Parámetros potencialmente críticos para la determinación de reactividades expansivas en áridos de la Península Ibérica
- Autores: Ricardo García-Roves Loza
- Directores de la Tesis: José Eugenio Ortiz Menéndez (dir. tes.), Esperanza Menéndez Méndez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José de Frutos Vaquerizo (presid.), Carlos Macías Evangelista (secret.), Ángel Castillo Talavera (voc.), Javier Rodríguez Soler (voc.), Elena Gayo Moncó (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Investigación, Modelización y Análisis del Riesgo en Medio Ambiente por la Universidad Politécnica de Madrid
- Calificación: Sobresaliente Cum Laude
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
La reacción árido-álcali es un fenómeno patológico que se manifiesta en estructuras de hormigón y que compromete seriamente su durabilidad. Esta patología está principalmente influenciada por los materiales que forman parte de la composición de las mezclas de los hormigones fabricados y de las condiciones ambientales en las que se encuentran. Dentro de la composición de los hormigones diseñados en la fase de ingeniería para una determinada estructura es de especial interés la selección de un árido con las propiedades mecánicas adecuadas y de baja o nula reactividad árido-álcali. De forma indirecta se hace necesario conocer y analizar también aquellos materiales extraídos de las explotaciones mineras más próximas a la ubicación de la estructura de hormigón para fomentar los áridos de proximidad y mejorar muy positivamente la sostenibilidad y cuidado del medio ambiente, en general, y el aspecto económico del proyecto a ejecutar. Dependiendo de la composición química, los áridos en ambiente alcalino pueden desarrollar reacciones expansivas. Para que se produzcan este tipo de reacciones se tienen que dar de forma simultánea, presencia en cantidad suficiente de componentes reactivos en los áridos, concentración de álcalis en el hormigón, agua y temperatura suficiente para que la reacción química se produzca con una cinética de reacción determinada, formando productos de reacción expansivos que inducen la generación de fisuras. Es muy importante tener en cuenta la velocidad de reacción de los áridos. En ocasiones los áridos de reactividad potencial lenta son considerados no dañinos cuando en realidad pueden producir daño, si bien este factor está fuertemente influenciado por las condiciones ambientales a que está sometido el hormigón. La Península Ibérica se caracteriza por tener una gran variedad de materiales, destacando la gran diversidad de recursos mineros existentes en la actualidad. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es aumentar el conocimiento y profundizar en el estudio del comportamiento de los áridos españoles en relación a la reacción árido-álcali, en cuanto a su potencial reactividad y su velocidad de reacción. Del estado del conocimiento, basado fundamentalmente en el análisis de la bibliografía científica existente, se observa que aún no existe suficiente investigación que determine una clara identificación y clasificación de aquellos áridos que presentan velocidades de reacción lenta y que no pueden ser clasificados de forma correcta en los ensayos normalizados existentes en la actualidad. Los áridos utilizados en la fabricación de hormigones, sin un estudio previo de detalle en la fase de diseño que tenga en cuenta el análisis de su potencial reactividad en el tiempo, pueden provocar a largo plazo serios daños en estructuras de gran envergadura y especiales como presas, centrales de producción energética, depósitos de residuos nucleares, puentes, túneles, prefabricados utilizados en el sector del transporte ferroviario, etc. Potencialmente, esos daños que se pueden generar influyen negativamente en la estabilidad de las estructuras, comprometiendo la integridad de las mismas a lo largo de su vida útil y por lo tanto el bienestar de la sociedad que se encuentre en el entorno de la zona de implantación de dichas estructuras. Para ello, esta Tesis Doctoral se fundamenta en la aplicación de diversas técnicas y ensayos para el análisis microestructural y composicional de áridos de la Península Ibérica con el objetivo de obtener una metodología de análisis de la potencial reactividad árido-álcali, clasificando los áridos según su velocidad de reacción, siendo la expansión la referencia de la potencial reactividad con el ensayo de barras de mortero alargado en el tiempo. Durante la investigación realizada y partiendo del análisis petrográfico según la recomendación RILEM AAR-1.1., se observa necesario completar el estudio realizado a todos los áridos, mediante el uso de otras técnicas de ensayo complementarias para obtener mayor información y precisión en la clasificación de su potencial reactividad. El análisis petrográfico inicial es interesante para identificar fases mineralógicas potencialmente reactivas, pero no suficiente para clasificar con precisión la potencial reactividad de los áridos teniendo en cuenta las velocidades de reacción. Como los umbrales definidos en los ensayos estandarizados según UNE 146508 o ASTM C1260 no tienen en cuenta el comportamiento que desarrollan algunos áridos considerados de reacción lenta, manteniendo los tiempos de ensayo a corto plazo, se hace necesaria una revisión de los umbrales de clasificación definidos a corto plazo en los ensayos estandarizados en base al estudio y teniendo en cuenta los resultados obtenidos en los ensayos acelerados con barras de mortero prolongados en el tiempo y la correlación de los resultados obtenidos en los propios ensayos estandarizados con los diferentes parámetros que caracterizan a los áridos química y físicamente, aumentando así la precisión en la clasificación de la potencial reactividad de los áridos. A partir del estudio realizado en esta Tesis Doctoral, se propone una calificación de la velocidad de reacción característica de los áridos, definiendo cinco grupos (sin reactividad; reactividad lenta; reactividad moderada; reactividad rápida; reactividad muy rápida), a partir de los resultados obtenidos en el ensayo acelerado de barras de mortero a 14 días y a 28 días (UNE 146508). También se propone otra clasificación de áridos, combinando el análisis petrográfico por microscopía óptica con luz polarizada, el tratamiento de imágenes y el ensayo acelerado de barras de mortero a 14 días y a 28 días (UNE 146508), que clasifica los áridos como no reactivos, áridos de reacción lenta, áridos de reacción rápida y áridos con efecto pésimo. También se realiza un estudio de los álcalis extraíbles en el tiempo, aplicando los métodos de extracción denominados alfa y ß. En el método alfa se utiliza una disolución de agua ultrapura a 20°C en contacto con el árido ensayado. En el método ß se utilizan las disoluciones R1 [Ca(OH)2 sat + exc], R2 [0,7N NaOH], R3 [0,7N KOH], R4 [0,7N NaOH + Ca(OH)2 sat y exc], R5 [0,7N KOH + Ca(OH)2 sat y exc] a 150°C. Del análisis realizado, aquellos métodos que presentan mayor eficiencia de extracción iónica son los que utilizan disoluciones saturadas en Ca(OH)2 y que simulan la fase líquida de los hormigones, en este caso las disoluciones R4 [0,7N NaOH + Ca(OH)2 sat y exc] y R5 [0,7N KOH + Ca(OH)2 sat y exc] a 150°C. Estos métodos son más rápidos y económicos para evaluar la extracción de álcalis de los áridos. De los resultados obtenidos del análisis factorial, aplicado para observar la correlación y discriminación de características y ensayos relacionados con la clasificación de la potencial reactividad de los áridos españoles estudiados en esta Tesis Doctoral, se corrobora que los áridos cuanto más silíceos, menor índice de reactividad IQr tienen, mayor expansión presentan en el ensayo rápido de barras de mortero según UNE 146508 y, a su vez, mayor cantidad de álcalis lixivian.
