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 ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ........................... ............. 3 1.1 IMPORTANCIA ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 4 1.2 OBJETIVOS ...........................
2. REACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE ................................................. ....................................................................................... ...................................... 4 ......................................... ............................ ............................ .................... ...... 4 2.1 FACTORES QUE AFECTAN LA R EACCIÓN EACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE ........................... 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 .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ......................... .......... 8 2.2. MECANISMOS DE LA PATOLOGÍA ............................
3. EFECTOS DE LA R.A.S. EN EL HORMIGÓN ............................................... ......................................................... .......... 12 ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 12 3.1 EXPANSIÓN .......................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 14 3.2 EFECTO PÉSIMO ........................... .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 16 3.3 FISURACIÓN ............................ ........................................ ............................ ............................. ............................ ............. 18 EDUCCIÓN DE PROPIEDADES FÍSICO -MECÁNICAS .......................... 3.4 R EDUCCIÓN RESTRICCIONES EN LA EXPANSIÓN ............................ .......................................... ............................ ............................ .................. .... 19 3.5 I NFLUENCIA DE LAS RESTRICCIONES .......................................... ............................ ............................. ............................ ............... .. 22 3.6 EFECTOS EN LA SERVICIALIDAD ESTRUCTURAL............................
4. TÉCNICAS PARA IDENTIFICAR LOS PRODUCTOS DE REACCIÓN Y FORMAS DE MITIGAR LA REACCIÓN. .................................................................... 23 PARA IDENTIFICAR DE LA REACTIVIDAD REACTIVIDAD DE LOS AGREGADOS AGREGADOS ........................... .......................................... ....................... ........ 23 4.1 E NSAYOS PARA 4.2 UTILIZACIÓN DE AGREGADOS POTENCIALMENTE REACTIVOS Y CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DEL CEMENTO .......... 26 ......................................... .................. .... 27 4.3. ADICIONES PARA MITIGAR LOS EFECTOS DE LA REACCIÓN ÁLCALI -SÍLICE ........................... 4.3.1 Materiales puzolánicos .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 28 4.3.2 Escoria de alto horno .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. .................... ...... 30 .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............. 31 4.4. MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS ............................
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 hielodeshielo, 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). ( 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 álcalisílice. 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 congelacióndescongelación. 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 álcalisílice 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 aH 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 aH 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 álcalicarbonato 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 álcalisílice 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 álcaliagregado 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.
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