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.

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}).

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):

Eti=100*(Lti-Lt0)/Ln(1)

Donde:

E (t_i): expansión a la edad de ensayo t_i

t_i: edad de ensayo, expresado en días para el AMBT y en semanas en las metodologías CPT-60 y CPT-38.

L_ti: largo de la barra entre pernos de lectura a la edad ti, en mm

L_t0: 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.

4.1 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).

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}).