INTRODUCCIN

La reaccin lcali-agregado es un tema que se ha vendo investigando hace varios aos ya que afecta de manera negativa el comportamiento de las estructuras en concreto y la durabilidad del mismo llegando a causar graves perjuicios econmicos. Se conoce que se trata de una reaccin lenta y de acuerdo a investigaciones arrojan como resultado evidencias que se han observado luego de transcurridos un periodo entre 5 y 10 aos de la construccin de la estructura en concreto.

La investigacin de esta patologa es importante ya que se deben buscar nuevos aspectos que ayuden a mitigar este tipo de reacciones en el concreto.

GENERALIDADES

Como primera medida se debe definir qu es lo que significa la palabra lcali. Segn la literatura se puede definir la palabra lcali como:- Son xidos, hidrxidos y carbonatos de los metales alcalinos. Actan como bases fuertes y son solubles en agua.- Hidrxido de amonio o de los metales alcalinos, que pueden actuar como bases enrgicas debido a que son muy solubles en agua.

QUE ES LA REACCION ALCALI-AGREGADO?

Es un agente o agentes que atacan al concreto endurecido fabricado con un determinado tipo de agregados, donde al transcurrir el tiempo y como consecuencia de la exposicin al medio ambiente y ante la presencia de sodio y potasio, mas humedad, presin ambiental y temperatura, alrededor de la partcula gruesa generan factores que dan origen a un expansin gradual de la pasta hasta se produce el fisura miento y desintegracin de la estructura, por lo tanto el concreto pierde resistencia y se disminuye el mdulo de elasticidad del concreto, y los ms grave del caso, el concreto disminuye ostensiblemente la durabilidad.

La reaccin lcali-agregado presenta las siguientes caractersticas:

- Pueden transcurrir periodos de hasta de 5 aos para que se comience a manifestar esta patologa.- Una vez que se activa este proceso, se va presentando un deterioro progresivo de la estructura que se va incrementando en el tiempo.

FASES DE LA REACCION ALCALI AGREGADO 1: Agregado reactivo dentro 2: La presencia de humedad de la pasta y de cemento con activa la reaccin. Alclisis.3: Hinchamiento y figuracin.

Cabe resaltar que la reaccin lcali-agregado es un fenmeno de carcter expansivo que tiene su origen en la interaccin qumica de los lcalis liberados por la hidratacin del cemento (u otra fuente) y los minerales reactivos (como la slice amorfa) que contienen algunos agregados. (Csar Echavarria)

TIPOS DE REACCIONES ALCALI AGREGADOS

Dentro de varias investigaciones se han encontrado dos tipos de reacciones que se presentan comnmente en el concreto, son las siguientes:

- Reaccin lcali-Slice (RAS).- Reaccin lcali-Carbonato (RAC).

De estas dos reacciones la ms estudiada y analizada es la reaccin lcali-Slice debido a la gran diversidad de agentes minerales que intervienen en este fenmeno. La reaccin lcali-Carbonato se presenta en muy raras ocasiones debido a que los materiales y componentes que producen esta reaccin no se emplean para producir concreto por no aportar a la mezcla dureza y resistencia. (Noticreto 95).

Como ya se ha descrito anteriormente, hay variedad de minerales y rocas que facilitan este tipo de reacciones dentro de las que se encuentran:- Reaccin lcali-slice: argilitas, calcedonia, dolomitas, cuarcitas, dacitas, filita, palo, pizarras, riolitas, tridimita, vidrio silicio, vidrio sinttico, entre otras.

- Reaccin lcali-carbonato: calizas dolomticas, dolomitas calciticas, dolmitas de grado fino.

CONDICIONAMIENTOS DE AGREGADOS A LA MEZCLA

En las siguientes tablas se presenta unas idealizaciones del porcentaje ptimo en cuanto agregados para que la mezcla de concreto no presente reactividad potencial en las reacciones tratadas.

Agregado Fino

El agregado fino no puede presentar reactividad potencial (lcali slice y/o lcali-carbonato) con los hidrxidos alcalinos de la pasta de cemento (Na2O y K2O). (Csar Echavarria).

Agregado Grueso

Es uno de los principales componentes del hormign o concreto, por este motivo su calidad es sumamente importante para garantizar buenos resultados en la preparacin de estructuras de hormign.

REACCIN ALCALI-SILICE

La reaccin lcali-slice en ciertos casos puede causar un gran deterioro de la estructura lo cual conlleva a un impacto econmico importante. Los componentes para que esta reaccin son varios, como lo son minerales y rocas comentados anteriormente como lo son el cemento, el agua, los agregados, adiciones minerales y aditivos, los cuales son capaces de combinarse generando una composicin que incrementa su volumen con la humedad y por su exposicin al medio ambiente.

No todos los elementos de composicin silcea responden a la reaccin lcali-slice, pueden presentarse casos en los cuales estos componentes no son reactivos. A continuacin se presentan unas fotografas con el estado de fisuracin que se puede presentar en la reaccin lcali-slice.

Figura 3: Fotografas puede observarse el estado de fisuracin que pueden presentar las estructuras afectadas por RAS.

FASES DE AGRIETAMIENTO (RAS)

- FASE 1. La parte superficial pierde humedad: suave retraccin por secado.- FASE 2. Reaccin alcali-slice + formacin de gel (la formacin del gel puede originar reduccin inicial de volumen) + absorcin de humedad + hinchamiento+ presin = separacin de las grietas superficiales y posible exudacin del gel.- FASE 3. La reaccin contina hasta: La slice se termine, el pH se reduzca, haya suficiente secado superficial

ENSAYO PARA DETECTAR RAS

Si no existe documentacin sobre los agregados a utilizar, el primer estudio que se debe realizar es el Ensayo Petrogrfico. En este ensayo se emplea un microscopio de luz polarizada, cuyo anlisis presenta si el agregado tiene algunos componentes de los minerales que pueden generar una reaccin. Si en la petrografa no es detectado ningn componente daino, el agregado se considera inocuo.

Microscopio motorizado con cmara digital

A continuacin se muestra la tabla de resultados que se pueden obtener con este ensayo.

Descripcin Petrogrfica de las muestras

De acuerdo a los datos arrojados por el ensayo petrogrfico, si se encuentra alguno de los minerales mencionados anteriormente (minerales y rocas que pueden ser potencialmente reactivos con los lcalis de cementos), se debe recurrir a ensayos los cuales se basan en la simulacin aceleradas del fenmeno.

En cada ensayo se establece un valor lmite para cada edad de prueba, si en el ensayo se supera el valor recomendado, el agregado puede tener problemas de reactividad es recomendable realizar los ensayos tipo lento si se dispone de tiempo y recursos. El objeto de los estudios lentos es comparar el resultado de varias muestras y establecer una tendencia de comportamientos peligrosos, de tal forma que se puedan obtener datos certeros del ensayo.

Ensayo de expansin Con introduccin de corriente elctrica RAS.

Elongaciones obtenidas en el ensayo acelerado de las barras de mortero.

se muestran los resultados de los ensayos acelerados de las barras de morteros en el cual se aprecia el comportamiento del grafico a travs del tiempo y su elongacin. En este caso en particular, mientras van transcurriendo los das se observa un aumento en la elongacin de la barra.

Esto nos permite concluir que una vez iniciada la reaccin lcali-slice esta presenta un desarrollo progresivo la cual afecta la durabilidad de la estructura por la expansin del elemento y su muy rpida fisuracin.

Segn y como se presente se puede descartar la utilizacin de cierto tipo de agregados, hay forma de obtener los mismos procedentes de otras fuentes disponibles sin las caractersticas de peligrosidad que representan las otras. Tambin se debe evaluar otras medidas como controlar la cantidad de alclisis que intervendrn en el proceso para usarlos con la seguridad que no se activaran.

A continuacin se presentar la tabla 4, con los ensayos ASTM empleados como elementos de juicio para evaluar la reaccin RAS en agregados.

Tabla 4: Ensayos ASTM para detectar presencia de agregados que originan la RAS

Como se puede observar en esta grfica, la mayora de los ensayos tiene un tiempo prolongado para su anlisis y evaluacin.

ENSAYO DE PRISMA

Figura 6: Ensayos medicin de expansin de Prisma

Medida del cambio de longitud experimentado por una serie de probetas de mortero elaboradas con el agregado a estudiar, despus de haber sido sumergidas en agua a 80 2 C (durante el primer da) y en una disolucin de NaOH 1N a 80 2 C (durante los 14 das siguientes).

COMO DIAGNOSTICAS LA REACCION (RAS)

No es complicado identificar y determinar si se presenta la reaccin lcali-Slice, se pueden determinar de la siguiente manera:

- Fisuracin por expansin.

- Extraccin de ncleos con perforadora diamantina, para posteriormente ser evaluada en un laboratorio con el microscopio petrogrfico de acuerdo con la ASTM C 856.

- Otra forma es emplear el mtodo estandarizado de las ASTM C 856 y de la AASHTO T 299, la cual consiste en impregnar la superficie del concreto con una solucin de acetato de uranil, y luego hacer una observacin con luz ultravioleta con una determinada longitud de onda que revela la presencia del gel con una luminosidad verde amarillenta.

REACCION ALCALI CARBONATO

Esta reaccin se presenta en concreto que tienen en su mezcla rocas carbonatadas como ridos.

Se pueden presentar las siguientes reacciones lcali-carbonato:

- Las rocas carbonatadas reaccionan con los lcalis presentes en los poros del concreto produciendo expansiones y fisuraciones nocivas.

- Las zonas perifricas de las partculas de rido en contacto con la pasta de cemento, se modifican, desarrollndose bordes sobresalientes entre la partcula y la pasta alterada que la rodea. Sin embargo, esta reaccin no parece ser nociva para el hormign.

Reaccin lcali-carbonato

Una de la caractersticas de las reacciones lcali-carbonato se presentan bordes los cuales son visibles a lo largo de los lmites de la seccin transversal de las partculas rido. Esta reaccin no se considera nociva para el hormign e incluso puede resultar beneficiosa.

En otros casos se forma una textura cuya matriz rodea una serie de cristales cuya caracterstica principal es acumulacin de slice en la periferia de las partculas que reaccionan.

La reaccin lcali-carbonato afectan a dolomas o a rocas carbonatadas muy dolomticas, tambin se caracteriza por bordes de la reaccin visibles en las secciones transversales. Salvo en casos puntuales, no hay datos para indicar que sea una reaccin daina.

Otro aspecto que se puede presentar en la reaccin lcali-carbonato es la desdolomitizacin, la cual es la que produce expansin en el concreto.

REACCIONES QUE AFECTAN A ROCAS DOLOMITICAS

Estas rocas presentan una composicin y textura caractersticas. Esta textura consiste en una matriz de grano fino de calcita y arcilla que rodea una serie de grandes cristales de doloma diseminados en el interior de dicha matriz. La roca consiste en cantidades importantes de dolomita y calcita en la parte carbonatada, con cantidades significativas de residuo insoluble en cido, en su mayora arcilla. Hay dos tipos de reaccin que afectan a estas rocas.

a) Reacciones de solidificacin de los bordes: no hay datos de que esta reaccin sea nociva para el hormign, aunque podra estar relacionada con el retraso de la velocidad de adquisicin de resistencia del mismo. La reaccin se caracteriza por el enriquecimiento en slice de la periferia de las partculas que reaccionan, y al atacarlas con cido clorhdrico diluido, los mrgenes se observan como positivos o sobresalientes.

b) Desdolomitizacin: Esta es la reaccin que produce las expansiones en el hormign y es de la que se va a tratar de ahora en adelante.

DESDOLOMITIZACIN

Este tipo de reaccin se produce por los lcalis del cemento que actan sobre ciertos agregados compuestos de carbonato clcico, como por ejemplo, los calcreos de grano fino que contienen arcilla, que son reactivos y expansivos. Este fenmeno se presenta de preferencia cuando el concreto est sometido a atmsfera hmeda. Se ha planteado que la expansin se debe a la transformacin de la dolomita en calcita y brucita, fuertemente expansiva, que tiene la forma de un gel que origina una presin debido al crecimiento de los cristales.

La desdolomitizacin, segn Gillott y Swenson (1969) y Deng y Tang (1992), es la reaccin del carbonato clcico y magnsico con una solucin alcalina dando como producto la brucita (hidrxido magnsico) y la regeneracin de hidrxido alcalino.segn las siguientes reacciones:

Al formarse Mg (OH)2, que es un producto relativamente insoluble, se produce un debilitamiento de la unin pasta cemento y una zona porosa alrededor del agregado con lo que el agua puede penetrar fcilmente. Adems, el hecho de que se produzca la regeneracin del in lcali en solucin hace que la desdolomitizacin sea un proceso continuo que puede afectar a grandes cantidades del agregado.

a) Reacciones de solidificacin de los bordes: no hay datos de que esta reaccin sea nociva para el hormign, aunque podra estar relacionada con el retraso de la velocidad de adquisicin de resistencia del mismo. La reaccin se caracteriza por el enriquecimiento en slice de la periferia de las partculas que reaccionan, y al atacarlas con cido clorhdrico diluido, los mrgenes se observan como positivos o sobresalientes.

b) Desdolomitizacin: Esta es la reaccin que produce las expansiones en el concreto.

MECANISMO DE EXPANSIN

La fuerza expansiva se debe a la absorcin de agua por las arcillas de las superficies expuestas. La disolucin de la doloma favorece la circulacin de agua entre los granos de rido y la incorporacin de la solucin en la estructura de las arcillas.

La desdolomitizacin produce un aumento de volumen, y la presin de cristalizacin de la calcita y la brucita es la que provoca la expansin y consecuente fisuracin.

La desdolomitizacin, segn Gillott y Swenson (1969) y Deng y Tang (1992), es la reaccin del carbonato clcico y magnsico con una solucin alcalina dando como producto la brucita (hidrxido magnsico) y la regeneracin de hidrxido alcalino.

Esta reaccin slo se da con rocas dolomticas que presentan impurezas con una textura consistente en una matriz de grano fino de calcita y arcilla, la cual rodea unos cristales de doloma diseminados en el interior de dicha matriz.

FACTORES QUE AFECTAN LA REACCIN

Alcalinidad

La expansin y fisuracin se dan cuando los agregados descritos anteriormente se usan como agregado grueso en concretos y cementos con alto contenido en lcalis. Gran porcentaje de los alclisis provienen del cemento, aunque se debe tener cuidado con las adiciones, aditivos, agregados, etc.

El aumento de la alcalinidad provoca un aumento en la velocidad de la reaccin.

Tamao del agregado

De acuerdo a estudios realizados, si el tamao del reactivo es menor, se presentara en menor medida la expansin.

Dado que se produce una mayor expansin en el contacto pasta - agregado, el porcentaje relativo de volumen de expansin de las partculas de agregados menores es mayor que el de las partculas ms grandes.

Si la porosidad de la interface se reduce, se produce el efecto contrario, la fisuracin y expansin se dan nicamente en las calizas dolomticas arcillosas con la textura requerida y la composicin apropiada: cristales rombodricos de dolomita (un tamao de 50 micras o menor) distribuidos de una forma relativamente dispersa en una matriz de calcita mi crtica, en la que hay entre un 5 y un 25 % de residuo insoluble en cido, compuesto de illita y clorita, con algo de cuarzo sedimentario. El mayor potencial expansivo de los ridos se produce cuando la relacin calcita - dolomita es de 1:1. (Consulta en lnea).

ENSAYO PARA DETERMINAR LA REACCIN RAC

Para apreciar las posibilidades expansivas de los materiales calcreos se utiliza la norma ASTM 596-69 (1986) "Potencial alkali reactivity of carbonate for concrete aggregates (rock cylinder method").

COMO CONTROLAR EL CONTENIDO DE ALCALISIS

Para controlar el contenido de alclisis se recomienda:

El uso de cementos fabricados con un contenido dealclisis que no sobrepaso el 0.6%, llamados de bajo contenido de alclisis (cementos tipo II y tipo V).

El contenido de lcalis se puede expresar en trminos de sodio equivalente:

Sodio equivalente en peso = Na2O + 0.685 K2O (Norma ASTM)

Cuando el valor del sodio equivalente se encuentra por debajo de 0.6% en peso, la reaccin lcali-slice no se puede llevar a cabo.

Otra opcin es limitar el contenido total de alclisis de las mezclas de concreto reales dependiendo del tipo de exposicin que tendr el concreto in situ. En este caso se debe tener en cuenta los lcalis que pueden aportar los agregados, el agua y las adiciones de minerales.

Se podra pensar en la disminucin de contenido de cemento, ya que el cemento es uno de los mayores causantes de esta reaccin. Si se disminuye el contenido de cemento, este se puede reemplazar con adiciones minerales como puzolanas, cenizas volantes, escorias, etc. Estas adiciones permiten el reemplazo del cemento entre el 10% y 50%, reduciendo la permeabilidad y adems obteniendo como beneficio la neutralidad qumica de la reaccin.

Recientes estudios sugieren la utilizacin como aditivo qumico las sales de litio, que han arrojado como resultado ser efectivas en neutralizar la accin de los alclisis formando un gel no expansivo.

Inhibir el ingreso de humedad con pinturas, bitumenes, lminas plsticas, etc, si no es posible controlar la humedad externa es recomendable reducir la porosidad y su permeabilidad limitando la relacin agua/cemento a valores no mayores a 0.50 o menos. Es beneficiosa tambin la utilizacin de adiciones minerales ya que reduce la permeabilidad.

Si se tiene un valor de 0.40 de relacin agua/cemento, funciona con la humedad interna ya que en estos casos no sobra agua de lubricacin ya que el agua interna disponible es totalmente consumida en el proceso de hidratacin.

Para prevenir el fenmeno lo ideal es no utilizar agregados potencialmente reactivos segn las normas NTC-175 o ASTM C-295.

Las condiciones de humedecimiento y secado intermitente tambin contribuyen al fenmeno (generando mayor expansin). Por ello la impermeabilizacin del hormign puede atenuar e inclusive evitar la expansin.

El uso de adiciones como micro slice se considera muy adecuado para reducir las expansiones gracias a su capacidad para fijar lcalis.

El uso de aire ocluido en el hormign es tambin eficaz para reducir las expansiones debidas a la reaccin lcali-slice.

CONCLUSIONES

Una de las causas del deterioro del concreto, que ha sido objeto de ms estudios en los ltimos aos es la denominada reaccin lcali-agregado, que se origina entre determinados agregados activos y los xidos de sodio y potasio del cemento. La reaccin se inicia en la superficie del agregado y se produce en la interface con la pasta de cementos formando un gel que toma agua y se dilata creando presiones internas que llevan a la rotura del material.

La expansin del hormign es relativamente rpida; el agrietamiento de las estructuras se observa dentro de los 10 aos posteriores a su construccin.

Es fundamental evaluar y revisar las caractersticas de las zonas de donde provienen los agregados, ya que por medio de este control se puede evitar y reducir en gran medida las reacciones lcali-agregados.

Es importante que se mantenga un control constante sobre nuestras estructuras en concreto para validar su comportamiento y mitigar los efectos dainos que podran causar esta reaccin en el concreto.

Es de gran ayuda la informacin del comportamiento a travs del tiempo de las estructuras, ya que se puede determinar si los materiales y agregados que utilizamos en la mezcla de concreto son los ptimos para la durabilidad de las estructuras. Si no es as, se debe buscar nuevas fuentes las cuales nos proporcionen caractersticas buenas y de poca reactividad para la durabilidad de la estructura.