Solution parameters of carbonate rocks

  • James A. N. 
Symposium on Engineering Geolgoical Problems of Construction on Soluble Rocks


Hydraulic structures founded on carbonate rocks can be endangered by progressive enlargement of fissures or the formation of solution cavities as aggressive (unsaturated) waters percolate through them. Previous literature describes how both the rate and manner of enlargment of fissures depend upon the solubilities and solution rate constants of soluble rocks. It has also been shown that the safe maximum size of fissures for a given hydraulic structure can be calculated from the solution parameters of the rock.

It has been suggested that carbonate rocks of various origins and types have very different solution properties, thus complicating site investigation procedures and the design of foundations. However, this paper describes the results of laboratory experiments on ten distinctly different specimens of carbonate rocks, which show that the solubilities and solution rate constants are all very similar.

In pure water, solubilities of different carbonate rocks are virtually the same as pure calcium carbonate and solution rate constants are between 1.2 and 3.3×10−5 m/s. These differences in solution rate constants are too small to be significant in engineering design.

The solution rate constants decrease by a factor of about ten when dissolved by water containing carbon dioxide in the concentration range 5×10−4 to 3×10−2 Moles/litre. However within this range of concentrations the rate constants are 1.8 to 2.7×10−6 m/s.

In deciding how to safeguard the foundations of hydraulic structures in carbonate rocks against solution it is therefore not necessary to know the type or geological origin of the carbonate rock. However, to determine the solubility of the rocks the chemical composition of the inflowing seepage water must be known, also the sizes and distributions of fissures must be assessed by direct observations or by other methods such as water tests in boreholes.

The paper shows that fissures smaller than about 400 μm are unlikely to be dangerous in most foundations in carbonate rocks. An appropriate grouting programme can be designed for rocks containing large fissures.


Carbonate Rock Calcium Carbonate Solution Rate Hydraulic Structure Petrographic Description 

Parametres de dissolution des roches carbonatees


Des structures hydrauliques fondées sur des roches carbonatées peuvent être mises en danger par l'augmentation progressive des fissures ou, par la formation des cavités de dissolution si elles sont percolées par des eaux agressives. La littérature décrit comment le degré et le mode d'augmentation de la fissuration dépendent tous les deux de la solubilité et des constantes du taux de dissolution des roches solubles. On a montré aussi que la taille maximale des fissures pour la sécurité d'une structure hydraulique donnée peut être calculée à partir des paramètres de dissolution des roches.

On a indiqué que les roches carbonatées d'origines et de types différents ont des propriétés diverses; ceci complique les investigations et les projects de fondation. Cet essai décrit les résultats des expériences en laboratoire qui ont été effectuées sur dix spécimens de roches carbonatées très visiblement différentes. Ces expériences montrent que la solubilité et les constantes de dissolution sont toutes très semblables.

Les solubilités des différentes roches dans l'eau pure sont vraiment les mêmes que celles du carbonate pur de calcium. Les constantes de dissolution varient entre 1,2 et 3,3×10−5 m/s. Ces différences de constantes de dissolution sont trop petites pour être significatives au sens de l'ingénieur.

La constante de dissolution décroit d'un facteur de dix, si la dissolution se fait par l'eau chargée en gaz carbonique, à une concentration de 5×10−4 à 3×10−2 moles/litre. Dans ces ordres de grandeur de concentration les constantes de dissolution varient de 1,8 à, 2,7×10−6 m/s.

Pour décideer comment protéger les fondations des structures hydrauliques dans les roches carbonatées contre la dissolution, il n'est pas nécessaire de savoir le type ou l'origine géologique de la roche carbonatée. Toutefois, il est évident qu'on doit connaître la composition chimique de l'eau s'infiltrant pour déterminer la solubilité des roches. De même l'étendue et la distribution des fissures doivent être estimées par des observations directes ou par d'autres méthodes comme des tests d'eau dans les trous de forage.

L'article montre que les fissures de moins de 400 μm ne sont pas dangereuses pour la plupart des fondations sur les roches carbonatées. Un programme d'injections approprié aux roches qui continnent de grande fissures.


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Copyright information

© International Association of Engineering Geology 1981

Authors and Affiliations

  • James A. N. 
    • 1
  1. 1.Binni & PartnersLondonUK

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