Durabilidad de las Estructuras

“EFECTO DE LA REACCIÓN ÁLCALI SÍLICE EN EL

HORMIGÓN”

POR:

Juan Carlos Witt

Favio Gonell

Andrés Costa

Barcelona, 27 de Mayo 2013

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 3

1.1 IMPORTANCIA ........................................................................................................................................... 3

1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 4

2. REACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE ....................................................................................... 4

2.1 FACTORES QUE AFECTAN LA REACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE ........................................................................... 4

2.1.1 Propiedades de los materiales .......................................................................................................... 4

2.1.2 Áridos Reactivos ............................................................................................................................... 5

2.1.3 Cemento ............................................................................................................................................ 6

2.1.4 Humedad Relativa ............................................................................................................................ 7

2.1.5 Temperatura ..................................................................................................................................... 7

2.2. MECANISMOS DE LA PATOLOGÍA ............................................................................................................. 8

3. EFECTOS DE LA R.A.S. EN EL HORMIGÓN ......................................................... 12

3.1 EXPANSIÓN ............................................................................................................................................. 12

3.2 EFECTO PÉSIMO ....................................................................................................................................... 14

3.3 FISURACIÓN ............................................................................................................................................ 16

3.4 REDUCCIÓN DE PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS .................................................................................. 18

3.5 INFLUENCIA DE LAS RESTRICCIONES EN LA EXPANSIÓN .......................................................................... 19

3.6 EFECTOS EN LA SERVICIALIDAD ESTRUCTURAL ...................................................................................... 22

4. TÉCNICAS PARA IDENTIFICAR LOS PRODUCTOS DE REACCIÓN Y

FORMAS DE MITIGAR LA REACCIÓN. .................................................................... 23

4.1 ENSAYOS PARA IDENTIFICAR DE LA REACTIVIDAD DE LOS AGREGADOS .................................................. 23

4.2 UTILIZACIÓN DE AGREGADOS POTENCIALMENTE REACTIVOS Y CARACTERÍSTICAS DEL CEMENTO.......... 26

4.3. ADICIONES PARA MITIGAR LOS EFECTOS DE LA REACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE ............................................. 27

4.3.1 Materiales puzolánicos ................................................................................................................... 28

4.3.2 Escoria de alto horno ..................................................................................................................... 30

4.4. MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS ................................................................................................................ 31

5. CONCLUSIONES .......................................................................................................... 32

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 33

1. INTRODUCCIÓN

En California, se descubrió la reacción álcali árido en la década de los 30, cuando se

observaron fisuras y expansiones en estructuras de concreto, ocasionando preocupación en

los ingenieros. Entre la década del 50 y 60 el estudio de este proceso patológico fue

dejándose de lado, retomando las investigaciones sobre el asunto de manera más rigurosa

en los años 70, cuando comenzaron a surgir relatos de anomalías de dicha patología en

diversos países. Entonces fueron apareciendo varios trabajos y ensayos sobre el tema, con

el objetivo de entender mejor esta patología.

Dentro de los procesos de degradación endógenos del hormigón, provocados por reacciones

con los áridos, la reacción álcali-sílice es la más común de las reacciones álcali-árido,

además de ser una de las más estudiadas, fue la primera en ser reconocida, involucra una

reacción entre el ión OH- asociado con los álcalis (Na2O y K2O) del cemento y otras

fuentes, con ciertos componentes silíceos que pueden estar presentes en los agregados. El

primer trabajo sobre la reacción álcali-sílice es uno reparado por Stanton (1940).

1.1 Importancia

La reacción álcali-agregado (RAA) que ocurre en el interior de la masa de hormigón, es una

reacción lenta, formada entre algunos minerales de los agregados e hidróxidos alcalinos que

habitualmente se encuentran de forma natural en el cemento, pudiendo comprometer el

funcionamiento de las estructuras afectadas.

Las alteraciones de las propiedades del hormigón debido a las reacciones álcali-sílice

acarrean esencialmente la reducción de la capacidad de flexión y tracción, la reducción del

módulo de elasticidad y, en menor grado, de la resistencia a compresión. Además conlleva

otros efectos como son, el acrecentamiento del volumen o la fisuración de la superficie del

hormigón, permitiendo la entrada de agentes externos agresivos que aumentan la

susceptibilidad de las estructuras a los problemas de corrosión de la armadura, ciclos hielo-

deshielo, entre otros. En cuanto a las estructuras más afectadas por esta grave patología se

destacan las presas, los puentes, los muelles, los pavimentos de carreteras y cimentaciones,

aunque existan también registros del surgimiento de ésta en otros tipos de estructuras de

hormigón.

Según el banco de datos de ACRES Internacional, puede verse que de las presas que

padecen un ataque álcali-árido, tan sólo el 3% padecen la reacción álcali-carbonato (ACR

por sus siglas en ingles), frente a un 97% de la reacción álcali sílice (ASR). Las reacciones

expansivas más frecuentes en presas son las ASR.

1.2 Objetivos

El objetivo principal de éste trabajo es dar una visión general de lo que son los efectos de la

reacción álcali-sílice y los efectos expansivos que genera, con el propósito de convertir a

este documento, en una útil herramienta de consulta.

Estudiar las reacciones que ocurren en este proceso patológico, entender las

condiciones que las propician y conocer los mecanismos que las determinan.

Examinar los efectos e incidencias de esta reacción y describir distintas técnicas que

permitan identificar los productos de reacción.

Analizar posibles formas de prevenir o minimizar la reacción álcali-sílice. Estudiar

las soluciones para que la expansión no afecte la seguridad de las estructuras.

Elaborar un listado de recomendaciones, tanto desde el punto de vista de proyecto

como constructivo, de cómo proceder ante esta problemática.

2. REACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE

2.1 Factores que afectan la Reacción Álcali-Sílice

Entre los factores que influyen en la reacción álcali-sílice destacan las propiedades de los

materiales (referidas al cemento y la composición y granulometría de los áridos), humedad

ambiental y temperatura. En algunas investigaciones han tomado en cuenta las restricciones

de la estructura de hormigón como factor influyente, pero aún bajo esas condiciones se

produce esta reacción.

2.1.1 Propiedades de los materiales

Los álcalis provienen del árabe Al-Qaly que significa 'ceniza'. Estos metales alcalinos son

aquellos que están situados en el grupo 1 de la tabla periódica (excepto el Hidrógeno que es

un gas). También son de tipo óxidos, hidróxidos y carbonatos. Actúan como bases fuertes y

son muy hidrosolubles. [1]

2.1.2 Áridos Reactivos

Determinados tipos de áridos y los componentes de la fase intersticial del hormigón

conllevan, a la neoformación de fases silicatadas que pueden provocar el deterioro del

hormigón. La fase intersticial se refiere al agua contenida en los poros y el contacto entre el

árido y la pasta, y por otro lado la neoformación implica la formación de compuestos

secundarios. [2].

Los áridos que se ven afectados por la ASR, son aquellos que en su composición cuentan

con minerales silíceos. Provienen de unas rocas que se encuentran en un estado distinto a

sus condiciones naturales, por lo que evolucionarán hasta encontrar un nuevo equilibrio.

Esto es lo que se conoce como reactividad, y dependerá tanto de los minerales como de las

rocas de las que forman parte estos minerales, su historia tectónica; y por otro de la

estructura, tamaño de los granos, porosidad, permeabilidad de la roca y de la composición

de la misma. [3]

La estabilidad del árido es importante para permitir o no la reacción y para mantener sus

características mecánicas en el tiempo. Es la aptitud de este para mantener su integridad y

no sufrir cambios físicos, químicos o mecánicos. Sin embargo no todos los áridos son

totalmente inertes. Para ello es necesario determinar las características de los áridos antes

de fabricar el hormigón. [2]

En la Tabla I se presentan las rocas más perjudiciales en términos de la reacción álcali-

sílice. Una roca puede ser clasificada, como una caliza silícea y aun así ser inocua si sus

componentes silíceos son diferentes a los indicados en la tabla.

Tabla I.- Componentes silíceos reactivos que pueden estar presentes en los agregados. [4]

El ópalo, por ejemplo, tiene estructura muy desordenada y es la forma más reactiva de la

sílice. Otras variedades de la sílice pueden exhibir reactividades intermedias. Sólo con un

0,5% de sílice en el árido se puede generar la A.S.R. Este mecanismo de ataque es el

mismo para todas las formas de la sílice, la diferencia está en la velocidad de la reacción.

[2]. En cuanto a los minerales se debe tener en cuenta que el cuarzo es la forma más común

de sílice y tiene una disposición ordenada del tetraedro de silicio y oxígeno que es estable

bajo condiciones normales. Por otro lado, el ópalo es la forma más desordenada y reactiva

de sílice, forma una retícula aleatoria de tetraedros con espacios entre los grupos de

moléculas. [3]

En cuanto a la granulometría la reacción álcali-sílice puede producirse al utilizar arena o

bien grava procedente de un árido reactivo. Hay muchos casos en que la expansión y

fisuración del hormigón se producen en presencia de áridos reactivos con un tamaño

comprendido en el rango de 1 a 5 mm. (es decir, las partículas más gruesas de árido fino),

aunque en algunos casos la reacción ha ocurrido en el árido grueso. Esto se debe a que la

cantidad de sílice que reacciona depende de la superficie específica del árido de modo que

cuanto mayor sea la relación superficie / volumen, más cantidad estará disponible. [3]

Por otro lado, en cuanto a la gradación de los áridos, cuando un árido fino reactivo se

combina con un árido grueso inocuo, la porosidad del árido grueso afecta a la reactividad

global, pues cuánto mayor es su porosidad, menor es el daño que produce. Esto es debido a

que los poros actúan como cámara de expansión, de modo que los productos de la reacción,

al aumentar de volumen, ocupan en primer lugar estos poros sin provocar tensiones

adicionales. [3]

Investigaciones en Alemania e Inglaterra han mostrado que si el contenido total de álcali

del hormigón está por debajo de 3 kg/m3, el daño probablemente no ocurrirá. [5].

Cuando se trata de árido grueso reactivo, la expansión es menor a una edad temprana, pero

irá aumentando continuamente a lo largo del tiempo debido a que la superficie específica es

menor que en un árido fino [3]. La superficie específica es la relación entre la superficie

total del árido entre su volumen.

2.1.3 Cemento

La pasta de cemento también es de gran importancia en la reacción álcali-sílice. La pasta de

cemento queda influenciada por el tipo de cemento, el contenido y la relación

agua/cemento. Es importante tomar en cuenta que el contenido de cemento influye en el

calor de hidratación y el tipo de ambiente al que estará expuesto el hormigón. La relación

agua/cemento es básica en la cantidad de evaporación que se genere y esta influirá en la

porosidad. Esta porosidad afectará directamente en la durabilidad. [2].

Los álcalis sodio y potasio en el cemento tienen su origen en las materias primas usadas

para la manufactura del cemento Pórtland, arcillas, piedras calizas, tizas, y esquistos y si el

carbón se usa como combustible, también pueden venir de las cenizas de éste. Los

compuestos alcalinos en el clínker son sulfatos alcalinos, álcali – aluminatos y

aluminoferritas, y álcali - silicatos. [3].

El contenido de ácido soluble de un cemento Pórtland se calcula convencionalmente como

equivalente en óxido de sodio usando la fórmula siguiente:

(Na2 O)e = Na2O + 0,658 (K2O)

Equivalente de óxido de sodio = contenido en óxido de sodio + 0,658 · contenido en óxido de potasio

Variando el contenido de álcali de un cemento en un hormigón, cambia la concentración de

ion hidróxilo, el contenido de álcali disponible y por tanto la relación sílice / álcali. [3]

2.1.4 Humedad Relativa

Para que se produzca la reacción álcali - sílice se necesita un cierto contenido de agua. Se

considera que no se producirá daño, o que su evolución cesará, si la humedad ambiental es

inferior al 80 %, suponiendo el aire como la única fuente de humedad.

2.1.5 Temperatura

En general, la velocidad de reacción y la formación de gel aumentan con la temperatura.

Pero hay que tener en cuenta que al mismo tiempo, el gel a altas temperaturas es menos

viscoso y se introduce mejor por las fisuras y huecos del hormigón, pudiendo disiparse en

parte la expansión.

2.2. Mecanismos de la Patología

En esta se tratará sobre el mecanismo de la reacción álcali-sílice, tomando en cuenta los

factores que intervienen en ella.

En [2] se presenta que la reacción álcali-árido se da entre la solución intersticial (el líquido

de poros y capilares) con un pH superior o igual a 12 y los iones alcalinos con fases

minerales de los áridos. Para que se genere esta reacción química debe interactuar

simultáneamente:

• Árido reactivo

• Humedad relativa superior a 80-85%

• Una concentración de álcalis alta, crítica.

Si algunos de esto factores no se presenta, no se tendrá la patología. Debe estar presente el

árido reactivo, el vehículo agua y el medio alcalino del cemento con concentración alta. La

reactividad de los áridos con los álcalis, provoca: expansión, exudación, Fisuración y caída

de la resistencia. La [2]

Con respecto a las causas de la reacción una de las referencias se presenta que La expansión

viene causada por la presión osmótica y que los geles de silicato alcalino pueden ejercer

grandes presiones de imbibición durante el proceso expansivo, mayores que la resistencia a

tracción del hormigón [3]. La presión osmótica es la diferencia de presión en ambos lados

de una membrana semipermeable que deja pasar las moléculas de disolvente pero no las de

los solutos. [6]

La reacción álcali-sílice es la más corriente de la reacción álcali-árido. Esta reacción se

produce entre los hidróxidos alcalinos de las soluciones intraporosas del hormigón y ciertas

formas de sílice del árido, que da como resultado un gel de silicatos alcalinos.

Todos los áridos silicatos tienen sílice pero no todos tienen la sílice reactiva o de estructura

amorfa. Amorfa quiere decir estructura desordenada, o sea, los átomos del mineral sílice no

están de forma ordenada, por estar desordenados hacen los áridos ser reactivos. [2]

Si tenemos áridos silíceos reactivos, el aporte alcalino (sodio (Na) y potasio (K)) disuelto

por el agua exterior que entra, esta agua solubiliza el árido liberándose sílice. Esta sílice

reacciona con los alcalinos y se precipita un compuesto nuevo o neoformación un mineral

que es un gel silíceo alcalino. Este gel tiene la característica de absorber mucha agua

generándose una expansión. Esta reacción se da en decenas de años. El grado de reacción

de los minerales de la sílice estará determinado por el orden en la estructura cristalina [2].

Según [2] para que se produzca una reacción álcali-sílice perjudicial tienen que coincidir

las siguientes tres circunstancias:

una cantidad crítica de sílice reactiva en el árido,

una solución alcalina suficiente en los poros del hormigón, ya que no todos los

cementos son ricos en álcalis.

una cantidad también suficiente de humedad.

En [3] aparece que en el Boletín 79 del ICOLD (1991), las reacciones que se producen son

principalmente en este tipo de reacción son dos, y lo hacen simultáneamente:

Reacción 1: Reacción ácido-base, neutralización de los grupos silanol (Si-OH) por la solución

alcalina con sosa cáustica NaOH = Na+ OH-: En primer lugar el grupo silanol reacciona con el OH-,

y da como producto Si-O-, que al reaccionar con el Na+, produce un gel de silicato.

Reacción 2: Ataque de los puentes de siloxeno por la solución alcalina, lo que provoca una

desintegración de la estructura y el paso de la sílice en solución al estado de iones positivos

(H2SiO4).

Nota: En estas reacciones se puede ver la importancia del ion OH- en la formulación, porque sin este

no se produciría dichas reacciones.

En [2] se presenta que las fases minerales de la sílice reactivas con los alcalinos de la pasta

de cemento hidratados son:

Ópalo, vidrio volcánico (son amorfos, hidratados y porosos, están desordenados y

reaccionan más deprisa)

Tridimita y cristobalita (son formas criptocristalines (formas pobremente

cristalizadas) y reaccionan también deprisa.

Calcedonia o chert (cuarzo reactivo,etc). (son microcristalinos que pueden

reaccionar) Minerales que se encuentran por ejemplo en los esquistos metamórficos.

Cuarzo deformado.

En la Fig. 1 se presenta una gráfica que presenta el ataque de los álcalis en sílice bien

cristalizada y en sílice amorfa. En (A) los iones no pueden penetrar y el ataque se reduce a

la superficie. En (B) no sucede lo contrario, cuanto más desordenada sea la estructura

mineral más rápido será la reacción. [2]

Fig. 1.- Ataque de los álcalis en sílice bien cristalizada (A) y en sílice amorfa (B). [2]

La formación de los geles sílico-calcio-alcalinos son expansivos por captación de agua. Se

produce una absorción de líquido intersticial que provoca el hinchamiento del gel que está

en el árido provocando una presión sobre la pasta de cemento circundante produciendo una

microfisuración y también una microfisuración del árido por dicho hinchamiento.

Las fuerzas de expansión de éste proceso son de 6 a 7 MPa y la resistencia a tracción más

normal en el hormigón corriente es de 3 MPa. Al proceso de expansión se traduce en una

fisuración en el hormigón que aparece en pocos meses (bastante difícil) o en varias decenas

de años. [2] También se presenta la reacción álcali-sílice (R.A.S.):

SiO2 + NaOH + Ca(OH)2 +H2O nNa2O mCaO y SiO2 xH2O

Esta reacción cesa cuando unos de los reactivos se consume o bien el ion hidroxilo

es muy bajo y ya no es atacada la sílice.

Fig. 2.- Fisuraciones por el gel silíceo alcalino entre los áridos y pasta de cemento. [7]

Fig. 3.- Imagen del Microscopio óptico del gel silíceo alcalino [2]

Si esta reacción A.S.R. por cualquier causa produce la degradación del hormigón y el agua

penetra en el seno del mismo, la reacción puede desencadenarse hasta llevar a la total

destrucción de la estructura.

En las regiones templadas, los ciclos de congelamiento y deshielo pueden provocar severos

deterioros en el hormigón. El uso cada vez más difundido del hormigón en países de clima

cálido ha puesto en evidencia el hecho de que las temperaturas elevadas agravan los

procesos químicos perjudiciales, tales como la corrosión y las reacciones álcali-agregado.

Además, para dosificar y preparar hormigones durables se deberían considerar los efectos

combinados de inviernos fríos y veranos cálidos.

3. EFECTOS DE LA R.A.S. EN EL HORMIGÓN

3.1 Expansión

La Reactividad álcali-sílice es el proceso en el cual ciertos minerales que en su mayor gama

son del tipo cristales de sílice, que sus características de formación en presencia de

humedad se descomponen por el un medio altamente alcalino, como es el caso del

hormigón. Esta reacción produce un gel que se expande la creación de fuerzas de tracción

en la matriz de hormigón que finalmente genera el agrietamiento del hormigón. El

agrietamiento se permite que más agua se infiltre en el concreto la creación de más gel, una

mayor expansión, etc En definitiva el concreto falla o se desintegra.

Existen condiciones adecuadas para que la A.S.R. además produzca fisuración y expansión.

Es necesario que exista condiciones altas de humedad provenientes de fuentes externas, así

como cantidades tanto de sílice reactiva como de álcalis disponibles, sean significativas. De

acuerdo a lo antes mencionado la reacción puede detenerse bajo la disminución de las

condiciones antes mencionadas o en el caso de que uno de los reactivos se consuma o

cuando la concentración del ión hidroxilo sea lo suficientemente baja para que la reacción

no tenga lugar

En la Fig. 4, se puede apreciar un ejemplo, donde se establece dos opciones de equilibrio,

una porque la reacción se ha completado o una segunda porque se da el equilibrio físico:

a) Primer caso: Finalización de la expansión cuando ya no hay agua disponible

b) Segundo caso: Estabilización debido a la reducción de toda la sílice disponible

c) Tercer caso: la concentración alcalinos o la de ión hidroxilo es baja y no ataca a la

sílice reactiva.

Fig. 4.- Ejemplos de Equilibrio [8]

Se observa que debido a que el gel que produce la A.S.R., tiene un papel determinante en el

proceso del proceso de expansión, debido a que las tensiones son inducidas por el

crecimiento del gel, la velocidad de crecimiento de este dependerá de la concentración que

se haya alcanzado.

Si la velocidad de crecimiento es lenta, las fuerzas internas se disipan por la migración del

gel a través del hormigón, mientras que si la velocidad es relativamente rápida, las fuerzas

internas pueden llegar a un nivel en el que pueden ocasionar fisuras y la expansión del

hormigón. [3]

Debido a las tensiones internas que se pueden ir presentando en el progreso de la A.S.R., en

la Fig. 5, se muestran los diferentes niveles de formación de las fisuras:

Nivel 1: Crecimiento de gel tensiones internas iniciales.

Nivel 2: Incremento de las tensiones suficientes para causar micro fisuras cerca de

las partículas reactivas.

Nivel 3: Migración del gel hacia micro fisuras y acumulación de tensiones

Nivel 4: Gel colma las fisuras e incremento de tensiones internas micro fisuras,

extensión de micro fisuras, generación de expansiones significativas.

Fig. 5.- Modelo idealizado de cómo pueden inducirse las fisuras causadas por la reacción

álcali-sílice [8] [3]

3.2 Efecto pésimo

El efecto proporción “Pessimum” o “Pésimo” se define un comportamiento debido al

incremento de las proporciones de áridos reactivos. De acuerdo a la investigación existente

en el artículo “A Mathematical Model for the Pessimum Size Effect of ASR in Concrete”

[9], los autores plantearon un modelo para la determinación del Efecto pésimo, el cual se

describe como la expansión pésima máxima que se alcanza, que depende de la fracción de

volumen, el tipo y la distribución del tamaño del agregado reactivo, la composición y el

contenido de álcali del cemento, la tasa de desarrollo de la fuerza y las proporciones de la

mezcla de hormigón. El modelo está dividido en dos partes: En primer lugar, la difusión de

los iones hidroxilo y el álcali en el agregado, seguido por la reacción de estos con la sílice

reactiva contenida dentro del agregado. En segundo lugar, la expansión debido a la A.S.R..

En la Fig. 6, se comparan las expansiones que se producen al variar las proporciones de

árido reactivo para un caso específico indicado en una investigación realizada, donde la

relación agua / cemento y árido / cemento de 0,4 y 2,75 respectivamente y un contenido de

álcali de 6 kg / m3. Se puede observar en la figura antes mencionada que se produce un

pico para una proporción determinada.

De acuerdo a la figura se puede describir el comportamiento de la siguiente manera: hasta

un determinado porcentaje, la expansión aumenta a medida que lo hace el contenido de

árido reactivo, pero se llega a un punto a partir del cual, al seguir aumentando la proporción

de árido, la expansión disminuye.

Fig. 6.- Influencia del contenido de áridos reactivos frente a la expansión [3]

La cantidad de árido reactivo para la que se produce este pico de la expansión variará en

función del tipo de árido con el que nos encontremos. [3] A continuación se presenta en la

Fig. 7 un esquema sobre el desarrollo del efecto pésimo:

Fig. 7.- Efecto pésimo [3]

De manera similar ocurre se interpreta la relación existente entre la relación expansión con

respecto al tiempo, como se puede observar en la Fig. 8, donde se aprecia que para

proporciones muy altas o muy bajas de árido reactivo no se presentan expansiones

considerables en relación a valores intermedios. Los valores intermedios son los que

presentan mayores expansiones cuanto menor es la edad de comienzo de las expansiones,

es decir, que con la proporción de árido reactivo del efecto pésimo además de comenzar

antes a expandirse, esta expansión será la máxima que se puede alcanzar.

Fig. 8.- Relación expansión – tiempo [8]

3.3 Fisuración

La fisuración y el agrietamiento producido por la Reacción álcali sílice es de mucha

importancia, no solo por sus efectos adversos a las propiedades del hormigón, si no que a

través de estas se puede inducir a que el proceso se pueda dar proceso se permite que más

agua se infiltre en el concreto la creación de más gel, una mayor expansión.

Adicionalmente a esto, en el caso de que la fisuración desencadenada por la A.S.R. alcanza

el acero de refuerzo, puede producir procesos patológicos adicionales a este que pueden

amplificar un deterioro aún más grande y más rápido. En definitiva el concreto bajo este

continuo proceso falla o se desintegra.

De acuerdo a la literatura investigada, la expansión no es uniforme en todo el volumen del

hormigón. Es mayor en la proximidad inmediata de cada partícula de reactivo o alrededor

de un grupo de tales partículas.

La sumatoria de los efectos producidos por los efectos de estas reacciones pueden resultar

en la micro-grietas. Además, la micro-grietas no se distribuye uniformemente ya que es

influenciado por las restricciones y los efectos en los bordes del concreto masa (ver Fig. 9).

[10]

Fig. 9.- Desarrollo de fisuración debido a R.A.S. [10]

Los micro-grietas en una masa de hormigón sin restricciones están orientadas al azar. En la

capa superficial el grado de reactividad puede ser modificado por lixiviación de álcalis por

el agua o por una reducción de la alcalinidad por precipitación de sodio y potasio.

Mayores porosidades en las capas más superficiales puede también mostrar menores

expansiones debido a que el gel puede permear dentro de muchos más poros del hormigón,

La combinación de la variabilidad de la expansión y expansiones muy grandes en el interior

del hormigón, resulta en esfuerzos de tensión en la superficie, los cuales pueden desarrollar

macro-fisuración.

El patrón de macro-grietas es muy irregular que a menudo denominado mapa de grietas o

piel de cocodrilo. En la presencia de la restricción de expansión, las macro-grietas tienden a

ser paralelas a la dirección del sistema que lo condiciona la restricción.

La profundidad de macro grietas usualmente no supera al recubrimiento en

aproximadamente una décima parte del espesor del miembro y también está relacionado

con el espesor de la cobertura de la superficie, como se puede ver en la Fig. 10. [10]

De acuerdo a investigaciones existentes realizadas seccionando miembros demolidos de

estructuras, se indica que la propagación de las grietas de superficie en algunos casos se

extiende en ramificación grietas más finas y luego se funde en micro-fisuras. Mientras que

en muchos casos no sigue un patrón definido.

El efecto de la armadura, como sistema de retención de la capa superficial del acero tiende

a concentrar las micro-fisuras en su plano. Esto puede convertirse en más grave

delaminación del agrietamiento. Con grandes expansiones esto puede conducir a la

desunión y desarrollo de grietas escalonadas sobre las caras de extremo de los miembros.

Fig. 10.- Relación entre profundidad y ancho de fisura en hormigón reforzado [10]

3.4 Reducción de propiedades físico-mecánicas

Las propiedades físicas medidas en probetas de hormigón sin restricciones en general,

muestran una reducción en la resistencia a la compresión, resistencia a la tracción, módulo

de elasticidad con relación a los valores a 28 días.

En la Tabla II [10] que muestra más adelante se indica límites de las propiedades

mecánicas residuales del hormigón sin restricciones para varias expansiones por A.S.R.

libre como porcentajes de las propiedades reales de hormigón afectado a los 28 días. En

base a la referencia investigada los valores tabulados fueron obtenidos de mediciones

inferiores a los datos obtenidos en pruebas de laboratorio en cubos, cilindros y prismas, y

de los ensayos en los núcleos extraídos de estructuras, lo que nos da un margen que podría

considerarse adecuado y hasta cierto punto conservador.

Cabe indica que la literatura menciona que en el los casos evaluados y muestras tomadas de

campo, la resistencia axial a la compresión tal como se obtiene a partir de un cilindro o

núcleo de prueba se reduce por la A.S.R. en un mayor grado que la fuerza aplicada en el

cubo de ensayo.

Para fines prácticos generalmente la resistencia a la compresión axial es la requerida para la

evaluación estructural y en un cierto grado para identificar estados y capacidades de la

estructura, por tanto es de suma importancia su consideración.

En el caso de la resistencia a la tracción residual esta se ve afectada por el método de

ensayo. Los valores indicados en la Tabla II, de acuerdo a la Guía técnica sobre la

evaluación de las estructuras existentes de “The Institution of Structural Engineers” del

Reino Unido, es adecuado como una referencia para a la determinar la aproximación de la

capacidad residual a tensión.

Tabla II.- Disminución de propiedades mecánicas residuales como porcentajes de un hormigón no afectado de 28 días [10]

3.5 Influencia de las restricciones en la expansión

Es importante considerar las condiciones y solicitaciones a las que se encuentra sujeto el

hormigón, el efecto que tiene las restricciones que pueden presentarse en una estructura

debido a las condiciones de contorno puede influenciar en el fenómeno de la expansión por

la R.A.S. Si el hormigón está restringido por hormigón circundante no reactivo, tensión

aplicada o refuerzo en la dirección de la restricción, y las grietas dominantes tienden a estar

dispuestas de forma paralela a esta dirección. La influencia restrictiva de refuerzo se ilustra

en la Fig. 11, que muestra los patrones de agrietamiento debido a la A.S.R. en dos vigas.

Fig. 11.- Influencia del reforzamiento en la fisuración por R.A.S [10]

En este caso presentado, de acuerdo a la literatura, se realizó una investigación en la cual,

se fabricó vigas laboratorio, en base a un hormigón con árido reactivos, que durante el

seguimiento del desarrollo de la formación de grietas, las vigas solo estuvieron sujetas a su

peso propio. La viga superior como se observa en la Fig. 11 se condiciono con sólo

refuerzo inferior, y el mapa de craqueo se puede ver en la , en la región superior de la viga,

en la Fig. 8a, por lo tanto, sin restricciones. En contraste, la viga inferior en la Fig. 8b tenía

igual arriba y refuerzo inferior uniformemente restringido para la expansión longitudinal de

la viga. Las Grietas en este último caso por A.S.R. son paralelas a la armadura principal.

Las vigas de laboratorio además de las condiciones indicadas anteriormente, se proveyeron

de vínculos verticales (estribos) en estas vigas, donde se encontró que éstos fueron

insuficientes para evitar la expansión vertical debido a la A.S.R.. Las restricciones no

uniformes con respecto a la expansión presentada de cualquiera, en la simplemente armada

o la viga doblemente armada, con desigual armado superior e inferior también dió lugar a

una curvatura de la viga adicional a la esperada.

De los datos que se recogieron en la mencionada investigación, los datos de las pruebas se

recogen en la Fig. 12 y Fig. 13. En la Fig. 12, se puede observar que el efecto que tiene el

refuerzo, incluso en una cantidad relativamente pequeña restringe significativamente la

expansión, pero la dispersión de los datos es muy amplia. Se determinó también que la

restricción también retarda el inicio de la expansión y la ralentiza. [10]

Fig. 12.- Expansión restringida [10]

De la misma manera, la Fig. 13 muestra los resultados obtenidos en la investigación, donde

se puede ver que el esfuerzo de compresión inducida en el hormigón por la restricción,

incrementa como la tasa de incremento de la expansión.

Fig. 13.- Esfuerzo de Compresión del Hormigón en condiciones de restricción [10]

De la cuantificación de los resultados, se determinó que el esfuerzo de compresión tiende a

limitarse a un valor no mayor que 4 N/mm2. Esto en términos prácticos implica que se

puede inducir la fluencia del acero de refuerzo si el porcentaje de acero en menor al 1.6% o

0.9% para el acero inferior y superior respectivamente. [10]

La restricción externa resultante de la tensión aplicada tiene un parecido al efecto que

produce la restricción del refuerzo interno. La Fig. 14 muestra datos reveladores obtenidos

a partir de muestras bajo esfuerzos de compresión constante. [10]

Fig. 14.- Efecto de esfuerzos de compresión en la expansión

3.6 Efectos en la Servicialidad Estructural

Como recomendaciones encontradas, sobre las deformaciones en elementos estructurales

según “The Institution of Structural Engineers” del Reino Unido, indica que:

1. Las deformaciones en elementos estructurales.

En relación con la expansión general de los miembros sujetos a flexión, la disposición

normal para el movimiento y expansión, cubrirá expansiones de hasta 0,5 mm / m. Más allá

de este punto, las consecuencias de expansión debe ser evaluada, pero debe tenerse en

cuenta que expansiones estimados de núcleos no permiten efectos de restricción del

refuerzo.

2. Deformaciones en hormigón en masa

Los casos de deformaciones en hormigón en masa puede ser importante, pequeñas

expansiones que se acumulan en grandes estructuras como las presas y pilares de puentes,

dar lugar a movimientos generales sustanciales que puede afectar seriamente a las partes

adyacentes de la estructura o maquinaria incorporada dentro o atornilladas a la masa. Tales

situaciones por lo tanto, requieren una investigación especial sobre la R.A.S.

3. Resistencia a las heladas

La formación de micro y macro-fisuras ha planteado dudas sobre la resistencia a hielo y

deshielo del concreto afectado por A.S.R.. Estudios no publicados de laboratorio sobre

probetas de hormigón mantenidos con humedad durante toda su vida, han demostrado que

la resistencia a la congelación y descongelación se reduce por la fisuración de la RAS. Hay

diferencias de opinión con respecto al efecto de la expansión A.S.R. sobre hielo-deshielo y

la resistencia de los hormigones en el campo. Dónde la servicialidad de la estructura está en

duda. La interacción debe evaluarse tanto petrográficamente como por congelación-

descongelación.

Superficies expuestas horizontales pueden estar en riesgo, sobre todo si el agua puede

estancarse en la superficie. Superficies verticales también pueden estar en riesgo si el agua

puede fluir sobre la superficie durante períodos suficientemente largos para que el concreto

se sature por lo que el agua y pueda congelarse el agua en las grietas de la A.S.R.. Cuando

la A.S.R. ha causado grietas, puede ser necesario tomar precauciones contra los efectos de

las heladas.

Efecto sobre la resistencia al fuego

Mientras que la resistencia al fuego rara vez será un requisito de diseño para la mayoría de

las estructuras probablemente afectados por A.S.R., se puede suponer que no habrá

reducción en el rendimiento para expansiones de hasta 1,0 mm / m. Puede ser útil tener en

cuenta a este respecto que las expansiones en general sin restricciones en los miembros

estructurales en condiciones de incendio reales son a menudo en exceso de 1,0 mm / m.

4. TÉCNICAS PARA IDENTIFICAR LOS PRODUCTOS DE REACCIÓN Y

FORMAS DE MITIGAR LA REACCIÓN.

Para afrontar con más garantías los problemas derivados de las reacciones expansivas de

este tipo de reacciones se presentan en este apartado los una serie de pautas para realizar un

diagnóstico óptimo.

4.1 Ensayos para identificar de la reactividad de los agregados

Para cuando se tiene agregados procedentes de nuevas minas o cuando los registros señalan

que los agregados son potencialmente reactivos se deberían realizar ensayos en laboratorio.

Según la norma [4] los ensayos en laboratorio de mayor utilidad son los siguientes:

a. Análisis o estudio petrográfico (Método ASTM C 295) –En la Tabla III se indica los

componentes reactivos de los agregados. Se pueden obtener recomendaciones acerca de las

cantidades aceptables de minerales reactivos, determinadas mediante análisis petrográficos.

El cuarzo altamente deformado con lamelas de deformación parece ser característico de las

rocas que contienen cuarzo reactivo. Las micas de grano relativamente grueso también han

sido consideradas como componentes reactivos. A continuación se indica una lista de

puntos a tener en cuenta a la hora de realizar un examen petrográfico

Secado diferencial entorno a los áridos, en los testigos extraídos de la presa

Presencia de gel blanco en los bordes de los áridos

Fisuras en el contorno de los áridos y en la matriz

Presencia de halos entorno a los áridos

Presencia de poros rellenos de gel blanco

b. Ensayo de la barra de mortero para determinar la reactividad potencial (Método

ASTM C 227)

Es el más utilizado para revelar el potencial de reactividad frente a los álcalis. El Apéndice

de la norma ASTM C 33 indica los criterios que se utilizan para evaluar los resultados de

los ensayos realizados según la norma ASTM C 227. El procedimiento es útil no sólo para

evaluar los agregados, sino también para las combinaciones particulares de cementos y

agregados.

Determinadas rocas metamórficas silíceas no desarrollarán en forma confiable una reacción

expansiva cuando son almacenadas a 100ºF (38ºC). Para que estos materiales desarrollen

evidencias de su reactividad se necesitan temperaturas más elevadas, períodos de ensayo

más prolongados (probablemente de uno a tres años), o ambos. Esta prolongación del

tiempo de ensayo hace que resulte particularmente deseable utilizar criterios petrográficos

que permitan identificar estas rocas. En diferentes países han desarrollado diferentes

variaciones del método ASTM C 227, tratando de inducir resultados significativos más

rápidamente, en particular para los agregados que son lentamente reactivos.

c. Ensayo químico para determinar la reactividad potencial (Método ASTM C 289)

Utilizado esencialmente para realizar evaluaciones rápidas, ya que permite obtener

resultados en pocos días y no en tres a doce meses como el ensayo antes descrito. Sin

embargo, se debe interpretar con cuidado los resultados de este ensayo. El Apéndice de la

norma ASTM C 33 están los criterios para interpretar estos resultados.

Los resultados obtenidos con este método de ensayo son cuestionables cuando se lo utiliza

para evaluar agregados livianos, ya que no está recomendado para este tipo de agregados.

En su lugar la Instrucción de Hormigón Estructural EHE-2008, recomienda que se haga

primero un estudio petrográfico, para de este modo, conseguir información sobre el tipo de

reactividad que podría presentarse. Si se deduce la posibilidad de que presente reactividad

álcali-sílice, se debe realizar el ensayo descrito en la UNE 146508 EX. Si se llega a la

conclusión que el material es potencialmente reactivo, el árido no se podrá utilizar en

condiciones favorables al desarrollo de la reacción. En otros casos, se podrá emplear el

árido calificado a priori como potencialmente reactivo solo si son satisfactorios los

resultados del ensayo de reactividad potencial a largo plazo sobre prismas de hormigón,

según la norma UNE 146509 EX, presentando una expansión al finalizar el ensayo menor o

igual al 0.04%.

La Tabla III recoge las principales rocas que pueden presentar reactividad álcali-árido,

según la EHE-2008, y dentro de cada una, los minerales sensibles a dicha reactividad a un

medio alcalino

Tabla III.-Principales rocas y minerales constitutivos reactivos con los álcalis EHE-2008.

A continuación se describen los ensayos en los áridos para las normas españolas antes

mencionadas:

UNE 146507-1 EX

Determinación de la reactividad potencial de los áridos

Método Químico Parte 1 Determinación de la reactividad álcali-sílice y álcali-silicato

Este método permite determinar, por vía química, la reactividad potencial de tipo álcali-

sílice y silicato de los áridos, no es aplicable a rocas calcáreas con carácter arcilloso

dolomítico. Consiste en atacar la fracción granulométrica comprendida entre 0 0. mm

del árido con una disolución a H a 80 C, midiendo en el filtrado, después de , 8

y 72 horas, las concentraciones de sílice disuelta y de sodio por colorimetría y

espectofotometría de absorción atómica, respectivamente.

UNE 146508 EX

Determinación de la reactividad potencial álcali-sílice y álcali-silicato de los áridos

Método acelerado de probetas de mortero

Permite evaluar la reactividad potencial de tipo álcali-sílice y álcali-silicato de los áridos a

través de la determinación de expansión de probetas de mortero sumergidas en una

disolución de NaOH a elevada temperatura. Está basado en la medida del cambio de

longitud experimentado por una serie de probetas de mortero elaboradas con el árido que se

quiere estudiar, después de haber sido sumergidas en agua a 80 C C durante el primer

día en una disolución de a H a 80 C durante los días siguientes

UNE 146508 EX

Determinación de la reactividad potencial de los áridos con los alcalinos

Método de los prismas de hormigón

Permite determinar la reactividad potencial de tipo álcali-sílice, álcali-silicato álcali-

carbonato de los áridos, a reactividad potencial de los áridos se determina mediante la

medida del cambio de longitud de prismas de hormigón mantenidos a 8 C y 100% de la

humedad relativa.

Los registros del comportamiento previo en obra de un determinado agregado que ha sido

utilizado con cementos con alto contenido de álcalis es la mejor manera de evaluar su

reactividad Si no hay registros de este tipo disponibles, lo más confiable es utilizar un

análisis petrográfico corroborado mediante el ensayo de la barra de mortero. Para cualquier

evaluación se recomienda fuertemente no confiar en los resultados de un único tipo de

ensayo. [4]

4.2 Utilización de agregados potencialmente reactivos y características del cemento.

Si están disponibles registros de servicio, o resultados de análisis en laboratorio que indican

que un agregado es potencialmente reactivo, este no se debería utilizar si el hormigón ha de

estar expuesto al agua de mar u otros ambientes en los cuales hay álcalis disponibles de

fuentes externas que pudieran ingresar al hormigón en forma de solución. Si fuera necesario

utilizar agregados reactivos es posible lograr un comportamiento satisfactorio; sin embargo,

nunca se deben utilizar agregados reactivos sin antes realizar un programa de ensayos

exhaustivos y preferentemente obtener registros que establezcan que limitando

adecuadamente el contenido de álcalis del cemento o utilizando cantidades adecuadas de

una puzolana y/o escoria su comportamiento será satisfactorio. Si no hay presencia de

álcalis de fuentes externas y no hay ningún material no reactivo económico disponible, se

pueden utilizar agregados reactivos siempre que se apliquen las siguientes precauciones [4]:

a. Especificar un cemento con bajo contenido de álcalis (máximo 0,60% expresado como

Na2O equivalente). Prohibir el uso de agua marina o agua proveniente de suelos alcalinos

como agua de mezclado, y evitar la adición de cloruro de sodio o potasio. Tener en cuenta

el riesgo de migración de los álcalis debido a la difusión en el hormigón.

b. De forma alternativa, utilizar un material puzolánico adecuado que satisfaga los

requisitos aplicables de la norma ASTM C 618, o escoria de alto horno que satisfaga los

requisitos de la norma ASTM C 989. Las puzolanas se deben ensayar de acuerdo con la

norma ASTM C 441 para determinar su efectividad para prevenir expansiones excesivas

debidas a la reacción álcali-agregado. El criterio que establece una reducción de la

expansión del 75% en el ensayo de la barra de mortero en base a una relación cemento-

puzolana arbitraria simplemente proporciona una base para realizar comparaciones.

Siempre que se considere el uso de materiales puzolánicos hay que recordar que estos

materiales aumentan la demanda de agua y pueden provocar mayor fisuración por secado

en los hormigones expuestos a secado. La mayor demanda de agua se debe a la mayor

fineza y pobre geometría de las partículas. En general una escoria de alto horno bien

graduada y triturada mejorará la trabajabilidad del hormigón.

4.3. Adiciones para mitigar los efectos de la reacción álcali-sílice

Cualquier patología presente en una estructura debe ser estudiada con detalle para proyectar

una posible solución al problema, mediante la identificación de síntomas que suelen

repetirse en las estructuras que la padecen. El conocer el proceso patológico permite

acometer un diagnóstico certero, que debe, forzosamente representar el punto de partida del

paso sucesivo: la intervención correctora.

De forma habitual los áridos del hormigón se consideran inertes, aunque esto no siempre es

igual. Como se ha mencionado en apartados anteriores, determinados áridos pueden

reaccionar con los álcalis presentes en el cemento, provocando expansión y deterioro. Esto

se puede solucionar escogiendo cuidadosamente las fuentes de donde se extraen los

agregados y usando cementos con bajo contenido de álcalis, puzolanas previamente

ensayadas o escoria triturada.

Los materiales puzolánicos y las escorias de alto horno participan de la reacción álcali-

sílice y tienen la fineza suficiente; si son correctamente utilizados, estos materiales pueden

transformar las reacciones para que sean beneficiosas. Si la cantidad de sílice es importante

con respecto a la superficie de los agregados reactivos, internamente se formará un gel

álcali-sílice con ilimitado potencial de expansión, el cual absorberá agua y ejercerá fuerzas

potencialmente destructivas.

4.3.1 Materiales puzolánicos

Las puzolanas, naturales o artificiales, con el paso de los años, se han convertido en uno de

los métodos más válidos para mitigar las consecuencias de las reacciones álcali-árido. Estas

contienen sílice reactiva, que dividida reacciona apresuradamente con los áridos de la

solución de los poros, disminuyendo el poder de destrucción del gel en la matriz

cementante. A pesar, la eficiencia de este material es función de la cantidad de fase amorfa

y de las características microestructurales de la puzolana.

El humo de sílice es mineralógicamente amorfo, constituido, el 85% y el 98 %, de sílice,

además está formado por hierro, magnesio, calcio, etc. prácticamente despreciables por su

baja proporción. Tiene la capacidad de reducir las consecuencias de la reacción álcali-

agregado porque su presencia hace disminuir rápidamente la concentración de sílice en el

cemento, dejando sin él a la reacción expansiva, más lenta, y evitando así una mayor

expansión. [11]

Fig. 15.- Expanción por inmersión en NaCl (Piagni, 1997)

En la Expanción por inmersión en NaClFig. 15 se observa a los 300 días en un hormigón

convencional, una expansión del 0,9%, mientras que sólo añadiendo un 10% de humo de

sílice en la composición del hormigón este porcentaje se reduce al 0,1%. La presencia de

humo de sílice en el cemento “liga” parte de la porlandita, de por si ineficiente

mecánicamente, transformándola en el gel C-S-H, inocuo y resistente, evitando además que

recaiga sobre él la acción disgregante del agua con sus beneficios evidentes. [12]

Las puzolanas de origen natural, derivadas de erupciones volcánicas, compuestas

principalmente de aluminosilicatos, se les atribuye la reactividad al poseer conjuntamente

una estructura pobremente cristalina y a su vez disponer de una área superficial alta. Se

muestran a continuación los resultados obtenidos con dos riolitas y una dacita cuando han

sido aplicadas para reducir las reacciones expansivas del hormigón. [11]

Fig. 16 Curvas de expansión de barras de mortero (Valdez, P.L., 2008)

En la Fig. 16 se presentan los resultados de expansión, en %, derivados de la reacción

álcali-agregado, en función de la edad del hormigón. Los resultados que se exponen se

obtuvieron de ensayar un conjunto de barras de mortero de referencia (MR) donde se

añadieron las puzolanas. Analizando los resultados conseguidos a los 21 días las

expansiones que se aprecian en MR son de 0.7% mientras que en los morteros con las

puzolanas PA, PB y PC, las expansiones son del orden de 0.16%, 0.30% y 0.37%

respectivamente, con lo que se hace evidente la reducción en la expansión. Se obtienen

mejores resultados de la dacita, por ser la puzolana que contiene menos cantidad de álcali,

mayor contenido de fase reactiva y mayor área superficial que el resto, por lo que se hace

obvio que las propiedades de las puzolanas son determinantes en la reducción de la

expansión. [13].

4.3.2 Escoria de alto horno

Son subproductos no metálicos producidos en alto horno, cuando el mineral de hierro es

reducido a hierro dulce. La escoria líquida se enfría rápidamente para formar gránulos, que

son molidos hasta una finura similar a la del cemento portland. Poseen propiedades

cementantes pero éstas son mejoradas cuando se utilizan con cemento portland. La

proporción en peso que suelen representar puede variar entre el 20% y el 70 %.

En la Fig. 17, se comparan un cemento normal CPN, un cemento con escorias (CPE) y un

cemento con escorias de alto horno (CAH), puede observarse que el uso de escoria de alto

horno en la elaboración de hormigón disminuye considerablemente la expansión por

reacciones álcali-sílice de un agregado categorizado como potencialmente reactivo.

Fig. 17. Curvas de expansión debidas a una reacción álcali árido, [14]

4.4. Mitigación de los efectos

También existe la posibilidad de combinar parte de los áridos potencialmente reactivos de

la primera cantera con inertes de la segunda, en este caso. En el caso de la reacción álcali –

sílice, los más reactivos son los áridos más gruesos de la fracción fina, por lo que se podría

estudiar la posibilidad de utilizar los de la cantera cercana como árido grueso

combinándolos con arena inerte. Asimismo, existe la posibilidad de utilizar el reactivo

como árido fino si el árido inerte es poroso, ya que estos poros actuarían como cámara de

expansión. De cualquier manera, habría que hacer los correspondientes ensayos de prisma

de hormigón con la combinación [3].

Las acciones a cumplir para atenuar los efectos de las reacciones expansivas se pueden

clasificar en pasivas y activas. Las primeras son aquellas cuyo objetivo sería detener o

ralentizar la reacción, se centran en impedir el paso de agua al cuerpo de la estructura, ya

que una fuente de agua externa es necesaria para el desarrollo de la reacción (estas medidas

pueden ser la impermeabilización, la inyección, el sellado de juntas o una combinación de

las anteriores). Y las segundas tienen distintos objetivos, pueden estar destinadas a aliviar

tensiones y evitar movimientos (cortes) o a estabilizar la estructura (anclajes, incrementos

de sección) [3].

5. CONCLUSIONES

Del presente trabajo se han obtenido las siguientes conclusiones:

Se debe tener presente que mientras más desordenada sea la estructura del mineral,

más rápidamente se dará la reacción, porque será más fácilmente atacable por la

solución alcalina.

En cuanto a la granulometría, un árido será más reactivo cuanto mayor sea su

superficie específica pero hay que tener en cuenta la gradación y la influencia de la

porosidad de los áridos gruesos. De modo que si se combina un árido fino reactivo

con uno grueso inocuo, la porosidad de éste afectará a la expansión global porque

puede actuar como cámara de expansión.

La RAS produce un gel debido a la reacción del álcali con el árido reactivo en

presencia de agua, que se expande creando fuerzas de tracción en la matriz del

hormigón. La expansión finalmente genera el agrietamiento del hormigón. El gel

tiene un papel determinante en el proceso de expansión, debido a que las tensiones

inducidas dependen de su crecimiento, y dicho crecimiento a su vez dependerá de la

concentración que este gel haya alcanzado.

La humedad ambiental, debe ser como mínimo del 80 % para que se dé la reacción

y la temperatura, que incrementa la velocidad de la reacción.

El efecto de la expansión por la A.S.R. no es uniforme en todo el volumen del

hormigón. Es mayor en la proximidad inmediata de cada partícula de reactivo o

alrededor de un grupo de tales partículas. La sumatoria de los efectos producidos

por los efectos de estas reacciones resulta en la micro-grietas que con el avance de

del gel serán extensivas.

Los efectos de la R.A.S en el hormigón dependerán de las proporciones de árido

reactivo y las características de reactividad de este y las condiciones como

propiedades de los materiales, humedad relativa y temperatura. Además, se

considera que la expansión con respecto a las proporciones de árido está sujeta al

fenómeno denominado “Efecto pésimo”, el cual describe que existe una proporción

de árido reactivo que produce el pico máximo de expansión y aunque las

proporciones de árido reactivo se incrementen la expansión disminuirá.

Si se desea saber si determinados agregados son o no reactivos en cuanto a la ASR,

no existe un ensayo único que pueda asegurarlo. Corresponde hacer varios ensayos

que concuerden en resultados.

Para prevenir la expansión del hormigón cuando tratamos con áridos reactivos, se

puede optar por un cemento con bajo contenido en álcalis o por el uso de adiciones;

las cantidades recomendadas de puzolanas son del orden del 30 % para cenizas

volantes, del 10 % para el humo de sílice y del 50 % para las escorias granuladas de

altos hornos.

Los álcalis no sólo pueden provenir del cemento sino que también de los áridos y de

las adiciones. Las expansiones serán menores cuanto menor el contenido de álcalis,

considerándose como cemento de bajo contenido en álcalis aquel con un contenido

de equivalente de óxido de sodio menor a 0,6.

En base a referencias investigadas las propiedades residuales del hormigón,

dependerán de las expansiones que se hayan alcanzado y el nivel de fisuración que

pueda haberse concentrado.

Si el hormigón está restringido por hormigón circundante no reactivo, o condiciones

de borde o refuerzo en la dirección de la restricción, las grietas dominantes tienden

a estar dispuestas de forma paralela a esta dirección.

El efecto que tiene el refuerzo, incluso en una cantidad relativamente pequeña

retarda el inicio de la expansión y la ralentiza.

BIBLIOGRAFÍA

[1] Wikipedia, «Wikipedia,» 14 Marzo 2013. [En línea]. Available:

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lcali. [Último acceso: 25 Mayo 2013].

[2] S. Valls, Durabilidad del hormigón en base a las reacciones de expansión endógenas,

2013.

[3] J. Segarra Foradada, Envejecimiento de presas por reacciones expansivas en

hormigón, Barcelona: Universitat Politècnica de Catalunya, 2005.

[4] A. C. I. ACI 201, «Guía para la Durabilidad del hormigón,» Estados Unidos, 2001.

[5] K. Mehta y P. Monteiro, Microstructure, Properties and Materials, 2001.

[6] Wikipedia, «Presión Osmótica,» Mayo 2013. [En línea]. Available:

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_osm%C3%B3tica.

[7] N. Winter, «Understending Cement,» 2005. [En línea]. Available:

http://www.understanding-cement.com/alkali-silica.html.

[8] H. D.W., Alkali-silica reaction in concrete, Thomas Telford Ltd., 1988.

[9] A. W. X. Y. &. M. C. Suwito, «A Mathematical Model for the Pessimum Size Effect of

ASR in Concrete,» 2002.

[10] T. I. o. S. Engineers, Structural effects of alkali-silica reaction, Londres: SETO Ltd,,

1992.

[11] F. Pardo Bosch, Estudio del diagnóstico y del tratamiento de presas de hormigón con

expanciones, Barcelona: UPC, 2009.

[12] I. Piagni, «"Fumo de sílice e calcestruzzo".,» Materiali e tecnología in concreto, vol.

18, pp. 24-30, 1997.

[13] Valdez, P.L., «Efectividad de las puzolanas naturales para reducir la expanción álcali-

agregado,» Ciencia AUANL, vol. 11, pp. 256-263, 2008.

[14] E. Becker, «Cemento e alto horno, características y normas de uso,» Loma Negra, p.

10p, 2002.

[15] L. A. Clark, «Critical review of the structural implications of the alkali silica reaction in

concrete,» Department of Transport, Transport and Road Research Laboratory.

[16] EHE-2008, Instrucción de Hormigón Estructural, Centro de publicaciones, Secretaría

General Técnica, Ministerio de Fomento, 2011.