| Basic Research | https://doi.org/10.21041/ra.v13i1.608 |
Potencialidad reactiva de agregados para hormigón en Uruguay. Correlación entre la metodología de la barra de mortero y el prisma de hormigón (acelerada y tradicional).
Potential alkali reactivity of aggregates for concrete in Uruguay. Correlation between mortar bar test and concrete prism test (accelerated and traditional)
Reatividade potencial de agregados para concreto no Uruguai. Correlação entre a metodologia da barra de argamassa e o prisma de concreto (acelerado e tradicional)
P. E.
Vila1
*
,
H. L.
Bonjour1
,
L. J.
Díaz1
,
M. N.
Pereyra1
1 Departamento de Construcción, Instituto de Estructuras y Transporte, Facultad de Ingeniería, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay.
*Contact author: pvila@fing.edu.uy
Recepción:
11
de
mayo
de
2022.
Aceptación:
21
de
diciembre
de
2022.
Publicación: 01 de enero de 2023.
| Citar como:Vila, P. E.,Bonjour, H. L.,Díaz, L. J.,Pereyra, M. N. (2023),“Potencialidad reactiva de agregados para hormigón en Uruguay. Correlación entre la metodología de la barra de mortero y el prisma de hormigón (acelerada y tradicional)”, Revista ALCONPAT, 13(1), pp. 45 –60,DOI: https://doi.org/10.21041/ra.v13i1.608 |
Resumen
Se analizó la correlación entre los criterios internacionales para definir el grado de reactividad en los ensayos de expansión de la barra de mortero y del prisma de hormigón (metodología acelerada y tradicional). Experimentalmente se aplicaron las tres metodologías de ensayo a 19 muestras de agregados empleados para hormigón en Uruguay. Se tuvieron agregados de variada reactividad, pero no se encontró consenso en la interpretación por las diferentes técnicas. Los resultados son únicos para las litologías evaluadas y aportaron antecedentes de una metodología de ensayo relativamente nueva. No se observó correlación entre la expansión de la barra de mortero y en prisma de hormigón-metodología tradicional, pero si se observó una adecuada correlación entre ambas metodologías en hormigón (acelerada y tradicional).
Palabras clave:
expansión,
durabilidad,
reacción álcali-agregado,
ensayos.
1. IntroducciÓn
El hormigón de cemento Portland está constituido entre 60 y 75 % de su volumen por agregados pétreos. Los agregados que contienen sílice de baja cristalinidad o amorfa (como lo son el cuarzo con sílice reactiva, ftanita, chert, calcedonia, tridimita, cristobalita, ópalo y vidrio volcánico) junto a la presencia de álcalis (óxido de sodio y de potasio), iones hidroxilos (OH-) y humedad, producen una reacción química deletérea en el hormigón denominada reacción álcali-sílice (RAS). Esta reacción, una vez desencadenada, puede causar serios problemas en estructuras de hormigón, principalmente en infraestructuras civiles como puentes, pavimentos, fundaciones, represas, entre otros (Fanijo et al., 2021; Godart et al., 2013; Sims and Poole, 2017).
El principal efecto deletéreo en el hormigón se da por el carácter expansivo de los productos de la reacción, lo que puede generar roturas de los bordes en juntas, movimientos diferenciales en bordes de muros, mapeo de fisuración craquelado clásico de la RAS en losas de pavimentos o en macizos de fundaciones, mapeo de fisuras longitudinales en pilares, popouts, decoloración y lixiviados en las superficies (Fournier et al., 2010; Méndez, 2019).
Para el diseño de una nueva estructura es importante conocer el riesgo de estar afectada por esta patología para poder tomar las medidas preventivas necesarias y minimizar el daño. Estas medidas son de carácter prescriptivo o por desempeño, pero siempre el primer paso es conocer la potencialidad reactiva del agregado a emplearse, lo que permitirá clasificarlo por su grado o nivel de reactividad. Este grado de reactividad, junto con la vida útil de diseño, el riesgo asociado a la falla, el tipo de elemento y el ambiente que lo rodea, permite determinar el nivel de prevención requerido para el control de la RAS. Algunas de las medidas prescriptivas pueden ser limitar el contenido de álcalis en el hormigón o el empleo de adiciones minerales activas (IRAM, 2016; IRAM, 2012; ABNT, 2008; ASTM, 2020; Nixon and Sims, 2016).
El grado de reactividad se determina empleando alguna de las metodologías normalizadas existentes de ensayos de expansión de laboratorio: expansión acelerada en barra de mortero (abreviado como AMBT) (IRAM, 1997), expansión acelerada en prisma de hormigón (abreviado CPT-60) (IRAM, 2013) o metodología de expansión tradicional en prisma de hormigón (abreviado CPT-38) (IRAM, 2013).
Por otra parte, Uruguay cuenta con una gran variedad litológica, representada por rocas de diferente naturaleza, edad e historia geológica (Veroslavsky Barbe et al., 2004a; Veroslavsky Barbe et al., 2004b). Estas rocas han sido ampliamente utilizadas como agregados en la industria de la construcción. Se destacan por su utilización rocas graníticas, granodioritas, basálticas, así como arena, grava y canto rodado. Hasta la fecha no se cuenta con una normativa nacional que indique el procedimiento para realizar la evaluación de la potencialidad reactiva de una fuente de agregado. Tradicionalmente la evaluación de la potencialidad reactiva del agregado se realizaba únicamente con el método de la barra de mortero (AMBT).
Entre los años 2018 y 2021 se llevó a cabo una campaña experimental que permitió evaluar la reactividad alcalina de muestras de agregado pertenecientes a las principales fuentes de explotación de agregados para hormigón ubicadas en distintas zonas del país. El grado de reactividad fue evaluado aplicando las metodologías de ensayo de expansión mencionadas anteriormente.
El objetivo de este trabajo fue analizar la correlación entre los criterios internacionales para definir el grado de reactividad que surge de los ensayos de expansión de la barra de mortero o del prisma de hormigón (metodología acelerada o tradicional) aplicado a 19 muestras de agregados pertenecientes a diferentes fuentes de explotación de Uruguay.
2. Grados de reactividad del agregado
La normativa internacional define el grado de reactividad del agregado aplicando alguna de las siguientes metodologías: expansión en barra de mortero (AMBT), expansión en prisma de hormigón-metodología acelerada (CPT-60) o expansión en prisma de hormigón-metodología tradicional (CPT-38). A partir del resultado, el agregado es clasificado en una escala de R0 a R3 como se muestra en la Tabla 1 (R0 corresponde al agregado no reactivo y R3 extremadamente reactivo) (ASTM, 2020; ABNT, 2008; IRAM, 2016; Giovambattista et al., 2020).
| Tabla 1. Grado de reactividad del agregado según la expansión (E, en %) en las metodologías de la barra de mortero y en hormigón. | |||||||||||||||||||
| Grado | Grado de reactividad | AMBT a 14 días1) | AMBT a 28 días2) | CPT-60 a 13 semanas3) | CPT-38 a 52 semanas4) | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R0 | No reactivo | E<0,10 | E<0,19 | E<0,04/0,085) | <0,04 | ||||||||||||||
| R1 | Moderado | 0,10≤E< 0,30 | 0,19 ≤E< 0,40 | 0,04/0,085) ≤E<0,12 | 0,04≤E< 0,12 | ||||||||||||||
| R2 | Alto | 0,30≤E< 0,45 | 0,40≤E< 0,60 | 0,12≤E<0,24 | 0,12≤E< 0,24 | ||||||||||||||
| R3 | Muy alto | E≥0,45 | E≥0,60 | E≥0,24 | ≥0,24 | ||||||||||||||
| Notas 1): ASTM C1778 y Bases para un Código Modelo Argentino; 2)NBR 15577; 3) IRAM 1531, IRAM 1512 y Bases para un Código Modelo Argentino; 4)ASTM C1778, NBR 15577 y Bases para un Código Modelo Argentino; 5): para agregados cuya reactividad se deba exclusivamente a alguna variedad de cuarzo (microcristalino o tensionado) se adopta el límite de 0,08%. | |||||||||||||||||||
El AMBT es adoptado por todas las normas para definir el grado de reactividad. En esta metodología es habitual adoptar el límite a los 14 y/o 28 días. La norma americana y argentina adoptan la expansión a los 14 días, mientras que la norma brasilera adopta la expansión a los 28 días.
El CPT-60 es el ensayo de expansión acelerada en prismas de hormigón y es adoptado por la normativa argentina. El CPT-38 es el ensayo tradicional en prismas de hormigón y es adoptado por todos los reglamentos. En caso de discrepancia entre los distintos métodos este último tienen prelación sobre el resto, puesto que al ser la menos agresiva, el comportamiento del agregado es lo más similar al de servicio (en obra).
El AMBT involucra la preparación de barras de mortero de 25 mm x 25 mm x 285 mm con el agregado en las fracciones pasante 4,75 mm y mayor de 0,150 mm, en las proporciones indicadas en la Tabla 2. Las probetas son curadas por 24 h a 20 °C y 100% HR, luego son inmersas en agua por 24 h. A las 48 h se registra la lectura inicial y son inmersas en solución de NaOH 1 N a 80 °C por el período de 14 a 28 días. Esta metodología de ensayo también es empleada para evaluar el efecto pésimo y la capacidad de inhibir la reacción de una adición mineral reactiva (ASTM International, 2020).
| Tabla 2. Dosificación del mortero (AMBT) | ||||||||||||||
| Agregado, % retenido en masa por tamiz | Total agregado (kg) | Cemento (kg) | Agua (kg) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4,75-2,36, mm | 2,36-1,18, mm | 1,18-0,60, mm | 0,60-0,30, mm | 0,30-0,15, mm | ||||||||||
| 10 | 25 | 25 | 25 | 15 | 0,99 | 0,44 | 0,207 | |||||||
Con las metodologías de expansión en hormigón (CPT-60 y CPT-38) son producidas probetas prismáticas de 75 mm x 75 mm x 285 mm de hormigón en las proporciones indicadas en la Tabla 3. En la metodología acelerada los prismas son sometidos a 60 °C y 100 % HR por 13 semanas y en la metodología tradicional a 38 °C y 100 % HR por 1 año.
| Tabla 3. Dosificación del hormigón (CPT-60 y CPT-38) (kg/m3) | ||||||||||||||
| Agregado grueso, por fracción | Agregado Fino, por fracción | Cemento (Kg) | Agua (kg) | Aditivo | NaOH (g) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 19-12,5 mm | 12,5-9,5 mm | 9,5-4,75 mm | 4,75-2,36 mm | 2,36-1,18 mm | 1,18-0,60 mm | 0,60-0,15 mm | Sikament 290N (%) | |||||||
| 354 | 354 | 354 | 71 | 142 | 142 | 354 | 420 | 198,4 | 0,20% | 535,7 | ||||
Previo a los ensayos de expansión se realiza la evaluación petrográfica del agregado para determinar los componentes reactivos (ASTM, 2019).
3. Metodología experimental
3.1 Materiales
En la evaluación fueron empleadas 19 muestras de agregado (13 de agregado grueso, 3 de arena gruesa y 3 de arena fina) todos ellos considerados aptos para hormigón (UNIT, 2005) provenientes de fuentes de explotación ubicadas en diferentes zonas del país (Tabla 4). Además, se indica la composición mineralógica y los componentes reactivos frente a los álcalis según IRAM 1531 (IRAM, 2016) e IRAM 1512 (IRAM, 2012). Las muestras del ordinal 1 al 6 fueron muestras de agregado grueso denominados “granitos”, las que presentaron cuarzo microcristalino y cuarzo tensionado (Qz/mc y Qz/t) como componentes reactivos. Del ordinal 7 al 10 fueron muestras de basalto y presentaron vidrio volcánico (Vv) alterado como componente reactivo (además la muestra 10 presentó ópalo). Las muestras 11 y 12 fueron metadolomía, la muestra 12 presentó cuarzo microcristalino (Qz/mc). La muestra 13 fue un canto rodado silíceo con presencia de cuarzo microcristalino (Qz/mc) y calcedonia como componentes reactivos (Ccd). Las muestras 14 a 19 son arenas de depósito fluvial con cuarzo microcristalino (Qz/mc) como componente reactivo. En la Figura 1 se muestras imágenes con nicoles cruzados de las muestras.
| Tabla 4. Muestras de agregado empleadas en la evaluación experimental. | |||||||||||||||||||
| Ordinal | Id. de la muestra | Tipo | Ubicación | Origen geológico | Componentes reactivos | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | PR48 | Grueso | Las Piedras, Canelones | Granito La Paz | Qz/mc | ||||||||||||||
| 2 | CM | Grueso | Cno. Carrasco, Montevideo | Granodiorita Cañada de las Canteras | Qz/mc | ||||||||||||||
| 3 | MA | Grueso | Mal Abrigo, San José | Granito Mal Abrigo | Qz/mc | ||||||||||||||
| 4 | LC | Grueso | San Carlos, Maldonado | Granito Aiguá | Qz/mc y Qz/t | ||||||||||||||
| 5 | PS | Grueso | Soca, Canelones | Granito Soca | Qz/mc y Qz/t | ||||||||||||||
| 6 | DA | Grueso | Durazno, Durazno | Franja Granito-Gnéisica Terreno Piedra Alta | Qz/mc y Qz/t | ||||||||||||||
| 7 | PD | Grueso | Ruta 5 Km 480, Tacuarembó | Basalto Arapey | Vv alterado | ||||||||||||||
| 8 | PB1 | Grueso | Centenario, Durazno | Basalto Arapey | Vv alterado | ||||||||||||||
| 9 | PB2 | Grueso | Centenario, Durazno | Basalto Arapey | Vv alterado | ||||||||||||||
| 10 | BN | Grueso | Paso de los Toros, Tacuarembó | Basalto Arapey | Vv alterado y Op | ||||||||||||||
| 11 | CNC1 | Grueso | Pan de Azúcar, Maldonado | Metadolomía – Complejo Zanja del Tigre | Qz | ||||||||||||||
| 12 | CNC2 | Grueso | Pan de Azúcar, Maldonado | Metadolomía – Complejo Zanja del Tigre | Qz/mc | ||||||||||||||
| 13 | CRS | Grueso | Salto, Salto | Arenas conglomeráticas – Canto Rodado Salto | Qz/mc y Ccd | ||||||||||||||
| 14 | AGP | Arena | Aguas Corrientes, Canelones. | Depósito actual – Sedimento Río Santa Lucía | Qz/mc | ||||||||||||||
| 15 | AGPP | Arena | Paso Pache, Canelones. | Depósito actual- Sedimento Río Santa Lucía | Qz/mc | ||||||||||||||
| 16 | AGRN | Arena | Centenario, Durazno | Depósito actual fluvial – Río Negro | Qz/mc y Ccd | ||||||||||||||
| 17 | AFT | Arena | Delta del Tigre, San José | Formación Chuy | Qz/mc | ||||||||||||||
| 18 | AFJ | Arena | Jaureguiberry, Canelones | Deposito actual- Dunas Costeras | Qz/mc | ||||||||||||||
| 19 | AFRN | Arena | Centenario, Durazno | Depósito actual fluvial – Río Negro | Qz/mc | ||||||||||||||
| Qz/mc: cuarzo microcristalino. Qz/t: cuarzo tensionado. Vv: vidrio volcánico. Ccd: calcedonia. Op: ópalo | |||||||||||||||||||
| Figura 1. Fotomicrografía con nicoles cruzados de las muestras. | ||||
El cemento utilizado para la fabricación de los morteros y el hormigón es un cemento Portland que contiene únicamente clinker como componente principal, sin adiciones y de uso general en el hormigón (Tabla 5), identificado como CPN 40 según UNIT 20 (UNIT, 2017).
| Tabla 5. Caracterización del cemento Portland CPN 40 | ||||||||||||||
| CaO (%) | SiO2 (%) | Al2O3 (%) | Fe2O3 (%) | SO3 (%) | Na2O (%) | K2O (%) | Sodio Equivalente Na2O+0,658K2O (%) | C3A (%) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 62,99 | 19,93 | 4,42 | 2,76 | 3,06 | 0,34 | 1,23 | 1,15 | 6,5 | ||||||
| Residuo insoluble (%) | Pérdida por calcinación (%) | Retenido tamiz 75 µm (%) | Blaine (m2/kg) | Expansión en autoclave (%) | Densidad (kg/dm3) | Tiempo de fraguado inicial (h:min) | Tiempo de fraguado final (h:min) | Resistencia 28 días (MPa) | ||||||
| 0,11 | 2,46 | 3,1 | 356 | Sin registro | 3,15 | 01:56 | 02:56 | 46,6 | ||||||
Los morteros y los hormigones se fabricaron adoptando los procedimientos normalizados IRAM 1674 (IRAM, 1997) e IRAM 1700 (IRAM, 2013), respectivamente. Las proporciones se indican en las Tablas 2 y 3.
3.2 Metodología
Fueron aplicadas tres metodologías de ensayo de expansión (AMBT, CPT-60 y CPT-38). En el ensayo de AMBT se obtuvo el registro de longitud de las barras de mortero a los 0 días (longitud inicial, previo a la inmersión en la solución de 1N NaOH), 14, y 28 días de sumergidas. En el ensayo del prisma de hormigón, metodología acelerada (CPT-60), se realizó el registro de la longitud inicial a 0 días (previo al acondicionamiento en la cámara de 60 °C y 100 % HR) y a 13 semanas. Por último, en el ensayo del prisma de hormigón, metodología tradicional (CPT-38) se realizó el registro de la longitud inicial a 0 días (previo al acondicionamiento en la cámara de 38 °C y 100 % de HR) y a las 52 semanas. Para cada metodología de ensayo se determinó la expansión E(t i ) de cada una de las barras según (1):
Donde:
E (ti): expansión a la edad de ensayo ti
ti: edad de ensayo, expresado en días para el AMBT y en semanas en las metodologías CPT-60 y CPT-38.
Lti: largo de la barra entre pernos de lectura a la edad ti, en mm
Lt0: largo de la barra entre pernos de lectura a tiempo 0, en mm
Ln: largo efectivo de expansión de la barra, en mm
La expansión a la edad ti por muestra de agregado se obtuvo como el promedio de expansión de tres barras de un mismo mortero ensayadas en simultáneo, calculándose previamente el coeficiente de variación por muestra para verificar la precisión entre barras según ASTM C1260 (ASTM, 2014) para el AMBT y según IRAM 1700 (IRAM, 2013) para los prismas de hormigón.
Calculada la expansión y adoptando los límites de la Tabla 1 se determinó el grado de reactividad de cada muestra y se analizó la correlación entre los resultados aplicando las tres metodologías de ensayo. Para la evaluación de la expansión por las diferentes metodologías, el agregado fue extraído de la misma muestra, mediante cuarteo y fraccionamiento.
4. Resultados y discusión
4.1 Grado de reactividad según la metodología aplicada
En la Tabla 6 se presenta el grado de reactividad de los agregados que surge de la expansión en las barras de mortero (AMBT) a los 14 y 28 días, de la expansión en prismas de hormigón, metodología acelerada (CPT-60) a 13 semanas de ensayo y de la expansión en prismas de hormigón, metodología tradicional (CPT-38) a 52 semanas de ensayo (1 año).
En las muestras de agregado grueso “granítico” (ordinal de muestra de 1 a 6) en el AMBT, los morteros 1, 2, 3 y 6 presentaron una expansión a 14 días menor del 0,10 % y a los 28 días menor del 0,19 %. Por lo tanto, bajo esta metodología de ensayo, estas muestras son clasificadas con grado de reactividad R0 (no reactivas). Los granitos 4 y 5 superaron el límite de 0,10 % a los 14 días, siendo ambas clasificadas con grado de reactividad R1 para esta edad. Sin embargo, adoptando la expansión a los 28 días, la muestra 4 sería catalogada como R0 (no reactiva) y la 5 como R1. En las metodologías de hormigón CPT-60 y CPT-38, la muestra 1 presentó una expansión menor a 0,08 % y 0,04 % (límites de ambas metodologías, respectivamente) y fue clasificado como R0 (no reactivo) aplicando estas metodologías. El hormigón fabricado con la muestra 2 y el fabricado con la muestra 6 presentaron la expansión superior al límite en ambas, siendo clasificado como R1. El hormigón con la muestra 3 presentó la mayor expansión de todas y fue clasificado con grado de reactividad R2 en CPT-60 y con grado R1 en CPT-38.
En las muestras de basaltos (ordinal de muestra de 7 a 10), según la metodología AMBT, la expansión a los 14 y 28 días clasificó a la muestra 7 como R1, a la muestra 8 como R3 y R2 (14 y 28 respectivamente) y a las muestras 9 y 10 como R3. En estas dos últimas se obtuvieron expansiones que superaron el 1 % a los 14 días. Sin embargo, en la evaluación en hormigón, las muestras de basalto 7, 8 y 9 fueron catalogadas como no reactivas (R0) y la muestra 10 como R1.
En las muestras de metadolomía (11 y 12), todos los métodos de evaluación clasifican a la muestra 11 como no reactiva (R0) y a la muestra 12 con grado de reactividad R1. El canto rodado (muestra 13) fue clasificado con grado de reactividad R1 por todos los métodos.
En las arenas, las muestras 14 y 15 presentaron el mismo comportamiento, en el AMBT y en CTP-38, ambas fueron clasificadas con grado de reactividad R1 y por el CPT- 60 como no reactivas (R0). Ambas muestras procedieron de sedimentos del Río Santa Lucía, aunque fueron extraídas de zonas diferentes.
Las muestras de arenas 16 y 19 presentaron un comportamiento muy similar en la expansión, siendo clasificadas con grado de reactividad R1, salvo en la expansión a 28 días en AMBT de la muestra 16, que fue algo menor a 0,19 % lo que la clasifica como no reactiva. Ambas muestras fueron del mismo origen (sedimentos del Río Negro).
Las muestras 17 y 18 fueron clasificadas como no reactivas (R0) salvo en el CPT-38 en la muestra 17 que superó la expansión de 0,04 % al año y fue clasificada como R1.
Adoptando la metodología CPT-38 como la de mayor confiablidad y considerando los resultados no coincidentes obtenidos según las otras metodologías (celdas “no” de la Tabla 5), se observa que se llega a interpretaciones erróneas conocidas como falsos positivos y falsos negativos. Falsos positivos son agregados identificados como reactivos por la metodología empleada, mientras que la expansión en CPT-38 es menor a 0,04% (lo que se asocia a un comportamiento en servicio no deletéreo). Falsos negativos, por el contrario, son agregados de despreciable expansión por la metodología empleada, pero que presentan una expansión mayor de 0,04 % en el CPT-38 (asociado a un comportamiento en servicio deletéreo).
| Tabla 6. Expansión y grado de reactividad según las metodologías de ensayo. | ||||||||||||||
| Muestra | Grado de reactividad según la metodología: | ¿Coincide con CPT-38? | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ordinal | Id. | AMBT -14d | AMBT -28d | CPT-60 | CPT-38 | AMBT -14d | AMBT -28d | CPT-60 | ||||||
| 1 | PR48 | R0 | R0 | R0 | R0 | yes | yes | yes | ||||||
| 2 | CM | R0 | R0 | R1 | R1 | no | no | si | ||||||
| 3 | MA | R0 | R0 | R2 | R1 | no | no | no | ||||||
| 4 | LC | R1 | R0 | R0 | R1 | yes | no | no | ||||||
| 5 | PS | R1 | R1 | R0 | R1 | yes | yes | no | ||||||
| 6 | DA | R0 | R0 | R1 | R1 | no | no | yes | ||||||
| 7 | PD | R1 | R1 | R0 | R0 | no | no | yes | ||||||
| 8 | PB1 | R3 | R2 | R0 | R0 | no | no | yes | ||||||
| 9 | PB2 | R3 | R3 | R0 | R0 | no | no | yes | ||||||
| 10 | BN | R3 | R3 | R1 | R1 | no | no | yes | ||||||
| 11 | CNC1 | R0 | R0 | R0 | R0 | yes | yes | yes | ||||||
| 12 | CNC2 | R1 | R1 | R1 | R1 | yes | yes | yes | ||||||
| 13 | CRS | R1 | R1 | R1 | R1 | yes | yes | yes | ||||||
| 14 | AGP | R1 | R1 | R0 | R1 | yes | yes | no | ||||||
| 15 | AGPP | R1 | R1 | R0 | R1 | yes | yes | no | ||||||
| 16 | AGRN | R1 | R0 | R1 | R1 | yes | no | si | ||||||
| 17 | AFT | R0 | R0 | R0 | R1 | no | no | no | ||||||
| 18 | AFJ | R0 | R0 | R0 | R0 | yes | yes | yes | ||||||
| 19 | AFRN | R1 | R1 | R1 | R1 | yes | yes | yes | ||||||
| R0: color verde. R1: color anaranjado. | contar "si": | 11 | 9 | 13 | ||||||||||
| R2 y R3: color rosa. “si”: color verde. “no”: color rosa. | contar "no" | 8 | 10 | 6 | ||||||||||
Analizando los resultados no coincidentes con los obtenidos en el CPT-38, en la metodología AMBT a 14 días, ocho muestras arrojaron resultados erróneos (42% de las muestras) y considerando la expansión a los 28 días, diez resultados fueron erróneos (53 %). En los agregados gruesos, los falsos negativos de esta metodología pertenecieron a las muestras de granito (CM, MA, LC, DA) que presentaron como componente reactivo cuarzo microcristalino (Qz/mc). En las muestras de arena fue en AGRN donde se observó un falso negativo (con Qz/m como componente reactivo). Respecto a los falsos positivos de la metodología AMBT, fueron en cuatro muestras de basalto de las cinco muestras ensayadas. Tanto los falsos positivos como los falsos negativos de esta metodología han sido reportados en la bibliografía (Madsen et al., 2018; Torres, 2014; Garber et al., 2005).
En la expansión en prisma de hormigón, metodología acelerada CPT-60, seis muestras arrojaron resultados no coincidentes con la metodología tradicional (32 % de las muestras). Cinco se corresponden a falsos negativos, dos en agregado grueso granítico (LC y LS) y dos en arenas (AGP, AGPP y AFT). Todas estas muestras presentaron cuarzo microcristalino (Qz/mc) y cuarzo tensionado (Qz/t) como constituyentes reactivos, para estos se debe adoptar el límite de 0,08 % en vez de 0,04 % (Tabla 1). Si se considerase el límite de 0,04 % en lugar de 0,08 % habría tres resultados no coincidentes, muestras PR48, MA y AFJ (PR48 y AFJ, ambos superaron el límite de 0,04 % en CPT-60 pero no en CPT-38).
4.2 Correlación entre los resultados de expansión
En la Figura 2 se graficó la expansión en la metodología AMBT a los 14 y 28 días de ensayo vs la expansión en CPT-38 lo que permitió observar la escasa correlación entre ambas metodologías. Tanto los puntos cercanos al eje de la abscisa como los puntos cercanos al eje de la ordenada muestran resultados que se apartan de la correlación. Los primeros se deben a muestras de granito (con Qz/mc y Qz/t como componente reactivo) y los segundos a muestras de basalto (con presencia de Vv). Fueron incluidos los resultados en basaltos reportados por Madsen y colaboradores (Madsen et al. 2018), observándose que dos de las tres muestras presentaron baja correlación (puntos cercanos al eje de la ordenada).
La norma ASTM C 1778 (ASTM, 2020) define una zona en el grafico para agregados reactivos donde hay buena correlación entre ambas metodologías de ensayo. Entre los agregados reactivos únicamente tres quedaron en la zona de buena correlación (AGRN, AFRN, CNC) y solo tres agregados fueron catalogados como no reactivos por ambas metodologías (AFJ, PR48 y CNC1).
Por lo tanto, la metodología de la barra de mortero (AMBT) resultó de baja confiabilidad para evaluar la potencialidad reactiva del agregado, si bien se considera adecuado para evaluar la uniformidad de una fuente de agregado o para evaluar la capacidad de inhibir la reacción de una medida preventiva adoptada (ASTM, 2020).
| Figura 2. Expansión en AMBT a 14 y 28 días vs la expansión en CPT-38 a 52 semanas. | ||||
En la Figura 3 se graficó la expansión del prisma de hormigón metodología acelerada CPT-60 vs la expansión empleando la metodología tradicional CPT-38 incluyendo todas las muestras evaluadas. Se obtuvo adecuada correlación entre ambas (R2 = 0,78). La cantidad de muestras por tipo de agregado fue limitada, por lo que no se pudo realizar una recta de correlación para cada tipo.
En el mismo gráfico se agregaron los datos reportados en la bibliografía (Madsen et al. 2018 y Falcone et al. 2012) agrupados por constituyentes reactivos (Qz/mc, Qz/t, Vv y otros).
Los agregados con presencia de vidrio volcánico (Vv) (identificados como basaltos) presentaron una adecuada correlación tanto en los datos propios como en los datos de la bibliografía (Madsen et al. 2018 y Falcone et al. 2012).
Falcone y colaboradores (Falcone et al. 2012) mostraron que los agregados con presencia de Qz/mc y Qz/t se agruparon más cerca del eje de ordenada (puntos en línea negra, sin relleno) y de aquí recomendaron el límite de 0,08 % para agregados con estos constituyentes reactivos en la metodología CPT-60 (Tabla 1). Sin embargo, los resultados propios no mostraron una tendencia similar para este tipo de agregado.
| Figura 3. Expansión en CPT-60 a 13 semanas vs la expansión en CPT-38 a 52 semanas. | ||||
La metodología de ensayo CPT-60 es relativamente nueva, siendo escasos los antecedentes de correlación con el resto de las metodologías y de correlación con el comportamiento del agregado en servicio. Se deberá contar con mayor número de antecedentes para analizar si el límite de 0,08 % en el CPT-60 a 13 semanas para los agregados con presencia de cuarzo microcristalino o tensionado se correlaciona con el límite de 0,04 % en el CPT-38 a 52 semanas. En tal sentido, existe otro método de análisis propuesto por el RILEM (Nixon and Sims, 2016). En este análisis al aplicar el modelo matemático conocido como modelo de Kolmogorov-Avrami-Mehl-Johnson (abreviado modelo KAMJ) se obtienen los parámetros cinéticos de la reacción (ln (k) y M) específicos para el material en estudio y para la metodología de expansión empleada. Estos parámetros son vinculados con los límites de expansión de la Tabla 1 y se obtiene la reactividad de la muestra (Gowripalan and Sirivivatnanon, 2017; Mangialardi, 2002; Vila et al., 2020; Johnston and Fournier, 2000).
5. Conclusiones
Aplicando las metodologías de ensayo de expansión en barras de mortero (AMBT) y en prisma de hormigón (CPT-60 y CPT-38) en 19 muestras de agregado de diferentes rocas empleadas para producir hormigón en Uruguay y adoptando los límites para definir el grado de reactividad existentes en la normativa internacional, se puede concluir:
Las conclusiones aplican a los materiales uruguayos utilizados en este trabajo. Por lo tanto, su extrapolación a otras condiciones debe ser analizada cuidadosamente.
6. Agradecimientos
Se agradece al Instituto de Estructuras y Transporte (IET) de la Facultad de Ingeniería (Universidad de la República) por el equipamiento y espacio necesario de laboratorio para realizar los ensayos, asi también a la Comisión Sectorial de Investigación Científica (CSIC) y a la empresa privada Concrexur S.A. por el apoyo financiero en el marco del proyecto CSIC: “Estudio de la reacción álcali-sílice en agregado para hormigón en Uruguay”.
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