Los agregados pétreos usados en hormigón en la zona de Bahía Blanca, su comportamiento frente a la reacción álcali-sílice

Abstract

El hormigón es un material fundamental para el avance de la ingeniería en el mundo. Una de sus cualidades más importantes es la versatilidad y su resistencia a las cargas axiales a partir de la combinación conveniente de agregados, cemento Pórtland y agua (y eventualmente aditivos y/o adiciones). Sin embargo, se espera que el material también sea capaz de hacer frente a los agentes internos y externos que pueden comprometer su durabilidad. La combinación entre sus componentes y los diversos factores externos, pueden provocar reacciones físico-químicas que influyen, no solo en las capacidades resistentes del material, sino también en la vida útil de las estructuras. Dentro de estas patologías, una de las más controvertidas y segunda en importancia luego de la corrosión, es la reacción álcali-sílice (RAS). Desde hace varias décadas, en el sur de la provincia de Buenos Aires, se han identificado estructuras de hormigón con evidencias significativas de la RAS. Las mismas se relacionan indefectiblemente con los agregados pétreos utilizados, sobre todo en estructuras expuestas a las inclemencias climáticas de la zona. En esta Tesis se realizó un relevamiento de las principales canteras proveedoras de agregados de trituración y naturales (gruesos y finos), utilizados en hormigón en la zona de influencia de Bahía Blanca. Se realizaron análisis petrográficos (norma IRAM 1649), ensayos físicos (método acelerado de la barra de mortero, norma IRAM 1674 y método del prisma de hormigón, convencional y acelerado, norma IRAM 1700), de acuerdo a los requerimientos de las normas IRAM 1512 y 1531 (para agregados gruesos y finos para hormigón, respectivamente), para evaluar su potencial reactividad frente a la RAS. Se identificó vidrio volcánico (en trizas y/o en la pasta de rocas volcánicas) y calcedonia como componentes potencialmente reactivos en las arenas y canto rodado, y cuarzo fuertemente tensionado y microcristalino en los de trituración. Además, se estudiaron pavimentos de hormigón con evidencias de deterioro por la RAS en zonas de influencia a la ciudad de Bahía Blanca. Se realizó una caracterización macroscópica, con estereomicroscopio y microscopía óptica sobre secciones delgadas. Se identificaron los componentes reactivos, los que se vincularon con los agregados de las canteras estudiadas. Se analizaron los productos de reacción, características del mortero, desarrollo de microfisuras, coronas de reacción, etc. Los productos de neoformación se analizaron por microscopía electrónica de barrido (con electrones secundarios y retrodifundidos) y microsonda de electrones. Para evaluar el estado del hormigón y el daño a nivel microestructural se realizaron ensayos físico-mecánicos, se determinó el índice de daño (Damage Rating Index, DRI) y se determinó el daño por rigidez (SDT) mediante el análisis de curvas tensión-deformación. Finalmente, se evaluó una adición mineral activa (AMA), en reemplazo parcial del cemento (30%), para inhibir la RAS de los agregados calificados como potencialmente reactivos, y de comprobada reactividad en los casos de estudio. Esto permite brindar una alternativa de solución para la utilización de los agregados reactivos de la zona. Esta Tesis busca ser una contribución para la toma de decisiones al momento de realizar hormigones estructurales, enfatizando en la calidad de los agregados del sector estudiado y las consecuencias originadas por la RAS.

Concrete is a fundamental material for the advancement of engineering worldwide. One of its most important qualities is its versatility and resistance to axial loads, achieved through the convenient combination of aggregates, Portland cement, and water (and eventually additives and/or additions). However, it is expected that the material will also be able to withstand internal and external agents that can compromise its durability. The combination of its components and various external factors can cause physicochemical reactions that influence not only the material's resistant capacities but also the lifespan of structures. Among these pathologies, one of the most controversial and second in importance after corrosion is the alkali-silica reaction (ASR). For several decades, structures in the south of the province of Buenos Aires have been identified with significant evidence of ASR. These are invariably related to the petrous aggregates used, especially in structures exposed to the inclement weather of the area. This thesis conducted a survey of the main quarries supplying crushed and natural aggregates (coarse and fine) used in concrete in the area of influence of Bahía Blanca. Petrographic analyses (IRAM 1649 standard), physical tests (accelerated mortar bar method, IRAM 1674 standard, and concrete prism method, conventional and accelerated, IRAM 1700 standard) were performed according to the requirements of IRAM 1512 and 1531 standards (for coarse and fine aggregates for concrete, respectively) to evaluate their potential reactivity to ASR. Volcanic glass (in shards and/or in volcanic rock groundmass) and chalcedony were identified as potentially reactive components in sands and gravels, and highly strained and microcrystalline quartz in crushed aggregates. Additionally, concrete pavements with evidence of ASR deterioration in areas surrounding Bahía Blanca were studied. Macroscopic characterization was performed using stereomicroscopy and optical microscopy on thin sections. Reactive components were identified and linked to aggregates from the studied quarries. Reaction products, mortar characteristics, microcrack development, reaction rims, etc., were analyzed. Neoformation products were analyzed by scanning electron microscopy (with secondary and backscattered electrons) and electron microprobe. To evaluate the concrete's condition and microstructural damage, physico-mechanical tests were performed, and the damage rating index (DRI) and stiffness damage test (SDT) were determined through stress-strain curve analysis. Finally, a mineral admixture (MA) was evaluated as a partial replacement for cement (30%) to inhibit ASR in aggregates classified as potentially reactive and proven reactive in case studies. This provides an alternative solution for using reactive aggregates of the area. This thesis aims to contribute to decision-making when creating structural concretes, emphasizing on the quality of the aggregates in the studied area and the consequences due to the ASR.