Áridos en Construcción: Clasificación, Propiedades y Aplicaciones Esenciales

Áridos: Definición y Clasificación General

Los áridos son pequeños materiales granulares que se emplean en construcción y otras aplicaciones industriales. En la construcción, se utilizan en campos muy diversos como morteros, hormigones, prefabricados, rellenos, firmes y pavimentos, escolleras, fabricación de materiales de construcción, e industria en general.

Clasificación Según su Origen

1. Áridos Naturales

   De origen mineral que únicamente ha sido sometido a un proceso mecánico. Forman el grupo más usado en construcción.

2. Áridos Artificiales

   De origen mineral resultante de un proceso industrial que comprende una modificación térmica o de otro tipo. Son subproductos industriales, como las escorias siderúrgicas, y tienen un interés específico por sus características.

3. Áridos Ligeros

   Pueden ser naturales o artificiales, con una densidad inferior a 2.000 kg/m³.

4. Áridos Reciclados

   Resultantes del tratamiento de un material inorgánico previamente usado en construcción, proceden de demoliciones.

Usos de los Áridos en la Construcción

Los áridos tienen múltiples aplicaciones, entre las que destacan:

• Morteros
• Hormigón (el árido natural es el más usado)
• Carreteras: rellenos, bases y mezclas bituminosas
• Balasto (en vías férreas)
• Escolleras
• Uso industrial

Proceso de Obtención de Áridos Naturales

Normalmente, la obtención de áridos naturales se realiza a cielo abierto.

Tipos de Obtención

• Rodado: Obtenido directamente de yacimientos naturales detríticos no consolidados (areneros y graveras).
• Machaqueo: Obtenido por trituración, molienda, clasificación y lavado de rocas consolidadas.

Explotación de Canteras para Roca Consolidada

El proceso de explotación de canteras para obtener áridos de roca consolidada incluye varias etapas:

1. Extracción: Normalmente por voladura con explosivos para una fragmentación controlada de la roca, obteniendo la materia prima llamada “todo-uno” que se transportará a la planta de tratamiento con equipos móviles o cintas transportadoras.
2. Machaqueo: Incluye trituración y molienda para disminuir sucesivamente el tamaño de las partículas con el uso de distintos equipos de trituración (machacadoras de mandíbulas, de percusión, molinos de bolas, etc.).
3. Clasificación: Mediante cribas se selecciona el tamaño de las partículas. En función del paso de malla de la criba utilizada, se consiguen distintas granulometrías.
4. Lavado: Cuando el material va acompañado de lodos, arcillas u otras sustancias que puedan perjudicar la calidad del árido, es imprescindible lavarlos.
5. Almacenamiento: El producto con la granulometría deseada y limpio de sustancias perjudiciales se separa en apilamientos a la intemperie o cubiertos, y/o en silos para su comercialización.

Áridos Específicos para Hormigón

Los áridos para hormigón pueden ser rodados (mayor resistencia a compresión y mejor trabajabilidad con menor cantidad de agua) o de machaqueo (mayor resistencia a flexión), escorias siderúrgicas o cualquier otro tipo que resulte adecuado. En el caso de utilizar áridos siderúrgicos, hay que asegurarse de que son estables, así como los áridos reciclados y ligeros.

Clasificación por Tamaño

1. Áridos Gruesos (Gravas)

   La forma del árido grueso se expresa mediante su índice de lajas, expresado como el porcentaje en peso de áridos considerados como lajas, y su valor debe ser inferior al 35%.

   • Gravas: 20-40 mm
   • Gravillas: 12-20 mm
   • Garbancillo: 4-12 mm

2. Áridos Finos (Arenas)

   • Arenas gruesas: 2-4 mm
   • Arenas medias: 1-2 mm
   • Arenas finas: 0.063-1 mm

3. Finos No Deseables

   Partículas con tamaño inferior a 0.063 mm.

4. Árido Total (Revuelto o Todo-Uno)

   Mezcla de gravas y arenas.

Designación Normalizada de Áridos

La designación normalizada de áridos sigue el formato Gr-d/D-F-N-L, donde:

Gr

Indica el grupo de árido: AF (árido fino), AG (árido grueso).

d/D

Indica el tamaño del árido: d es el tamaño mínimo, D es el tamaño máximo.

F

Identifica la forma de presentación: R (rodado), T (triturado o machaqueo), M (mezcla).

N

Indica la naturaleza: C (calizo), S (silíceo), G (granito), O (ofita), B (basalto), D (dolomítico), Q (traquita), I (fonolita), V (varios, rocas no habituales), A (artificial), R (reciclado).

L

Indica si el árido está lavado.

Propiedades Fundamentales de los Áridos

Importancia en el Hormigón

Los áridos representan aproximadamente el 80% del volumen del hormigón.

Tamaño y Forma

La forma ideal es la más parecida a esférica. No es aconsejable el empleo de áridos laminares y aciculares, ya que dificultan la obtención de buenas resistencias y requieren mayor cantidad de cemento para conseguirlas.

Granulometría

Debe ser adecuada para conseguir la mayor compacidad y cumplir los requisitos correspondientes a su tamaño de árido d/D.

• Tamaño máximo (D) de un árido grueso o fino: Mínima abertura de tamiz que cumple los requisitos de la tabla en función del tamaño del árido.
• Tamaño mínimo (d) de un árido grueso o fino: Máxima abertura de tamiz que cumple los requisitos de la tabla en función del tipo y del tamaño del árido.

Calidad del Árido Fino

La presencia de finos arcillosos en la arena puede afectar negativamente la resistencia y durabilidad del hormigón, por lo que se establecen limitaciones mediante el “equivalente de arena” y el “valor de azul de metileno”.

• Limitaciones por Equivalente de Arena

  No se utilizarán áridos finos con valor de equivalente de arena inferior a:

  1. 70, para obras sometidas a la clase general de exposición I, IIa o IIb y que no estén sometidas a ninguna clase específica de exposición.
  2. 75, en el resto de los casos.

• Excepción para Arenas de Machaqueo Calizo/Dolomítico

  Para las arenas procedentes de machaqueo de rocas calizas o dolomías (rocas sedimentarias que contienen como mínimo un 70% de calcita, dolomita o de ambas), se aceptan si cumplen las condiciones siguientes:

  • Para obras sometidas a clases generales de exposición I, IIa o IIb, que no estén sometidas a ninguna clase específica: AM ≤ 0.6 · f/100
  • Para los restantes casos: AM ≤ 0.3 · f/100

  Donde AM es el valor de azul de metileno y f es el contenido de finos de la fracción 0/2.

Requisitos Físico-Mecánicos

Se limitan la resistencia a la fragmentación (desgaste o ensayo de Los Ángeles), la absorción de agua y, cuando sea necesario, se valorará el comportamiento a ciclos de sulfato magnésico.

• Resistencia a la Fragmentación

  Puede estar entre 40 y 50 si la resistencia característica del hormigón no es superior a 30 N/mm².

• Coeficiente de Los Ángeles

  Se limita su valor porque, a medida que aumenta, también lo hace la deformación bajo carga del hormigón y puede disminuir la resistencia.

  • Para hormigones de alta resistencia, se recomienda que el coeficiente de desgaste de Los Ángeles de los áridos no sea superior a 25.
  • Para hormigones de alta resistencia, también se limita el desgaste de los áridos finos mediante la friabilidad (ensayo de Micro Deval, que estudia el desgaste) a un valor no superior a 40.
  • Para hormigón en masa u hormigón de resistencia no superior a 30 N/mm², el valor de friabilidad de las arenas podría aumentarse hasta 50, si existen experiencia previa y estudios experimentales específicos.

Requisitos Químicos

Se limita el contenido de una serie de sustancias perjudiciales que afectan a las características del hormigón endurecido o durante el fraguado y endurecimiento.

Sustancias Perjudiciales y Límites (Árido Fino – Árido Grueso)

1. Material retenido por el tamiz 0.063 mm (0.5-1% para árido fino, 0.5-1% para árido grueso, según UNE EN 933-2 y apartado 14.2 UNE EN 1744-1) y que flota en un líquido de peso específico 2. Esto define la pequeña contaminación de bajo peso específico que puede afectar al árido, debido a la posible alteración del proceso de fraguado y endurecimiento, su baja resistencia y su falta de estabilidad frente al agua.
2. Compuestos de azufre (totales y solubles en ácido): En cantidades superiores a las limitaciones de la EHE (1% para árido fino, 1% para árido grueso) ponen de manifiesto la inestabilidad potencial del árido y, por lo tanto, el riesgo que supone su empleo para la durabilidad del hormigón. Además, una diferencia mayor del 0.25% entre compuestos totales de azufre (expresados como SO₃) y sulfatos solubles es inaceptable.
3. Sulfatos solubles (también expresados como SO₃): Indican cantidades de sulfuros no aconsejables y se refieren al árido seco, determinados según el método de ensayo indicado en el apartado 12 de UNE EN 1744-1 (0.8% para árido fino, 0.8% para árido grueso).
4. Cloruros expresados en Cl⁻ y referidos al árido seco, determinados con arreglo al método de ensayo indicado en el apartado 7 de UNE EN 1744-1:
   • Hormigón armado o en masa que contenga armaduras para reducir la fisuración: 0.05% (árido fino) – 0.05% (árido grueso).
   • Hormigón pretensado: 0.03% (árido fino) – 0.03% (árido grueso).

• Control de Cloruros

  La cantidad máxima de cloruros está limitada para reducir el riesgo de corrosión de las armaduras, ya que el ion cloruro se identifica como un despasivante del acero.

• Materia Orgánica

  La Instrucción también llama la atención sobre la presencia de materia orgánica en los áridos como producto que altera la velocidad de fraguado y el endurecimiento del hormigón. Se valora su incidencia comprobando que un mortero preparado con estos áridos cumpla que:

  1. El aumento del tiempo de fraguado es inferior a 120 minutos.
  2. La disminución de la resistencia a compresión a 28 días es inferior al 20%.

• Estabilidad de Escorias de Alto Horno y Reactividad Álcali-Árido

  En el uso de escorias de alto horno, enfriadas por aire, como áridos para hormigón, hay que comprobar que son estables, es decir, que no contienen compuestos ferrosos o silicatos inestables. Por último, hay que hacer referencia a la posible reactividad de los compuestos alcalinos del hormigón (procedentes de cemento o de otros componentes) con los áridos. En función del componente reactivo del árido, se pueden distinguir dos tipos de reacción:

  • Reacción álcali-sílice: Cuando los áridos tienen sílice amorfa, microcristalina o poco cristalizada.
  • Reacción álcali-carbonato: Cuando los áridos contienen dolomita.

• Medidas de Protección ante Reactividad

  Si no es viable el empleo de áridos no reactivos, se deben tomar medidas de protección para la durabilidad del hormigón, consistentes en el uso de cementos con bajo contenido de álcalis o el uso de cemento con adiciones (excepto filler calizo) o adiciones en el hormigón.

Áridos Ligeros: Características y Aplicaciones

La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) trata en el Anejo 16 el hormigón ligero, obtenido con áridos ligeros. Son productos naturales o artificiales con una densidad relativamente baja. Los hormigones ligeros se utilizan para elementos de obra con bajo peso o con especiales requisitos de aislamiento térmico.

Clasificación por Origen

1. Áridos ligeros naturales, que se pueden emplear tal y como se encuentran en la naturaleza: Lavas, piedra caliza porosa, toba volcánica, etc.
2. Áridos minerales naturales, que precisan un tratamiento previo: arcillas, esquistos carbonosos, vermiculita, etc.
3. Áridos artificiales procedentes de residuos, obtenidos a partir de cenizas volantes, escorias porosas, fangos de EDAR, etc.

Designación y Definición de Tamaño

Para los áridos ligeros, no se puede aplicar la definición dada para el árido en general; se cambia el concepto de masa por volumen.

• Se define el tamaño máximo (D) de un árido ligero como la mínima abertura de tamiz por el que pasa más del 90% en volumen, siempre que pase el 100% por el tamiz de abertura doble.
• Se define el tamaño mínimo (d) de un árido ligero como la máxima abertura de tamiz por la que pasa menos del 10% en volumen.

Densidad y Propiedades Específicas

La densidad estructural suele ser inferior a 2.000 kg/m³, por lo que el requisito relativo a las partículas que flotan en un líquido de peso específico 2 no se aplica. No se conocen antecedentes de reacción álcali-árido en árido ligero, por lo que tampoco se tiene en cuenta esta limitación. Por la forma de los áridos ligeros (generalmente se parecen a esferas), no aplican los criterios de forma e índice de lajas.

Requisitos Físico-Mecánicos Específicos

No se utilizan los criterios de desgaste, y la limitación a los valores de absorción de agua se ajusta por la elevada porosidad de los áridos ligeros.

Comportamiento ante Hielo-Deshielo

Se realiza una evaluación a ciclos de hielo-deshielo en lugar de ciclos de tratamiento con sulfato magnésico.

Implicaciones del Incumplimiento de Requisitos

La falta de cumplimiento de requisitos debe hacer pensar que el producto resultante no debe ser expuesto a esfuerzos de desgaste, hielo, exposición medioambiental severa, etc., y la resistencia que se puede obtener será menor que la obtenida con árido denso y resistente.

Áridos Reciclados en la Construcción

El uso de áridos reciclados para la confección de hormigón se trata específicamente en el Anejo 15 de la EHE. Solo se considera el árido grueso procedente del machaqueo de hormigón como reciclado, y se aconseja que se sustituya un máximo del 20% del árido natural rodado o de machaqueo. Si la cantidad de árido reciclado empleado en la confección de hormigón es superior al 20%, es necesario extremar las precauciones y los requisitos que se comentan a continuación varían. El árido reciclado puede incorporar impurezas y contaminantes que influyan negativamente en la resistencia y durabilidad. Estos deben ser controlados.

Límites de Sustitución y Control de Impurezas

Es fundamental controlar las impurezas y contaminantes que el árido reciclado puede incorporar, ya que influyen negativamente en la resistencia y durabilidad del hormigón.

Importancia del Origen

La importancia del origen del árido reciclado es tal que es recomendable almacenar en acopios distintos los procedentes de hormigón estructural y los procedentes de hormigón no estructural.

Forma y Tamaño Mínimo

La forma del árido reciclado suele cumplir con los requisitos que la Instrucción establece para el árido natural. El tamaño mínimo permitido es de 4 mm.

Condiciones para Árido Grueso Reciclado

En un hormigón fabricado con un máximo del 20% de árido reciclado, el contenido de terrones de arcilla del árido reciclado no será superior al 0.6%, mientras que el del árido natural no deberá ser mayor del 0.15%.

Absorción de Agua

La absorción de agua del árido reciclado no será superior al 7%, y la del árido grueso natural no será superior al 4.5%.

Requisitos Químicos Específicos

Se mantienen los límites establecidos para el árido natural en cuanto a cloruros y sulfatos. En principio, los sulfatos presentes en la pasta de cemento, que ya están combinados, no van a producir problemas; sin embargo, si hay yeso, sí se podrían producir expansiones. Hay que hacer una serie de observaciones, por el posible origen del árido reciclado:

1. Para determinar la cantidad de cloruros, se recomienda determinar los cloruros totales y no solo los solubles en agua, debido a la posibilidad de que haya cloruros combinados.
2. Para la reactividad álcali-árido, si el hormigón procede de un solo origen controlado, no es necesario considerarla; pero si hay distintos orígenes o no se tienen controlados, se debe considerar potencialmente reactivo.

Limitaciones de Uso

Se limita su uso a jardinería, rellenos y bases y subbases de carreteras. Se están realizando estudios para comprobar la viabilidad de su uso en algunos prefabricados no estructurales.

Definición de Tamaño Máximo (D) de un Árido

El tamaño máximo (D) de un árido se corresponde con la mínima abertura del tamiz que retiene menos del 10% (para D > 11.2 mm y D/d > 2) o menos del 15% (para D ≤ 11.2 mm o D/d ≤ 2) en masa, cuando además no retiene nada el tamiz de abertura doble (2D). A la vez, debe cumplir que el tamiz de abertura 1.4D retenga en masa menos del 2% (para D > 4 mm) o menos del 5% (para D ≤ 4 mm).

Definición de Tamaño Mínimo (d) de un Árido Fino

El tamaño mínimo (d) de un árido grueso se corresponde con la máxima abertura del tamiz que deja pasar como máximo el 15% (para D > 11.2 mm y D/d > 2) o el 20% (para D ≤ 11.2 mm o D/d ≤ 2) en masa, siempre que pase como máximo el 5% por el tamiz d/2. Para el caso de D ≤ 4 mm, se debe considerar el valor 0 para d cuando hay tamaños inferiores a 0.063 mm.

Los tamaños mínimo (d) y máximo (D) de los áridos deben especificarse mediante un par de tamices de la serie básica más la serie 1, o la serie básica más la serie 2. Los tamaños de los áridos no deben tener una relación D/d menor que 1.4.