4. REACTIVIDAD ALCALI AGREGADO
Es definida por el ACI como “la reacción química, en concreto o mortero, entre los álcalis (sodio o potasio) con el cemento Pórtland u otras fuentes de ciertos constituyentes de algunos agregados; bajo ciertas condiciones, puede resultar en expansión deletérea del concreto o el mortero”. En estricta esencia, debe distinguirse entre dos tipos de reactividad: la reactividad álcali-carbonato de roca y la reactividad álcali sílice. La primera es definida por el ACI como “la reacción entre los álcalis (sodio y potasio) del cemento Pórtland y cierto tipo de carbonato en rocas, particularmente dolomita calcifica y calizas dolomíticas, presentes en algunos agregados; el producto de la reacción puede ocasionar expansión anormal y agrietamiento del concreto en servicio”. La segunda es definida como “la reacción entre los álcalis (sodio, potasio)del cemento Pórtland y ciertos minerales o rocas silíceas, tales como cherts opalinos, cuarzo deformado y cristales volcánicos acidificados, presentes en algunos agregados; los productos de reacción pueden causar expansión anormal y agrietamiento del concreto en servicio”.
4.1 Reactividad álcali-carbonato de roca
Históricamente, ha sido reconocida y estudiada con más detalle la reactividad álcali-sílice, pues parece que es significantemente mayor su presentación. La reactividad álcali-carbonato de roca está asociada con calizas dolomíticas argiláceas que presentan características de textura poco usuales (Ref.4-1).Ha sido estudiada extensamente en Canadá, donde fue originalmente reconocida por Swenson y en USA. Adicional a la expansión por reactividad entre álcali y carbonato, en algunas rocas con carbonato se presenta un fenómeno en la zona perimetral del agregado en contacto con la pasta, donde se desarrollan bordes prominentes en el agregado y una extensa alteración de la pasta que lo rodea. Cuando estos bordes son atacados con ácido diluido, aparecen bordes cóncavos y convexos (bordes “positivos” y “negativos”). Se ha propuesto más de un mecanismo para explicar este tipo de reactividad. Si predomina la dedolomitización sobre la formación de la brucita [Mg(OH)2], hay una regeneración de los álcalis (Ref.4-1). Esto marca una diferencia con la reactividad álcali-sílice, donde el álcali es combinado en la reacción como un producto de reacción. La presencia de minerales arcillosos parece ser significativa en algunos casos. El crecimiento de bordes frecuente en algunas rocas carbonáceas , pero no siempre ocurre. La formación de bordes se asocia con un cambio en la distribución de la sílice y el carbonato entre la partícula de agregado y la pasta adyacente, pareciendo extenderse los bordes concéntricamente alrededor del agregado con el tiempo.
El patrón característico de agrietamiento es una red de grietas en forma de “piel de cocodrilo”, usualmente más fuertemente desarrolladas en
áreas en áreas del material donde se renueva constantemente la humedad, tal como la zona de humedecimiento-secado en pilotes, cara en contacto con el terreno en muros de contención, parte inferior de losas de piso, o altura de ascenso capilar en columnas. Una característica importante que distingue esta reactividad de la reactividad álcali-sílice es que en esta última aparece un gel de sílice por exudación en las grietas. Adicionalmente, hay mayores signos de daño cerca de las juntas de expansión, incluso con aplastamiento del concreto adyacente.
Se han reconocido tres tipos de reacción álcali-carbonato:
a. Reacción de rocas carbonáceas no dolomíticas: Existen bordes de reacción visibles a lo largo de secciones de las partículas de agregado. Cuando la sección se ataca con ácido clorhídrico, se disuelve más rápidamente la zona de borde que el interior de la partícula, observándose un “negativo” de los bordes
b. Reacción de rocas carbonáceas altamente dolomíticas. Hay una reacción visible de los bordes de partícula en una sección transversal del agregado Cuando la sección se ataca con ácido clorhídrico, la zona de borde se disuelve a la misma velocidad que el interior de la partícula.
c. Reacción de rocas dolomíticas impuras: Este tipo de rocas tiene una textura de cristales más grande que los cristales de dolomita, diseminados y rodeados por una matriz fina de calcita de grano fino y arcilla. Se puede presentar una reacción de desdolomitización, que produce expansión dentro del concreto (presencia de hidróxido de magnesio o “brucita”) o una de “silificación” de bordes caracterizada por un enriquecimiento de sílice en los bordes de las partículas que han reaccionado, observándose un “positivo”.
4.1.1 Pruebas de laboratorio para identificar la reactividad:
a. Examen petrográfico: Está regido por la norma ASTM C-295. Las rocas reactivas se caracterizan por tener rombos dolomíticos con dimensión máxima de 1 a 200 µm en el residuo insoluble de la calcita fina. Si hay presencia de rocas dolomíticas de grano fino, se recomienda el empleo del método del cilindro de roca. Esta determinación puede confirmar el tipo de constituyentes del agregado y sus características. Se puede observar si han ocurrido alteraciones en el agregado o la matriz circundante, tales como micro o macro agrietamientos. Rebordes por reacción se pueden observar en cierto tipo de partículas y se puede identificar si son positivos o negativos (protuberancia o depresión) mediante ataque con ácido: La presencia de estos rebordes no significa necesariamente resultados peligrosos.. Se pueden hallar depósitos de carbonato
de calcio, hidróxido de calcio y ettringita en los vacíos del concreto. No se espera encontrar usualmente depósitos de sílice, endurecida o en forma de gel, los cuales usualmente se consideran asociados con la reactividad.
b. Prueba del cilindro de roca: Se evalúa el cambio de longitud del cilindro cuando es almacenado en una solución alcalina. Si el cilindro presenta una expansión ≥ 0.1 % después de 84 días de prueba, se considera el material como potencialmente reactivo. Está regido por la norma ASTM C-586
c. Expansión de prismas de concreto: Se fabrican prismas de concreto con los materiales (agregado y cemento) en discusión y se almacenan en un ambiente de 100% de H.R. y 23ºC. Para acelerar la reacción se puede agregar una cantidad adicional de álcali o almacenar las probetas a una temperatura más alta. Se considera que la roca carbonácea conduce a valores “seguros” solamente si el contenido de álcalis del cemento está por debajo de 0.40 o 0.45% como Na2O equivalente. Generalmente se compara la expansión con la determinada sobre prismas hechos con agregados no reactivos.
d. Otras pruebas: Este tipo de reactividad puede ser identificado por inspección visual en muestras aserradas. En ocasiones es valioso el examen mediante rayos X. No son aplicables para este tipo de reactividad las pruebas regidas por las normas ASTM C-227, C-289 y C-342, las cuales si son aplicables a la reactividad álcali-sílice.
4.1.2 Criterios para juzgar la reactividad:
No existe una correlación estricta entre la aparición de expansiones en los cilindros de roca o prismas de concreto y comportamiento reactivo en la obra.. Existen muchos y complejos factores que afectan al fenómeno: homogeneidad de la roca, tamaño del agregado grueso, permeabilidad del concreto, cambios ambientales estacionales en condiciones de servicio. Las principales condiciones ambientales incluyen disponibilidad de humedad, nivel de temperatura y posibilidad de empleo de cloruro de sodio como agente descongelante. Se han observado agrietamientos en prismas con una expansión de alrededor de 0.05%. En prismas hechos según normas canadienses, en prismas que presentaron una expansión inferior al 0.02% a un año, la reactividad peligrosa fue prácticamente despreciable. El uso del método del cilindro de roca no es eficaz en la determinación rápida de la reactividad potencial, puesto que algunas rocas presentan una contracción inicial y luego una considerable expansión. Tampoco existe estricta correlación entre la expansión del cilindro de roca o los prismas de concreto y el material en servicio. Usualmente se considera
peligrosa en el método del cilindro de roca a los valores de expansión mayores al 0.1% y en caso de ser superados se recomienda realizar pruebas adicionales para determinar la expansión del agregado.
4.1.3 Acciones recomendadas para disminuir la reactividad álcali-carbonato:
a. Cuidadosa selección de las rocas de donde se extraerán agregados, evitando aquellas que sean reactivas
b. Combinación con agregados no reactivos o uso de tamaños máximos pequeños.
c. Empleo de cementos con bajo contenido de álcalis (menos de 0.6% como Na2O equivalente). No obstante, en pavimentos donde se usa cloruro de calcio como agente descongelante, este contenido no es seguro.
En contravía con otras situaciones, parece que el empleo de adiciones no disminuye este tipo de reactividad, y solamente es eficiente en el sentido de actuar como un diluyente en la masa. Se considera que una cuidadosa elección en la extracción de los agregados, evitando rocas reactivas, es la forma más económica y segura para minimizar este tipo de reactividad.
4.2. Reactividad álcali-sílice (RAS)
Es el tipo de reactividad más estudiado, puesto que se presenta en numerosas ocasiones, cuando concurren una serie de factores. Involucra una reacción entre los iones OH asociados con los álcalis del cemento (Na2O, K2O) u otras fuentes y cierto tipo de sílice que puede estar presente en los constituyentes de los agregados.
El fenómeno fue originalmente discutido por Stanton en 1940, cuando describió los daños presentados en concretos empleados en pavimentos en USA.
4.2.1 Agregados
No todos los agregados silíceos son reactivos. En general, se considera que son peligrosos aquellos que contienen sílice amorfa (vidrios y ópalo), sílice cristalina inestable amorfa (cristobalita y tridimita)formas de sílice pobremente cristalizadas (andesita y riolita)y rocas que contienen cuarzo microcristalino (cuarcita y grauvaca). Según el ACI (Ref.4-1), citando al comité de investigaciones en Transporte, los constituyentes de agregados que son reconocidos como reactivos se presentan en la tabla 4-1
Tabla 4-1
Constituyentes silíceos reactivos que pueden estar presentes en los agregados (según ACI)
Sustancia reactiva Composición química
Característica física
Ópalo SiO2.nH2O Amorfo
Calcedonia SiO2 De microcristalino a
criptocristalino; usualmente fibrosa Ciertas formas de cuarzo
SiO2
a.Microcristalino a criptocristalino b.Cristalino, pero intensamente fracturado, deformado y/o con inclusiones llenas
Cristobalita SiO2 Cristalina
Tridimita SiO2 Cristalina
Riolita, dacita, lactita o andesita, vidrio o productos
de devitrificación criptocristalinos Silícea, pequeñas proporciones de Al2o3, Fe2O22, tierras alcalinas y álcalis
Vidrio o material criptocristalino como la matriz de rocas volcánicas o fragmentos en tufas
Vidrios silíceos sintéticos
Sílícea , con proporciones menores de álcalis,
alúmina y/o otras sustancias
Vidrio
De otro lado, el ACI enumera como las más importantes rocas susceptibles de presentar reactividad álcali-agregado (rocas que contienen cantidades excesivas de una o más de las sustancias citadas en la tabla anterior), a las siguientes
Sherts opalinos Andesitas y tobas Sherts calcedónicos Shales silíceos Sherts cuarzosos Filitas
Calizas silíceas Inclusiones opalinas
Dolomitas silíceas Fracturadas, deformadas y con Riolitas y tobas inclusiones llenas de cuarzo y
Dacitas y tobas cuarcitas
Shomglin, Monteiro y Harvey (Ref. 4-4) mencionan los siguientes tipos de roca como reactivas:
Tabla 4-2
Rocas reactivas según el centro de investigación en pavimentos de California
Categoría 1 Minerales reactivos a los álcalis pobremente cristalinos o sílice metaestable, y vidrios volcánicos o artificiales (Reactividad álcali-sílice clásica)
Reactantes Ópalo, tridimita, cristobalita, vidrios volcánicos, vidrios artificiales, beekita.
Rocas Tipos de roca conteniendo ópalo, tales como shales, areniscas, rocas carbonatadas silificadas, algunos cherts, flints y diatomitas.
Rocas volcánicas vitrofiricas: Riolitas, dacitas, latitas, andesitas y sus tobas, perlitas, obsidianas; todas las variedades con rocas masivas vidriadas; algunos basaltos.
Categoría 2 Rocas alcalino-reactivas conteniendo cuarzo
Reactantes Calcedonia, cuarzo criptocristalino a microcristalino, cuarzo con cristal deformado, rico en inclusiones, intensamente fracturado o granulado; cuarzo pobremente cristalizado en el contorno de los granos; cuarzo cementado sobredesarrollado (en areniscas)
Rocas Cherts, flints, vetas cuarzosas, cuarcitas, areniscas cuarcíticas que contengan cuarzo microcristalino a criptocristalino y/o calcedonia. Rocas volcánicas tales como aquellas de la categoría , pero con masas criptocristalinas a microcristalinas desvitrificadas.
Rocas con silicatos micro granular a macro granular de origen variado conteniendo cuarzo de microcristalino a criptocristalino:
a. Rocas metamórficas: gneiss, esquistos mico-cuarzosos, cuarcitas, hornfelses, filitas, argilitas, slates
b. Rocas ígneas: granitos, granodioritas, charnokitas
c. Rocas sedimentarias: Areniscas, grauvacas, siltstones, shales, calizas silíceas, arkoses.
Rocas sedimentarias (areniscas) con cuarzo cementado epitáxico.
Como se aprecia, la principal diferencia entre los dos tipos de roca es la estructura cristalina o los constituyentes minerales.
Por otra parte, Mindness y Young (Ref 4-3) presenta como formas de sílice reactiva en rocas las mostradas en la tabla No. 4-3
Tabla 4-3
Formas de sílice reactiva en rocas que pueden participar en la reactividad álcali-agregado (Según Mindness)
Componente reactivo
Forma física
Tipo de rocas donde se halla
Ocurrencia Ópalo Amorfo Silíceas (opalinas),
areniscas, cherts, shales, flints
Amplia
Vidrio silíceo Amorfo Vidrios volcánicos (reolita, andesita, dacita) y tobas, vidrios
Regiones de origen volcánico, gravas de río originadas en áreas volcánicas, recipientes
sintéticos de vidrio Calcedonia Cuarzo
pobremente cristalizado
Calizas y areniscas silíceas, cherts y flints
Amplia
Tridimita, cristobalita
Cristalina Rocas opalinas, cerámicas cocidas
Poco común Cuarzo Cristalino Cuarcita, arenas,
areniscas, varias rocas ígneas y metamórficas
(v.g. esquistos)
Común, pero reactiva solamente microcristalina o
altamente deformada
De otro lado Davis (Ref. 4-5) citando a Hoberholster (Sudáfrica) enumera la siguiente lista:
Tabla No. 4-4
Rocas reactivas (Según Davis)
Clase de roca Tipo de roca Componente reactivo
Granitos Granodioritas Charnockitas
Mas de 30% de cuarzo deformado, caracterizado por extinción
ondulatoria Piedra Pómez, riolitas,
andesitas, dacitas, latitas, perlitas,obsidianas,tobas
volcánicas
Cristales volcánicos ricos en sílice, de ácidos a intermedios; cristal
desvitrificado, tridimita Ígnea
Basaltos Calcedonia, ópalo, palagonita Gneiss
Esquistos Cuarcitas
Más de 30% de cuarzo deformado, caracterizado por la extinción ondulatoria. Cuarzo deformado como el anterior, 5% o más de caliza Corneanas Filosilicatos, cuarzo deformado Metamórfica Filitas Argilitas Sedimentaria Areniscas Grauvacas Caliza Pedernal Diatomita Carbonatos Cuarzo deformado, 5% o más de caliza. Filisilicatos, cuarzo deformado, cuarzo criptocristalino,
ópalo. Dolomita, filosilicatos Otras
sustancias
Cristales sintéticos (Pirex) Gel de sílice
En Colombia existe presencia de algunos de los tipos de roca mencionados en la anterior tabla, según la enumeración de Montero (Ref. 4-6), así:
Ópalo: (uno de los considerados más potencialmente peligrosos: significativa presencia en fuentes de agregado grueso y fino de la costa Atlántica y alto Magdalena
Piedra pómez (Obsidiana): Parte sur de la cordillera central y occidental, especialmente Nariño
Andesitas: Cordillera central, desde Nariño al norte de Caldas y cordillera Occidental
Tobas volcánicas: Zona sur del país (Nariño)
Basaltos: En los mismos sectores de la Andesita, es decir cordilleras central y occidental, desde Nariño hasta norte de Caldas.
Gneiss y esquistos: Sierra Nevada de Santa Marta, Cordillera central (Sur de Antioquia), macizo Santandereano y estribaciones de la cordillera Oriental (entre Mocoa y Puerto Alegre).
Cuarcitas: A lo largo de la cordillera Central. En la occidental intercalaciones entre Dagua y Nare
Filitas: Prácticamente en las mismas zonas donde se presentan Gneiss y esquistos, es decir, cordillera central y sur del macizo antioqueño, macizo santandereano y estribaciones de la cordillera Oriental.
Areniscas, calizas y grauvacas (areniscas sucias): Cordillera Oriental Pedernales y Sherts: Sur de la cordillera central y aluviones del alto Magdalena, costa Atlántica y cordillera Oriental.
Diatomitas: En el sector de la laguna de la Herrera, en Mosquera (C/marca)
4.2.2 Cemento
En el proceso de producción del cemento, los álcalis aportados por materias primas empleadas (v.g. arcillas, pizarras, esquistos, micas y feldespatos), debido a su volatilidad, se incorporan a la corriente gaseosa dentro del alto horno. Con el fin de reducir consumo de energía, los procesos de producción por vía seca establecen un intercambio de calor, llevando gases calientes de última zona (zona de clinkerización) a la primera zona desecación o decarbonatación, ocasionando un aumento de álcalis, el cual podría ser controlado colocando trampas para álcalis, de costosa implementación.
En general, se recomienda que el contenido de álcalis en un cemento no supere el valor de 0.6% (contenido equivalente) en peso del cemento. No resulta muy práctico reducir el contenido de álcalis en el cemento y, como se mencionará mas adelante, la tendencia es a emplear adiciones para tratar de controlar el fenómeno.
Durante el proceso de clinkerización del cemento los álcalis se incorporan a la corriente gaseosa dentro del horno. El NaOH tiene tendencia a incorporarse principalmente a los aluminatos, mientras el KOH tiende a combinarse con el silicato bicálcico. Una serie de reacciones complejas incorporan esos hidróxidos al agua de hidratación, con velocidad variable. Este punto es muy importante: la velocidad de reacción condiciona el contenido de álcali realmente reactivo, una cosa es el contenido de álcalis totales determinado mediante análisis químico y otra el álcali soluble en el agua existente dentro del hormigón (Ref. 4-1).
En general, se acepta como límite del contenido de álcalis dentro del cemento el valor de 0.6%, expresado en términos de Na2O equivalente, y que está dado por la expresión:
Contenido de álcalis = (% Na2O) + 0.658 (% K2O)
Este valor ha probado ser efectivo en buena cantidad de casos, pero algunas investigaciones (Ref. 4-2) sobre mezclas hechas con cementos con contenidos equivalentes de Na2O menores de 0.4%, bajo ciertas circunstancias, han mostrado expansión.
4.2.3 Mecanismo del fenómeno:
Parece no existir claridad total sobre el mecanismo del fenómeno que ocurre durante la presentación de la reactividad, puesto que se han determinado resultados experimentales contradictorios en ocasiones. Según Diamond (citado por Ref 4-3) el fenómeno se da en cuatro pasos:
a. Depolimerización alcalina inicial y disolución de la sílice reactiva b. Formación de un gel de silicato alcalino hidratado
c. Atracción de agua por parte del gel
d. Formación de un fluido (suspensión diluida de partículas coloidales)
“El primer paso depende de la alcalinidad de la solución y no involucra en sí mismo a los iones metálicos alcalinos solubles, si bien ellos controlan la alcalinidad de la solución contenida en los poros del concreto. Como se muestras en la tabla No. 4-4, la alta alcalinidad del cemento puede incrementar la solubilidad de la sílice amorfa y también la tasa a la cual se disuelve. La sílice cristalina puede también ser afectada por el pH del medio circundante, pero menos dramáticamente. La porosidad inicial del agregado puede también determinar la tasa y extensión del paso inicial y puede tomar lugar en toda la partícula o inicialmente sólo en la superficie. Esta hidrólisis alcalina inicial abre la estructura y permite el fluido de poros, es cual es esencialmente hidróxido de sodio (o potasio), para hidrolizar posteriormente la fracción Sílícea y formar un gel álcali-sílice (o gel sólido) in situ”
.
“La reacción no necesariamente tiene lugar del exterior al interior, pero puede proceder a través de la partícula silícea reactiva, dependiendo de su estructura. No obstante, el gel tiene la habilidad de embeber considerable cantidad de agua, la cual es acompañada por una expansión volumétrica. Si esta expansión resulta suficiente, los esfuerzos resultantes pueden agrietar o debilitar al agregado y la pasta adyacente. El paso final toma lugar después de que la expansión crítica
ha ocurrido, con posterior ingestión de agua, volviendo el gel sólido dentro de un fluido que escapa a las grietas y vacíos adyacentes.. Puede tener lugar una reacción secundaria con hidróxido de calcio en la pasta de cemento, formando depósitos de un gel cálcico-sílico-alcalino en la periferia del agregado deteriorado”.
“Esta descripción de la reactividad álcali-agregado visualiza la localización de centros de expansión en los sitios de partículas de sílice reactiva. Si el número de partículas reactivas es relativamente pequeño, los iones metálicos alcalinos solubles pueden migrar de estos centros diseminados para formar el gel silico-alcalino y causar una fuerte y localizada expansión que deteriora la matriz.. Si existe un gran número de partículas reactivas, no existe suficiente cantidad de iones metálicos alcalinos para ocasionar la reacción completa de todas las partículas y entonces las expansiones se reducen. Esto explica la ocurrencia del “porcentaje pessimun” como se muestra en la Fig 4.1 El tamaño pequeño de partículas fomenta una reacción rápida, sin efectos dañinos. En esta caso la reacción se mueve rápidamente a través del paso d. Sin los grandes cambios de volumen que pudieron ocurrir en el paso c. Este mecanismo también explica la muy alta reactividad del ópalo y el vidrio de recipientes (pyrex). El ópalo de por sí proviene del paso a en la naturaleza, mientras que el vidrio de recipientes es un
silicato alcalino que procede de la hidrólisis alcalina del paso a directamente al paso c.”
Tabla 4-5
Efecto del pH sobre la hidrólisis de sílice amorfa en una pasta de cemento %De álcali cemento
Fig. No. 4.1 Expansión de barras de mortero a 12 meses con 1% de ópalo en arena
Valor promedio Desviación estándar
Ambiente pH
Solubilidad aproximada del SiO2 (ppm)
Agua neutra 7-8 100-150
Agua moderadamente alcalina 10
< 500
Saturada Ca(OH)2 12
90,000
Pasta de cemento levemente alcalina ~ 12.5
~ 500,000
Pasta de cemento altamente alcalina > 13
Infinito
De otro lado, Veronelli (Ref 4-7) plantea la hipótesis de presión de origen osmótico, según la cual en el material se formarías una membrana semipermeable a través de la cual se producirían intercambios iónicos y moleculares, que generarían una alta presión diferencial en la interfase pasta-agregado. Al producirse el gel de tobermorita, cuyo volumen es menor que los componentes originales, ocasionaría una contracción que da lugar a la formación de capilares intercomunicados, los cuales le confieren al hormigón su carácter poroso. Con presencia de sílice reactiva, en esa interfase se dará una reacción entre el hidróxido alcalino liberado y el dióxido de silicio, formando un silicato alcalino. Como también se libera hidróxido de calcio durante la hidratación, el contacto de éste con el silicato alcalino origina un gel de silicatos alcalino-cálcicos, que llenará los poros formados en el gel de tobermorita y rodeará las partículas de agregado, según se aprecia en la Fig. No. 4-2. Si las proporciones están dentro de ciertos límites, el gel actuará como membrana semi-permeable. Por intercambio iónico, se aumentará la proporción de hidróxido alcalino que, por reacción química, aumentará también la concentración de silicatos alcalinos en la solución acuosa del espacio intermedio entre agregado y membrana semi-permeable. Para que una membrana tenga propiedades semi-permeables e intercambiadoras de iones, los límites de variación de sus componentes son estrechos: si hay mucho dióxido de silicio rápidamente reactivo, la membrana será muy rica en
SiO2 y, por tanto, impermeable; si hay pocos álcalis, al existir alta concentración de Ca (OH)2 en la fase líquida, la membrana será altamente cálcica y bloqueará, por ser impermeable, los poros que rodean la matriz de la partícula. En consecuencia, no basta la presencia únicamente de agregado con sílice realmente reactiva y cemento que libere álcalis, sino que es necesario una proporción precisa entre estos elementos reactivos. “Debe destacarse la importancia de la tercera condición, contraria al concepto original sobre la reacción y que, desafortunadamente, aún perdura, respecto a que no existe un valor máximo de contenido de sustancias reaccionantes, sino un intervalo de ellas donde se presentará la reacción. Se ve en primera instancia que la limitación de un contenido de álcalis en el cemento, a pesar de ser buena en su filosofía, no es enteramente correcta. Sin embargo, a falta de investigaciones sobre el rango del contenido de sustancias peligrosas, debe aceptarse. Por otra parte, al ser tan limitado el intervalo, existe el peligro de alterar el equilibrio entre los tres factores mencionados.” (Ref 4-8)
4.2.4 Factores que afectan la reacción:
Entre los factores que identificó Stanton (Citado por Ref. 4-3) que controlaban la reactividad, se encuentran:
a. Naturaleza de la sílice reactiva b. Cantidad de sílice reactiva
c. Tamaño de partícula del material reactivo d. Cantidad de álcalis disponibles
e. Cantidad de humedad variable
A ellos habría que agregar, como se menciona más adelante, el uso de adiciones en la mezcla (tipo, cantidad, finura).
Agua Pasta de cemento Membrana Semipermeable Film de silicato de sodio/potasio Silicato de sodio Agua Membrana Semipermeable Agregado Reactivo Presión osmótica Fig. No. 4.2 Esquema del proceso osmótico
La cantidad de álcalis disponible es probablemente uno de los factores donde más puede actuarse. Como se mencionó, existe una concentración “pessimun” donde se dan las máximas expansiones, el problema es que no existe consenso sobre los valores límites de esa concentración. Incluso algunos estudios, como los realizados en Argentina por la “Comisión de estudios de la reactividad álcali-agregado” demostraron mayores expansiones con cemento de relativo bajo contenido de álcalis que con cementos de alto contenido. Sugieren que probablemente tenga influencia el estado de integración del álcali en el cemento, puesto que algunas muestras con contenido de álcalis en el cemento bastante próximo, mostraron diferentes valores de expansión.
Una manera indirecta de influir en el contenido de álcalis es disminuir el contenido de cemento. Puesto que no resulta técnica ni económicamente viable disminuir el contenido de álcalis en el proceso de producción del cemento, resulta aconsejable variar la proporción de cemento en la mezcla de concreto. Además, como ya fue mencionado, mas que la cantidad de NaO2 equivalente presente en el cemento, lo que importa es la cantidad total de álcalis liberados por unidad de volumen. Como es obvio, además de los beneficios económicos y probable disminución del peligro de presentación de la reactividad, se disminuye el calor de hidratación y la probabilidad de agrietamiento por retracción de secado, con los beneficios que esto conlleva. La influencia de la dosificación fue estudiada por S. Spring en Islandia (Citado por Ref 7), llegando a la gráfica mostrada en la Fig. 4-3. La línea continua indica el límite de máxima expansión detectada con el método de la barra de mortero (C 227) empleando como agregado vidrio borosilicato. El valor de 0.1 corresponde al límite sugerido por esa norma. La línea a trazos indica una relación similar, pero para agregado que contiene ópalo, que no presentaron expansión. Las curvas B y C limitan regiones en las cuales de observa deterioro del hormigón en condiciones normales: deterioro leve en la zona B y deterioro severo en la zona C.
3kg Na O- Equivalente/M3 de Hormigón D=1.0mm Deterioro leve Deterioro severo
Contenido álcalis del cemento
0 0.4 0.8 1.2 1.6 600 500 400 300 200 100 Dosificación de cemento Kg./m 3 de hormigón
4.2.5 Controles a la reactividad:
Según Mindness y Young (Ref 4-3), pueden empleados los siguientes factores para controlar la reactividad álcali-agregado:
a. Control del pH de la solución dentro de los poros b. Control de la concentración de álcalis
c. Control de la cantidad de sílice reactiva d. Control de la humedad
e. Alteración del gel álcali-sílice f.
En la actualidad el método más empleado para disminuir la reactividad es el empleo de altas dosis de adiciones en el cemento. Han sido empleadas con éxito tanto cenizas volantes como escoria de alto horno. Se ha sugerido como efecto benéfico de la adición el que esta reacciona con el hidróxido de calcio en la pasta y disminuye el pH de la solución en los poros. “No obstante, la sílice altamente reactiva que es característica de una puzolana finamente dividida puede consumir el álcali del cemento en una reacción álcali-puzolana rápida pero peligrosa, que procede con el paso d sin la reacción deletérea del paso c. Esta idea aún no ha sido definitivamente establecida” (Ref 4-3)
4.2.6 Diferencias de reactividad en el mortero y el hormigón:
Ha sido muy cuestionado el hecho de que la mayoría de los ensayos propuestos para tratar de establecer posibilidad de presentación de la reactividad álcali-agregado emplean probetas de mortero, en lugar del hormigón realmente presente en la obra, dejando de lado las diferencias en la dinámica de la reacción por presencia del agregado grueso y mayor contenido de cemento por unidad de volumen en el mortero que en el hormigón.
Con el fin de analizar el tema, investigadores de la Universidad de Sheffield examinaron la influencia de tres agregados reactivos tanto en barras de mortero como en prismas de hormigón. Emplearon cemento Pórtland tipo I con alto contenido de álcalis (1% de NaOH equivalente) con agregados opalinos, agregado sintético reactivo y sílice fundida amorfa. Las conclusiones más destacables fueron:
a. Con la misma cantidad de agregado reactivo (ópalo) la tasa de expansión y el valor final de expansión determinados sobre barras de mortero fueron mucho mayores que aquellos determinados sobre
prismas de hormigón conteniendo aproximadamente la misma cantidad de cemento y de álcalis. Por ejemplo, a 28 días y 3 meses la expansión del mortero fue casi el doble de la observada en hormigón.
b. Con aproximadamente la misma cantidad de cemento, tanto la tasa de expansión como el valor total de expansión dependen mucho de la cantidad, tipo y tamaño de partículas de los agregados empleados.
c. Cuando se usa sílice fundida como agregado reactivo, la expansión que ocurre en el hormigón parece ser más realista y de magnitudes similares a las halladas en la práctica.
d. En condiciones húmedas tanta la tasa de reacción como la expansión final ocurren más rápidamente cuanto mayor sea la temperatura ambiente. Luego, la expansión parece estabilizarse mucho más tempranamente.
e. Las condiciones ambientales más críticas para el hormigón parecen ser ambiente húmedo y temperaturas superiores a la ambiente (38-40°C). Cuando se usa sílice fundido como agregado reactivo, la expansión a la temperatura mencionada es del orden del 50% mayor que la registrada a 20°C. Cuando se emplea ópalo como agregado reactivo, la expansión a 40°C es aproximadamente el doble que a 20°C y del orden de cuatro (4) veces la presentada a 60°C.
f. Tanto el contenido de álcalis como de cemento en el hormigón influyen en la tasa de expansión y en el valor total de expansión. Para un tipo dado de cemento y una cantidad y tipo dados de agregados reactivo, la expansión final aumenta en la medida que aumenta el contenido de cemento, pero no proporcionalmente a ese contenido.
g. Para un cemento con alto contenido de álcalis (aproximadamente 1% de NaOH equivalente), un contenido de álcalis entre 3 y 4 kg/m3 parece representar la banda crítica de contenido alcalino, por encima o por debajo de la cual no existe un aumento o disminución drásticos de la expansión.
h. Los resultados indican que probablemente la alcalinidad total del hormigón no puede ser considerada como un criterio para determinar la reactividad en estructuras reales.
i. Pueden ocurrir expansiones que causen rotura, aún con contenidos de álcalis tan bajos como 2.5 kg/m3 cuando se emplea sílice amorfa como agregado reactivo a una temperatura de 38 grados.
j. Si se desea prevenir expansiones que causen rotura o agrietamiento del hormigón, deben ser evitadas temperaturas por encima de los 40
grados y la máxima concentración tolerable de álcalis debe ser del orden de 2 kg/m3 cuando se emplea agregado reactivo en forma de sílice fundido. Para este contenido de álcalis, un contenido de cemento del orden de 200 kg/m3 resulta un contenido alto si se emplea cemento con equivalente NaOH de 1%, o un contenido de 330 kg/m3 resulta alto si se emplea cemento con equivalente NaOH de 0.6%.
k. Cuando se presentan álcalis provenientes tanto del cemento como de fuentes externas, la tasa inicial de expansión parece depender principalmente de los álcalis disponibles en la solución en los poros del material y cualquier exceso de álcalis afecta solamente a la expansión final.
4.2.7 Influencia del agrietamiento previo en el hormigón:
Uno de los factores que ha demostrado ser más contribuyente en el avance de la reactividad es el estado de fisuración previa del hormigón. Investigadores franceses (Ref. 4-11), trabajando sobre probetas de 7x7x28 cms preparadas con agregados reactivos, examinaron el comportamiento del avance de la reactividad álcali-sílice en probetas con agrietamiento (aplicando 75% y 100% del esfuerzo de rotura) y sin él. El microagrietamiento y su comportamiento en el tiempo fue estimado mediante medición de la velocidad de pulso ultrasónico y observación por microscopía electrónica. Las probetas mostraron en el tiempo el siguiente comportamiento:
a) Durante el primer mes después de ocurrido el microagrietamiento la pendiente de la curva velocidad de ultrasonido .vs. tiempo transcurrido muestra una pendiente positiva, reflejando un relleno de las fisuras por el gel resultante de la reactividad. A mayor tasa de deformación, es más notorio este efecto.
b) Entre 1 y 6 meses, la pendiente de la curva muestra un cambio brusco, evidenciando un debilitamiento del material como consecuencia de un agrietamiento secundario. Este es debido probablemente a la acción mecánica del gel reactivado, que rellena microfisuras y actúa como una “cuña” en el fondo de la fisura. Se incrementa la expansión de las muestras.
c) Entre 6 y 10 meses la pendiente de la curva se torna nuevamente positiva, lo que evidencia una reducción de las discontinuidades, atribuida a la presencia de gel de reacción.
d) Después de 10 meses, la pendiente de la curva indica que empiezan a registrarse daños en los agregados del tamaño de gravas.
Las medidas de expansión mostraron que el microagrietamiento original tiene efecto en la aceleración del daño: el valor admitido por la norma P 18 587 (0.04% a 8 meses) es alcanzado a los 4 meses en las
muestras de control pero apenas a los 2 meses en las muestras microagrietadas. Después de 8 meses, las curvas tienden a estabilizarse, confirmando que la reactividad inicial ha desarrollado toda su expansión potencial.
En una segunda fase experimental, hecha con el fin de confirmar la hipótesis del ciclo alterno de agrietamiento y llenado de grietas por el gel, las muestras fueron sometidas nuevamente a microfisuración, mediante ensayos mecánicos. Las probetas mostraron mayores resistencias que las obtenidas originalmente, a pesar de la microfisuración. Los valores de expansión registrados en esta segunda fase, tomando como valor cero la expansión previamente registrada, no superaron el 0.009%, llevando a concluir que la expansión potencial se había alcanzado en la primera fase. Incluso, algunas muestras de esta segunda fase fueron sumergidas en agua, alcanzando a los 4 meses una expansión de 0.016%, confirmando así que la expansión potencial se había agotado
4.2.8 Pruebas de laboratorio para identificar la reactividad
a. Examen petrográfico: Está regido por la norma ASTM C-295. Las rocas y minerales reactivos más frecuentemente encontrados en años recientes parecen mostrar unas concentraciones “pessimun” más grandes y son difíciles de reconocer en un examen petrográfico. Cuarzo altamente deformado aparece en forma característica en rocas cuarzosas reactivas, las micas de grano relativamente grueso también han sido identificadas como constituyentes reactivos, como también las micas de grano fino en las argilitas. En general, el concepto de contenido “pessimun” es difícil de aplicar en la práctica, puesto que la composición mineral de los agregados no puede ser monitoreada en forma práctica y económica y también porque los efectos de tamaño de partícula y concentración de álcalis no pueden ser olvidados como parámetros gobernantes. b. Método de la barra de mortero. Está regido por la norma ASTM C-227. Durante mucho tiempo fue el método más empleado para intentar establecer la potencialidad de reactividad de los álcalis del cemento y la sílice reactiva del agregado. En cierta medida ha cabido en desuso por el empleo del denominado “método rápido” (ASTM C-1260), debido a que en el primer método es necesario esperar hasta seis meses, para tener un valor de referencia, mientras que en el segundo método los resultados están disponibles en poco más de dos semanas. Un resumen del mismo se presenta en el anexo::::: Consiste básicamente en confeccionar prismas de mortero, con agregado llevado a una granulometría preestablecida y dosificación precisa de materiales componentes, de dimensiones 2.5x2.5x28 cms (long. entre tornillos terminales 25 cms). Al cabo de 24 horas se desmoldan las barras, se mide su longitud original y se almacenan en ambiente de humedad de
saturación, tomándose lecturas de su longitud hasta una edad de seis (6) meses. La norma recomienda considerar como reactivas las combinaciones de cemento y agregado cuya expansión a los 6 meses supere el 0.1%.En especial, debe cuidarse en este método que no se presente pérdida de humedad de las probetas. Cierto tipo de rocas silíceas metamórficas no desarrollarán reacciones expansivas a la temperatura de ensayo de 38ºC y serán necesarias mayores temperaturas o edades superiores al año, para evidenciar reactividad. Este alargamiento del tiempo de ensayo puede resultar útil cuando son empleados también criterios petrográficos. El ensayo parece que no es apropiado para cierto tipo de rocas, como lo menciona el apéndice XI de la norma ASTM C-1293 (“Agregados para concreto por determinación del cambio de longitud del concreto debido a reacción álcali-sílice”) cuando anota: “La reactividad potencial de varias variedades de cuarzo puede no ser determinada acertadamente por el método de prueba C-227puesto que el método puede producir un resultado negativo falso. Este resultado negativo falso es posible con un número de agregados tales como grauvacas argiláceas de expansión tardía, cuarzo deformado o cuarzo microcristalino asociado con cuarzo deformado. También son posibles falsos resultados negativos debido a las condiciones de almacenamiento, niveles de agregado reactivo menores o mayores de la concentración “pessimun” o álcalis insuficientes para acelerar la prueba”.
d. Método rápido de la barra de mortero ASTM C-1260 (Reactividad potencial alcalina de los agregados- Método de la barra de mortero). Su principal diferencia con el anterior (y también su principal ventaja) es que se asume acelera los procesos de reactividad al sumergir las probetas en una solución de NaOH 1N y temperatura de almacenamiento 78-82 ºC durante aproximadamente dos semanas, con lo cual se tiene resultados a las dos y media semanas aproximadamente. El procedimiento resumido se muestra en el anexo ::::::.Básicamente, consiste en elaborar prismas de mortero, con dosificación predeterminada (relación a. fino/cemento: 2.25 y agua/cemento:0.47) desmoldando al cabo de 24 horas, midiendo su longitud original e introduciendo las barras durante 14 días en una solución de agua e hidróxido de Sodio al 1N, a una temperatura de 80°C, tomando lecturas de longitud periódicamente. La norma recomienda considerar reactiva la combinación cuando la expansión al cabo de los 14 días de inmersión supere el 0.1%. También la ya citada norma ASTM C-1293 previene sobre la obtención de falsos resultados con este ensayo, cuando menciona: “La reactividad potencial de varios tipos de cuarzo puede no ser acertadamente determinada por el método de prueba C-1260 puesto que este método puede producir un resultado positivo falso con un número de agregados marginales reactivos. También puede dar un falso resultado negativo con agregados sospechosos de contener cuarzo deformado deletéreo”.
e. Determinación del cambio de longitud en prismas de concreto (ASTM C-1293 “Método de prueba para agregados de concreto por determinación del cambio de longitud de concreto debido a reacción álcali-sílice). El método intenta evaluar el comportamiento de agregados en un ambiente alcalino, valorando el potencial de expansión causado por reactividad álcali-agregado, tanto de agregado grueso como fino, bajo un ambiente estandarizado en condiciones de laboratorio, “ .. las cuales pueden probablemente diferir de las condiciones de campo. Entonces, el actual comportamiento en el campo no puede ser duplicado, debido a diferencias en humedecimiento y secado, temperatura, otros factores, o combinaciones de éstos”
f. Fluoroluminiscencia de luz ultravioleta de onda corta y tratamientos con uranil-acetato han sido introducidas como métodos para suplementar las pruebas ópticas antiguas para reconocer la reactividad. Difracción de rayos X (XRD), escanografía por microscopía electrónica (SEM), análisis de energía de dispersión de rayos X (EDXA), microanálisis de prueba por electrones ((EPMA), espectroscopia infrarroja (IR), análisis de imágenes y otros métodos, son ahora usados (Ref. 4-11)
“Núcleos de la estructura afectada pueden ser almacenados en altas humedades en una temperatura controlada o sumergidos en una solución alcalina de NaCl. Mediciones del cambio de longitud pueden indicar la cantidad de reactividad expansiva que aún presenta el material pero, como los núcleos no están restringidos en su expansión, las mediciones pueden no reflejar la expansión del concreto en la estructura”.
g. El Laboratorio Central de Puentes y Calzadas y el Ministerio del Transporte en Francia (Ref. 4-13) proponen varios métodos para establecer la posibilidad de presentación de la reactividad, que se pueden resumir así:
La norma P 18-585 “Ensayo sobre mortero”, aplicable únicamente para arenas naturales, consiste en hacer probetas de mortero de dimensiones 2.5x2.5x28 cms., conservarlas en atmósfera saturada y temperatura 30°C durante 6 meses, determinando periódicamente su longitud. Se considera que no existe reactividad cuando la expansión determinada a seis (6) meses es inferior al 0.1%.
La norma P18-587 “Ensayo sobre hormigón”, se aplica a agregados que contienen más de 50% de sílex o 3% de ópalo, consiste en hacer probetas de hormigón de dimensiones 7x7x28 cms, conservarlas en atmósfera saturada y temperatura de 38 °C durante ocho (8) meses. Se considera que no hay reactividad cuando la expansión es inferior al 0.04%.
La Norma P 15-588 “Ensayos sobre morteros MICROBAR”, se aplica a agregados que pueden ser clasificados como NR (no reactivos), PR (Potencialmente reactivos) y PRP (Potencialmente reactivos a efectos de Pessimun). Es un ensayo muy rápido (3 días) y consiste en hacer probetas de mortero de dimensiones 1x1x4 cms., sometidas inicialmente a un curado con vapor de agua y luego curado en medio alcalino en un autoclave, con tres relaciones cemento/agregado: 2,5 y 10. Se considera que no hay reactividad cuando la expansión en cada una de las relaciones consideradas es inferior al 0.11%.
La Norma P 15-590 Ensayo acelerado en autoclave sobre morteros es también un ensayo muy rápido (3 días) y consiste en hacer probetas de mortero de dimensiones 4x4x16 cms. , que luego son curadas en autoclave. Se considera que no hay reactividad cuando la expansión promedio de tres (3) probetas es inferior al 0.15%.
Un ensayo similar al de la norma P 18-587 se ha propuesto para hormigones de obras expuestas a riesgos de reactividad. Básicamente consiste en hacer probetas de hormigón de dimensiones 7x7x28 cms, conservarlas durante 24 horas en ambiente de temperatura 20 +/-2 °C y H.R. no inferior al 90%, desmoldarlas y sumergirlas en agua durante 30 minutos, determinar su longitud y masa originales y colocarlas en un recipiente que contiene agua hasta una altura de 35 +/- 5 mms., el cual a su vez se halla colocado sobre un reactor que genera vapor de agua a 60°C.
4.2.9 Efecto del empleo de escoria
El empleo de escoria ha sido reconocido como uno de los sistemas efectivos para disminuir la expansión ocasionada por la RAS. No obstante no existe consenso sobre la cantidad necesaria para reducir el riesgo de expansión a niveles aceptables. Se reconoce ampliamente que el uso de subproductos tales como cenizas volantes y escorias es una medida efectiva para reducir la expansión, pero también lo es el hecho de ser necesarios altos niveles de reemplazo del cemento por estos subproductos. Varios países permiten el uso de estas sustancias, si bien no especifican cual de ellas emplear; algunas especifican el nivel mínimo de reemplazo y otras requieren que los álcalis en estas sustancias sean limitados o tenidos en cuanta en el cálculo del contenido total de álcalis.
Con el fin de establecer la influencia de la naturaleza del agregado y el nivel de álcalis en el concreto sobre los efectos de la escoria en el control de la expansión por RAS, Innis y Thomas (Ref 4-2) llevaron a cabo una investigación. Usaron agregados de seis fuentes diferentes, concreto con relación A/C entre 0.42-0.45 y contenido de cemento de 420 kg/m3, haciendo prismas de concreto de 75x74x250mms. Las mezclas se fabricaron agregando un contenido adicional de NaOH en el agua de mezcla, hasta obtener un contenido total de álcalis
(incluyendo el del cemento) de 1.25% de NaO2 por masa del cemento. El curado consistió en 24 horas en moldes en ambiente húmedo y luego en recipientes plásticos con agua a 38 ºC. También se hicieron barras de mortero, empleando las mismas combinaciones escoria-agregado de los prismas, relación escoria-agregado:cemento de 2.25 y agua:cemento de 0.5; después de 24 horas en moldes fueron colocados en un recipiente con agua a temperatura ambiente y luego llevada esa a agua a 80 ºC por otro día. Las muestras fueron removidas, medidas sus longitudes y luego sumergidas en una solución 1 M de hidróxido de sodio [Na(OH)], permaneciendo durante 28 días en la solución, midiendo periódicamente su expansión.
Las curvas de expansión .vs. edad para cada tipo de agregado en los prismas de concreto muestran que para todos los agregados reactivos, la adición de escoria produce unas disminución en la tasa y valor último de la expansión, incrementándose el efecto con el incremento en la cantidad de escoria usada, como se aprecia en la Fig. 4-4
Expansión (%)
Edad (meses)
Fig. 4.4 Efecto del contenido de escoria en Reactividad ASR
Se evidencia el efecto del tipo de agregado en la expansión. De los cinco agregados trabajados, tres eran vulnerables a la reacción álcali-sílice [caliza Sílícea (Spratt) grauvaca/argilita(Sudbury), arenisca (Postdam) y granito], uno a la reactividad álcali-carbonato [Caliza dolomítica argilácea (Pittsburg)] y uno no reactivo [Dolomita (Nelson)]. La cantidad mínima de escoria requerida para limitar la expansión por debajo del 0.04% a dos años (valor de referencia) varía entre 35% y 50%; como también la poca efectividad de la escoria en prevenir la reactividad álcali- carbonato, aún con altos niveles de escoria.
De otro lado, se determinó que no existe una correlación estricta entre los resultados de expansión del mortero por el método rápido de la barra de mortero (ASTM C-1260) y del concreto por expansión de prismas (ASTM C-1293), a dos años,. Es más, el método de la barra de mortero parece ser menos confiable a mayores edades y no fue idóneo para detectar la reactividad álcali-carbonato conteniendo caliza dolomítica. No obstante, los citados autores concluyen que “El comportamiento del concreto en la prueba a largo plazo del prisma de concreto puede ser predicho por la expansión a 14 días del método acelerado de la barra de mortero. Este método acelerado puede ser susceptible de ser usado como una prueba rápida del comportamiento para determinar el mínimo nivel de escoria requerido para suprimir la reactividad dañina con un agregado particular”.
4.2.10 Empleo de microsílica:
El humo de sílice (silica fume) o microsílica, que es un subproducto de las industrias del ferrosilicio, ha demostrado ser muy efectivo en el control de la presentación de la reactividad. Ensayos realizados por Hooton (Ref. 9) sobre barras de mortero empleando como agregado vidrio Pyrex (uno de los materiales más reactivos) mostraron que bastaba un 10% de microsílica como adición, para reducir a valores despreciables las expansiones. Otros ensayos, realizados por Oberholster y Davis en Sudáfrica permitieron concluir que la adición de un 5% de micro sílice era suficiente para mantener la expansión de barras de mortero por debajo del 0.05%. El ACI (Ref. 4-10) concluye que: “En resumen, el huso de humo de sílice en contenido suficiente y apropiadamente disperso dentro del concreto probablemente será efectivo en disminuir los efectos deletéreos de la reactividad álcali-agregado. No obstante, se recomienda que cada fuente de microsílica sea probada con un agregado reactivo en particular, antes de ser usada”.
4.2.11 Correlación entre examen petrográfico y método de la barra de mortero:
Con el fin de establecer el grado de correlación entre el examen petrográfico y ensayos de expansión acelerada de barras de mortero,
Wigum y Lindgard (Ref 4-13) realizaron una comparación, labor de la cual concluyeron:
a. En general, hay aumento de expansión en barras con el aumento del contenido de roca reactiva en los agregados. Existe una correlación lineal entre ambas variables, pero se presenta una relativa baja correlación. La mejor correlación obtenida (R=0.83) se obtuvo con agregados que contenían = 20% de roca reactiva. Se considera que los agregados, en ensayos realizados sobre probetas de mortero de 40x40x160 mms y lecturas tomadas a 14 días de inmersión en solución de NaOH, presentan un nivel de potencialidad de reactividad según la siguiente clasificación
= =.1% se consideran inocuos
0.10%-0.25% potencialmente reactivos con expansión lenta = 0.25% potencialmente reactivos con expansión rápida
Las investigación mostró que el valor de 20% de máximo contenido de roca reactiva no es definitivo para considerar un agregado como inocuo
b. El ensayo de la barra de mortero presenta algunas desventajas, pues al ser demasiado severo con algunos agregados que han tenido buen comportamiento en la realidad.
c. Con un aumento en el contenido de roca reactiva en el agregado, por encima del 25% los resultados de la prueba de la barra de mortero incrementan rápidamente. Una cantidad “marginal” del 40% produce un límite superior de la expansión (0.20-0.30%), pero un contenido mayor de roca reactiva no produce expansión adicional d.No se encontraron diferencias significativas de expansión entre diferentes rocas reactivas.
4.2.12 Experiencia en la Universidad Nacional:
Durante el período 1988-1989 se llevaron a cabo varios ensayos de reactividad álcali agregado, empleando el sistema en uso en la época, el propuesto por la norma ASTM C-227 “Método de la barra de mortero” (6 meses) en el Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia. El resumen de los mismos se muestra en la tabla No 4-6
RESULTADOS DE ENSAYOS DE REACTIVIDAD ALCALI-AGREGADO (ASTM C-227)
(PERIODO 88-89)
Mayo/88 Mayo/88
Octubre/89
Cemento P.D.R Samper I P.D.R. Samper I P.D.R Samper I Relación A/C 0.587 0.587 0.518 0.550 0.706 0.70 Flujo (%) - - 107.5 106.5 105 112 Porcentaje de expansión (%) x 10 ** -3 3 días 7.5 3 - - -7 días 8 4 - - -14 días 19 8 10 10 33 29 28 días 14 12 15 14 31 24 2 meses 11 17 19 17 33 29 3 meses 10 20 19 18 39 34 4 meses 11 14 19 18 36 30 5 meses 10 19.5 21 20 29 30 6 meses 10 22 19 21 26 23
N.B. Ensayos realizados en el Laboratorio de Ensayo de Materiales, Instituto de Ensayos e Investigación de la Universidad Nacional de Colombia.
En un informe elaborado para la forma Norberto Odebretch (Ref 4-12) sobre experiencias locales en la posibilidad de presentación de la reactividad álcali-agregado, el autor concluyó:
1. “ La información histórica existente en nuestro medio sobre resultados de ensayos o investigaciones sobre reactividad álcali-agregado, es relativamente escasa. En la ciudad de Bogotá durante mucho tiempo sólo el Laboratorio de Ensayo de Materiales del Instituto de Ensayos e Investigación de la Universidad Nacional tenía establecido como ensayo regular el “Método de la barra de mortero de la norma ASTM C-227’. No obstante, tanto de la información recopilada como de la recordada por el autor de este informe, que ha tenido a su cargo la realización entre otros de este tipo de ensayos en el mencionado Laboratorio durante los últimos doce años, no se han registrado valores que sobrepasen el 0.1% de expansión a seis (6) meses. En el caso de hormigones para la sabana de Bogotá, en su mayoría eran provenientes de las canteras de la zona del río Tunjuelo, durante años la única fuente de agregado disponible para hormigones en la ciudad.
2. Del análisis de los datos de ensayo de expansión en barras de mortero de los años 88-89 para cemento Paz del Río (P.D.R.) y Samper tipo I se puede concluir que ninguno de los seis (6) ensayos superó el 0.04% de expansión, valor que está muy por debajo del 0.1% sugerido por la norma ASTM C-227 para considerar reactivas las combinaciones estudiadas. De hecho, los ensayos hechos sobre cemento Samper arrojaron máximos de apenas 0.034%.
3. Un estudio adelantado por el autor de este informe sobre reactividad álcali-agregado en el año 1982, realizó ensayos sobre combinaciones de siete (7) cementos y agregado fino procedente de trituración de rocas de la zona del Tunjuelo, concluyó que para 90 días solo dos de los cementos mostraba expansiones superiores a 0.05%, pero que para 300 días, ninguno de los cuatro (4) cuyo ensayo se llevó hasta esa edad mostraba expansiones superiores al 0.1%.
4. La información con que cuenta el autor de este informe, que cree poseer una información relativamente cercana a la realidad sobre el tema del comportamiento de hormigones en la ciudad de Bogotá, en razón de las funciones desarrolladas dentro del Laboratorio de Ensayo de Materiales, no permite pensar que se hayan presentado comportamientos anormales de los hormigones hechos con los materiales usuales en la ciudad, que puedan ser imputables a la presentación de fenómenos de reactividad álcali-agregado.
5. Se considera que si en la elaboración de los hormigones de las obras del proyecto salitre se emplean agregados provenientes de las canteras del río Tunjuelo y cementos cuyo contenido de álcalis no sea alto (ojalá inferiores al 0.6% como NaOH equivalente, existe una baja probabilidad de que se presente el fenómeno de reactividad álcali-agregado.”
