Los ítems más malinterpretados de un informe de ensayo de áridos son los relacionados con los finos. Un ingeniero ve el porcentaje de finos, lo considera alto y rechaza el material; otro observa el mismo porcentaje y no ve ningún problema. Ambos están mirando solo la mitad del cuadro, porque la cantidad de finos por sí sola no dice nada; la pregunta real es qué son esos finos. El polvo de piedra y la arcilla pasan por el mismo tamiz, pero se comportan de forma diametralmente opuesta en el hormigón y en la carretera. Esta guía explica, en orden, los ensayos que miden los finos, los valores de absorción de agua y humedad, y en qué se traduce todo esto en obra.
El límite de 0,063 mm: qué son los finos y de dónde proceden
En la tecnología de áridos, los finos son el material que pasa por el tamiz de 0,063 mm. Este límite no es arbitrario; por debajo de este tamaño, la superficie total de las partículas crece rápidamente y el material deja de comportarse como una partícula para comportarse como un polvo. A medida que aumenta la superficie, se necesita más agua para humedecerla, los aditivos químicos se adhieren a esa superficie y cambia el comportamiento del flujo de la mezcla. En otras palabras, 0,063 mm es la línea que separa las partículas que forman el esqueleto del polvo que rellena los huecos de ese esqueleto.
Los finos proceden de dos fuentes distintas. La primera es el polvo de roca: el polvo generado al triturar la roca en la trituradora, con la misma mineralogía que la roca madre. En una cantera de caliza, se trata de polvo de carbonato de calcio. La segunda es la arcilla: tierra roja acumulada en fisuras kársticas, intercalaciones arcillosas entre estratos o material de cobertera cuya descubierta no se ha completado. La arcilla no es el mismo mineral que la roca madre; tiene una estructura cristalina laminar, una superficie específica muy elevada y un equilibrio de carga que interactúa con el agua.
El comportamiento de estos dos materiales es completamente distinto. El polvo de piedra no absorbe agua, no se hincha, es químicamente inerte y simplemente actúa como relleno dentro de la mezcla. La arcilla, en cambio, absorbe agua, aumenta de volumen, se contrae al secarse y recubre la superficie de las partículas, impidiendo la adherencia del ligante. Como ambos pasan por el mismo tamiz, el análisis granulométrico no puede distinguirlos. Para evaluar correctamente los finos, hay que analizar juntos los ensayos que miden la cantidad y los que miden la naturaleza del material. Explicamos cómo se realiza el análisis granulométrico en el artículo sobre el análisis granulométrico y la curva de granulometría.
Pérdida por lavado: medir correctamente la cantidad de finos
El contenido de finos se determina mediante tamizado por vía húmeda. La muestra se seca hasta masa constante y se pesa. A continuación, se lava con agua sobre el tamiz de 0,063 mm, con un tamiz de protección colocado encima. El lavado continúa hasta que el agua que sale es clara, de modo que todo el material inferior a 0,063 mm abandona el sistema junto con el agua. El material retenido en el tamiz se seca y se pesa de nuevo. La diferencia entre la masa inicial y la final es la pérdida por lavado, que se expresa como proporción de la masa total y se informa como el porcentaje de finos.
La importancia de este ensayo radica en entender por qué el tamizado en seco no es suficiente. En el árido que sale de la línea de trituración y cribado, el polvo fino queda adherido a la superficie húmeda de las partículas. En el tamizado en seco, ese polvo se mueve junto con la partícula y nunca pasa por el tamiz de 0,063 mm. El resultado es que un contenido de finos que en realidad es alto aparece como bajo. Esta es, por lo general, la razón por la que un material que se nota polvoriento al frotarlo entre los dedos en obra aparece limpio en el informe; el informe se basó en un tamizado en seco.
El límite de aceptación del contenido de finos varía según el uso y el tipo de producto. La norma TS EN 12620 para árido de hormigón y la TS EN 13043 para mezclas bituminosas definen esta proporción por categorías; el pliego de condiciones del proyecto establece qué categoría se exige. La tendencia general es la siguiente: en el árido grueso no se desean finos, porque allí significan contaminación y no relleno, y alteran el contacto entre la partícula y el ligante. En el árido fino, en cambio, una determinada cantidad de finos resulta beneficiosa, e incluso deseable en algunas mezclas; el límite depende de si esos finos contienen arcilla o no. Por eso la pérdida por lavado no se interpreta de forma aislada, sino junto con el valor de azul de metileno.
Azul de metileno: mide el daño, no la cantidad
El ensayo de azul de metileno no mide cuánto material fino hay, sino cuán activo es. El principio en el que se basa el ensayo es sencillo: los minerales arcillosos, debido a su estructura laminar y a su carga superficial, retienen el colorante azul de metileno en su superficie, mientras que el polvo de piedra prácticamente no lo retiene. Por tanto, la cantidad de colorante que consume una muestra es una medida de la presencia y el tipo de arcilla que contiene.
En la práctica, la muestra se convierte en una suspensión con agua y se añade la solución de colorante por etapas mientras se agita. Después de cada adición, se deposita una gota de la suspensión sobre papel de filtro. Mientras toda la arcilla retenga el colorante, en el papel solo se forma una mancha oscura. En el momento en que la arcilla se satura, el colorante liberado forma un halo azul claro alrededor de la mancha. El punto en el que el halo permanece de forma persistente durante un tiempo determinado es el punto final del ensayo, y la cantidad de colorante consumida hasta ese momento se registra como valor por unidad de masa de la muestra.
La interpretación del resultado depende del tipo de arcilla. Los grupos de arcillas expansivas retienen mucho colorante incluso en pequeñas cantidades, debido a su superficie específica muy alta, y elevan el valor rápidamente; son las más perjudiciales en el hormigón y en las capas de firme. Las arcillas no expansivas retienen menos colorante y su efecto es más limitado. Por tanto, un valor de azul de metileno elevado no solo indica presencia de arcilla, sino también una alta probabilidad de que se trate de un tipo activo y peligroso.
La cualidad más valiosa del ensayo en la práctica es su capacidad de discriminación. Una arena de machaqueo con un alto contenido de finos, si el valor de azul de metileno es bajo, probablemente contiene polvo de roca limpio y no causará problemas en la mezcla. Una arena natural con el mismo contenido de finos, si el valor de azul de metileno es alto, contiene arcilla activa y alterará el comportamiento del cemento y del aditivo en la mezcla. La proporción medida es la misma, pero el resultado es completamente diferente.
Interpretarlo junto con el equivalente de arena: cantidad, naturaleza y consistencia
El ensayo del equivalente de arena es el más rápido y el más práctico en obra de los tres. La muestra se coloca en un cilindro transparente junto con una solución floculante que mantiene en suspensión la arcilla y el limo, se agita según un procedimiento determinado y se deja reposar. Las partículas pesadas de arena se depositan rápidamente en el fondo, mientras que la arcilla y el limo permanecen en suspensión y forman una capa turbia en la parte superior. Transcurrido un tiempo determinado, se mide la altura de la columna de arena y la altura total de la columna, y la relación se expresa en porcentaje. Un valor alto indica arena limpia; un valor bajo, arena con un elevado contenido de finos.
La limitación del equivalente de arena es que no puede distinguir la arcilla del polvo de piedra; ambos se incorporan a la capa turbia. Por ello, una buena arena de machaqueo con polvo de piedra limpio puede arrojar un equivalente de arena bajo y ser rechazada injustamente. En cambio, el ensayo es rápido en obra, su equipo es sencillo y funciona como una alarma diaria para el control de producción; una caída brusca del valor indica que algo ha cambiado en algún punto de la línea.
La lectura correcta emplea tres valores en conjunto. La pérdida por lavado indica la cantidad de finos. El azul de metileno indica cuán perjudiciales son esos finos. El equivalente de arena, por su parte, controla la consistencia diaria. Al verlos los tres juntos, se conoce el material: si el contenido de finos es alto pero el azul de metileno es bajo, la cantidad puede ajustarse mediante cribado o lavado, y el material es sólido. Si el contenido de finos es bajo pero el azul de metileno es alto, hay una pequeña cantidad de arcilla activa; este caso es más peligroso, porque la proporción del informe genera confianza mientras el material causa problemas. También abordamos el papel de estos dos ensayos en la comparación entre arena de machaqueo y arena natural en el artículo sobre selección de árido fino.
Absorción de agua y humedad superficial: qué altera el agua de la mezcla
La absorción de agua es la relación entre la cantidad de agua que puede penetrar en los poros de la partícula de árido y su masa seca. Se mide sumergiendo la muestra en agua durante un período determinado hasta saturarla, retirando después el agua libre de la superficie, pesándola y volviendo a pesarla tras el secado. La diferencia entre las dos pesadas es el agua que ha penetrado en la partícula. En este punto, el árido se encuentra en estado saturado con superficie seca: poros llenos, superficie seca. Este es el estado de referencia que toman los cálculos de la mezcla.
La absorción de agua y la humedad superficial suelen confundirse, pero son conceptos distintos. La absorción de agua es la que penetra en la partícula y no aporta nada a la mezcla; se consume en saturar la partícula. La humedad superficial, en cambio, es el agua libre que queda en el exterior de las partículas y se suma directamente al agua de amasado. El árido en acopio suele estar más húmedo que en estado saturado; tras la lluvia y en los acopios de arena lavada esta humedad es alta. Si la planta no tiene en cuenta esta agua libre, entra en la mezcla más agua de la prevista, la relación agua-cemento aumenta y la resistencia disminuye. A la inversa, un árido seco y absorbente retiene el agua de amasado; el hormigón se endurece como si fraguara antes de tiempo y pierde trabajabilidad.
Por eso, la medición de humedad es una operación que debe repetirse varias veces al día en el árido fino. La superficie del acopio se seca al sol mientras las capas inferiores permanecen húmedas; la humedad de la mañana no es la misma que la de la tarde. Si en la planta se utiliza una sonda de humedad, debe verificarse periódicamente mediante el método de secado en estufa. Cuando se trabaja con áridos de alta absorción de agua, el prehumedecido del árido antes de incorporarlo a la mezcla reduce de forma notable tanto la pérdida de trabajabilidad como la pérdida de asentamiento (slump).
La absorción de agua es también un indicador de durabilidad. Una absorción elevada indica que la partícula es porosa, por lo que sufrirá tensiones internas durante los ciclos de hielo-deshielo y, en el asfalto, absorberá el betún y reducirá el espesor efectivo de la película. En la caliza, este valor es una de las propiedades que más varía según el nivel de la cantera; los niveles de textura compacta dan una absorción baja, mientras que los niveles con conchas y oquedades de disolución dan una absorción alta. Para más detalles, consulte el artículo sobre las propiedades de la caliza como árido.
Consecuencias en el hormigón: demanda de agua, aditivos, retracción y durabilidad
El primer efecto de los finos en el hormigón se produce en la demanda de agua. Al aumentar la superficie específica, también aumenta la superficie que hay que humedecer; para alcanzar el mismo asiento se necesita más agua o más aditivo plastificante. Si se compensa con agua, la relación agua-cemento aumenta y la resistencia y la impermeabilidad disminuyen a la vez. El camino correcto es controlar la cantidad de finos en producción y cerrar la diferencia restante con un aditivo.
El panorama empeora aún más cuando entra en juego la arcilla. Los minerales arcillosos no solo atraen agua, sino también las moléculas del superplastificante. Parte del aditivo queda retenida en la superficie de la arcilla en lugar de dispersar las partículas de cemento, lo que explica por qué aumentar la dosis no produce el efecto esperado. El patrón que suele observarse en obra es el siguiente: se eleva la dosis del aditivo, el asentamiento se mantiene durante un tiempo y luego desaparece rápidamente. Este comportamiento suele ser resultado no del aditivo, sino de la arcilla presente en el árido.
En el hormigón endurecido destacan dos efectos de la arcilla. El primero es la retracción: la arcilla pierde volumen al secarse y genera tensiones de tracción en la pasta circundante, lo que aumenta las fisuras plásticas y de retracción. El segundo es la adherencia: la película de arcilla que recubre la superficie del árido impide que la pasta de cemento se adhiera a la piedra y debilita la interfaz árido-pasta. Esta interfaz ya es el eslabón más débil del hormigón; la arcilla la debilita aún más. Además de la pérdida de resistencia, el aumento de la permeabilidad abre la puerta a la corrosión de las armaduras y a problemas de durabilidad a largo plazo.
En cambio, el polvo de piedra limpio suele ser beneficioso para el hormigón. Rellena los huecos, aumenta la cohesión de la mezcla, reduce la segregación y la exudación, y mejora la bombeabilidad. En los hormigones autocompactantes y en los hormigones bombeados, el filler no es una carencia, sino parte del diseño. La distinción crítica es que la proporción esté controlada y que se verifique mediante ensayo que el contenido no sea arcilla.
Consecuencias en la carretera y en el asfalto: plasticidad, hinchamiento por helada y desprendimiento del ligante
El papel de los finos en las capas de firme es distinto al que tienen en el hormigón, y no es unidireccional. En capas granulares como la zahorra estabilizada y la base tipo plant-mix es necesaria una cierta cantidad de finos: rellenan el hueco entre las partículas gruesas, permiten que la capa cierre durante la compactación, ligan la superficie y le dan capacidad portante. Si la fracción fina es insuficiente, la capa no cierra bajo el rodillo, las partículas se mueven en la superficie y no se alcanza la densidad de compactación buscada. Para la función y el diseño de esta capa, puede consultar el artículo qué es la zahorra estabilizada.
Cuando esos mismos finos están en exceso, en cambio, la capa queda indefensa frente al agua. La fracción fina que contiene arcilla se vuelve plástica al entrar en contacto con la lluvia y el agua subterránea; la capa se embarra, pierde su capacidad portante y se asienta bajo el tráfico. Por ello, las especificaciones viales limitan el porcentaje de finos en las capas granulares con un límite superior y restringen la plasticidad de la fracción fina con un criterio independiente. La plasticidad indica si el material fino cambia de forma según su contenido de agua; es el criterio más práctico para distinguir en obra entre el polvo mineral no plástico y la arcilla plástica.
En las regiones frías, los finos tienen un tercer efecto: el hinchamiento por helada. El material de grano muy fino absorbe agua del nivel freático por efecto capilar. Cuando la temperatura baja de cero, esta agua forma lentes de hielo dentro de la capa, la capa se hincha y aparece deformación en la superficie. Durante el deshielo, el agua acumulada se libera, la capa se satura y la capacidad portante cae bruscamente. En la franja costera del Egeo este riesgo no es tan marcado como en el interior, pero debe tenerse en cuenta en cotas altas y en trazados que se adentran hacia zonas interiores.
En el asfalto, en cambio, los finos tienen una doble cara. El filler, junto con el betún, forma un mástico que aumenta la rigidez de la mezcla y la resistencia a la rodadura; en una buena mezcla asfáltica, el polvo mineral es indispensable. Sin embargo, la arcilla adherida a la superficie del árido se introduce entre la película de betún y la piedra, debilita la adherencia e inicia el desprendimiento. Por ello, en el árido para asfalto, un producto lavado y libre de arcilla es más prioritario que el porcentaje de filler. Para más detalles sobre la relación entre el betún y el árido, puede consultar el artículo sobre árido para asfalto.
El papel del lavado: cuándo es necesario y cuándo no
El lavado es el proceso mecánico que elimina los finos, y en particular la arcilla, del árido. El árido grueso se lava generalmente sobre una criba con rampas de aspersión; las partículas se lavan durante el cribado y el polvo adherido a la superficie se retira con el agua. Para el árido fino se utilizan lavadoras de paletas o de tornillo espiral junto con cribas de deshidratación. El agua de lavado se dirige a balsas de decantación, donde el material fino sedimenta y el agua se recircula en la medida de lo posible. Explicamos cómo se gestiona este ciclo en el artículo gestión ambiental en la cantera.
Los casos en los que el lavado es realmente necesario están claros. El lavado es obligatorio si hay niveles intercalados arcillosos o rellenos de fisuras kársticas en el frente de cantera, si el valor de azul de metileno está aumentando, si se forma en la superficie del árido grueso una película de polvo que impida la adherencia del ligante, y si se produce material de drenaje y filtro. En el material de filtro, los finos anulan la razón de ser del propio material; detallamos este tema en el artículo sobre selección del árido de drenaje y filtro.
También hay casos en los que el lavado es innecesario, e incluso perjudicial. En una arena de machaqueo producida a partir de una roca limpia, cuyos finos son enteramente polvo de roca, un lavado excesivo arrastra también la fracción fina pero útil entre 0,063 y 0,25 mm. El resultado es una arena que queda vacía en el extremo fino de la curva granulométrica, propensa a la segregación y a la exudación. El hormigón fabricado con este tipo de arena exuda agua, se empolva en la superficie y se segrega en la bomba. Es decir, el lavado no es un resultado, sino un proceso que hay que ajustar.
El enfoque correcto es este: no eliminar los finos, sino controlar su cantidad y su naturaleza. Lavar si hay arcilla, ajustar mediante cribado en seco si hay exceso de polvo de piedra, y no intervenir cuando ambos están en equilibrio. La decisión se basa en los resultados de pérdida por lavado, azul de metileno y granulometría de muestras tomadas periódicamente. En su cantera de caliza de Milas, İTS Maden opera sus plantas de trituración, cribado y lavado bajo un sistema en el que estos tres valores se monitorizan de forma conjunta. Para elegir el producto adecuado según los requisitos de finos y limpieza de su proyecto, puede consultar nuestros productos, revisar nuestro enfoque de control de calidad y ponerse en contacto con nosotros.
