consideraciones sobre la ras
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CONSIDERACIONES SOBRE LA RAS EN EL PROYECTO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN.
Oscar Rafael Batic Jorge Daniel Sota Investigador Principal CIC-LEMIT Profesional Principal CIC-LEMIT Profesor Materiales III Facultad de Ingeniería de la UNLP
Docente de Tecnología del Hormigón. Facultad Regional La Plata de la UTN
Resumen
Las estructuras de hormigón armado se proyectan entre otros motivos para que soporten solicitaciones de
diverso origen como cargas y las del ambiente en que esta ubicada (acciones físicas o químicas) y
mantengan la serviciabilidad en el tiempo es decir, tengan una vida en servicio prolongado en muchos casos
establecidos previamente. En los últimos veinte años se ha observado la gran preocupación de la Sociedad
científica, tecnológica y civil por el deterioro prematuro del hormigón armado, debido principalmente al
limitado conocimiento del comportamiento en diferentes ambientes en los que deberá enfrentar condiciones
que difícilmente puedan reproducirse en el laboratorio y a la simultaneidad de ellas ya sea en la naturaleza o
en el ambiente industrial.
Una de las patologías que se presenta en el hormigón es la reacción deletérea que se produce entre los
agregados con minerales que contienen sílice termodinámicamente inestable y los álcalis contenidos en el
hormigón en presencia de humedad, reacción conocida como reacción álcali sílice (RAS).
Esta patología fue observada en obras importantes en USA en la década del 30 y luego detectada como una
de la principales causas de deterioro prematuro en todo el mundo. Ello ha motivado a la realización de varias
reuniones científicas internacionales (ICAAR) y Comites con RILEM ARP.TC 191.
A pesar de que los conocimientos sobre diversos aspectos de esta reacción deletérea han avanzado mucho, y
las soluciones tecnológicas que se aplican, en general, son eficientes, igualmente se observan obras afectadas
que insumen grandes presupuestos de mantenimiento, reparación o reemplazo.
Es por este motivo que se mostraran algunas obras afectadas, los estudios que se deben realizar durante el
proyecto para evitarla y las recomendaciones a nivel local que se deberían tener en cuenta durante la etapa
del proyecto de cualquier obra de hormigón, principalmente los que están permanente o periódicamente en
contacto con humedad elevada.
Palabras Claves: RAS, agregados reactivos, álcalis, adiciones minerales.
REACCION ALCALI SILICE (RAS)
1.- INTRODUCCIÓN
La RAS involucra a reacciones químicas que se producen entre los agregados reactivos y los álcalis
contenidos en el hormigón de cemento pórtland en presencia de humedad, con aumento de volumen e
inducen la rotura prematura y pérdida de la prestación de servicio en las estructuras de hormigón que están
integrando. Los primeros efectos de la RAS se detectaron en la costa oeste de los Estados Unidos de Norte
América, en California en la década de 1930 y son citadas en la bibliografía en los años 1940 por Thomas
Stanton [1], a partir de entonces ha sido observada en muchos países del mundo como una de las principales
causas que motivan deterioros en el hormigón.
Esta reacción deletérea ha dado origen a una enorme cantidad de publicaciones de estudios hechos en
obra y en laboratorio y de eventos técnicos realizados principalmente por este tema, como son las reuniones
ICAAR y otros y la formación de Comisiones y Comites de studio como es el Comité RILEM ARP T-191.
En nuestro país un estudio precursor fue el realizado durante la segunda mitad de la década del ´50
por los Ings. Fava y Colina y los Dres. Cortelezzi y Manuele [2]
A partir de este momento se han llevado a cabo numerosas investigaciones en nuestro medio y en el
mundo; en Europa el tema cobró importancia a partir de 1980 que es el momento en que comienzan a
observarse con mayor asiduidad los efectos desfavorables de la RAS.
Como ejemplo podemos citar que existen obras afectadas por RAS en nuestro pais en la mayoria de
las provincias .
Figura 1 – Pavimento Corrientes
Figura 2 –Pilar puente dique Figura 3 – Pila de Puente
La Pampa-Neuquen Entre Rios
2.- CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTRUCTURAS AFECTADAS POR RAS
Las manifestaciones externas de una obra afectada por la RAS son fisuras y grietas con un diseño
seudo hexagonal (Figura 4), con fisuras características que partiendo de un punto salen aproximadamente a
120 grados, en forma de mapa, a veces con coloraciones mas oscuras sobre los labios de la fisura, expulsión
de un material de aspecto de caramelo ámbar claro a marrón brillante, cuando se secan o carbonatan son
claras o de color blanco, humedad marcando las fisuras, hinchamiento del hormigón, ondulaciones de las
losas, cerrados de juntas de contracción, superposición de losas (Figura 5), roturas en forma de cuña por la
presión de hinchamiento, en ocasiones saltaduras de juntas, pop-outs (cráter invertido); cuando la estructura
contiene armaduras las fisuras son paralelas a ellas, cuando existen restricciones de borde se orientan con
cierto ángulo (p. ej. 45°), habitualmente la abertura sobre la superficie exterior puede variar desde décimas de
mm hasta 2 a 3 cm. En el caso de extraer testigos del hormigón afectado es posible observar que esto se
produce en toda la masa; generalmente estos hechos están magnificados por aureolas en los agregados
(Figura 6), síntomas de corrosión en la interfase árido-mortero, microfisuración de la pasta y a veces de los
agregados y coloraciones diferentes en los agregados, mortero o en la pasta o rellenando las fisuras como
consecuencia del gel que va penetrando o por los productos de reacción formados.
Figura 4 Figura 5
Figura 6
3.- CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LA RAS Y LOS MECANISMOS DE EXPANSION
El hormigón endurecido contiene en su masa una red de capilares y poros que están parcialmente
ocupados por una solución salina altamente alcalina, con un pH superior a 12,5 , este fluido esta constituido
principalmente por hidróxidos alcalinos disueltos, de sodio (Na+), potasio (K+), Calcio (Ca2+) e hidroxilos
(HO-), con contenidos menores de otros elementos tales como SO42-, Al+, Fe+,.
Los agregados gruesos o finos no son totalmente estables dentro del hormigón dando reacciones en
algunos casos benéficas y en otras ocasiones deletéreas. Algunos agregados inestables reaccionan ante un pH
elevado, dando compuestos expansivos, que producen tensiones internas, que llegan a provocar la fisuración
y pérdidas de la capacidad portante de la pieza.
La reacción álcali sílice se produce entre los iones hidroxilos (HO-) de la solución de poros y ciertos
componentes silíceos de los agregados, la sílice reactiva no es directamente alterada por los álcalis (Na y K).
Los hidróxidos alcalinos contribuyen inicialmente a la elevada concentración de los iones hidroxilos en la
solución de poros y luego a la formación de un gel silicato-álcali expansivo en presencia de calcio (Ca2+).
Si bien el Ca+ no interviene claramente en el mecanismo de la reacción, provee de alcalinidad a la
solución de poros. Según Powers y Steinour la relación Ca/Si determina el tipo de producto formado, los
estudios muestran que estos pueden ser o no expansivos según esa relación y que la expansión disminuye al
bajar el contenido de calcio (inhibición de las puzolanas).
Otros autores rebatieron la teoría osmótica y propusieron interpretaciones como la presión hidráulica
por absorción de agua, teoría del hinchamiento, etc.., algunos de ellos indicaron que las diferencias son solo
formales, Diamond [3]
4.- MECANISMOS DE EXPANSION
A pesar de que es generalmente aceptado que la reacción química envuelve a numerosos y diferentes
mecanismos de expansión, Hansen en 1944 [3] dio su teoría osmótica de la pasta de cemento que envuelve al
agregado reactivo para constituir una suerte de membrana semipermeable continua donde el agua de la
solución de poros puede atravesarla pero no el silicato iónico complejo. El agua es impulsada dentro del
grano reactivo donde la reacción química potencial es menor, produciendo una celda de presión osmótica en
la que crece la presión hidrostática que es ejercida sobre la pasta de cemento, inevitablemente ello conduce al
fisuramiento del mortero que la rodea. (Figura 7).
Figura 7
5.- CONDICIONES NECESARIAS PARA LA REACCION
La reacción deletérea se produce si están presentes simultáneamente las detalladas en I- III, además la
temperatura puede acelerar las reacciones al aumentar, luego es necesario tiempo.
I) la presencia de un agregado reactivo conteniendo sílice metaestable
II) una concentración mínima de iones alcalinos (Na+,K+, Ca2+ y HO-) en el fluido de poros
III) presencia de humedad elevada,
IV) una temperatura ambiente que rodea al hormigón normal, no muy baja y
V) el transcurso del tiempopara que se alcancen las condiciones óptimas para el inicio de la
reacción.
En la Figura 8 se muestra un esquema típico de los procesos de la reacción álcali-sílice detectados a
través de la medida del aumento de volumen o longitud. Se observa un período de inducción (1) de el cual
van movilizándose los iones en la solución de poros hasta iniciar el ataque al agregado reactivo, luego una
reacción franca (2) entre los componentes activos con aumento de la velocidad de reacción y por último un
amortiguamiento y disminución de la velocidad de reacción (3) (o expansión) por agotamiento de alguno de
los factores intervinientes, (p.ej. los álcalis disponibles) hasta llegar a desaparecer y la curva tender a la
horizontal según la mineralogía y otras características, la reacción puede ser normal o lenta.
1) Reacción álcali-sílice rápida o normal. Rocas que contienen minerales de sílice pobremente cristalizado o
metaestable como son: opalo, tridimita, cristobalita y vidrio volcánico, algunas porosas con moléculas de
agua. Las manifestaciones externas en el hormigón comienzan a aparecer a partir del año o antes.
Expansión
Tiempo Figura 8 1
2
3
2) Reaccion alcali-silice lenta. Las rocas que contienen formas de cuarzo tensionado o deformado
(cataclastizadas), con un periodo de inducción muy prolongando y con signos de deterioro externo y
fisuración luego de un lapso de 8 a 25 años posteriores a la construcción.
6.- INFLUENCIA DE LOS AGREGADOS REACTIVOS
Si consideramos que todos los parámetros vinculados a las proporciones de las mezclas se mantienen
constantes, el nivel de reactividad de los agregados generalmente se incrementa con: 1) el contenido de sílice
metaestable dentro de la roca, 2) con la cantidad de estas partículas en el agregado, 3) decrece con el mayor
tamaño de las partículas de agregado reactivo, 4) a igualdad de la mineralogía aumenta la reacción con la
porosidad del agregado, etc.
Algunos agregados finos o gruesos principalmente los que producen reacción rápida o normal con
ópalo o con vidrio volcánico, como constituyente reactivo, producen un efecto pesimun, es decir, que la
máxima expansión se produce para una proporción o tamaño de fracción de partículas reactivas determinadas
(Figuras 8 y 9). [5]
7.- INFLUENCIA DE LOS DE HIDRÓXIDOS ALCALINOS EN EL FLUIDO DE POROS
Los hidróxidos alcalinos o mejor sus iones (Na+, K+, OH-) en el fluido de poros del hormigón,
manejan las características de la RAS y son generalmente una función del contenido de álcali del cemento
usado y a veces proceden de los componentes del hormigón o del ambiente que lo rodea.
La expansión del hormigón con agregados reactivos generalmente es mayor o crece con el contenido
de álcali total en el hormigón (expresada en Na2O en Kg/m3). Sin embargo el umbral de álcali total contenido
en el hormigón necesario para iniciar y mantener la RAS (expansión y efectos deletéreos) varía según el
agregado utilizado. Figura 9.
Los álcalis de otro origen, como el procedente de los agregados [6] (p.ej. feldespatos), que se
producen por el intercambio de K o Na por el Ca [7], por agregado marino sin lavar, por aditivos químicos o
adiciones minerales pueden contribuir al incremento de iones en la solución de poros y aumentar los efectos
deletéreos producidos por la RAS al usarlos.
Figura 8 – Curvas expansión edad para tenores crecientes de ópalo en el agregado [5]
Figura 9 - Efecto pesimun para agregado con diferente tenor de ópalo, influencia de % de álcali total sobre la RAS [5]
También aumenta el riesgo de RAS de los hormigones con agregados reactivos al ser expuestos a
descongelantes salinos, agua de mar [8], aguas álcalinas naturales.
8.- INFLUENCIA DE LA HUMEDAD
La RAS se desarrolla y sostiene en los elementos de hormigón con humedad interna superior al
80/85% . Para que el gel de la RAS produzca efectos negativos necesita agua, que es la que induce la
expansión produciendo la presión destructora dentro del hormigón endurecido.
Es común observar en los estudios de pavimentos deteriorados de hormigón suficiente humedad la
que produce una situación favorable para la RAS. Esta situación es consecuencia de que se trata de una gran
superficie poco permeable, como son las losas continuas, que en algunos casos permiten el ingreso de agua
por las juntas y/o fisuras sin sellado o mal mantenidas o bien por las zanjas laterales de desagües.
9.- OTROS FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA RAS O SUS EFECTOS.
Condiciones ambientales. Los elementos de hormigón afectados por la RAS y expuestos a ciclos de sol,
lluvia y viento como pilas de puentes o elementos en zona de marea o playa, a veces muestran en la
6%
superficie fisuras, provocando tensiones de fisuración en las superficies menos expansivas que las originadas
dentro del hormigón por zonas de expansión internas [8].
Otra situación a considerar es que las fisuras en la superficie del hormigón debidas a RAS pueden
acelerar otros procesos de deterioro del hormigón como son la corrosión de barras de refuerzo, congelación y
deshielo, ataque por sulfatos.
Permeabilidad del hormigón y razón agua/cemento. La disponibilidad de humedad en el ambiente y
dentro del hormigón, es crítica para el desarrollo de las reacciones químicas de la RAS y para el desarrollo de
deterioros o expansión debido a la RAS. Una menor razón a/c en el hormigón generalmente tiende a mejorar
las propiedades mecánicas, menos contenido de agua libre en el interior, menor permeabilidad y reduce el
ingreso y el movimiento de agua dentro del hormigón, a veces algunos de ellos inducen a comportamientos
contradictorios si se analizan diferentes periodos.
Investigaciones llevadas a cabo por el laboratorio de la Universidad de Laval y el CANMET han
mostrado que para hormigón de cemento pórtland normal de similar contenido total de álcali, al variar la a/c
de 0,35 a 0,55, el empleo de la menor razón a/c conduce a una reducción de la expansión por RAS.
Aire intencionalmente incorporado. Es conocido que el aire incorporado al hormigón reduce la expansión
debida a la RAS, pero generalmente no alcanza para prevenir la expansión y entonces luego de un periodo se
producen los efectos deletéreos. La razón por la cual disminuyen parte de los efectos deletéreos de la RAS
son similares a los que evitan la congelación y el deshielo, es decir, las burbujas de aire se comportan como
pequeñas cámaras de contención o recepción de los productos (geles) impidiendo se generen tensiones, pero
solo hasta que sean colmatados, a partir de ese momento comienzan los efectos deletéreos normales.[9]
Efectos de los refuerzos de acero y otras restricciones sobre las piezas de hormigón. En el caso de presentarse
la RAS en estructuras de hormigón armado en la superficie es visible que las fisuras presentan una
disposición paralela a la dirección que están colocados los hierros, ello es coherente si se analiza las
solicitaciones en esos lugares.
10.- EVALUACIÓN DE LA REACTIVIDAD DE LOS AGREGADOS PARA EL HORMIGÓN
Algunas especificaciones para la elaboración del hormigón establecen en muchos casos que los
agregados sean evaluados por su potencial de reactividad alcalina antes de ser usados. Esto puede ser
analizado mediante diferentes enfoques según la envergadura de la obra y la información disponible. Es
conveniente hacerlo mediante la observación del comportamiento de obras (in situ) similares, realizadas con
los agregados en estudio o sino mediante la utilización de ensayos acelerados de laboratorio.
10.1.- Observación de estructuras de hormigón con agregados en estudio
Para obtener información sobre el comportamiento de los agregados, de su potencial reactivo, el
hormigón deberá ser evaluado por la observación del comportamiento “in situ” de suficientes estructuras
aplicando los siguientes criterios.
El agregado usado en el hormigón investigado debe provenir del mismo nivel estratigráfico como el de la
procedencia del agregado propuesto para usar o ser petrograficamente igual.
Las estructuras a estudiar y observar deben tener mas de 10 o 15 años de antigüedad según la constitución
mineralógica de los agregados.
El hormigón de esas estructuras debe estar hecho con cemento pórtland sin AMA, pues estas previenen
los efectos deletéreos, expansiones y fisuras producidas por la RAS.
El contenido de álcalis de este cemento debe ser similar o mayor al que se propone utilizar.
El ambiente y el entorno de exposición, especialmente la disponibilidad de humedad será igual o mas
severa que las que deberá soportar la obra nueva.
El número mínimo de estructuras ha observar puede ser variable de acuerdo a la amplitud de criterio y el
tipo y semejanza de las estructuras observadas, a modo indicativo un diagnóstico para una evaluación
aceptable debería estar basado, por lo menos, en la observación de tres estructuras.
10.2. Estudio de los agregados en laboratorio
Cuando no se cuenta con información obtenida del comportamiento de las estructuras en el campo, es
necesario evaluar los agregados, se debe proceder a evaluar la reactividad potencial según el esquema que se
presenta en la Figura 10, del cual se describen los pasos a continuación.
Figura 10 - Esquema sugerido para el estudio de la reactividad del agregado frente a la RAS
A veces se considera como buena práctica el obtener las muestras de las pilas, que son representativas
de la forma de trabajo y optimización de una procedencia. Esta alternativa es interesante ante yacimientos de
petrografías homogéneas de rocas o muy heterogénea como depósitos de arenas y/o gravas de terrazas o
márgenes de ríos con muestreo periódico.
Los agregados en estudio habitualmente requieren ser evaluados en corto tiempo con ensayos rápidos,
seguros, simples y reproducibles, es usual usar métodos acelerados. En la Figura 10 anterior se puede
observar un esquema tentativo de los pasos del estudio.
Es normal iniciar los estudios del agregado aplicando el Examen petrográfico IRAM 1649.
Este se basa en que un geólogo con experiencia en el tema examine mediante lupa la superficie de los
agregados, haga cortes delgados para observarlos, usando microscopio óptico de polarización, estos estudios
PROGRAMA DE ESTUDIO EN LABORATORIO
EXAMEN PETROGRÁFICO Y MINERALÓGICO
Aceptado Método del prisma de
hormigón Método acelerado de la
barra de mortero
Expansión mayor que el
límite
Expansión menor que el
límite
Expansión mayor que el
límite
Expansión menor que el
límite
Aceptar
Rechazo o estudio de medidas preventivas
Aceptar
pueden ser complementados por DRX, EDAX, SEM, análisis químico y análisis de imágenes, para
identificar la presencia y distribución de material potencialmente reactivo en los agregados.
Con el fin de decidir la reactividad potencial del agregado es conveniente aplicar el punto 2.2.9.5 del
Proyecto de CIRSOC (2002). Ver Anexo I.
Cuando el agregado no contiene rocas reactivas conocidas, y no se detectan constituyentes silíceos reactivos
el agregado puede ser clasificado como no reactivo.
Cuando la muestra de agregado contiene rocas reactivas y/o constituyentes silíceos reactivos en cantidades
evaluadas como dañinas para el hormigón se deben tomar medidas tendientes a prevenir la RAS. Mientras
que los agregados que no pueden ser clasificados en forma inequívoca como reactivos o no reactivos deben
ser evaluados mediante estudios adicionales de reactividad en morteros y hormigones..
Método acelerado de la barra de Mortero. IRAM 1674
La reactividad potencial alcalina de los agregados puede ser estudiada mediante el ensayo acelerado
de barras de mortero (conocido como NBRI), es un ensayo que permite evaluar el potencial RAS de
agregados finos o gruesos en 16 días.
Consiste en hacer barras de mortero de 25x25x285 mm con un mortero de cemento y arena con
granulometría, proporciones, razón a/c y mezclado determinado y someterlas a un tratamiento de una
solución de hidroxido de sodio a 80°C y medir periódicamente la expansión hasta 16 días.
Para considerar a un agregado como no reactivo la expansión a los 16 días debe ser menor a 0,100 %.
Si resulta una expansión mayor de 0,200 % el agregado en estudio debe ser considerado reactivo frente a los
álcalis y por lo tanto desechado o se deben tomar precauciones, en el caso de decidir usarlo, para evitar los
efectos deletéreos provocados por la RAS. Si el valor de la expansión resulta comprendido entre 0,100 y
0,200 % se debe tomar al agregado como marginal y será necesario hacer estudios ampliatorios que permitan
catalogar fehacientemente el comportamiento frente a la RAS.
Es interesante destacar que existen estudios en el ambito local [10] e internacional, que muestran que
en el caso de analizar rocas que contienen cuarzo tensionado, microcristalino, criptocristalino, el límite para
considerar al agregado no reactivo debe ser reducido a 0,080% a 16 días. Existen algunos agregados de este
tipo petrográfico que este ensayo no los pone de manifiesto por lo que se aconseja profundizar mediante un
estudio minucioso petrográfico-mineralogico y utilizar el método de los prismas de hormigón IRAM 1700
para confirmar el comportamiento.
Método de los prismas de hormigón. – IRAM 1700
El Método de los Prismas de Hormigón está especificado por IRAM 1700. Este ensayo fue
normalizado en el año 1999 y es el mas conveniente para estudiar reactividad de un agregado o del conjunto
de agregados finos y gruesos.
La mezcla de hormigón tiene un contenido de cemento pórtland de 420 Kg/m3 con un contenido de
álcalis de 0,9 ± 0,1 expresado en Na2O, razón a/c = 0,42-0,45, el contenido de álcalis totales en el hormigón
debe ser incrementado a 1,25 % Na2O en masa del cemento, para lo cual se agregará NaOH en el agua de
mezclado, el asentamiento debe estar próximo a 8 cm, el contenido de aire menor del 2%. Luego las probetas
se miden y se someten a un estacionamiento a 38°C y humedad elevada (saturado) hasta un año.
El estudio de diferentes agregados conduce a curvas de crecimiento de la expansión en el tiempo
como se observa en las Figura 11.
En los prismas hechos con
agregados fuertemente reactivos se
observa una rápida expansión,
también manchas y geles a veces
aparecen fisuras, todo debido a la
RAS y con el tiempo es común se
produzca un aplanamiento de la
curva de expansión, o sea una
disminución de la velocidad de
reacción. A la edad de un año se
aconseja observar detalles de
superficie para detectar geles y fisuras y a veces, completar con estudios de la microestructura por
microscopía óptica a fin de confirmar los efectos de la reacción deletérea En la Figura 11 se muestra la
superficie de un prisma de hormigón a la edad de un año ensayado según norma IRAM 1700, conteniendo un
agregado muy reactivo. Se observa en la superficie fisuras , coloraciones diferentes, geles y algunas
saltaduras (no muy común).
A veces las probetas no presentan signos muy evidentes de reacción sobre la superficie pero si
expansiones que superan los límites, ante situaciones como esta es conveniente estudiar la microestructura
Figura 11 Aspecto superficial de un prisma de hormigón al cabo de un año ensayado según IRAM 1700.
del hormigón para confirmar esta reacción. En la Figura 12 se muestra un corte delgado con efectos
provocados por la RAS, con microscopio óptico y electrónico de barrido (SEM).
Figura 12 – Corte delgado a) con microscopio óptico y b) observación por SEM
Para evaluar los resultados de los estudios de los agregados por el método de los prismas de hormigón
es usual aceptar el límite <0,040 % para agregados no reactivos. Este límite ha sido incorporado como
criterio de aceptación en el proyecto de reglamento CIRSOC 201 (2002).
Método australiano RTA T 363 – [11]
Como anticipamos en nuestro país, especialmente en la Provincia de Buenos Aires, es común el uso
de agregados graníticos de reacción lenta cuya estructura mineralogica contiene cuarzo milonitizado, con
granos muy pequeños deformados y tensionados.
Resulta muy difícil a veces identificar a los agregados reactivos de este origen mediante el ensayo de
la IRAM 1674, pues la evolución de la expansión es muy lenta, debido a ello desde hace dos años se están
realizando experiencias aplicando el método propuesto por Shayan que demanda 23 días. Además se esta
comparando estos resultados con los obtenidos por el método de la Norma IRAM 1700 de los prismas de
hormigón.
Los resultados obtenidos hasta el momento permiten mejorar la identificación de los agregados
reactivos con esta mineralogía en menos tiempo.
Existen otros ensayos como los propuestos por la Norma IRAM 1637, Método de la barra de mortero
y el IRAM 1650, Método químico que han sido dejadas de usar por la inseguridad de los resultados
obtenidos.
11.- MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EVITAR O ATENUAR LA RAS
Las medidas preventivas para atenuar los riesgos de que se produzca la RAS en el hormigón están
vinculadas al diagnóstico sobre la aptitud de los agregados frente a los álcalis, posibilidad de que los
agregados aporten álcalis, conocer el ambiente del lugar de emplazamiento, el tipo de estructura y las piezas
que corren mayores riesgos y los cambios de destino de la obra; una vez conocidos estos datos se busca la
solución de compromiso que posiblemente pasará por usar algunas de los siguientes sugerencias: considerar
no usar agregados reactivos, reemplazar una parte de ellos hasta evitar la RAS. En el caso de tener que usar
agregados reactivos usar cementos pórtland de bajo álcali, limitar el contenido unitario de álcalis en el
hormigón, uso de adiciones minerales activas inhibidoras de la RAS, aditivos químicos, del tipo de las sales
de litio u de otra base que sean efectivos. Antes de aplicar la solución adoptada en obra debe ser verificada la
efectividad mediante ensayos. Estas medidas deberán ser completadas con otras, relacionadas con la buena
práctica de la tecnología del hormigón como p.ej usar razón a/c baja, hacer hormigones impermeables, hacer
un buen curado, etc.
Es obvio la primera sugerencia de reemplazar el agregado reactivo, sin embargo existen obras que no
lo permiten por costo o por algún otro inconveniente.
11.1.- Limitar el contenido máximo de álcali total en el hormigón.
La reacción deletérea de los agregados reactivos puede ser evitada o reducida significativamente por
el uso de cemento pórtland de bajo álcali o limitando el contenido unitario de álcali total en el hormigón a un
umbral máximo. Es habitualmente aceptado a nivel internacional un límite máximo de Na2Oe < 3 Kg/m3,
este valor ha sido propuesto para incluirlo en el nuevo proyecto de reglamento CIRSOC 201 (2002). Sin
embargo este límite es variable según la reactividad del agregado en estudio y otros motivos, existen trabajos
publicados en los que se muestra esta situación y es por ello que algunos países han adoptado límites
máximos variables comprendidos entre 1,8 y 3,0 Kg/m3. Un ejemplo es lo propuesto por CSA de Canadá,
que tiene en cuenta el grado de reactividad del agregado, las condiciones de exposición y la vida en servicio
prevista para la obra a realizar [12, 13 y 14].
Además existen varios autores, que muestran que algunos agregados, habitualmente que contienen
feldespatos en su petrografía tienden a intercambiar iones tomando Ca+ y lixiviando Na+,y K+ en cantidades
nada despreciables, pudiendo liberar 2 o 3 veces el aporte del cemento pórtland .[15]
Además se deben considerar los aportes de álcali que pueden realizar los agregados mal lavados
(principalmente los de origen marino), los aditivos, algunas adiciones minerales y eventualmente el ambiente
que rodea al hormigón [16]. Algunos autores en este tema también incluyen consideraciones sobre migración
y “reciclado” de álcalis dentro de la masa del hormigón.
11.2.- Adiciones Minerales Activas frente a la RAS
Investigaciones hechas en el laboratorio y experiencias de obras realizadas utilizando AMA han
mostrado ser muy efectivas para evitar o atenuar la RAS. A veces mezclas de AMA de varios orígenes
producen mejores soluciones pues pueden inhibir la RAS sin pérdidas de resistencia mecánica en cortas
edades.
Experiencias dadas a conocer en los últimos años muestran que los métodos usados para evaluar la
efectividad de las AMA para controlar la RAS son el de prismas de hormigón (IRAM 1700) y el acelerado de
barras de mortero (IRAM 1674). El límite propuesto para el primero de ellos es aceptar una expansión
máxima menor a 0.040 % a la edad de 2 años cuando el ensayo se realiza a 38 °C y para el segundo el límite
aceptado es menor a 0.10 % a los 16 días de inmersión en una solución de NaOH. 1 N a 80°C
Experiencias realizadas en nuestro país y las que figuran en la bibliografía permiten orientar los
estudios que se deban iniciar para resolver el uso de agregados reactivos a una determinada obra o pieza de
estructura. En base a estudios previos los autores agregan como información indicativa que para evitar la
RAS se debe usar del 15 al 30 % de puzolana natural, un 15 al 35 % de cenizas volantes con bajo contenido
de calcio (OCa < 10% y Na2Oe < 2,5 %), mas del 50 % de escoria granulada de alto horno, y 8 a 12 % de
micro sílice, todos los porcentajes citados están referidos a la masa del cemento pórtland en el hormigón.
La bibliografía muestra que también son efectivos el uso de metacaolín y cenizas de cáscara de arroz
en porcentajes aproximados al 10 % del peso del cemento pórtland, no conociendo que se hallan realizado
experiencias en nuestro país con estos productos.
También las adiciones minerales que se agregan al cemento como puzolanas, cenizas volantes,
escorias, etc. pueden contribuir con contenidos de álcalis elevados que favorecen al desarrollo de la RAS
[17], ello justifica la necesidad de hacer estudios previos.
Algunos autores han encontrado efectos sinérgicos al usar mezclas cementicias ternarias o
cuaternarias y en otros casos se ha observado que la incorporación de filler, (polvo de caliza ) puede tener
efectos contrarios a los buscados [18], es por ello que sería necesario ampliar la información con estudios de
laboratorio.
11.3.- Aditivos químicos
En los últimos años han aparecido en el mercado aditivos químicos basados en sales de litio para
mitigar los efectos deletéreos de la RAS, como el uso de LiF, Li2CO3, LiOH o LiCl. Este efecto conocido a
través de los trabajos de Mc Coy y Caldwel [19] presentados en 1951 y reforzado por Stark et. al [20] y otros
investigadores [21,22,23]. El nivel de litio que debe ser utilizado para atenuar la RAS está vinculado al
contenido de álcalis del cemento pórtland usado en el hormigón la naturaleza del agregado reactivo y el tipo
de sales de litio a utilizar. Los estudios de laboratorio realizados para suprimir o disminuir la reacción
deletérea, en base a los ensayos de expansión muestran que es necesario una cantidad expresada por la razón
molar Li/Na+K de 0,60 a 1,1 para suprimir la reacción con la mayoría de los agregados reactivos, siendo la
mas usual uno o algo superior. Al aplicar sales de Litio para mitigar la RAS, existen antecedentes en los que
se muestran que usar porcientos inadecuados (generalmente bajos) pueden producir aumentos de la reacción.
Tambien existen antecedentes en los que se indica la conveniencia de utilizar sales de litio y AMA
simultáneamente. Figuras13,14,15,16 y 17.
Figura 13 – Puzolanas naturales Figura 14 – Microsilice
Figura 15 – Escoria Granulada de alto horno Figura 16 – Ceniza Volante
Figura 17 – Sales de litio
BIBLIOGRAFÍA
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the American Society of Civil Eng., 1940.
2) Fava A. S. C., Manuele R., Colina J. F. y Cortelezzi C.R.. Estudios y experiencias realizadas en el
LEMIT sobre la reacción que se produce entre el cemento y los agregados en el hormigón de cemento
Pórtland. Revista Técnica LEMIT Serie II N° 85, 1961.
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23) Batic O.R. y Sota J.D. “Estudio sobre la influencia de sales de litio sobre la RAS (no publicado)
ANEXO 1 Propuesta del Grupo de Trabajo del Área Tecnología del Hormigón del CIRSOC para incluir en el nuevo Reglamento CIRSOC, línea ACI 318 que reemplazará al CIRSOC 201-82 2.2.11. Reacción álcali - agregado 2.2.11.1. En las estructuras de hormigón que durante algún período de su vida en servicio estarán en forma permanente o periódica en contacto con humedad superior al 80 %, deberán construirse con un conjunto de materiales componentes (cemento, agregados, aditivos, adiciones minerales y agua) para los cuales esté comprobado que no se produce la reacción álcali - sílice (en adelante RAS). 2.2.11.2. Cuando se disponga de información de obras en servicio que no tengan evidencias de RAS y reúnan todas las condiciones siguientes: • estén construidas con los mismos materiales que se intenta utilizar en el proyecto en estudio • sean de igual tipología estructural, • estén emplazadas en la misma zona, • las condiciones de exposición sean similares y -a tengan más de quince años en servicio, Se considerará que el conjunto de materiales propuesto no produce RAS y cumple la condición exigida en 2.1.11.1. Los resultados de estas evaluaciones son definitorios de la RAS del conjunto de materiales utilizados en la estructura observada y de las que se construyan con. las condiciones aquí establecidas. Estas conclusiones son de aplicación con prescindencia de los resultados que se obtengan en los ensayos de laboratorio que se mencionan en 2.2.11.5 a 2.2.11.9 inclusive. 2.2.11.3. A los efectos indicados en 2.2.11.2, la observación de las estructuras en servicio se realizará de acuerdo al Procedimiento CIRSOC (A elaborar por este grupo de trabajo). Disposición IRAM....... 2.2.11.4. Cuando se utilicen agregados finos y/o gruesos de los cuales se carezca de antecedentes que aseguren el cumplimiento de 2.2.11.1, o se tengan dudas sobre su reactividad potencia¡ con los álcalis, dichos agregados serán evaluados con los siguientes métodos: • Análisis petrográfico según norma IRAM 1649. • Ensayo con el método acelerado de barras de mortero según norma IRAM 1674. 2.2.11.5. El análisis petrográfico según norma IRAM 1649 se realizará para identificar los componentes reactivos presentes en el agregado fino y el agregado grueso. El agregado fino y el agregado, grueso que contenga cantidades mayores de uno cualquiera de los siguientes minerales serán considerados potencialmente reactivo. • Cuarzo tensionado, microfracturado o microcristalino, con ángulo de extinción ondulante mayor que 12 o tamaño de grano menor.
que 0,300 mm ....................................... ........ ..................... .......... ........ 5% • Chert y calcedonia, con trazas de ópalo incluidas en su masa ........................ 3% • Tridimíta y/o cristobalita ........ ...... ........ ...................................................... 1 % • Opalo ......................... .......................................................... ..... ............... 0,5% • Vidrio volcánico contenido en rocas volcánicas........................................... 3 % • Arcillas del tipo montmorillonita o esmectitas ................................................. 2%
2.2.11.6. El análisis petrográfico incluirá: • La observación microscópica en cortes delgados de los minerales presentes. • La difracción de rayos X cuando existan dudas sobre la presencia de sílice amorfa o sílice cristalina
metaestable (tridimita y cristobalita) o se deban identificar arcillas. • La medición del ángulo de extinción ondulatoria y el tamaño de grano cuando se detecte la presencia de cuarzo tensionado, microfracturado o microcristalino. 2.2.11.7. Cada uno de los agregados fino y grueso será ensayados por separado con el método acelerado de barras de mortero según norma IRAM 1674. Cuando se conozca el conjunto de los agregados y las proporciones con que se utilizarán en un determinado proyecto, el ensayo será realizado con esa mezcla de agregados. Se considerará que un agregado fino o un agregado grueso es potencialmente reactivo cuando la expansión a los 16 días es igual o mayor que 0,100%. 2.2.11.8. Cuando uno de los agregados resulte potencialmente reactivo en una de las evaluaciones indicadas en 2.2.11.5 y 2.2.11.7, se considera que los agregados son potencialmente reactivos y deberá adoptarse alguna de las precauciones que se indican en 2.2.11.10. 2.2.11.9. Como alternativa a 2.2.11.8, Se puede realizar la evaluación de los agregados con el método de ensayo de prismas de hormigón de la norma IRAM 1700. Las evaluaciones indicadas serán realizadas sobre el conjunto de agregados del proyecto y con las mismas proporciones con que serán se emplearán en el proyecto. En su defecto, las evaluaciones se realizarán sobre cada uno de dichos agregados. Se considerará que los agregados son potencialmente reactivos cuando la expansión, a la edad de un año sea igual o mayor que 0,040 %. Este ensayo tiene prelación sobre los dos anteriores indicados en 2.2.11.5 y 2.2.11.7, es definitorio en el ámbito de evaluaciones de laboratorio y sus resultados sólo deben ser descartados en el caso establecido en 2.2.11.2. La evaluación según norma IRAM 1700 debe realizarse en todos los casos donde los cronogramas de ejecución de¡ proyecto permitan disponer de los resultados de ensayos antes del inicio de la construcción de las estructuras.
2.2.11. 10. Cuando la evaluación indicada en 2.2.11.9, o las evaluaciones indicadas en 2.2.11.5 y 2.2.11.7, determinen que el o los agregados que se utilizarán en el proyecto son potencialmente reactivos con los álcalis, se adoptará alguna de las cinco soluciones que se establecen a continuación:
a) Cambiar total o parcialmente. el agregado reactivo por otro no reactivo. b) Usar una mezcla de cemento portland con puzolana y/o escoria inhibidora de la RAS. c) Usar cemento portland con o sin adiciones minerales pulverulentas que haya demostrado ser efectivo
para evitarla RAS. d) Limitar el contenido total de álcalis en el hormigón, aportados por el cemento portland y los demás
componentes a 3 Kg/m3 , expresados en Na20 equivalente. e) Adicionar sales de litio al hormigón en proporciones suficientes como para evitar se produzcan
expansiones perjudiciales. 2.2.11.11. La solución indicada en 2.2.11.10.a) deberá cumplir con lo establecido en 2.2.11.5 a 2.2.11.9 inclusive. 2.2.11.12. Las puzolanas y las escorias granuladas de alto horno de la solución indicada en 2.2.11.10.b) deberán cumplir lo establecido en 3.5. Además, el conjunto de materiales de obra, incluyendo la puzolana y/o escoria granuladas de alto horno, el cemento portland normal o el cemento portland con adiciones y el conjunto de agregados, deberán cumplir con alguna de las exigencias que se indican a continuación:
• En el ensayo de la norma IRAM 1674, deberán producir una expansión total, a la edad de 16 días, menor que 0,080 %. • En el ensayo de la norma IRAM 1700, deberán producir una expansión total, a la edad de un año, menor que 0,040 %.
2.2.11.13. El cemento de la solución indicada en 2.2.11.10.c) deberá cumplir con lo establecido en la norma IRAM 1671. Alternativamente, se considerará que el cemento es satisfactorio si cumple con 2.2.11.12. 2.2.11.14. El contenido de álcali de la solución indicada en 2.2.11.10.d) se determinará según el procedimiento CIRSOC. (a elaborar por este grupo de trabajo) 2.2.11.15. La eficacia de la adición de sales de litio de la solución indicada 2.2.11.10. e) deberá comprobarse con el método de ensayo de la norma IRAM 1700. El conjunto de materiales a usar en el proyecto, incluyendo la sal de litio, deberá cumplir con lo indicado en 2.2.11.9.