La arena es un importante material de origen natural para la construcción. El esponjamiento o abultamiento es uno de sus mayores problemas.
Mezclada con cemento y cal, millones de toneladas de arena se utilizan cada mes para la construcción como morteros, yesos y cemento. El término arena se utiliza para las partículas de roca que varían en tamaño de grano entre 2 mm y 1/16 mm. En su composición, son predominantemente óxido de sílice SiO2. Mineralógicamente, consiste sobre todo en granos quebrados del mineral de Cuarzo (SiO2) producidos como resultado de la descomposición de piedras areniscas y rocas similares.
Clasificación de la arena
Las arenas se clasifican en base a su forma origen, composición y tamaño de grano.
Clasificación de arenas según la forma de origen
Según la forma de origen, la arena son de tres tipo: Arenas de fosa, Arenas de la corriente Y Arenas marinas. Las arenas de fosa son generalmente afiladas y angulares en contorno. Los vientos suelen depositarlas y formar acumulaciones en suelos que pueden estar cubiertos por arcillas. Estas arenas, cuando se limpian y se lavan, hacen buenos Morteros.
Las arenas del río surge como acumulaciones de gran extensión a lo largo de todos los ríos en llanuras y áreas semi-montañosas. La forma de los granos de en los ríos es casi redonda (debido al transporte considerable en aguas fluviales). Estas están generalmente libres de arcilla, incrustaciones de sal, e impurezas orgánicas. Por lo tanto, estas son las arenas más comúnmente utilizadas para fabricar Morteros, Revocos y hormigón.
Las Arenas marinas surgen en las playas y a lo largo de las costas. Al igual que las arenas del río, consisten en granos redondeados de cuarzo. Una dificultad común con estas arenas es que sus granos a menudo se cubren con recubrimientos de sales de agua de mar. Estas sales no son fácilmente separables. Por lo tanto, si se utiliza en morteros o concreto, las sales reaccionan con el materiales de construcción creando muchas dificultades.
Además, las incrustaciones de sal son a menudo higroscópicas, es decir, absorben la humedad de la atmósfera. Esto resulta en el ajuste atrasado, la humedad y la eflorescencia que pueden ocurrir en el mortero o concreto hecho con estas arenas. Por lo tanto, las arenas marinas son consideradas de inferior calidad y deben evitarse. Cuando estas son la única fuente disponible, las arenas marinas deben lavarse a fondo antes de su uso. 
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Clasificación de la arena según su composición
Según la composición, las siguientes tres categorías de arena se reconocen en los campos de la ingeniería.
- Arenas limpias: Son arenas bien calificadas que contienen enteramente o sobre todo cuarzo (SiO2) en una amplia gama de granulometría.
- Arenas sedimentadas: Son arenas pobremente calificadas que tienen una proporción considerable de limo (tamaño de partícula entre 0,625 a 0,075 mm) y otras materiales no plásticos.
- Arenas arcillosas: Estas son arenas mal calificadas que tienen una fracción prominente de arcilla (tamaño de partícula por debajo de 1/256 mm y también materiales plásticos. Obviamente, para su uso en la fabricación de morteros, emplastos y hormigón, sólo se deben utilizar arenas limpias.
La arena también se obtiene artificialmente machacando la roca de la cuarcita natural al tamaño de grano requerido.
Clasificación de la arena según su tamaño de grano
Según el tamaño de grano, la arena se clasifica como gruesa, medio y fino (Granos de 2 – 1 mm, 1 – 0,25 mm, 0,25 – 0,15 mm, respectivamente.
Esponjamiento de arena
El esponjamiento o abultamiento es un cambio volumétrico importante que se lleva a cabo en las arenas cuando están húmedas. Las arenas aumentan de volumen, hasta el grado de 20-30%, cuando contienen humedad entre el 2-8%. Esto se debe a que la humedad en pequeñas proporciones forma películas delgadas alrededor de los granos de arena. Cuando el contenido de humedad se incrementa más allá de 8-10%, el efecto de volumen en arena casi desaparece. De hecho, los granos de arena colocados en un tanque de agua tendrán el mismo volumen que la arena seca.
La calidad de la arena se determina con respecto a su contenido de arcilla, la contaminación con impurezas orgánicas y sus incrustaciones de sal. Las arenas de buena calidad deben estar libres de todas estas impurezas.
Se establece que el volumen de arena será más cuando el agua está presente en ella, incluso en pequeñas cantidades. En otras palabras, dos lotes de arena, uno seco y uno húmedo, que pueden tener el mismo peso, tendrán diferentes volúmenes. El volumen de arena húmeda será más que el de arena seca.
Este cambio (aumento) en el volumen de arenas en la obtención de humedad se denomina Esponjamiento o abultamiento de arena. El conocimiento completo de la carga de la arena es necesario para un ingeniero de la construcción porque la arena se utiliza a veces para los morteros, los yesos, y el concreto por volumen.
Como tal si se ignora este hecho y la arena en condiciones húmedas se añade a la Cemento o cal, el mortero resultante contendrá una cantidad menor de arena que la cantidad requerida. Por lo tanto, un factor de corrección para el volumen de la arena tiene que ser aplicado en la tasa de abultamiento de la arena que se utilizará para hacer el mortero y concreto.
En cuanto a la tasa de abultamiento de arena, se ha observado que se relaciona con dos factores:
- Porcentaje de contenido de humedad en la arena.
- Tamaño gramo de las partículas de arena.
Por lo tanto, el efecto de esponjamiento es máximo cuando el contenido de humedad en la arena está entre 4-6%. A medida que aumenta el contenido de agua, este efecto continúa disminuyendo, volviéndose insignificante con un contenido de humedad del 15-20%. Del mismo modo, las arenas finas (Tamaño de partícula 0,25 a 0,15 mm) muestran mayor tasa de carga en comparación con las arenas gruesas (tamaño de partícula alrededor de 2 mm). El abultamiento se puede extender un 40 por ciento del volumen original en la arena en seco y 15 por ciento en el caso de las arenas gruesas.
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Cómo calcular el volumen de la arena
Un método rápido para determinar el abultamiento de arena de la muestra dada que contiene algo de humedad es el siguiente:
(Paso 1): Tome un cilindro de vidrio limpio y rellénelo alrededor de 3/4 con la muestra de arena. A continuación, anote su volumen. Digamos; Volumen= V1= 30 cm3.
(Paso 2): Ahora saque cuidadosamente la arena y colóquela sobre una placa de vidrio. Llene el cilindro de vidrio con agua hasta 3/4 de su volumen.
(Paso 3): Ponga la muestra de arena de nuevo en el cilindro de vidrio muy lentamente, agitando el agua mientras se añade arena en ella. Esto es esencial para hacer que todos los granos de arena se asienten completamente en el cilindro.
Anote el nuevo volumen de la muestra de arena que sea V2. (Si V2 = V1 , significa que las muestras de la arena han conservado a su volumen original, es decir, no ha mostrado ningún abultamiento).
Pero digamos en otro caso V = 24 cm. Entonces el volumen de la muestra de la arena será: V1-V2/v1 x 100. Ahora solo pon los valores de V1 = 30 cm3 y V2 = 24 cm3. Por lo tanto, ahora 30-24/30 x 100 = > 6/30 x 100 = > 20%. Por lo tanto, esto significa que el 20% de carga de arena se ha abultado.
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