de estructuras geotécnicas/de ingeniería. 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 varias características físicas con los estándares de BS y ASTM. Las relaciones entre CaCO3, CaO y LOI han manifestado una sólida relación positiva entre estas tres variables, según el método de correlación de Pearson. La relación entre las características petrográficas y fisicomecánicas indicó que la UCS y la PLT están directamente relacionadas con los contenidos de calcita e inversamente relacionadas con la porosidad y los bioclastos. Por lo tanto, con base en análisis petrográficos, geoquímicos y geotécnicos, la piedra caliza Wargal puede considerarse apropiada como un amplio recurso natural para caminos, concreto y otras aplicaciones de ingeniería. Por otro lado, los agregados de la Formación Chhidru deben usarse con especial cuidado en la construcción con concreto. proyectos por 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 usar 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 reactivo y arcilla, a través del análisis XRD y el método de barra de mortero de la prueba de Reacción Álcali-Sílice. Además, se puede lograr una explicación más clara del carácter práctico 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 a pedido del primer autor y correspondiente.

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

Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (# 42177166).

Departamento de Ingeniería Geológica, Universidad China de Geociencias (Wuhan), Wuhan, 430074, China

Javid Hussain, Jiaming Zhang y Xiao Lina

Laboratorio Estatal Clave de Geomecánica e Ingeniería Geotécnica, Instituto de Mecánica de Rocas y Suelos, Academia de Ciencias de China, Wuhan, China

Syed Muhammad Iqbal y Nafees Ali

Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra, Universidad de Bahria, Islamabad, Pakistán

Jabir Hussein

Departamento de Geofísica y Geomática, Universidad de Geociencias de China (Wuhan), Wuhan, 430074, China

Fitriani Fitria y Sartaj Hussain

Zijin Mining Group Company Limited, Shanghái, 364200, Fujian, China

Wasim Akram

Departamento de Recursos Terrestres, Universidad China de Geociencias (Wuhan), Wuhan, 430074, China

Mubasir Alí

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Correspondencia a Jiaming Zhang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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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. Informe científico 13, 5088 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32294-0

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Recibido: 26 Septiembre 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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