Effects of high temperatures in the physical, mechanical, and drilling features of Prada limestone.

Abstract

[ES] Esta investigación se centra en la caliza de Prada, una formación del Cretácico inferior ubicada en la zona sur pirenaica de Cataluña (España). Se tomaron muestras de roca de sondeos perforados durante la etapa de diseño del túnel de Tres Ponts. El trabajo aquí presentado explora diferentes aspectos relacionados con el comportamiento térmi-co de la caliza de Prada y las consecuencias derivadas en el túnel de Tres Ponts. En primer lugar, este trabajo describe la variación en las propiedades texturales, físicas y mecánicas de la caliza de Prada después de ser sometida a temperaturas de entre 105 y 600 ºC, y luego enfriada a un ritmo lento o mediante templado, y determina las tem-peraturas clave y los métodos de enfriamiento que afectan más la estabilidad en caso de incendio en el túnel de Tres Ponts. En segundo lugar, esta investigación se centra en las causas y mecanismos implicados en el comportamiento explosivo y la liberación de gas sulfuroso observado en una fracción gris oscuro de muestras de caliza de Prada. Las implicaciones de tales muestras de color gris oscuro son críticas en infraestructuras subterráneas y en minería, ya que el potencial explosivo de esas muestras conlleva el riesgo de fracturación masiva y de disminución brusca en la resistencia. Además, el gas sulfuroso liberado tiene efectos nocivos sobre la salud de las personas y el poten-cial de formar compuestos ácidos que corroen los materiales, acortando su durabilidad y aumentando los costes de mantenimiento. Posteriormente, este trabajo determina si el tratamiento térmico sobre la caliza de Prada tiene un efecto significativo en facilitar su perforabilidad. Comprender la variación en el rendimiento de perforación de la caliza de Prada tratada térmicamente ayudaría a mejorar la eficiencia de los medios mecánicos de excavación. Finalmente, se proponen algunas correlaciones para deter-minar indirectamente las características de resistencia, deformación y perforabilidad de la caliza de Prada tras ser tratada térmicamente, a partir de pruebas simples, rápidas y no destructivas.

[CA] Aquesta investigació es centra en la calcària de Prada, una formació del Cretaci inferior situada a la zona sud pirinenca de Catalunya (Espanya). Es van prendre mostres de roca de sondejos perforats durant l'etapa de disseny del túnel de Tres Ponts. El treball aquí presentat explora diferents aspectes relacionats amb el comportament tèrmic de la calcària de Prada i les conseqüències derivades al túnel de Tres Ponts. En primer lloc, aquest treball descriu la variació en les propietats texturals, físiques i mecàniques de la calcària de Prada després de ser tractada a temperatures d'entre 105 i 600 ºC, i després refredada a un ritme lent o ràpid, i determina les temperatures clau i els mètodes de refredament que afecten més l'estabilitat en cas d'incendi al túnel de Tres Ponts. En segon lloc, aquesta investigació es centra en les causes i mecanismes implicats en el comportament explosiu i l'alliberament de gas sulfurós observat en una fracció gris fosc de mostres de calcària de Prada. Les implicacions de tals mostres de color gris fosc són crítiques en infraestructures subterrànies i en mineria, ja que el potencial explosiu d'aquestes mostres comporta el risc de fracturació massiva i de disminució brusca en la resistència. A més, el gas sulfurós alliberat té efectes nocius sobre la salut de les persones i el potencial de formar compostos àcids que corroeixen els materials, retallant la seua durabilitat i augmentant els costos de manteniment. Posteriorment, aquest treball determina si el tractament tèrmic sobre la calcària de Prada té un efecte significatiu en facilitar la seua perforabilitat. Comprendre la variació en el rendiment de perforació de la calcària de Prada tractada tèrmicament ajudaria a millorar l'eficièn-cia dels mitjans mecànics d'excavació. Finalment, es proposen algunes correlacions per determinar indirectament les característiques de resistència, deformació i perforabilitat de la calcària de Prada després de ser tractada tèrmicament, a partir de proves simples, ràpides i no destructives.

[EN] This research is focused on Prada limestone, a lower Cretaceous formation located in the Catalan south Pyrenean zone (Spain). Rock samples were taken from boreholes drilled during the design stage of the Tres Ponts Tunnel. The work presented here explores different aspects related to the thermal behaviour of Prada limestone and the derived consequences on the Tres Ponts Tunnel. Firstly, this work reports the variation in the textural, physical, and mechanical properties of Prada limestone after being heated at temperatures of between 105 and 600 ºC and then cooled at a slow rate or by quenching and determines key temperatures and cooling methods that would most affect stability in case of a fire in the Tres Ponts Tunnel. Secondly, this research fo-cuses on the causes and mechanisms involved in the explosive behaviour and release of sulphurous gas observed on a dark grey fraction of samples from Prada limestone. Implications of such dark grey samples are critical in underground infrastructure and mining engineering works, as the explosive potential of that sample represents risk of mass fracturing and dramatic strength decay. Moreover, the sulphurous gas released has harmful health effects and may form acid compounds that corrode materials, shorten their durability, and increase maintenance costs. Later, this work determines if thermal treatment on Prada limestone has a significant effect on improving its drilla-bility. Understanding the variation in the drilling performance of the thermally treated Prada limestone would help improve the efficiency of mechanical excavation means. Finally, some correlations are proposed to indirectly determine the strength, deformational, and drillability features of Prada limestone after being thermally treated from simple, quick and non-destructive tests.