Áridos de construcción

Las fuentes de estos materiales básicos se pueden agrupar en tres áreas principales: la extracción de depósitos de áridos minerales, como arena, grava y piedra; el uso de escoria residual de la fabricación de hierro y acero; y el reciclaje de hormigón (fabricado principalmente a partir de áridos minerales). Además, existen algunos materiales (en cantidades mucho menores) que se utilizan como áridos ligeros especiales: arcilla, pumita, perlita y vermiculita. Los materiales pétreos más habituales para la obtención de áridos de construcción, son:

En Europa, los rangos de tamaño se especifican como d/D, donde d indica la malla cuadrada más pequeña y D la más grande por la que pueden pasar las partículas. Los tamaños preferidos para cada aplicación se recogen en la norma europea EN 13043 para la construcción de carreteras, EN 13383 para piedra de revestimiento de mayor tamaño, EN 12620 para áridos de hormigón, EN 13242 para las capas de base en la construcción de carreteras y EN 13450 para balasto ferroviario.

La ASTM publica una lista exhaustiva de especificaciones, incluidas las normas ASTM D 692 y ASTM D 1073, para diversos productos de áridos de construcción, que, por sus características, son adecuados para fines específicos. Estos productos incluyen tipos específicos de áridos gruesos y finos caracterizados para su uso como aditivos en mezclas de asfalto y hormigón, así como para otros usos en la construcción. Los departamentos de transporte estatales perfeccionan aún más las especificaciones de los materiales de áridos para adaptar su uso a las necesidades y la disponibilidad en sus respectivas jurisdicciones.

La base de agregados se compone típicamente de roca triturada que puede pasar por una criba de rocas 3/4 de pulgada (20 mm). El tamaño de las partículas varía desde 20 mm hasta polvo. El material puede ser de roca virgen (recién extraída) o de asfalto y hormigón reciclados. Se utilizan como capa de base en carreteras, como capa de base para losas y cimientos de cemento, y como material de relleno para tuberías subterráneas y otros servicios subterráneos.

La base y la subbase de una carretera de firme asfáltico generalmente consisten en capas de áridos de mayor tamaño, extendidos y compactados para proporcionar un soporte estable para las capas superiores del firme.

Durante miles de años se han utilizado arena y piedra en los cimientos de todo tipo de construcciones. Un perfeccionamiento significativo en la producción y el uso de áridos tuvo lugar durante el imperio romano, que los utilizó para construir su vasta red de carreteras y acueductos. La invención del hormigón, esencial para la arquitectura que utiliza arcos, generó una demanda inmediata y permanente de áridos para la construcción.

El célebre arquitecto romano Vitruvio escribió en su libro De architectura:

La economía implica la gestión adecuada de los materiales y del terreno, así como un equilibrio prudente entre el coste y el sentido común en la construcción de obras. Esto se logrará si, en primer lugar, el arquitecto no exige materiales que no se puedan encontrar o preparar sin un gran desembolso. Por ejemplo: no en todas partes abunda la arena de cantera, los escombros, el abeto, el abeto limpio y el mármol... Donde no hay arena de cantera, debemos usar la que arrastran los ríos o el mar... y otros problemas debemos resolverlos de forma similar.

La llegada de los métodos modernos de voladura permitió el desarrollo de grandes canteras en todo el mundo, localizadas en lugares que cuentan con depósitos de roca madre adecuados para obtener áridos de calidad. En muchas regiones no existen depósitos de rocas adecuadas para la obtención de áridos (caliza, granito, basalto, cuarcita u otros tipos de roca madre de calidad). En estas zonas se utilizan como áridos la arena y la grava naturales. Donde no hay ni piedra, ni arena ni grava disponibles, la demanda de la construcción suele satisfacerse mediante el transporte de áridos por ferrocarril, barco o carretera. Además, la demanda de áridos puede satisfacerse parcialmente mediante el uso de escorias y de hormigón reciclados. Sin embargo, los tonelajes disponibles y la menor calidad de estos materiales impiden que sean un sustituto viable de los áridos extraídos a gran escala.

Grandes canteras de piedra y explotaciones de arena y grava existen cerca de prácticamente todos los centros urbanos, debido al alto coste del transporte en relación con el bajo valor del producto. El transporte de áridos por carretera a más de 40 kilómetros suele ser antieconómico.^[7] Estas son operaciones intensivas en capital, que utilizan maquinaria pesada para movimiento de tierras, cintas transportadoras y máquinas diseñadas específicamente para machacar y para clasificar áridos de distintos tamaños, creando así acopios de productos diferenciados.

Según el Servicio Geológico de Estados Unidos, la producción de piedra triturada en EE. UU. en 2006 fue de 1720 millones de toneladas, valoradas en 13.800 millones de dólares (en comparación con los 1690 millones de toneladas valoradas en 12 100 millones de dólares en 2005), de las que 1080 millones de toneladas correspondieron a piedra caliza valorada en 8190 millones de dólares procedentes de 1896 canteras; 268 millones de toneladas de granito valoradas en 2590 millones de dólares procedentes de 378 canteras; 148 millones de toneladas de basalto valoradas en 1040 millones de dólares procedentes de 355 canteras; y el resto otros tipos de piedra procedentes de 729 canteras. La piedra caliza y el granito también se producen en grandes cantidades para su uso como escolleras. La gran mayoría de la piedra machacada se transporta en camiones pesados desde la cantera/planta de clasificación hasta el primer punto de venta o uso. Según el Servicio Geológico de Estados Unidos, la producción estadounidense de arena y de grava en 2006 fue de 1320 millones de toneladas, valoradas en 8540 millones de dólares (frente a los 1270 millones de toneladas valoradas en 7460 millones de dólares en 2005), de las cuales 264 millones de toneladas, valoradas en 1920 millones de dólares, se utilizaron como áridos para hormigón. La gran mayoría de estos materiales se transportaron nuevamente por camión, en lugar del ferrocarril.

En la década de 2020, de la demanda total de áridos en EE. UU., se destinó entre un 30 % y un 35 % a edificios no residenciales (oficinas, hoteles, tiendas, plantas de fabricación, edificios gubernamentales e institucionales, entre otros); en un 25 % a carreteras; y en un 25 % a viviendas.^[8]

Los materiales reciclados, como las escorias generadas por los altos hornos, pueden utilizarse como áridos o como sustitutos parciales del cemento Portland. La escoria de alto horno se enfría por aire o por agua. La escoria enfriada por aire puede utilizarse como árido. La escoria enfriada por agua produce partículas vítreas del tamaño de la arena (granuladas). La adición de cal libre al agua durante el enfriamiento confiere a la escoria granulada propiedades cementantes hidráulicas.

En 2006, según el Servicio Geológico de Estados Unidos, la escoria de alto horno enfriada por aire vendida o utilizada en EE. UU. fue de 7,3 millones de toneladas, valoradas en 49 millones de dólares; la escoria granulada de alto horno vendida o utilizada en EE. UU. fue de 4,2 millones de toneladas, valoradas en 318 millones de dólares; y la escoria de horno de acero vendida o utilizada en EE. UU. fue de 8,7 millones de toneladas valoradas en 40 millones de dólares. Las ventas de escoria de alto horno enfriada por aire en 2006 se destinaron a su uso en capas de base de carreteras (41 %), hormigón asfáltico (13 %), hormigón premezclado (16 %), y el resto a otros usos. Las ventas de escoria granulada de alto horno en 2006 se destinaron a su uso en cementos especiales (94 %), y el resto a otros usos. En 2006, las ventas de escoria de hornos de acero se destinaron a su uso en bases de carretera (51 %), hormigón asfáltico (12 %), terraplenes (18%) y el resto a otros usos.

El agregado de vidrio reciclado, triturado a un tamaño pequeño, se utiliza como sustituto de la grava fina o de la roca triturada en muchos proyectos de construcción y servicios públicos. No es peligroso de manipular, y puede utilizarse como lecho para tuberías, colocándolo alrededor de las conducciones de alcantarillado, de aguas pluviales o de agua potable para transferir el peso de la superficie y proteger las tuberías. Otro uso común es como relleno para nivelar un suelo de hormigón con la cimentación. El uso de vidrio machacado contribuye a cerrar el ciclo del reciclaje de vidrio en muchos lugares donde el vidrio no se puede fundir para producir vidrio nuevo.^[9]

Los propios áridos pueden reciclarse como nuevos agregados, especialmente en áreas urbanas. Existen plantas de reciclaje móviles que eliminan el costo del transporte del material a una planta de tratamiento más alejada. El material reciclado suele ser de calidad variable.

Muchos productos de agregados se reciclan para otros fines industriales. Los contratistas ahorran en costos de eliminación y se entierra o apila menos agregado abandonado. En Bay City (Míchigan), por ejemplo, existe un programa de reciclaje para productos no utilizados como hormigón premezclado, bloques, ladrillos, grava, piedra de guijarro y otros materiales usados. El material se tritura para proporcionar subbase para carreteras y caminos de acceso, entre otros usos.

Según el Servicio Geológico de Estados Unidos, en 2006 se reciclaron 2,9 millones de toneladas de hormigón de cemento Portland (incluidos los agregados), con un valor de 21,9 millones de dólares; y 1,6 millones de toneladas de hormigón asfáltico (incluidos los agregados), con un valor de 11,8 millones de dólares; ambos mediante operaciones de trituración de piedra. Empresas de construcción y de demolición no incluidas en el estudio del USGS reciclan cantidades mucho mayores de ambos materiales. En cuanto a la arena y la grava, el estudio mostró que se reciclaron 4,7 millones de toneladas de hormigón de cemento, valoradas en 32 millones de dólares; y 6,17 millones de toneladas de hormigón asfáltico, valoradas en 45,1 millones de dólares. Nuevamente, empresas de construcción y demolición no incluidas en este estudio del USGS reciclan cantidades mayores de ambos materiales. La Asociación de Reciclaje de Materiales de Construcción indica que se producen anualmente 325 millones de toneladas de materiales de construcción y demolición recuperables.