The effects of water acidity and engineering properties on rock durability

Efectos de la acidez del agua y las propiedades ingenieriles en la durabilidad de la roca

Para este trabajo se recolectaron quince muestras tipo sedimentarias de cuatro clases de rocas, donde se incluyen areniscas, calizas, travertinos y conglomerados, en el área Damghan, en el norte de Irán. Estudios mineralógicos y experimentos de laboratorio se realizaron para medir las propiedades físicas de las rocas, el índice de dureza de Schmidt, la onda de presión, el índice de durabilidad, el de compresión uniaxial, el punto de carga, la prueba brasileña de tracción y la resistencia de golpe de bloque. Las muestras de roca estudiadas se componen principalmente de cuarzo, calcita y dolomita con diferentes texturas. El índice de durabilidad se realizó en diez ciclos con fluidos de diferente alcalinidad. Los fluidos utilizados para el índice fueron agua natural con pH de siete y soluciones de ácido sulfúrico con pH 5.5 y 4. Con base en los resultados, el índice de durabilidad se afecta por el pH de los fluidos del ensayo. También los tipos de las rocas tienen diferente comportamiento en la durabilidad. La caida en el índice de la durabilidad de los ciclos iniciales es mayor que en los ciclos finales. Los análisis de regresión muestran que los parámetros evaluados están correlacionados con el índice de durabilidad. En otras palabras, el índice de durabilidad de las muestras de rocas estudiadas está ampliamente afectado por su composición mineral, textura, y propiedades físicas como la porosidad, y está relacionado de cerca con los parámetros de resistencia de las rocas. Estos resultados preliminares condujeron al diseño de ecuaciones empíricas para determinar las características esenciales de las rocas en el índice de durabilidad.

Introducción

Los comportamientos de apagamiento y durabilidad de las rocas se evalúan generalmente utilizando el ensayo de apagamiento-durabilidad.  El método de ensayo se describe en ISRM (1979) y como norma internacional en ASTM (1990). El índice de la prueba, es decir, el índice de durabilidad por desprendimiento (Id), es un parámetro importante para investigar el comportamiento técnico de los materiales rocosos y las masas rocosas, especialmente en el caso de rocas débiles y solubles, incluidas las rocas arcillosas, carbonatadas y evaporadas (Franklin y Chandra, 1972; Onodera et al., 1974; Crosta, 1998; Koncagul y Santi, 1999; Gokceoglu et al., 2000; Dhakal et al., 2002; Singh et al., 2005; Gupta y Ahmed, 2007; Yagiz, 2011).

Los comportamientos de desprendimiento y durabilidad de diversas rocas fueron estudiados por muchos estudiosos utilizando el ensayo de desprendimiento-durabilidad (por ejemplo, Bell, 1992; Moon y Beattie, 1995; Gokceoglu, 1997; Sadisun et al., 2005; Fuenkajorn, 2011; Sebastian Brysona et al., 2012; Yavuz, 2012; Keaton, 2013; Heidari et al., 2015; Yavuz et al., 2017). En este sentido, Gokceoglu et al. (2000) evaluaron el efecto de la mineralogía y la resistencia en la durabilidad de diferentes tipos seleccionados de Turquía. Singh et al. (2006) informaron de que las características de resistencia del mármol son mayores a pH=7 y la reducción de la resistencia es mayor en las condiciones ácidas que en las alcalinas. Dhakal et al. (2002) indicaron que la durabilidad de las rocas se ve afectada por su mineralogía. La durabilidad de algunas rocas carbonatadas en ambientes ácidos fue estudiada por Gupta y Ahmed (2007). Kolay y Kayabali (2006) identificaron la influencia de la forma y angularidad de los áridos en el índice de durabilidad de las mismas rocas.