Áridos, Estabilizados y Bases Granulares: Características Técnicas y Aplicaciones en la Construcción en Chile

Introducción: Los Áridos como Columna Vertebral de la Construcción

Los áridos constituyen la "columna vertebral" de toda obra civil chilena. Estos materiales granulares inertes, formados principalmente por fragmentos pétreos o minerales, proporcionan la resistencia mecánica y estabilidad fundamentales para las infraestructuras. Su correcta selección —considerando forma, tamaño y procedencia— determina directamente la resistencia del hormigón, la estabilidad de una base vial o la durabilidad de un mortero.

El amplio uso de estos materiales se extiende desde la construcción vial y aeroportuaria hasta la producción de hormigón estructural y morteros, siendo el recurso material más consumido después del agua a nivel mundial. En Chile, la extracción anual supera los 120 millones de toneladas, evidenciando su rol crítico en el desarrollo infraestructural del país.

En este artículo profundizaremos en la clasificación granulométrica de los áridos —conforme a la normativa NCh 163/165 y al Manual de Carreteras MOP— y en los usos técnicos recomendados para cada fracción, enfocándonos en las consideraciones específicas del contexto constructivo chileno.

¿Qué son los Áridos? Definición Técnica y Propiedades Fundamentales

Técnicamente, los áridos se definen como materiales granulares inertes formados principalmente por fragmentos pétreos o minerales. Estos pueden ser de origen natural (extraídos directamente de cauces fluviales o depósitos aluviales), o artificiales (generados mediante trituración mecánica de rocas o reciclaje de escombros).

Las propiedades clave que definen a los áridos incluyen:

• Granulometría: Distribución porcentual por peso de los tamaños de partículas.
• Forma y textura superficial: Afecta directamente la trabajabilidad y resistencia del hormigón.
• Dureza y resistencia a la abrasión: Medida típicamente mediante el ensayo Los Ángeles (NCh136).
• Densidad y peso específico: Determinantes para el cálculo de dosificaciones.
• Porosidad y capacidad de absorción de agua: Influye en la relación agua/cemento efectiva.
• Contenido de finos (<0,08 mm): Afecta la cohesión y demanda de agua.

Clasificación Técnica de los Áridos según Granulometría

La granulometría —distribución porcentual por peso de los tamaños de partículas— constituye el criterio fundamental para clasificar los áridos. En Chile, las normativas técnicas (principalmente la NCh 163 y NCh 170) definen claramente estos rangos granulométricos, diferenciando dos grandes familias —arena (árido fino) y grava (árido grueso)— con sub-clasificaciones por grados según tamices normalizados.

1. Áridos Gruesos (> 5 mm)

Los áridos gruesos incluyen principalmente:

• Gravilla (5-20 mm): Corresponde al grado 20-5 mm según NCh 163. Es ideal para hormigón armado de sección esbelta y capas intermedias en bases granulares. Su tamaño permite buena trabajabilidad manteniendo resistencia mecánica.
• Grava estándar (20-40 mm): Clasificada como grado 40-20 mm según normativa. Se utiliza extensivamente en hormigón masivo, sub-bases viales y rellenos estructurales donde la separación de armaduras lo permite.
• Pedregullo o grava gruesa (40-63/80 mm): Comprende los grados 63-40 mm y 80-63 mm. Su aplicación se concentra en rellenos drenantes, filtros y hormigones ciclópeos para fundaciones masivas.

La elección entre árido rodado (extraído de ríos) o chancado (triturado artificialmente) depende principalmente del uso final:

• Árido rodado: Presenta formas redondeadas que mejoran la trabajabilidad pero ofrecen menor adherencia pasta-árido. Ideal para hormigones donde prima la facilidad de colocación.
• Árido chancado: Con formas angulares y rugosas que proporcionan mejor trabazón mecánica y adherencia. Preferido en pavimentos, hormigones de alta resistencia (H40 o superior) y bases granulares de carreteras.

2. Áridos Finos (< 5 mm)

Los áridos finos —principalmente arenas— son críticos para otorgar cohesión y trabajabilidad a las mezclas de hormigón o morteros:

• Arena fina (0,16-1,0 mm): Corresponde a la parte inferior del rango de arena según NCh 163. Su aplicación se concentra en morteros, estucos, enlucidos y lechadas de inyección donde se requiere alta finura.
• Arena gruesa (1,0-5,0 mm): Fracción principal de arena según normativa chilena. Fundamental para hormigón estructural, lechos filtrantes y prefabricados ligeros. Su distribución granulométrica equilibrada (módulo de finura entre 2,4 y 3,1) optimiza la demanda de agua y cemento.

Tabla: Clasificación Granulométrica de Áridos según NCh 163

* En proyectos especiales (losa de fundación masiva, enrocados) el tamaño máximo puede llegar a 80 mm, siempre que se respete el espaciamiento de armaduras y los límites de la tabla 3 de NCh 163.

3. Áridos Combinados o Mezclas Granulométricas

Las mezclas diseñadas cumplen requisitos específicos de distribución granulométrica según normativas chilenas para aplicaciones especiales:

• Base estabilizada granular: Mezcla de áridos gruesos y finos (generalmente 40-5 mm o 50-5 mm), frecuentemente estabilizados con 1-2% de cemento para aumentar CBR y reducir plasticidad. Ampliamente utilizada en caminos rurales y carreteras según especificaciones del Manual de Carreteras MOP.
• Subbase granular: Mezcla controlada, generalmente sin estabilizante químico, empleada debajo de la base estabilizada para distribuir uniformemente cargas hacia el terreno natural. Su granulometría, menos exigente que la base, debe cumplir con bandas granulométricas específicas del MOP.
• Estabilizados con emulsión asfáltica: Mezclas árido-emulsión para caminos rurales, donde suelos locales se combinan con grava 25-5 mm y emulsión, generando un material de módulo igual o superior a 300 MPa capaz de soportar tráfico de hasta 350 ejes pesados/día.

Características Técnicas Esenciales de los Áridos

1. Resistencia Mecánica y Dureza

La dureza y resistencia de un árido determinan directamente la durabilidad de la estructura. Las rocas más utilizadas en Chile son basaltos, granitos, andesitas, y en menor grado calizas. Estas poseen buena resistencia al desgaste y al impacto, medidas según el ensayo Los Ángeles (NCh136).

Los requisitos específicos varían según la aplicación:

• Pavimentos y superficies de alto desgaste: Pérdida máxima de 25-30% en ensayo Los Ángeles.
• Hormigón estructural general: Pérdida máxima de 35%.
• Bases granulares de caminos principales: Pérdida máxima de 35-40% según categoría de tránsito.

2. Forma y Textura Superficial

La forma de las partículas afecta directamente la trabajabilidad y resistencia del hormigón:

• Áridos chancados (angulares): Poseen mejor adherencia y trabazón mecánica, aumentando la resistencia a flexión y corte del hormigón. La experiencia chilena indica que para hormigones H40 o superior, se privilegia el uso de gravillas chancadas.
• Áridos rodados (redondeados): Mejoran la trabajabilidad y reducen la demanda de agua para igual consistencia. Ideales para hormigones donde prima la colocación eficiente.

El índice de lajas y agujas debe limitarse a <35% para garantizar la compactación eficiente en bases granulares y adecuada resistencia en hormigones.

3. Absorción de Agua y Porosidad

Áridos con menor absorción (<2% para gravas y <3% para arenas) se prefieren en hormigones estructurales debido a:

• Menor susceptibilidad a daños por ciclos hielo-deshielo.
• Mejor control de la relación agua/cemento efectiva.
• Menor variabilidad en propiedades del hormigón fresco.

Para obras hidráulicas y estructuras expuestas a ambientes agresivos, se recomienda que la absorción máxima sea inferior a 1,5% para garantizar durabilidad a largo plazo.

Usos Específicos y Recomendaciones Técnicas

Cada tipo de árido posee aplicaciones particulares en obras chilenas, según requerimientos técnicos específicos:

Áridos para Hormigón Estructural

En hormigones estructurales, se combinan arena gruesa + gravilla (20-5 mm) para lograr un esqueleto granular denso. Algunas recomendaciones específicas incluyen:

• El tamaño máximo del árido no debe exceder 1/5 de la dimensión más pequeña del elemento a hormigonar.
• Para elementos densamente armados, el tamaño máximo no debe superar 3/4 del espaciamiento libre entre barras.
• En losas, el tamaño máximo recomendado es 1/3 del espesor.
• Para hormigones bombeables, limitar tamaño máximo a 1/3 del diámetro de la tubería.

Bases y Sub-bases Viales

En rutas MOP, la base granular se gradúa 50-5 mm o 40-5 mm según las especificaciones del Manual de Carreteras:

• La estabilización con 1-2% de cemento aumenta CBR a valores superiores a 100% y reduce susceptibilidad a la humedad.
• Exigencia de CBR mínimo según tipo de camino: 40% para subbase y 80-100% para base granular.
• Límites estrictos para plasticidad: IP<6% para base e IP<8% para subbase.
• Caras fracturadas: mínimo 50% (subbase) y 70% (base) para asegurar estabilidad.

Áridos para Morteros y Estucos

Las arenas para morteros requieren características específicas:

• Módulo de finura entre 1,8 y 2,5 para estucos y entre 2,3 y 3,1 para morteros estructurales.
• Contenido máximo de finos (<0,08 mm) de 5% para morteros y 10% para estucos.
• Partículas de forma predominantemente cúbica o esférica para mejor trabajabilidad.
• Ausencia de materia orgánica y sales solubles que puedan generar eflorescencias.

Áridos para Concreto Asfáltico

Las mezclas asfálticas requieren áridos con propiedades específicas:

• Desgaste Los Ángeles <25% para capas de rodadura de alto tránsito.
• Índice de forma <30% para garantizar estabilidad y resistencia a la deformación permanente.
• Adherencia árido-asfalto superior a 95% mediante ensayo de adherencia Riedel-Weber.
• Trituración 100% para garantizar rugosidad y adherencia superficial en capas de rodadura.

Requisitos Complementarios según Normativa Chilena

Además de la granulometría, los áridos deben cumplir requisitos adicionales establecidos por normas chilenas:

• Resistencia al desgaste (Los Ángeles): Pérdida igual o menor a 30% para hormigón sometido a abrasión (pavimentos, pistas).
• Absorción: <2% (grava) y <3% (arena) para minimizar la variación de relación agua/cemento.
• Contenido de finos (<0,08 mm): 0,5% en gravillas para pavimentos de desgaste; hasta 3% en arenas para hormigón general.
• Contenido de materia orgánica: Inferior al límite que produce una coloración más oscura que la solución patrón en el ensayo de colorimetría.
• Durabilidad frente a solución de sulfato: Pérdida máxima de 12% (con sulfato de sodio) o 18% (con sulfato de magnesio) tras 5 ciclos.
• Densidad aparente: Superior a 2.300 kg/m³ para áridos estructurales (excepto livianos).

Sostenibilidad Ambiental en Áridos

El sector de áridos en Chile avanza hacia prácticas más sostenibles:

• Reciclaje de áridos: La trituración de residuos de hormigón para producir áridos reciclados está siendo fomentada por normas chilenas recientes, especialmente NCh 3562 (2019) que regula áridos reciclados para hormigones.
• Extracción controlada y certificada: Sistemas que aseguran que la extracción no dañe ecosistemas naturales o fluviales sensibles, con planes de mitigación y restauración obligatorios.
• Mezclas optimizadas: El diseño de curvas granulométricas óptimas permite reducir el consumo de cemento mediante mezclas granulométricas densas, minimizando emisiones asociadas al cemento Portland.
• Uso de aditivos reductores de agua: Combinados con áridos bien graduados, permiten reducir la huella de carbono del hormigón hasta en un 20%.