Tesis demuestra en laboratorio cómo se deteriora aceleradamente el concreto lanzado de la Ruta 27 por efecto de DAR

Comunicadora: Gabriela Contreras - 16 de noviembre, 2017
 


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De izquierda a derecha: Ing. Roy Barrantes, geólogos Paulo Ruiz, Stephanie Murillo (asesores de Tesis), Carolina Suarez (estudiante) y Pilar Madrigal (Lectora de la tesis).

La tesis de la estudiante Carolina Suárez Matarrita, para optar por el grado de licenciatura en geología de la Escuela Centroamericana de Geología (ECG) de la Universidad de Costa Rica, ayudó a comprobar que el uso de concreto lanzado como una solución para el control de erosión y estabilidad de taludes en sitios donde ocurre Drenaje Acido de Roca (DAR) en la Ruta Nacional 27 es inadecuado.

Suárez fue asistente del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (LanammeUCR), y realizó el estudio junto a los profesionales de este Laboratorio a cargo de la evaluación de la carretera en concesión. Además, la tesis forma parte del proyecto de investigación: “Estudio de presencia de DAR en taludes de la Ruta 27”, inscrito en la Vicerrectoría de Investigación,

dirigida por el Geólogo Paulo Ruiz, y en la que participan los ingenieros civiles del LanammeUCR: Ronald Naranjo, Roy Barrantes, y Guillermo Loría, además de las químicas Paula Calderón, Hennia Cavallini del Centro de Investigaciones en estructuras microscópicas (CIEMIC), y la geóloga Stephanie Murillo de la ECG. 

El análisis de Suárez y el LanammeUCR buscaba determinar si los materiales utilizados para la estabilización y control de erosión en los taludes que tienen DAR (km 38+600, km 45+000, km 47+000 y el km 48+000) en la ruta 27, están siendo efectivos. Se desarrolló una metodología para recrear y medir el impacto que tiene el drenaje ácido en el macizo rocoso y en el concreto de tipo lanzado de los taludes, mediante experimentos en el laboratorio y en campo.

La hipótesis planteada consistió en: “si las rocas sanas que afloran en las inmediaciones de la ruta 27 y el concreto lanzado diseñado y proyectado con las mismas especificaciones del que fue colocado en los taludes, son expuestas a disoluciones ácidas que simulan el DAR que se da en la realidad en sitios específicos de la ruta, entonces se darán cambios en sus propiedades mineralógicas y físicas que afecten sus características originales. Pero si el material utilizado no tiene componente calcáreo este no reaccionará con el ácido sulfúrico y no se producirán cambios. Esta hipótesis sí se cumplió y así a partir de este estudio, existen suficientes evidencias que justifiquen no utilizar el concreto lanzado en sitios donde se da el DAR”. Además, la metodología  Efecto DAR 02
¿Qué es el Drenaje Acido? Son aguas acidificadas producidas por la oxidación de los minerales metálicos ricos en azufre. 

 generada para esta tesis, se podría utilizar para probar el impacto en otros materiales que se ven afectados por el DAR como por ejemplo el acero de anclajes y mallas. También, podría servir para hacer pruebas con concretos lanzados diseñados con aditivos especiales para que puedan resistir el medio tan agresivo que es producido por los ácidos.

El estudio realizado para esta tesis, se convirtió en el primero en el país enfocado a taludes de carretera que utilizan concreto lanzado para su estabilización, otras instituciones como el Instituto Costarricense de Electricidad, han realizado también análisis sobre el efecto de las aguas ácidas en el concreto, pero en la construcción de proyectos hidroeléctricos.

La metodología generada en este trabajo, también se podría utilizar para futuros trabajos sobre materiales expuestos a condiciones similares en esta y otras rutas nacionales, y permitirá el apoyo en la toma de decisiones correspondientes a la estabilización de taludes afectados por este proceso.

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Suárez junto a ingenieros del LanammeUCR realizando estudios en sitio. 

Metodología aplicada

La tesis incluyó cinco tipos de ensayos diferentes, de los cuales tres se hicieron en laboratorio y dos en campo. Se utilizaron tres tipos de materiales para las muestras una brecha volcánica, una roca de tipo andesita silicificada y concreto lanzado, de las cuales las dos primeras fueron obtenidas en campo y el último fue construido con el mismo diseño de mezcla del colocado en los taludes de la Ruta 27. Se analizaron los cambios de la masa, dimensiones y las características mineralógicas mediante microscopía óptica y dispersión de rayos X.

Los resultados evidenciaron que las muestras expuestas a un alto nivel de acidez (pH ≤ 2), tienen un mayor impacto en sus características mineralógicas y físicas, que las que están en contacto con una disolución de menor acidez (2,0 ≤ pH ≤ 5,5). En investigaciones anteriores LanammeUCR ha medido valores de pH = 1,32 en taludes de la Ruta 27. (https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/geologica/article/view/

21146/22048). Los resultados de este trabajo mostraron que el concreto lanzado es el material más susceptible, de todos los ensayados, al ataque de la disolución ácida 

generando como producto mineralógico de la reacción, yeso y etringita. Las muestras de brecha volcánica se ven afectadas solamente por la disolución de los carbonatos en los clastos y vetillas,  y la andesita al carecer de componente calcáreo en su composición, no evidenció alteraciones en el laboratorio. De las propiedades físicas consideradas y analizadas, la masa presentó los cambios más significativos mientras que en las dimensiones no se reflejaron cambios considerables.

Se demostró, tanto en campo como en el laboratorio, que la exposición del concreto lanzado a disoluciones ácidas generó cambios en sus propiedades físicas y mineralógicas a nivel macro y microscópico. Esto implica el deterioro en la calidad del concreto y explica los problemas de estabilidad y colapso de este material en la ruta 27. De acuerdo con los resultados en laboratorio y en campo, se valida el experimento acelerado en laboratorio y se comprueba la hipótesis de trabajo.

 

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 Análisis realizado a muestras para determinar los daños provocados con el DAR. 

 

 

 

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