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TÓPICO 3 – (Caracterización de materiales)

RAS. ANTECEDENTES PARA NORMALIZAR UN METODO

ACELERADO DE PRISMAS DE HORMIGON A 60ºC. Batic, Oscar1,a y Falcone Darío2,b

1 Laboratorio de Entrenamiento Multidisciplinario para la Investigación Tecnológica.

Comisión de Investigaciones Científicas - Calle 52 y 121,(1900), La Plata – Argentina. Investigador Principal CIC-LEMIT- Profesor Universidad Nacional de La Plata.

2 Laboratorio de Entrenamiento Multidisciplinario para la Investigación Tecnológica. Comisión de Investigaciones Científicas - Calle 52 y 121,(1900), La Plata – Argentina.

Profesional Adjunto CIC-LEMIT- Docente Universidad Nacional de La Plata a [email protected], b [email protected]

Palabras-clave: Patología, reacción álcali sílice, agregados de reacción lenta, fisuras, ensayo acelerado a 60ºC.

Resumen.

Para obtener una buena durabilidad de las obras es necesario conocer el posible comportamiento de los componentes del hormigón, en particular el de los agregados, previo al uso a fin de determinar posibles reacciones destructivas, si ello resulta posible se deberán tomar precauciones a fin de atenuar o evitarlas, en caso contrario se reduce la vida útil de la estructura. Un caso particular lo constituyen los agregados reactivos frente a los álcalis. Existen métodos que permiten anticipar el comportamiento en obra con distinto grado de seguridad. Se aconseja comprobar los resultados mediante ensayos que demandan 1 o 2 años de estudio. Este plazo a veces no puede ser aplicado en obras próximas a iniciarse, es por esta razón que se sugiere normalizar un método de prismas de hormigón estacionados a 60ºC con una duración de aproximadamente 3 meses. Si bien es cierto que se disponen de antecedentes en laboratorio de más de 10 años, varios han sido publicados, se considera necesario ampliar la experiencia, siguiendo un esquema normalizado a fin de que los resultados obtenidos por diferentes grupos de estudio sean comparables. En esta oportunidad se muestra un estudio de agregados graníticos potencialmente reactivos caracterizados como de reacción lenta utilizando un método acelerado de prismas de hormigón a 60ºC. El objetivo es aportar resultados confiables con el fin de normalizar este método de ensayo en Argentina.


Introducción Las estructuras de hormigón que durante la vida en servicio estarán en contacto con humedad elevada permanente o periódicamente, son propensas a sufrir patologías que disminuyen la vida útil y a veces demandan reparaciones no contempladas en el proyecto. Una de ellas es la reacción álcali sílice (RAS); se trata de una reacción que provoca aumento de volumen, en consecuencia tensiones internas y fisuras que pueden llegar a la destrucción parcial y aún total de las estructuras. Esta reacción deletérea se debe a la presencia de agregados que contienen minerales potencialmente reactivos, se trata de sílice que puede ser amorfa (ópalo, vidrio volcánico) o microcristalina (cuarzo tensionado y/o deformado); además debe existir un contenido mínimo de álcalis en la solución de poros del hormigón, aportados principalmente por el cemento portland. Cuando las estructuras de hormigón estarán en contacto con humedad, para evitar que se produzca esa patología, los posibles agregados que se usarán en la elaboración del hormigón deben ser estudiados por distintos métodos de ensayos normalizados y los resultados deben ser caracterizados por las especificaciones disponibles. Existen principalmente tres tipos de ensayos según las normativas, los que estudian al agregado en estado natural, petrográfico (IRAM 1649 o ASTM C 295), los que lo estudian utilizando mortero método acelerado de la barra de mortero (IRAM 1674 o ASTM C 1260) y los que lo hacen a través del hormigón, método del prisma de hormigón (IRAM 1700 o ASTM C 1293). El grado de confianza de los estudios y el tiempo que demandan para la ejecución es distinto teniendo mayores expectativas sobre los que involucran mayores variables (cemento, agregados finos, agregados gruesos) y demandan más tiempo (1 a 2 años) en función de la mineralogía de los agregados. La secuencia que se aconseja es realizar un estudio petrográfico de los agregados, en función de los resultados obtenidos realizar ensayos sobre morteros (cemento y agregado fino o grueso triturado) y por último para confirmar se debe estudiar el hormigón (cemento, agregado fino y agregado grueso). Dado que el ensayo de mayor confianza, que prevalece sobre el resto de los ensayos, es el método de prismas de hormigón, demanda por lo menos 1 año, considerado extenso, surge la necesidad de normalizar un método en Argentina que disminuya el tiempo de evaluación. La idea general consiste en elaborar prismas de hormigón siguiendo la metodología descripta en la norma IRAM 1700 y elevar la temperatura de estacionamiento de 38 a 60ºC. En esta oportunidad se dan a conocer estudios realizados con mezclas de hormigón utilizando agregados potencialmente reactivos de origen granítico comparando con los resultados obtenidos a 1 año curados a 38ºC y los de 15 y 20 semanas curados a 60ºC.


Materiales utilizados Para hacer los estudios se utilizaron agregados de origen granítico procedentes de Tandil y Azul (Provincia de Bs. AS.), que según experiencias anteriores [1] deben ser considerados de reacción lenta pues en obra sus efectos deletéreos aparecen luego de varios años. El estudio petrográfico de ellos muestra que contienen estructura de cuarzo que puede ocasionar reacción lenta. El cemento es del tipo normal CPN 40, con un contenido de álcalis equivalente de 0.98% que cumple lo requerido por la Norma IRAM 1700. Además se usó una arena natural silícea con MF aproximadamente 2.7 que cumple con la condición de poseer una expansión menor a 0.1% ensayado con el método acelerado de la barra de mortero (IRAM 1674 o ASTM C1260) además se la usa habitualmente en nuestro laboratorio. La muestra de agregado procedente de Azul, identificada como A-1 se la clasifica como roca granítica milonitizada (100%) con un AEO de aproximadamente 18.4º y un tamaño de de grano entre 0.05 y 0.8 mm. Las rocas procedentes de Tandil, (T-1 y T-3) identificada como migmatita granítica cataclastizada (100%), con un AEO de 13.7º. Las muestras T-2 y T-4 se identifican como una mezcla de migmatita granítica (99%) y anfibolita y metacuarcitas (1%) con un AEO de 12.8º y 12.5º respectivamente. La muestra T-5 está compuesta por una migmatita granítica cataclastizada (77%) con una AEO de aproximadamente 12º y anfiboliota (23%). El tamaño de grano de las rocas procedente de Tandil varían entre 0.5 y 0.7 mm. [2-4] Metodología de ensayo El hormigón para elaborar los prismas de ensayo se siguió la metodología propuesta por la Norma IRAM 1700 [5]; básicamente consiste en:

- Utilizar una razón a/c entre 0.42 a 0.45 para obtener un asentamiento aproximadamente de 8 cm

- El contenido unitario de cemento debe ser 420 Kg/m3

- El contenido de álcalis en la mezcla debe ser de 5.25 Kg/m3, por lo tanto, al contenido de álcalis del cemento, se lo debe incrementar adicionando NaOH.

- La razón arena/grueso debe ser 40/60, en peso - El agregado grueso está compuesto por tres fracciones iguales

según los tamices IRAM 19 mm, IRAM 12.5 mm, IRAM 9.5 mm e IRAM 4.75 mm.

A fin de obtener mayor homogeneidad en la composición de los prismas

de hormigón se realizaron pastones de volumen necesario para moldear simultáneamente 6 prismas de 75 x 75 x 300 mm. Los prismas se curaron 24 hs en cámara húmeda, se desmoldaron, se envolvieron con una tela y luego con un film de polietileno y se colocan en bolsas de nylon cerrada herméticamente. De los prismas obtenidos, a tres de ellos se le realiza la lectura inicial y se colocan en la cámara de


estacionamiento a 60 ºC [6-7], los otros tres se realiza una lectura de referencia y se dejan a 20±2 ºC para luego a las 24 hs realizar la lectura inicial y colocarlos a 38 ºC. Las lecturas periódicas se hicieron, con el método de prismas de hormigón a 60 ºC, a 5, 8, 10, 12, 15, 20 semanas y según el método a 38 ºC las lecturas a 1, 2, 4, 8, 13, 18, 26, 39, 45 y 52 semanas. Es frecuente ampliar los períodos de estudios prolongando los tiempos establecidos en norma, para obtener mayor información. Análisis de resultados Los resultados de expansión a 1 año de los prismas de hormigón curados a 38 ºC y a 15 semanas curados a 60 ºC se muestran en las Fig. 1 a 6. La norma IRAM 1700 establece un límite para considerar un agregado como potencialmente reactivo de 0.04% a la edad de 1 año. Para evaluar los resultados a 60 ºC, método acelerado, se propone de acuerdo a experiencias anteriores, el límite de 0.03% a 15 semanas [8-9].

Figura 1. Variación de la expansión de prismas de hormigón.



Como se puede observar en las Fig. 1 a 6, utilizando el método de prismas de hormigón, norma IRAM 1700, ninguna de las mezclas de hormigón supera el límite de 0.04% al año lo que está indicando que los agregados deben ser considerados como no reactivos. Sin embargo obras realizadas utilizando agregados de esta procedencia muestran evidencias de RAS [10] que comienzan a producirse luego de 10 a 12 años. En las Fig. 7 y 8 se observan deterioros causados en pavimentos que contienen agregados de esta procedencia. Esta situación es coherente con los resultados obtenidos en el estudio petrográfico – mineralógico pues se determino que poseen cuarzo tensionado y/o deformado en cantidad y tamaño de cristales que deben ser clasificados como de reacción lenta. Según experiencia anteriores [11], se aconseja que cuando se estudian agregados con esta mineralogía debe ampliarse el período de estudio a 2 años o bien modificar el límite de aceptación. En este sentido cobra importancia el método acelerado del prisma de hormigón pues al término de 15 semanas de estudio o menos se obtienen resultados confiables para poder evaluar la potencial reactividad de los agregados en menor tiempo. Los resultados aplicando el estacionamiento a 60ºC, muestran en las Fig. 1 a Fig. 6, que el límite de 0.03 % es alcanzado por todas las mezcla a las 8 semanas.


Figura 7. Fisuras características de la RAS Figura 8. Deterioro en juntas Conclusiones

El estudio se realizó con el fin de aportar nuevas experiencias que permitan normalizar en Argentina un método acelerado de prismas de hormigón que demande menor tiempo para identificar a los agregados reactivos, en esta oportunidad, con agregados de reacción lenta.

Las principales conclusiones son:

1. El método IRAM 1700 (ASTM C1293) no cataloga como reactivos algunos agregados de reacción lenta a la edad especificada de 1 año que en obra han provocado deterioros importantes al cabo de 10 a 12 años. Se sugiere prolongar el período de estudio, por lo menos, hasta los 2 años o bajar el límite de la expansión para los agregados con mineralogía que producen reacción lenta.

2. El método acelerado de prismas de hormigón a 60 ºC, aplicado a agregados de reacción lenta parece identificarlos adecuadamente antes de las 15 semanas por lo que se propone como limite adecuado de aceptación una expansión máxima de 0.03%.


3. En base a los resultados mostrados en este y otros trabajos anteriores

se sugiere normalizar el método de prismas de hormigón estacionados a 60 ºC en las condiciones mostradas en este estudio. Esta operativa facilitaría la ejecución y resultaría, según los autores, conveniente para la comparación de resultados aportados en otras investigaciones.

Los resultados de los estudios que se muestran en esta oportunidad tienen validez para el conjunto de materiales utilizados.

Referencias

[1] O. R. Batic, J. D. Sota y D. D: Falcone: RAS: Contribución para identificar agregados reactivos, en particular los de reacción lenta (Ciencia y Tecnología del Hormigón Nº12, 2005) [2] O. R. Batic, J. D. Sota, C. A. Milanesi, R. Pavlicevic, C. R. Cortelezzi: Estudio de rocas graníticas de la Pcia. de Bs. As. desde el punto de vista de la reactividad con los álcalis del hormigón. (Revista HORMIGON Nº 33, 1999, p11)

[3] O. R. Batic, R. C. Cortelezzi, R. Pavlicevic y J. D. Sota: Influencia de los minerales tensionados en los agregados para el hormigón frente a la reacción álcali-sílice; III Congreso Nacional de Geología Económica, Olavarría, Tomo III, (1988). [4] P. E. Grattan-Bellew: Microcrystalline quartz, undulatory extinction and the alkali-silica reaction; 9th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, London, (1992), p 383

[5] Norma IRAM 1700: Agregados. Determinación del cambio de longitud de prismas de hormigón, debido a la reacción álcali-agregado, (1997). [6] RILEM Recommended Test Method: AAR-4. Detection of potential alkali-rectivity -60 ºC accelerated method for testing aggregate combinations using concrete prisms. [7] M. D. Grosbois, E. Fontaine: Performance of the accelerated concrete prism test for the evaluation of potencial alkali – reactivity of concrete. 11th ICAAR. Quebec (2000), p 277

[8] O. R. Batic, D. D. Falcone, C.A. Milanesi, D. Violini: Evaluación de la reactividad de los agregados: Avances en la aplicación de un método acelerado del prisma de hormigón. (Revista Hormigón Nº 47, 2010, en prensa)

[9] D. D. Falcone, J. D. Sota y O. R. Batic: Discusión sobre métodos para evaluar agregados reactivos” , Memoria III Congreso Internacioanl, 17 Reunión Técnica J. F. Colina, AATH y UTN Regional Córdoba, (2008), p 329.

[10] O. R. Batic y D. D. Falcone: Prevención de patología en estructuras de hormigón con agregados de reacción lenta, CINPAR 09, Brasil, (2009)


[11] D. D. Falcone y O. R. Batic: Experiencias con rocas graníticas de la provincia de Bs. As. con el fin de evitar la RAS en el hormigón, Memorias, Congreso SAM/CONAMET 2009, Bs. As., Argentina, (2009)

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