REACCIÓN ÁLCALI –SÍLICE

REACCIÓN ÁLCALI –SÍLICE
Introducción al Conocimiento y Recomendaciones
Ing. Edgardo A. Becker
Líder de Asesoría Técnica
LOMA NEGRA C.I.A.S.A.
Desde hace algunas décadas, varios de los profesionales dedicados al estudio de la tecnología del
hormigón, se han preocupado y dedicado específicamente al estudio de la reacción álcali-agregado
cuya manifestación más frecuente y conocida es la reacción álcali-sílice (en adelante RAS). Esta
reacción, que en casos extremos puede ocasionar serios problemas estructurales y económicos, sólo
puede generarse en estructuras construidas con hormigón elaborado a partir de un conjunto de
materiales componentes (cemento pórtland, agua, agregados, adiciones minerales y aditivos) capaces
de combinarse químicamente y formar un compuesto que incrementa su volumen con la humedad
denominado “gel de RAS”. Es por esto, que la RAS sólo preocupa en aquellas estructuras de hormigón
que durante al menos por un largo período de su vida en servicio estará en forma permanente o
periódica en contacto con agua o suelos húmedos o atmósferas con alta humedad relativa.
Figura N° 1: Ambas fotografías muestran cortes de hormigones con presencia de “gel de RAS”. En la
foto de la izquierda se señala la presencia de gel en la interfase pasta-agregado. A la derecha, con una
muestra tratada, se nota claramente la presencia de gel en fisuras y poros [3].
Los álcalis (iones Na+ y K+) son generalmente aportados por el cemento pórtland - aunque es posible
que adicionalmente ingresen a través del resto de los materiales componentes o desde el exterior a
través del agua o suelo de contacto – y pueden reaccionar con ciertos componentes potencialmente
reactivos de algunos agregados (cuarzo tensionado, chert, calcedonia, ópalo, vidrio volcánico, arcillas,
etc.).
Cuando se dispone de antecedentes de obras con más de 10 a 15 años de servicio, que no poseen
evidencias de expansiones y/u otros daños asociados con RAS construidas a partir de materiales
componentes similares en condiciones de exposición similares o más exigentes que las que tendrá la
nueva estructura a construir, no es necesario preocuparse por la posible futura RAS de la nueva
estructura ya que el comportamiento de los materiales en condiciones reales resulta la mejor prueba de
comportamiento, incluso superior a cualquier otro ensayo de laboratorio que intentemos realizar
independientemente de la complejidad del mismo.
Más allá de algunas sutiles diferencias, en el ámbito científico-técnico existe una razonable
coincidencia en que para analizar la aptitud del agregado para ser utilizado en estructuras donde existe
posibilidad de RAS se realice un análisis siguiendo los pasos del diagrama de flujo de la figura N° 2
[1].
¿Existen antecedentes de estructuras similares, construidas con
materiales equivalentes y con más de 15 años de servicio?
NO
SI
SI
¿La estructura está deteriorada y la reacción álcali-agregado
(R.A.S.) es uno de sus causales?
NO
SI
¿La estructura a construir estará en un medio ambiente más
riguroso que la estructura en servicio observada?
NO
Ensayos de agregados
• Identificación petrográfica del agregado IRAM 1649
• Barra de mortero IRAM 1674
Usar sin
requerimientos
especiales
NO
¿Los ensayos según normas IRAM 1649 y 1674
indican reactividad potencial?
SI
Opcional
SI
NO
Ensayos de prismas de
hormigón según
IRAM 1700
¿El ensayo IRAM 1700 confirma que los
agregados son potencialmente reactivos?
Cambiar total
o
parcialmente
el agregado
(ver a)
Usar cemento
pórtland
RRAA
(ver b)
Usar cemento
pórtland,
efectivo para
evitar R.A.S.
(ver c)
SI
Usar cemento
+ adiciones
minerales,
efectivas para
evitar R.A.S.
(ver d)
Usar
alguno de los
requerimientos
especiales
Limitar el
contenido
total de
álcalis en el
hormigón
(ver e)
Usar aditivos
químicos
inhibidores
(ver d)
Figura N°2: Diagrama de flujo para evaluación de RAS [1].
Cuando no se dispone de antecedentes suficientes sobre el comportamiento ante RAS de los agregados
a utilizar en una nueva obra, o se tenga dudas sobre su reactividad potencial con los álcalis, se
recomienda realizar un estudio petrográfico según norma IRAM 1649 de manera de identificar y
cuantificar la presencia de aquellos minerales (en general, formas amorfas de sílice) que pueden
reaccionar desfavorablemente con los álcalis. Si se detecta suficiente presencia de estos minerales el
agregado se califica como “potencialmente reactivo” y se recomienda la realización del ensayo
acelerado de la barra de mortero según norma IRAM 1674. Este ensayo puede realizarse
individualmente con cada una de las fracciones de agregados que intervendrán en el hormigón o puede
combinarse los agregados en proporciones similares a que se utilizará en la fórmula obra. Si del
estudio petrográfico resultara que el agregado no es potencialmente reactivo, no sería necesaria la
ejecución del ensayo acelerado de la barra de mortero aunque este punto es discutido por algunos
autores [2].
Figura N°3: En ambas fotografías puede observarse el estado de fisuración que pueden presentar las
estructuras afectadas por RAS [3].
Si luego de realizado el ensayo IRAM 1674, resulta una expansión a 16 días inferior a 0,100 %, el
agregado se considera “no potencialmente reactivo”, si es mayor se recomienda evaluar los agregados
mediante el método de ensayo de prismas de hormigón (IRAM 1700) donde sólo se considerará
potencialmente reactivo a los agregados o la mezcla de agregados en las proporciones de obra cuando
la expansión a la edad de un año es igual o mayor que 0,040 %.
Como muchas veces este último ensayo (IRAM 1700) se descarta debido a que los plazos de obra no
permiten esperar tanto tiempo para obtener confirmación de resultados, es recomendable que los
proveedores de hormigón elaborado, agregados, cemento pórtland u otros materiales componentes
dispongan - de ser posible - de antecedentes que demuestren la efectividad de la combinación a utilizar
en obra.
Cuando alguno de los agregados o la mezcla de agregados a utilizar en la obra resultan potencialmente
reactivos con los álcalis, se recomienda adoptar alguna de las siguientes soluciones:
a) Cambiar total o parcialmente el agregado potencialmente reactivo por otro que demuestre ser no
reactivo de acuerdo al mismo criterio.
b) Usar un cemento pórtland resistente a la reacción álcali-agregado de acuerdo a los requerimientos
de la norma IRAM 50.001 para el tipo RRAA.
c)
Utilizar un cemento pórtland (en general con adiciones minerales) que demuestre mediante
ensayos ser efectivo para evitar RAS con los agregados de obra.
d) Usar una combinación de cemento pórtland más una adición mineral activa que demuestren ser
efectivas para evitar RAS.
e)
Limitar el contenido total de álcalis totales en el hormigón (aportados por el cemento y los demás
materiales componentes) a 3 kg/m3 expresados en Na2O equivalente (ver figura N° 4). Esta
solución no es válida cuando existe la posibilidad de aporte externo de álcalis.
f)
Incorporar inhibidores químicos al hormigón en proporciones suficientes que demuestren ser
efectivas para evitar RAS.
7
Contenido de álcalis del hormigón [kg/m3]
CUC = 400 kg/m3
6
CUC = 350 kg/m3
5
CUC = 300 kg/m3
4
CUC = 250 kg/m3
3
2
1
0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
Contenido de álcalis (Na2O equivalente)
del cemento pórtland [% en masa]
Figura N° 4: La figura muestra la influencia del CUC (contenido unitario de cemento) en la mezcla
del hormigón y el contenido de álcalis del cemento pórtland sobre el contenido total de álcalis del
hormigón (sólo por aporte del cemento pórtland) [4].
Como estuvimos analizando, los pasos descriptos en el diagrama de flujo de la figura N°2, resultan
aplicables para evaluar la potencialidad de RAS del agregado, pero sólo se evalúa y debe verificarse la
efectividad para inhibir RAS del conjunto cemento-agregado en los puntos a) sólo en el caso de
reemplazo parcial de agregados, c), d) y f), mientras que el las soluciones a) sólo en el caso de
reemplazo total de agregados, b) y e) no necesitan ser verificadas porque:
1) En el punto a), resulta evidente que el conjunto no necesita verificarse cuando se utiliza en forma
total agregados considerados no potencialmente reactivos.
2) En el punto b) se recomienda utilizar un cemento pórtland que cumpla la condición RRAA de
IRAM 50.001, es decir el cemento resultó efectivo para inhibir o atenuar suficientemente la
expansión en morteros elaborado con vidrio tipo Pyrex molido altamente reactivo(*).
3) Si el hormigón no posee suficiente cantidad de álcalis (ni existe posibilidad de aporte externo), no
hay posibilidad de RAS.
(*) Existen antecedentes, que al someter ciertas combinaciones de agregados potencialmente reactivos
con CPN (RRAA) – cemento pórtland normal, resistente a la reacción álcali-agregado (generalmente
de bajo álcali) al ensayo acelerado de barra de mortero (IRAM 1674) luego de 16 días se midieron
valores de expansión superiores a 0,100 % (incluso superiores a 0,200 %). Esto no implica
necesariamente que la combinación cemento – agregado sea potencialmente reactiva ya que el ensayo
IRAM 1674 no está diseñado para verificar el comportamiento del cemento pórtland sino que intenta
evaluar al agregado. En este ensayo, se somete la barra de mortero a una solución muy rica en álcalis
y, consecuentemente, existe un evidente aporte externo de los mismos por lo cual los resultados
obtenidos son prácticamente independientes del contenido de Na2O equivalente del cemento pórtland
(sólo para cementos “puros” o CPN) [5]. Este ensayo (IRAM 1674) sólo aparece como parcialmente
válido para comprobar efectividad de cementos pórtland con adiciones minerales que no cumplen la
condición RRAA (ver punto c). En el caso que la expansión sea menor a 0,100 % puede afirmarse que
el cemento pórtland (en general con adiciones minerales) analizado tiene la capacidad de inhibir o
disminuir considerablemente la expansión por RAS a límites tolerables pero no sirve para concluir lo
contrario en caso que la expansión supere este límite y se recomienda pasar al ensayo sobre prismas de
hormigón (IRAM 1700) a fin de sacar conclusiones más confiables.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Alberto Giovambattista y Otros. “Proyecto de Reglamento CIRSOC 201”, anteproyecto de nuevo
reglamento de circulación restringida. Buenos Aires – Argentina, 2000.
[2] Ana Paula Ruiz y Carlos Fava. “Cementos con Adiciones y su Relación con la Reacción ÁlcalisSílice (RAS)”, XIV Reunión Técnica AATH, Olavarría, Pcia. Buenos Aires - Argentina, 2001.
[3] David Stark. “Handbook for the Identification of Alkali-Silica Reactivity in Highway Structures”,
SHRP – Strategic Higway Reserch Program, Washington DC, 1991.
[4] James Farny and Steven Kosmatka. “Diagnosis and Control of Alkali-Agreggate Reactions in
Concrete”, PCA – Portland Cement Association, 1997.
[5] Instituto Argentino de Normalización. Norma IRAM 1674 – Agregados. Determinación de la
Reactividad Alcalina Potencial. Método Acelerado de la Barra de Mortero. Argentina, 1997.
[6] Instituto Argentino de Normalización. Norma IRAM 1649 – Áridos para Hormigones. Examen
Petrográfico. Argentina, 1968.
[7] Instituto Argentino de Normalización. Norma IRAM 1700 – Agregados. Determinación del
Cálculo de Cambio de Longitud Debido a la Reacción Álcali-Agregado. Argentina, 1997.