Calibración y puesta en marcha de una nueva máquina de ensayo para hormigón afectado por la reacción álcali-árido

Abstract

[ANGLÈS] The present document is about the calibration and tuning of a machine for testing the expansion induced by alkali-silica reaction in concrete specimens affected under triaxial stress states. The alkali-silica reaction (ASR) has its origin in the combination of reactive silica present in some aggregates, with the hydroxyl ions normally present in abundance in the water of the pores of concrete. If there are conditions with sufficient water, the subsequent reactions leading to the formation of a highly hydrated gel-type expansive in the aggregate-paste interface. This gel, after fill the pores the closest pores, ends up producing an expansion of the interface and the cracks that it occur. The pathologies caused by this expansive reaction in the concrete structures produces serious damage because they have like a result the degradation of the mechanical properties of concrete, leaving a less secure structures. As a consequence, during the last years it has become evident the need of having reliable numeric models that they allow an adequate model the behavior of the concrete structures under the influence of the RAS, in order to predict with the sufficient accuracy the evolution of the structure (in particular the safety factor) and, if necessary, design the mitigation measures or repair measures that they needed. In order to calibrate a numeric model is necessary to have enough experimental information about the various factors that it affecting the development of the RAS in the concrete. Between these factors, it is known that the stress state of the concrete affects decisively both the magnitude and the directional distribution of the expansion and, however, there is little information about this. With the intention of evaluate how the stress state of concrete affects of the concrete in the development of the ASR, will take place as a part of a large project, an experimental campaign divided into two levels of observation. On one hand, there will be a series of test of concrete cubic specimens on a “true” tri-axial machine with control of temperature and fully saturation conditions and, secondly, will be studied the expansion at a single interface in the same exposure conditions. This thesis presents the works of the author of calibration and tuning of the triaxial testing machine, along with a study of the ASR (the physico-chemical mechanism. factors that affect it or the concrete effects) and an analysis on numerical models that currently exist on this reaction.

[CASTELLÀ] El presente documento trata de la calibración y en la puesta a punto de una máquina para ensayar las expansiones inducidas por la reacción álcali-sílice en probetas hormigón sometido a estados tensionales triaxiales. La reacción álcali-sílice (RAS) tiene su origen en la combinación de sílice reactiva presente en algunos áridos, con los iones hidróxilos normalmente presentes en abundancia en el agua de los poros del hormigón. Si se dan unas condiciones con presencia de agua suficiente, las reacciones subsiguientes dan lugar a la formación de un gel muy hidratado de tipo expansivo en la interfase árido-pasta. Este gel, tras rellenar los poros más cercanos, acaba provocando una expansión neta de dicha interfase y de las fisuras que se van produciendo. Las patologías debidas a estas reacciones expansivas dentro de las estructuras de hormigón, producen daños muy serios puesto que tienen como consecuencia la degradación de las propiedades mecánicas del hormigón, pudiendo afectar la seguridad de las estructuras. Como consecuencia, en los últimos años se ha hecho manifiesta la necesidad de contar con modelos numéricos fiables que permitan modelar adecuadamente el comportamiento de estructuras de hormigón bajo los efectos de la RAS, de modo de poder predecir con suficiente exactitud la evolución de la estructura (en particular de su factor de seguridad) y, si fuese necesario, proyectar las medidas de mitigación o reparación necesarias. A efectos de calibrar un modelo numérico, es necesario contar con información experimental suficiente sobre los diversos factores que afectan el desarrollo de la RAS en el hormigón. De entre estos factores, se sabe que el estado tensional del hormigón afecta decisivamente tanto en la magnitud como en la distribución direccional de la expansión. Sin embargo, se dispone de muy poca información experimental al respecto. Con la intención de evaluar de qué manera influye el estado tensional del hormigón en el desarrollo de la RAS, se realizará, en el marco de un proyecto más amplio, una campaña experimental dividida en dos niveles de observación. Por un lado, se realizarán una serie de ensayos sobre probetas cúbicas de hormigón en un aparato triaxial “verdadero” con control de temperatura y en condiciones de saturación completa y, por otro, se estudiarán las expansiones a nivel de una única interface en las mismas condiciones de exposición. En esta tesina se presentan los trabajos realizados por el autor de calibración y de puesta en marcha de la máquina de ensayos triaxiales, junto con un estudio de la RAS (los mecanismos físico-químicos, factores que le afectan o los efectos al hormigón) y un análisis de los modelos numéricos que actualmente existen de esta reacción.