La mezcla de diferentes agregados para satisfacer un requisito de granulometría de agregados combinados representa para una empresa un grado de complejidad mayor del habitual en la realización del control de calidad. A continuación se relata la experiencia de un productor de concreto que muestra los pasos que se siguieron en la producción y el control de los agregados, operaciones éstas consideradas clave para cumplir con las especificaciones del cliente.

Steve Dow, director de servicios técnicos para las Compañías Cranesville Block, tuvo su primera experiencia con una especificación de granulometría de agregados combinados cuando su planta de Amsterdam, NY, suministró 4,600 metros cúbicos de concreto premezclado para la pavimentación de un campo de aterrizaje. La Fuerza Aérea de Estados Unidos. adoptó recientemente este método de especificación, que aparece en el recuadro de la página....,y para satisfacer esto, Cranesville Block tuvo que combinar cuatro agregados gruesos y un agregado fino. El control del proceso de producción de agregados, combinación, pruebas y producción del concreto constituyó la clave para la terminación exitosa de esta obra.

El proyecto -la pavimentación de la pista de maniobras y del área del estacionamiento de un campo de aterrizaje en las instalaciones de la Guardia Nacional Aérea de Stratton, en el Estado de Nueva York- se realizó de acuerdo con un contrato administrado para la Fuerza Aérea por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos. Se utilizó el manual de la Fuerza Aérea como base para las especificaciones del proyecto, y el equipo de control de calidad, al frente del cual estaba Jim Loucks, de la compañía hermana de Cranesville, Crushing Stone, desarrolló los siguientes pasos para satisfacer las especificaciones.

Crushing Stone mezcló agregados para producir una granulometría combinada que estaba dentro de una banda aceptable (véase la figura 1 en el recuadro).

Una vez que se desarrolló la granulometría combinada, Dow determinó el factor de grosor y el factor de trabajabilidad, los que se convirtieron en los objetivos del proyecto.

Si las granulometrías de los agregados caían fuera de la banda aceptable, o cualquiera de los dos factores variaba respecto de sus objetivos, de inmediato se tomaban acciones correctivas que iban desde ajustes en los agregados hasta la adición de 56 kg de cemento portland por metro cúbico.

Dow utilizó un laboratorio externo para desarrollar la óptima granulometría combinada original de los agregados. Después Loucks tuvo que calcular relaciones de las combinaciones para el agregado y desarrollar las proporciones de la mezcla de concreto. Él recurrió al método de ensayo y error para la combinación de los agregados, y en la combinación resultante utilizó los cuatro tamaños para satisfacer los requisitos. "Nosotros no elegimos utilizar tantos tamaños de agregados," dice Loucks, "pero yo no podía satisfacer los requisitos de granulometría combinada de otra manera." La tabla muestra granulometrías típicas de los agregados individuales y de los agregados combinados. Esta combinación de agregados dio como resultado los siguientes pesos de dosificación en libras por yarda:
 
 

Cemento 323  Ceniza volante 57  Agregado grueso núm. 2 433  Agregado grueso núm. 1 416  Agregado grueso núm. 1A 173  Agregado grueso núm. 1B 172  Relación agua / materiales cementantes 0.45

Afortunadamente, la planta que suministró este concreto tenía un gran número de depósitos -seis adentro y seis fuera de la planta- pero dos de los depósitos externos se requirieron para otros productos de agregados especiales. Así pues, no había suficientes depósitos para manejar todos los tamaños de agregados gruesos. Debido a esto, los agregados núm. 1A y 1B se combinaron en la cantera tal como se describe más adelante, y se manejaron como un agregado en la planta.

El esfuerzo invertido en la producción y control de agregados fue muy importante para este proyecto. La mayor parte del control de calidad lo realizó el personal interno de Cranesville: Loucks y Todd Weet, quien estaba contratado para ese verano. Ellos contrataron la ayuda de un laboratorio externo según se iba necesitando. Loucks estima que se realizaron entre dos y tres veces tantas pruebas y muestreos de los agregados para este proyecto como se realizan en una obra típica. La producción del agregado y el control de calidad básico requirieron los siguientes pasos:

Cushing Stone produjo el agregado y lo almacenó en pilas de acopio temporales en la cantera. Durante la producción, el departamento de control de calidad realizó análisis de malla en muestras a intervalos de prueba de 200 toneladas. Si obtenían resultados de prueba dudosos, realizaban una prueba de verificación, y siempre realizaban por lo menos un análisis de malla aun si la producción era de menos de 200 toneladas. Una vez que se certificaba que una pila de acopio temporal de un tamaño dado cumplía con las especificaciones, los trabajadores agregaban el material a la pila principal de la cantera del proyecto, para ese tamaño.

Después de completar todas las pilas de acopio, los trabajadores las marcaban con un signo convencional que las designaba únicamente para el proyecto de pavimentación. Cranesville no empleó el material para ningún otro proyecto, y Cushing Stone agregó material adicional a la pila.

Puesto que iban a emplearse cantidades iguales de los tamaños 1A y 1B, estos agregados se mezclaron en la cantera usando el cucharón de un cargador de ruedas. Se requirió mucho cuidado para mezclar completamente los dos tamaños que habían sido apilados separadamente. La clave para esta operación estuvo en el operador del cargador con ruedas. "Elegimos al mejor hombre en la obra para esta tarea," dice Loucks, "y los resultados fueron magníficos. Se podía tomar cualquiera de diez muestras individuales de la combinación 1A-1B y las granulometrías eran siempre las mismas. Resultó ser un material muy consistente."

A medida que los materiales eran removidos de las pilas de acopio, y transportados a la planta, los choferes los descargaban en depósitos externos de 150 toneladas, desde donde después eran llevados por bandas transportadoras a los depósitos de almacenamiento dentro de la planta.

Los técnicos probaron el contenido de humedad y la granulometría del agregado antes de dosificar cualquier concreto, y para cada 115 metros cúbicos de concreto producido. Las gráficas de las granulometrías combinadas y la manera en que las granulometrías se ajustaban a la gráfica factor de trabajabilidad-factor de grosor, ayudó a Dow para hacer un seguimiento de estos pasos de control. La figura 3 muestra ejemplos de estas granulometrías de producción.

Los técnicos verificaron inclusive la granulometría del concreto entregado, lavando la pasta de cemento y realizando análisis de mallas. Además de todas estas pruebas de los agregados, se realizaron las pruebas normales para satisfacer los requisitos de contenido de aire, revenimiento y resistencia. Para la prueba de resistencia, el personal de control de calidad hizo cilindros y vigas en la planta (para verificación interna del control), y en el lugar de la obra.

Dow dice que el contratista a cargo de la colocación del concreto estaba preocupado la primera vez que lo vio. "El concreto parecía áspero -no "huesudo" sino arenoso- debido a todos los tamaños intermedios del agregado. Pero respondió favorablemente a la vibración y acabó muy bien." Hay que hacer notar que la mezcla no era simplemente una combinación de agregados que estuvieran "en el estante".
El proyecto requería un porcentaje de material de más de 3/8 de pulgada mayor que el que la cantera de Cranesville normalmente producía para las operaciones de concreto o asfalto.
Loucks tenía que ajustar sus trituradoras para producir el material necesario sin cambiar las cribas de las trituradoras para este proyecto especial. "Yo no quería cambiar las cribas debido al impacto en las operaciones normales de la cantera," dice él.

Dow dice que el problema más grande consistió en coordinar todas las pruebas. "Nosotros empezaríamos haciendo granulometrías de agregados y contenidos de humedad a las 4:30 de la mañana, y a continuación hacíamos pruebas adicionales de los agregados durante todo el día a medida que progresaban los colados y, por supuesto, tuvimos que hacer las pruebas normales de concreto fresco aproximadamente cada quinto camión." Dow y Loucks piensan que el proceso tuvo su recompensa.

Cranesville ha adoptado algunas de las prácticas que aprendió en este proyecto para otros trabajos. Jim Loucks puede usar los tamaños combinados 1As Y 1Bs en una de las plantas de bloques de la compañía.

    (Foto 1) Jim Loucks, de Crushing Stone, pasó mucho tiempo practicando los análisis de mallas necesarios para asegurar que la granulometría de agregados combinados se encontraban dentro de la estrecha banda requerida por las especificaciones del proyecto.
    (Foto 2) El proyecto de pavimentación del aeropuerto requería una granulometría muy estricta, y una coordinación cuidadosa entre Crushing Stone y Cranesville Block.
    (Figura 1) Los técnicos hicieron gráficas de las granulometrías combinadas y pusieron los resultados en un diagrama factor de trabajabilidad-factor de grosor para comparar los valores reales contra los valores objetivo.
    (Figura 2)
    Granulometrías de depósitos combinados e individuales
    Análisis de granulometría de depósito de agregados individuales No. 2 No. 1 No. 1A y 1B Finura ______________ _____________ ______________ ______________
    Tamaño Peso % que Peso % que Peso % que Peso % que de malla retenido pasa retenido pasa retenido pasa retenido pasa ___________________________________________________________________________
    1 100.0 100.0 100.0 100.0 3/4 20.10 79.9 0.40 99.6 100.0 100.0 1/2 72.10 7. 8.10 91.5 100.0 100.0 3/8 4.70 3.1 40.20 51.3 100.0 100.0 No. 4 1.40 1.7 48.90 2.4 16.10 83.9 5.80 94.2 No. 8 0.60 1.1 1.10 1.3 41.20 42.7 14.90 79.3 No. 16 19.40 23.3 12.40 66.9 No. 30 10.30 13.0 22.60 44.3 No. 50 5.70 7.3 27.60 16.7 No. 100 2.50 4.8 9.70 7.0 No. 200 1.10 1.30 4.80 7.00 Total 100.00 100.00 100.00 100.00

    Granulometría de depósitos combinados
    Tamaño Dosifi- Tamaño de criba-Estándar US de cación Depósito % 1 3/4 1/2 3/8 No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 50 No. 100 ___________________________________________________________________________
    2 25.0 25.0 20.0 1.9 0.8 0.4 0.3 1 24.0 24.0 23.9 22.0 12.3 0.6 0.3 1A y 1B 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 16.8 8.5 4.7 2.6 1.5 1.0 Finura 31.0 31.0 31.0 31.0 31.0 29.2 24.6 20.7 13.7 5.2 2.2 Totales 100.0 100.0 94.9 74.9 64.1 47.0 33.7 25.4 16.3 6.6 3.1 ___________________________________________________________________________
 

El manual de pavimentos de la Fuerza Aérea de Estados Unidos   Debido a varias fallas en la durabilidad de pavimentos relativamente nuevos, la Fuerza Aérea llegó a la conclusión de que necesitaba un nuevo método para proporcionar las mezclas de concreto. Las fallas incluían desconchaduras a edad temprana de los depósitos del sellado de las juntas, delaminación de la superficie, y desmoronamiento en los bordes. La intención del cambio de los procedimientos era producir mezclas de concreto que estuvieran mejor adaptadas a las prácticas de pavimentación que habían estado siendo usadas. La Fuerza Aérea esperaba menos problemas de construcción y pavimentos más durables si fuera más fácil de colocar y acabar el concreto. Este método para proporcionar el concreto para los pavimentos de campos de aterrizaje ha sido definido en un nuevo manual de la Fuerza Aérea.1 Un elemento clave de los procedimientos de proporcionamiento revisados es el control del agregado y la granulometría. El manual recomienda que los agregados gruesos cumplan con los requisitos de calidad de ASTM C 33, Especificación Estándar para Agregados de Concreto, pero no recomienda ninguna granulometría específica de ese estándar. Los requisitos sugeridos para mezclar el agregado grueso y el agregado fino son similares. El contenido mínimo de cemento portland debe ser de 332 kilogramos por metro cúbico para concreto sin ceniza volante y 305 cuando se emplea ceniza volante. El contenido de ceniza volante está limitado a una proporción de 15 a 25 por ciento por masa del total del material cementante. La relación máxima de agua / materiales cementantes está fijada en 0.45. El aire incluido está fijado en las variaciones normales con base en la severidad de la exposición, permitiéndose el uso de aditivos químicos. El manual trata sobre granulometrías del agregado como sigue: Las granulometrías de los agregados gruesos y finos individuales se utilizan para producir "un agregado combinado bien graduado". Este es un proceso de ensayo y error. El propósito de combinar los agregados es el de producir un agregado con una "transición relativamente suave entre el agregado grueso y el agregado fino" que no tenga "un valle o un pico muy notable entre la malla de 9.5 mm y el tamaño más fino de la malla del informe". La figura 1 muestra ejemplos de granulometrías combinadas. Después de desarrollar la curva de la granulometría del agregado combinado, el siguiente paso es el de calcular los factores de grosor y trabajabilidad (figura 2). Estas medidas de las propiedades de la granulometría del agregado fueron desarrolladas por Shillstone2 y adaptadas por la Fuerza Aérea. Las zonas entre los cuadros de trabajabilidad en la figura 3 se relacionan con la manera en que una mezcla particular de concreto está adaptada a la colocación por medio de cimbras deslizantes, moldes laterales, moldes o cimbras laterales con acabado mecánico o con métodos de acabado a mano. El manual menciona que otros factores influirán en la trabajabilidad de una mezcla de concreto dada, o en su adaptabilidad para un tipo particular de técnica de colocación. Tales factores incluyen la forma de las partículas, el contenido de aire y el uso de aditivos químicos. Desafortunadamente, no se dan los ajustes para los efectos de estos factores. Finalmente, el manual da esta guía sobre la variabilidad "normal" esperada: aproximadamente 5 y 3 por ciento para los factores de grosor y trabajabilidad, respectivamente. El manual incluye también ejemplos de proporcionamiento de mezclas que han seguido sus recomendaciones. Es interesante hacer notar que ninguno de los ejemplos incluye combinación de agregados. Todos los ejemplos dados utilizan un único agregado grueso y un solo agregado fino en relaciones que son aproximadamente las que se podrían esperar habitualmente sin ninguno de los análisis de granulometría combinada. Figura. 1. Porcentaje de agregado combinado retenido (satisfactorio - no satisfactorio - % retenido - tamaño de malla) Figura 2. Guía de proporcionamiento del agregado arenoso - bien graduado - línea de control - rocoso - factor de grosor - grueso - tamaño del agregado - fino - factor de trabajabilidad - factor de grosor = % retenido por encima de una malla de 9.5 mm % retenido por encima de una malla núm. 8 Figura. 3. Cuadro de trabajabilidad dentro de la guía de proporcionamiento de agregados (cuadro de trabajabilidad - línea de control - factor de grosor - grueso - tamaño del agregado - fino - factor de trabajabilidad - técnicas de colocación - A - cimbra deslizante - B - molde y colocación - C - manual) Referencias 1. U.S. Air Force, Proportioning Concrete Mixtures with Graded Aggregates - A Handbook for Rigid Airfield Pavements, septiembre de 1996. 2. James M. Shilstone Sr., "Concrete Mixture Optimization", Concrete International, junio de 1990, pp. 33-39.