Evaluación de agregados pétreos nacionales para producir hormigón: reactividad con el cemento Portland
octubre 26, 2024
Desde 2018 un equipo de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República trabaja en la reacción álcali-sílice, conocida como RAS, en las estructuras de hormigón nacionales.
MSc. Ing Patricia Vila, profesora adjunta y Dra. Ing. María Noel Pereyra, profesora agregada, Departamento de Construcción, Instituto de Estructuras y Transporte, Facultad de Ingeniería, UdelaR
El hormigón de cemento Portland está constituido entre 60% y 75% por agregados pétreos. Los agregados que contienen sílice de baja cristalinidad (o amorfa) junto a la presencia de álcalis (sodio y potasio) y humedad producen una reacción química deletérea en las estructuras de hormigón denominada reacción álcali-sílice (RAS).
Desde el año 2018 el Departamento de Construcción del Instituto de Estructuras y Transporte de la Facultad de Ingeniería, UdelaR, trabaja en la implementación de metodologías de evaluación y formación de técnicos especialistas en la RAS. Ha desarrollado proyectos de investigación en la temática, contando con la colaboración de especialistas regionales y trabajando en equipos multidisciplinarios. Actualmente, se encuentra en curso un proyecto de investigación para la evaluación frente a la RAS de algunas estructuras nacionales con más de veinte años de construidas.
ALCANCE DE LOS ESTUDIOS REALIZADOS EN FING
El principal efecto deletéreo de la RAS en el hormigón se da por el carácter expansivo de los productos de la reac ción, lo que puede generar roturas de los bordes en juntas, movimientos diferenciales en bordes de muros, mapeo de fisuración en losas de pavimentos o en macizos de fundaciones, mapeo de fisuras longitudinales en pilares, popouts, decoloración y lixiviados en las superficies (Fournier et al., 2010; Méndez, 2019).
En el diseño de una estructura es importante conocer el riesgo de afectación por esta patología para poder tomar medidas preventivas y minimizar el daño. Para esto, el primer paso es conocer la potencialidad reactiva de los agregados a emplearse en el hormigón, que permitirá clasificarlo por su grado o nivel de reactividad.
Uruguay cuenta con una gran variedad litológica, representada por rocas de diferente naturaleza, edad e historia geológica (Veroslavsky Barbe et al., 2004a; Veroslavsky Barbe et al., 2004b). Estas rocas han sido ampliamente utilizadas como agregados en la industria de la construcción. Se destacan por su utilización rocas graníticas, granodioritas, basálticas, así como arena, grava y canto rodado. Hasta la fecha no se cuenta con una normativa nacional que indique el procedimiento para realizar la evaluación de la potencialidad reactiva de una fuente de agregado. Tradicionalmente en nuestro medio la evaluación de la potencialidad reactiva del agregado se realiza únicamente con el método acelerado de la barra de mortero (de 14 a 28 días). Sin embargo, existen referencias internacionales que indican que esta metodología de ensayo no sería la más adecuada para evaluar la mayoría de las litologías presentes en Uruguay.
Entre los años 2018 y 2021 se llevó a cabo una campaña experimental que permitió evaluar la reactividad de muestras de agregado pertenecientes a las principales fuentes de explotación de agregados para hormigón ubicadas en distintas zonas del país.
En el presente artículo se muestran los resultados obtenidos de las fuentes evaluadas y la correlación entre los criterios internacionales para definir el grado de reactividad que surge de los ensayos de expansión en la metodología acelerada de la barra de mortero y la metodología del prisma de hormigón (metodología acelerada o tradicional).
ANÁLISIS PETROGRÁFICO DE LAS MUESTRAS DE AGREGADO
En primera instancia se realiza el análisis petrográfico para caracterizar geológicamente el agregado y evaluar la presencia de componentes reactivos frentes a los álcalis. En la Tabla 1 se presentan las muestras estudiadas.
ENSAYO DE EXPANSIÓN DE LA BARRA DE MORTERO (AMBT)
Se preparan barras de mortero de 25 x 25 x 250 mm, las que son sometidas a un ambiente agresivo inmersas en una solución 1 N NaOH, a 80 grados por un período de 14 a 28 días. Se evalúa la expansión final, relativa a la longitud inicial de la barra.
ENSAYO DE EXPANSIÓN EN PRISMAS DE HORMIGÓN (CPT)
Existen dos metodologías para la evaluación en hormigón: la acelerada (CPT-60) y la tradicional (CPT-38). En ambas se producen barras de hormigón de 75 x 75 x 250 mm, las que son sometidas a un ambiente agresivo (humedad y temperatura) por un período de 13 y 52 semanas, respectivamente. Se evalúa la expansión final, relativa a la longitud inicial de la barra.
GRADO DE REACTIVIDAD DE CADA MUESTRA Y SU CORRELACIÓN ENTRE DIFERENTES METODOLOGÍAS
A partir de los ensayos de expansión se determinó el grado de reactividad de cada agregado adoptando los límites de reactividad internacionales (R0: no reactivo; R1: moderado; R2: alto; R3: muy alto) y se analizó la correlación entre los resultados aplicando las tres metodologías de ensayo (barra de mortero, acelerada en hormigón y tradicional en hormigón) (Tabla 2). En caso de discrepancia el resultado de la metología CPT-38 tiene prelación sobre los otros dos, puesto que al ser la menos agresiva, el comportamiento del agregado es lo más similar al de servicio (en obra).
Analizando los resultados no coincidentes con los obtenidos en el CPT-38, en la metodología AMBT a 14 días, ocho muestras arrojaron resultados erróneos (42% de las muestras) y considerando la expansión a los 28 días, diez resultados fueron erróneos (53%). Los falsos negativos de esta metodología pertenecieron a las muestras que presentaron como componente reactivo cuarzo microcristalino (Qz/mc). Respecto a los falsos positivos de la metodología AMBT, estos se dieron en cuatro muestras de basalto de las cinco muestras ensayadas. Tanto los falsos positivos como los falsos negativos de esta metodología han sido reportados en la bibliografía (Madsen et al., 2018; Torres, 2014; Garber et al., 2005).
En la expansión en prisma de hormigón, metodología acelerada CPT-60, seis muestras arrojaron resultados no coincidentes con la metodología tradicional (32 % de las muestras). Cinco se corresponden a falsos negativos, dos en agregado grueso granítico (LC y LS) y dos en arenas (AGP, AGPP y AFT). Todas estas muestras presentaron cuarzo microcristalino (Qz/mc) y cuarzo tensionado (Qz/t) como constituyentes reactivos.
PRINCIPALES CONCLUSIONES
– Del total de 19 muestras ensayadas, 13 fueron consideradas potencialmente reactivas (considerando los resulta dos de la metodología tradicional del prisma de hormigón). Por lo tanto, se observó la importancia de evaluar la potencialidad reactiva de los agrega dos nacionales.
– La metodología de la barra de mortero (AMBT), ampliamente difundida en nuestro medio como ensayo para la determinación de la potencialidad reactiva de los agregados para su uso en hormigón, no siempre arroja resultados confiables. Esta metodología se considera adecuada para evaluar la uniformidad de una fuente de agregado o para evaluar la capacidad de inhibir la RAS de una medida preventiva adoptada.
– Se observó buena correlación entre la expansión obtenida por ambas metodologías en hormigón. Sin embargo, se deberá contar con mayor número de datos para analizar si el límite en CPT-60 a 13 semanas para los agregados con presencia de cuarzo microcristalino o tensionado, se correlaciona con el límite en CPT-38 a 52 semanas.
– Dada la correlación entre la expansión 88 de ambas metodologías del prisma de hormigón y el tiempo necesario de evaluación de cada una (13 se manas vs 52 semanas) se sugiere el empleo de la metodología acelerada en hormigón para definir el grado de reactividad del agregado. Sin embargo, por lo anteriormente expuesto, se deberá profundizar en el límite de expansión en los agregados con presencia de cuarzo reactivo para disminuir los resultados erróneos de esta metodología.
– Queda en evidencia la necesidad de conocer la composición mineralógica del agregado para poder definir el ensayo que pueda ser confiable (y descartar el uso del ensayo acelerado en barras de mortero o fijar el límite de expansión en la metodología acelera da en hormigón).
– Este trabajo abre la puerta al estudio de esta problemática en las estructuras nacionales, estudio que se está canalizando en un nuevo proyecto de investigación.
Se agradece a la Comisión Sectorial de Investigación Científica (CSIC) y a las empresas privadas por suministrar el material necesario para las evaluaciones.
