El árido fino, es decir, la arena, constituye aproximadamente un tercio del volumen del hormigón; aun así, en la mayoría de las obras la elección de la arena se hace por costumbre. Un albañil que lleva años trabajando con arena de río encuentra la arena de machaqueo turbia y áspera, mientras que una planta de hormigonado acostumbrada a la arena de machaqueo ve la arena de río como sucia e inconsistente. Ambos tienen razón desde su propia experiencia, porque estos dos materiales realmente se comportan de forma diferente. Si sabe de dónde viene la diferencia, qué indican los valores de azul de metileno y equivalente de arena en los informes de ensayo, y cuál de los dos, o qué mezcla de ambos, es la adecuada para cada trabajo, la arena deja de ser una cuestión de costumbre y pasa a ser una decisión.
El origen de las dos arenas: piedra triturada frente a piedra transportada
La arena triturada, o arena de roca triturada, es un árido fino obtenido triturando y cribando en una trituradora la roca extraída de la cantera, clasificado generalmente en el rango de 0-4 mm o 0-5 mm. Su origen es roca sana; en zonas como Milas se trata sobre todo de caliza. Como las partículas se forman por fractura mecánica, son angulosas, de superficie rugosa y consisten enteramente en caras recién fracturadas. El polvo de piedra generado durante la producción constituye la fracción fina de la arena.
La arena natural, en cambio, es el material extraído de los cauces de los ríos, antiguas terrazas fluviales y orillas de mares o lagos, transportado y erosionado por la naturaleza a lo largo de miles de años. Las partículas han perdido sus aristas al rodar en el agua y sus superficies se han vuelto lisas. Su composición mineral es una mezcla de todas las rocas de la cuenca por la que ha pasado el agua: cuarzo, feldespato, fragmentos calizos, mica y, a veces, vidrio volcánico. La fracción fina de la arena natural no es polvo de piedra, sino el limo y la arcilla arrastrados por el agua.
Estas dos definiciones son el origen de todas las diferencias que siguen. La arena machacada se produce a partir de una única roca, mediante un proceso controlado y de forma repetible; la arena natural, en cambio, depende de lo que la cuenca aporte ese día. La arena machacada es angulosa y rugosa; la arena natural es redondeada y resbaladiza. Los finos de la arena machacada son polvo de piedra; los finos de la arena natural pueden ser arcilla. El hormigón percibe estas tres diferencias en su totalidad.
Forma de la partícula y textura superficial: ¿trabazón o deslizamiento?
Mientras el hormigón está fresco, los granos de arena se acomodan deslizándose unos sobre otros y sobre el árido grueso. Los granos de arena natural, redondeados y pulidos, facilitan este deslizamiento: con la misma cantidad de agua, la mezcla fluye mejor, se siente más suave bajo la llana y ofrece menos resistencia en el bombeo. Los granos de arena de machaqueo, angulosos, en cambio, se traban entre sí; para alcanzar la misma fluidez se necesita más agua o más aditivo plastificante. Esta es exactamente la razón por la que el albañil encuentra áspera la arena de machaqueo.
Una vez que el hormigón ha endurecido, la misma propiedad actúa a la inversa. Las partículas angulosas y rugosas entran en contacto con la pasta de cemento sobre una superficie mayor y se entrelazan mecánicamente con ella; esto dificulta que la partícula se desprenda de la pasta bajo carga. Por eso los hormigones con arena de machaqueo suelen dar una resistencia a compresión algo mayor, y especialmente a flexión, con la misma dosificación de cemento y la misma relación agua-cemento. La partícula redondeada, debido a su superficie pulida, forma un enlace más débil con la pasta, y hay que compensarlo reduciendo la relación agua-cemento para mantener la resistencia.
La proporción de partículas laminares y alargadas es aquí decisiva. Una línea de trituración mal ajustada produce partículas angulosas pero planas; estas partículas tanto deterioran la trabajabilidad como generan fragilidad. La arena machacada cúbica, producida con trituradoras de impacto y un cribado en circuito cerrado correctamente ajustado, reduce de forma notable la diferencia de trabajabilidad respecto a la arena natural. Es decir, al hablar de arena machacada no existe un único material; la calidad de la línea de trituración determina la forma del producto.
Contenido de finos (filler): el polvo de piedra y la arcilla no son lo mismo
En el árido, la fracción que pasa por el tamiz de 0,063 mm se denomina finos o filler. En los dos tipos de arena, tanto la cantidad como la naturaleza de esta fracción son diferentes. En la arena de machaqueo, los finos son polvo de roca, resultado natural del proceso de trituración; si la roca es caliza, se trata de polvo de carbonato cálcico. Mientras no contenga arcilla, el polvo de roca no perjudica al hormigón; al contrario, rellena los huecos, aumenta la cohesión de la mezcla y reduce la segregación y la exudación. Los hormigones autocompactantes y bombeados se benefician de este polvo. Sin embargo, a medida que aumenta la proporción, crece la superficie específica y se eleva la demanda de agua; por ello, el contenido de finos debe mantenerse bajo control y ajustarse, si es necesario, mediante cribado en seco o lavado.
En la arena natural, los finos son principalmente limo y arcilla. A diferencia del polvo de piedra, la arcilla es un material activo: absorbe agua, se hincha, impide que la pasta de cemento se adhiera a la superficie de las partículas y aumenta la retracción en el hormigón endurecido. Incluso en pequeñas cantidades, la arcilla puede provocar fragilidad y pérdida de resistencia. Por ello, aunque el contenido de finos de una arena natural parezca bajo, hay que preguntar de qué se componen esos finos.
Incluso puede notarse en obra con una simple observación: al tomar un puñado de arena húmeda en la palma de la mano y frotarla, el polvo de piedra deja una sensación polvorienta pero suelta, mientras que la arcilla se pega a los dedos y da sensación resbaladiza. Sin embargo, en lugar de decidir a partir de esa sensación, conviene recurrir a los dos ensayos siguientes.
¿Qué miden los ensayos de azul de metileno y de equivalente de arena?
Existen dos ensayos utilizados para evaluar la limpieza del árido fino, y ninguno sustituye al otro. El ensayo del equivalente de arena (SE) consiste en agitar una muestra de arena con una solución floculante y dejarla reposar en un cilindro. Las partículas de arena se depositan rápidamente en el fondo, mientras que la arcilla y el limo permanecen arriba formando una capa turbia. La proporción de arena limpia dentro de la altura total da el valor del equivalente de arena. Un valor alto significa arena limpia; un valor bajo significa arena con una elevada carga de finos y arcilla. Sin embargo, este ensayo indica la cantidad de finos; no puede distinguir por completo el polvo de piedra de la arcilla, ya que el polvo de piedra también se incorpora a la capa turbia.
El ensayo de azul de metileno (MB) llena precisamente ese vacío. Debido a su área superficial y estructura de carga, los minerales arcillosos adsorben el colorante azul de metileno; el polvo de piedra, en cambio, no. La solución colorante se añade a la muestra de forma gradual, hasta que alrededor de la gota se forma un halo azul claro sobre el papel de filtro. La cantidad de colorante consumida refleja la presencia y el tipo de arcilla; las arcillas expansivas retienen mucho más colorante. Es decir, el valor de MB no indica cuánto material fino hay, sino cuán perjudicial es.
Cuando se leen juntos los dos ensayos, se conoce el material. Una arena de trituración con un equivalente de arena bajo pero un valor de azul de metileno bajo indica un exceso de polvo de piedra; puede corregirse mediante lavado o cribado y no genera problemas graves en el hormigón. Una arena natural con un equivalente de arena medio pero un valor de azul de metileno alto contiene arcilla activa; aunque esta arena se lave, es posible que no se eliminen todas las partículas finas de arcilla. La norma TS EN 12620 define ambos ensayos para áridos de hormigón y los expresa mediante clases de categoría. Las clases las establece el pliego de condiciones del proyecto; su tarea es exigir que ambos valores figuren en el informe.
Trabajabilidad y demanda de agua: ¿qué cambia en la mezcla?
Lo primero que observa una planta de hormigonado al pasar a la arena triturada es que necesita más agua para alcanzar el mismo valor de asiento (cono de Abrams). Esto se debe a dos motivos: el engarce de las partículas angulosas entre sí y la mayor superficie específica que aporta el elevado contenido de finos. El exceso de agua eleva la relación agua-cemento y reduce la resistencia; por ello, el camino correcto es aumentar el aditivo superplastificante en lugar del agua, y controlar el contenido de finos. Con los superplastificantes modernos, los hormigones con arena triturada pueden alcanzar la misma trabajabilidad que los hormigones con arena natural, e incluso mayor resistencia.
Las mezclas con arena natural, en cambio, son fluidas pero segregan y exudan con más facilidad; las partículas redondeadas no retienen la pasta, el árido grueso se asienta en el fondo y el agua sube a la superficie. Esto perjudica la calidad superficial y la durabilidad, especialmente en hormigones de asentamiento alto y bombeados. El polvo de piedra de la arena machacada supone una ventaja en este sentido: mantiene unida la mezcla y reduce la exudación.
La granulometría también difiere entre ambas arenas. La arena natural suele concentrarse en los tamaños medios, mientras que la arena de machaqueo puede presentar una granulometría con exceso de partículas tanto gruesas como muy finas y una carencia en los tamaños medios. Esta carencia se controla mediante el módulo de finura y se compensa en el diseño de la mezcla con la proporción de árido grueso. En resumen, la arena de machaqueo exige más atención en el diseño de la mezcla; a cambio, se sabe exactamente qué se está recibiendo y se obtiene el mismo material en cada carga.
La dimensión ambiental: ¿por qué se restringe la arena de río?
Durante muchos años, la extracción de arena de los cauces de los ríos fue la fuente más barata de árido fino; sus consecuencias se advirtieron demasiado tarde. Cada tonelada extraída del lecho reduce el nivel del cauce del río. A medida que el lecho desciende, quedan al descubierto los pilares de los puentes y los cruces de tuberías, se derrumban los taludes costeros, baja el nivel freático y, como el río transporta menos arena hasta el mar, se acelera la erosión costera. Los ecosistemas de humedales, las zonas de desove de los peces y las tierras de cultivo se ven directamente afectados por este cambio.
Por ello, en muchos países, incluida Turquía, el acceso a la arena de río y de costa se ha ido restringiendo progresivamente mediante licencias, cupos y prohibiciones. La arena de mar, además, contiene cloruros y no puede utilizarse en el hormigón sin lavado previo, ya que conlleva riesgo de corrosión de la armadura. Como resultado, la arena natural se ha convertido en un material tanto más difícil de obtener legalmente como de calidad variable según su origen.
En este contexto, la arena de trituración destaca como la opción sostenible. La cantera es un área con licencia y límites definidos; la producción sigue un plan de rehabilitación, y el polvo y el ruido de la línea de trituración y cribado se miden y controlan. Además, la arena de trituración es un producto que ya se genera con la producción de árido grueso, es decir, se obtiene sin recurrir a un recurso natural adicional. Cómo se gestiona el medio ambiente en la cantera se explica en el artículo sobre gestión ambiental en la cantera; nuestro enfoque de sostenibilidad se basa en el mismo marco.
¿Cuál usar, y cuándo?
En el hormigón estructural, es decir, en cimentaciones, pilares, vigas, muros pantalla y forjados, la arena machacada es la opción segura; aquí resultan decisivos su ventaja de adherencia y su consistencia. En los hormigones de alta resistencia y en los elementos prefabricados y pretensados, la arena machacada es casi el estándar, porque en estos trabajos el vínculo entre la pasta de cemento y el árido es el eslabón más débil, y la arena machacada lo refuerza. En los hormigones bombeados, el polvo de piedra de la arena machacada, combinado con el aditivo adecuado, evita la segregación.
La arena natural sigue siendo superior en los trabajos donde la trabajabilidad es más crítica que la resistencia: morteros de revoco y de albañilería, colocación en encofrados de elementos de sección delgada y muy armados, y soleras de hormigón que se van a fratasar a mano. La arena de machaqueo procedente de caliza resulta algo más áspera en estos trabajos, y el oficial nota la diferencia al fratasar la superficie. Pero incluso en estos casos, la arena debe estar limpia; la arena de río rica en arcilla es la causa más habitual de fisuración y desprendimiento en el revoco.
En las capas del firme y en los trabajos de relleno, la pregunta ni siquiera se plantea; la fracción fina de la zahorra, de la base de mezcla en planta y del material todo-uno es de origen calizo triturado, y la arena natural no entra en estas capas. La tabla de decisión puede resumirse brevemente así:
| Aplicación | Opción preferente | Justificación |
|---|---|---|
| Hormigón estructural | Arena de trituración | Adherencia, resistencia, consistencia |
| Alta resistencia, prefabricado | Arena de trituración | La resistencia de la interfaz es determinante |
| Hormigón bombeado | Arena de trituración (con aditivo) | Control de la segregación y la exudación |
| Revoco y mortero | Arena natural limpia o mezcla | Trabajabilidad y acabado |
| Hormigón de solera alisado a llana | Mezcla | El equilibrio entre el acabado superficial y la resistencia |
| Capas del firme | Origen de roca triturada | Entrelazamiento, compactación |
Uso combinado: aunar lo mejor de dos arenas
En la práctica, muchas plantas y obras eligen un camino intermedio entre los dos extremos: mezclan arena triturada y arena natural en una proporción determinada. La lógica es clara. La arena triturada aporta resistencia y cohesión, la arena natural aporta fluidez y baja demanda de agua; además, las carencias en la granulometría de ambas arenas se compensan entre sí, logrando una granulometría más continua. La proporción de mezcla se calcula de modo que las granulometrías medidas de ambas arenas produzcan la combinación más cercana a la curva objetivo, y se verifica con una mezcla de prueba.
Al hacer la mezcla, tres reglas son importantes. En primer lugar, la mezcla no puede salvar una arena natural sucia; una arena natural rica en arcilla eleva el valor de azul de metileno por poca cantidad que se añada. En segundo lugar, la mezcla debe realizarse a escala de planta y por peso, no removerse a pala en la obra; si la proporción cambia en cada carga, el asentamiento y la resistencia también cambian. En tercer lugar, la proporción de mezcla no debe fijarse una vez y olvidarse; cada vez que cambie la fuente de arena natural, todo debe volver a medirse.
Una buena línea de trituración-cribado elimina en gran medida la necesidad de esta mezcla: la forma cúbica del grano, unos finos controlados y un producto lavado o cribado permiten alcanzar la trabajabilidad deseada únicamente con arena de trituración. İTS Maden produce arena de trituración en su cantera de caliza en Milas, en la misma línea y con el mismo sistema de control de calidad que las fracciones de árido grueso. Para elegir el árido fino y la fracción adecuados para su proyecto, puede consultar nuestros productos o contactar con nosotros a través de la página de contacto.
