ENSAYO GRANULOMETRICO DEL AGREGADO GRUESO (2015)

Trabajo Español
Universidad Universidad Europea de Madrid (ue)
Grado Ingeniería Civil para Ingenieros de Edificación, Arquitectos y Arquitectos Técnicos - 5º curso
Asignatura TECNOLOGIA DE MATERIALES
Año del apunte 2015
Páginas 24
Fecha de subida 03/04/2015
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Mediante este trabajo prodrá conocer paso a paso el proceso de ensayos granulométrico del agregado grueso.

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1 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ “AÑO DE LA DIVERSIFCAION PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACION” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ASIGNATURA : TECNOLOGIA DE MATERIALES TEMA : ESTUDIO DE GRANULOMETRIA Y RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DEL AGREGADO GRUESO.
CICLO : V DOCENTE : ING. DANIEL RENGIFO INTEGRANTES : TAFUR ROJAS GESTER CHAVEZ DIAS IVAN PAVEL ALFREDO DANIEL DELGADO RAMIREZ OMAR SORIA PIPA TONY FASANANDO TARAPOTO - 2015 2 I.
INTROCUCCIÓN.
Los ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño. La distribución de las partículas con tamaño superior a 0.075 se determina mediante tamizado, con una serie de mallas normalizadas. Para partículas menores que 0.075 mm, su tamaño se determina observando la velocidad de sedimentación de las partículas en una suspensión de densidad y viscosidad conocidas.
Los agregados constituyen alrededor del 75% en volumen, de una mezcla típica de concreto. El término agregados comprende las arenas, gravas naturales y la piedra triturada utilizada para preparar morteros y concretos.
La granulometría y el tamaño máximo de los agregados son importantes debido a su efecto en la dosificación, trabajabilidad, economía, porosidad y contracción del concreto. Para la gradación de los agregados se utilizan una serie de tamices que están especificados en la Norma Técnica, los cuales se seleccionarán los tamaños y por medio de unos procedimientos hallaremos su módulo de granulometría, y el tamaño máximo nominal y absoluto del agregado grueso.
3 II.
OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL Conocer normativa y técnicamente mediante pruebas de laboratorio, el análisis correcto del estudio de granulometría y de abrasión del agregado grueso.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Conocer el proceso de ensayos granulométrico del agregado grueso.
 Conocer el proceso de ensayos abrasión del agregado grueso.
 Conocer las normas y técnicas de ensayo que se utilizan en las pruebas de laboratorio para determinar la granulometría y abrasión del agregado grueso.
 Saber analizar e interpretar los datos obtenidos de un análisis granulométrico y de abrasión.
 Determinar si los resultados obtenidos se encuentran dentro de los límites para hacer un buen diseño de mezcla.
 Saber escoger el agregado grueso correcto para el diseño de mezcla, para elaborar un concreto de buena calidad.
 Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños del agregado, y con estos datos construir su respectiva curva granulométrica.
4 III.
MARCO TEORICO.
3.1.
Antecedentes. A lo largo de la historia de la construcción moderna se ha realizado este tipo de estudios de granulometría y resistencia a la abrasión a los materiales de construcción como el agregado grueso, realizándolos estas pruebas obligatorias ya que los mismos permiten verificar las propiedades mecánicas de agregado grueso, y así saber con precisión cual es su mayor estabilidad volumétrica y resistencia a la abrasión. Debido, a que de estos estudios ha ocupado un importante lugar dentro de las primeras investigaciones sobre el concreto, pues el proporcionamiento y la resistencia a la abrasión de los agregados gruesos para producir mezclas de la más alta calidad, más resistente y más económicos dio origen a la propuesta de muchos investigadores de presentar diferentes procedimientos, prototipos y métodos de pruebas hasta llegar a un procedimiento estándar aprobado como norma técnica para el diseño de concreto.
3.2.
Bases teóricas.
a) Abrasión. Se denomina abrasión a la acción mecánica de rozamiento y desgaste que provoca la erosión de un material o tejido.
En tecnología de materiales, la abrasión es el desgaste causado a una roca por la acción mecánica del material causada por otras partículas con las que actúa en rozamiento o fricción.
b) Agregado grueso. La grava o agregado grueso es uno de los principales componentes del hormigón o concreto, por este motivo su calidad es sumamente importante para garantizar buenos resultados en la preparación de estructuras de hormigón.
El agregado grueso estará formado por roca o grava triturada obtenida de las fuentes previamente seleccionadas y analizadas en laboratorio, para certificar su calidad. El tamaño mínimo será de 4,8 mm. El agregado grueso debe ser duro, resistente, limpio y sin recubrimiento de materiales extraños o de polvo, los cuales, en caso de presentarse, deberán ser eliminados mediante un procedimiento adecuado, como por ejemplo el lavado.
5 La forma de las partículas más pequeñas del agregado grueso de roca o grava triturada deberá ser generalmente cúbica y deberá estar razonablemente libre de partículas delgadas, planas o alargadas en todos los tamaños.1 c) Granulometría.
Se denomina granulometría, a la medición y graduación que se lleva a cabo de los agregados de una formación sedimentaria, de los materiales sedimentarios, así como de los suelos y rocas, con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica.
d) Tamizado.
El tamizado es un método físico para separar mezclas en el cual se separan dos sólidos formados por partículas de tamaño diferente.
Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz, cedazo o cualquier cosa con la que se 6 pueda colar. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz o colador atravesándolo y las grandes quedan atrapadas por el mismo. En su orden se utilizarán los siguientes tamices: tamiz 3’’, 2½, 2’’, 1½”, 1″, ¾”. ½” ,3/8″, # 4 Fondo para el Agregado Grueso; el tamiz # 4, # 8, # 16, # 30, # 50, # 100, # 200 y fondo para el Agregado Fino.
Un ejemplo podría ser: si se saca material agregado de una cantera y se hecha sobre el tamiz, las partículas finas de agregado caerán y las piedras y partículas grandes de agregado quedarán retenidas en el tamiz. De esta manera se puede hacer una clasificación por tamaños de las partículas.
Es un método muy sencillo utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos. Los orificios del tamiz suelen ser de diferentes tamaños y se utilizan de acuerdo al tamaño de las partículas de una solución homogénea, que por lo general tiene un color amarillo o plomo el cual lo diferencia de lo que contenga la mezcla.
Para aplicar el método de la tamización es necesario que las fases se presenten al estado sólido. Se utilizan tamices de metal o plástico, que retienen las partículas de mayor tamaño y dejan pasar las de menor diámetro. Por ejemplo, trozos de mármol mezclados con arena; harina y corcho; sal fina y pedazos de roca, cantos rodados, etc.
7 e) Concreto. El concreto es un material compuesto empleado en construcción, formado esencialmente por un aglomerante al que se añade partículas o fragmentos de un agregado, agua, cemento y aditivos específicos.
El aglomerante es en la mayoría de las ocasiones cemento (generalmente cemento Portland) mezclado con una proporción adecuada de agua para que se produzca una reacción de hidratación. Las partículas de agregados, dependiendo fundamentalmente de su diámetro medio, son los áridos (que se clasifican en grava, gravilla y arena). La sola mezcla de cemento con arena y agua (sin la participación de un agregado) se denomina mortero. Existen concretos que se producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormigón asfáltico que utiliza betún para realizar la mezcla.
El concreto convencional, normalmente usado en pavimentos, edificios y otras estructuras, tiene un peso específico (densidad, peso volumétrico, masa unitaria) que varía de 2200 hasta 2400 kg/m³ (137 hasta 150 libras/piés3). La densidad del concreto varía dependiendo de la cantidad y la densidad del agregado, la cantidad de aire atrapado (ocluido) o intencionalmente incluido y las cantidades de agua y cemento.
Por otro lado, el tamaño máximo del agregado influye en las cantidades de agua y cemento. Al reducirse la cantidad de pasta (aumentándose la cantidad de agregado), se aumenta la densidad. Algunos valores de densidad para el concreto fresco se presentan en la Tabla 1-1. En el diseño del concreto armado (reforzado), el peso unitario de la combinación del concreto con la armadura normalmente se considera 2400 kg/m³ (150 lb/ft³).
8 f) Cuarteo del material agregado. El cuarteo del material agregado sirve reducir las muestras de agregados a cantidades menores viendo que las mismas sean representativas y lo mas homogéneas posible.
Por el cuarteo se pueden dividir las muestras de agregados obtenidas en campo, para obtener porciones que sean representativas y que tengan los tamaños adecuados para los diferentes ensayos que se necesite desarrollar.
Hay procedimientos manuales y mecánicos: de acuerdo con el tamaño de la muestra de campo y el de la muestra requerida, se pueden aplicar los siguientes métodos: Método A: Cuarteo manual sobre muestras que pesan más de 10kg que se encuentra relativamente secas.
Método B: Cuarteo manual sobre muestras que pesan menos de 10kg Método C: Utilizando los cuarteadores mecánicos cuando se trata de muestras que están más secas que la condición de “saturadas superficialmente secas” o muestras de agregados que previamente al cuarteo se secan a temperaturas inferiores a las establecidas para los ensayos.
9 g) Horno o estufa de secado de agregado. La estufa de secado es un equipo que se utiliza para secar material agregado a temperaturas de acuerdo a las normas técnicas establecidas. Se identifica también con el nombre Horno de secado. Los fabricantes han desarrollado básicamente dos tipos de estufa: las que operan mediante convección natural y las que operan mediante convección forzada. Las estufas operan, por lo general, entre la temperatura ambiente y los 350 °C. Se conocen también con el nombre de Poupinel o pupinel.
La estufa de secado se emplea para esterilizar o secar el material agregado utilizado en los exámenes o pruebas, que realiza el laboratorio y que proviene de la sección de lavado, donde se envía luego de ser usado en algún procedimiento. El secado que se efectúa en la estufa se denomina de calor seco y se realiza a temperaturas establecidas durante 24 horas; los agregados, al ser calentada por aire a alta temperatura, absorben la humedad y elimina la posibilidad de que se mantenga cualquier actividad biológica debido a las elevadas temperaturas y a los tiempos utilizados.
10 h) Tara del agregado.
Es la obtención del peso específico del material agregado descartando el peso del recipiente que lo contiene, este peso se lo realiza mediante una balanza electrónica diseñada especialmente para hacer el cálculo del peso del material excluyendo el peso del recipiente.
i) Balanza: Una balanza o báscula con precisión dentro del 0.1% de la carga de ensayo en cualquier punto dentro del rango de uso, graduada como mínimo a 0,05 kg. El rango de uso de la balanza es la diferencia entre las masas del molde lleno y vacío.
11 IV.
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO.
4.1.
Definición del estudio.
4.1.1. Prueba Granulométrica del Agregado Grueso. La prueba de análisis granulométricos hechos en laboratorio tienen por objeto determinar las cantidades en las que están presentes las partículas de ciertos tamaños en el agregado grueso.
La distribución del agregado grueso según su tamaño se determina mediante el empleo de mallas o tamices estándar de diferentes pulgadas para nuestra prueba empleamos las mallas de 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8” y fondo. La muestra de agregado grueso se hace pasar a través de las diferentes mallas expuestas anteriormente, determinándose el porcentaje de material que se retiene en cada tamiz. Los resultados de análisis reportan graficados junto a los límites que especifican los porcentajes aceptables para cada tamaño, las cuales detallaremos en la etapa de procedimientos y resultados.
4.1.2. Prueba de la resistencia a la abrasión del agregado grueso. La prueba de laboratorio para determinar la resistencia a la abrasión del agregado grueso sirve para medir el desgaste producido por una combinación de impacto y rozamiento superficial en una muestra de agregado de granulometría preparada.
La prueba consiste en hacer golpear una muestra de material con una carga abrasiva dentro de un tambor metálico giratorio, a una determinada velocidad, en nuestra prueba de ensayo utilizamos 12 bolas de acero como carga abrasiva y dentro del tambor cilíndrico electrónico especialmente diseñado para este tipo de pruebas, además se programó para que el mismo de un total de 500 vueltas como medida estándar para determinar el desgaste del material agregado.
La evaluación de la resistencia a la abrasión se realiza a partir del incremento en material fino que se produce por el efecto 12 de golpeo con la carga abrasiva dentro del tambor cilíndrico, el mismo que será detallado en la etapa de procedimiento y resultados.
La resistencia a la abrasión se usa generalmente como un índice de calidad de los agregados, ya que proporciona cierta indicación de la capacidad de éstos para producir concretos resistentes.
4.2.
Justificación del estudio.
Las razones para realizar las pruebas de resistencia a la abrasión y la granulometría del agregado grueso se deben a que estas propiedades mecánicas del material afectan o favorecen proporcionalmente el diseño del concreto, los mismos que permiten establecer requisitos de gradación y abrasión para ser utilizados en la producción de concreto.
Estos estudios permite saber el desgaste de abrasión del material agregado que soportaría en el uso del concreto, así como también permitirá determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños del agregado, y con estos datos construir la curva granulométrica correspondiente y comparar con las curvas estandarizadas, y así saber si el material agregado a ser utilizado está dentro de los limites especificados para la fabricación del concreto.
13 V.
PROCEDIMIENTO DE ESTUDIO GRANULOMÉTRICO Y DE RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DEL AGREGADO GRUESO.
5.1.
Equipos y materiales a emplear.
 Balanza: Una balanza o báscula con precisión dentro del 0.1% de la carga de ensayo en cualquier punto dentro del rango de uso, graduada como mínimo a 0,05 kg. El rango de uso de la balanza es la diferencia entre las masas del molde lleno y vacío.
 Estufa: Fuente de Calor capaz de mantener una temperatura de 110°C ± 5°C.
 Serie de Tamices: Es la última malla usada para la granulometría del agregado fino.
 Tambor giratorio. Es una de las maquinas que se empleara para hacer la prueba de la resistencia a la abrasión, poniendo en su interior el agregado grueso y 12 bolas de acero como carga abrasiva, y haciendo girar el tambor un total de 500 vueltas, y con una velocidad de 30 a 33 RPM.
 Carga abrasiva.
Son las esferas o bolas de acero que se emplean como carga abrasiva las mismas que golpearán al agregado grueso cuando el tambor giratorio de las 500 vuelas en total, estas esferas de acero tienen un peso promedio de entre 390 y 455 gr, diámetro 4.7 cm y se emplearan 12 esferas, ya que tomaremos como muestra la gradación “A” de la tabla siguiente: 14 5.2.
PROCEDIMIENTO DE ESTUDIO GRANULOMÉTRICO DEL AGREGADO GRUESO.
Para realizar el siguiente estudio de granulometría del agregado grueso se empleara los siguientes procedimientos de acuerdo a la NTP 400.012.
5.2.1. Extracción y cuarteo del agregado. Primero se selecciona y se extrae el agregado de las canteras, en este caso se extrajo de la cantera “del rio Huallaga.
En el laboratorio se escogió una muestra representativa de toda la muestra obtenida de campo, y esta muestra se obtuvo por medio de cuarteos que consiste en hacer una cuadrado y luego se dividió en cuatro partes y este mismo proceso se realizó una de las cuatro partes para extraer una muestra representativa en un peso total inicial de Wo=1888.90 gr. de agregado.
5.2.2. Lavado del agregado. Se procedió a lavar el material agregado grueso a fin de retirar todas las impurezas. Pues las partículas del agregado deben estar libres de tierra, polvo, limo, humus, escamas, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas.
15 5.2.3. Secado del agregado. Después del lavado se procedió a hacer el secado de la muestra metiéndolo en el horno eléctrico por un lapso de 24 horas, a una temperatura de 110 C°.
5.2.4. Prueba de tamizado.
 Después de retirar el material agregado del horno se realiza a hacer el tamizado corroborando el peso en la balanza electrónica que en nuestro caso fue de un peso inicical de Wo=1889 gr.
 Seguidamente la muestra anterior se hizo pasar por una serie de tamices o mallas. En nuestro caso usamos los siguientes tamices en orden descendente (1½" ,1", ¾", ½" ,3/8”, y Fondo), uno por uno hasta llegar al tamiz de fondo.
16  Luego utilizando la balanza electrónica se pesa la cantidad de muestra retenida en cada uno de los tamices se cuantifica en la balanza obteniendo de esta manera el peso retenido por cada tamiz.
El peso obtenido por cada tamiz se detalla en cuadro siguiente: Wo=1,889 gr Mallas 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" FONDO total PESO RETENIDO % (gr) RETENIDO 95.5 556.5 871.9 327.4 18.4 10.5 Wf= 1,880.2 % RETENIDO ACUMULADO % PASA 5.3. ESTUDIO DE RESISTENCIA A LA ABRASIÓN.
Para realizar el siguiente estudio de resistencia a la abrasión del agregado grueso se empleara los siguientes procedimientos de acuerdo a la NTP 400.017.
En esta prueba también se realizó como en la prueba anterior la selección y extracción del agregado grueso de la cantera del rio Huallaga.
17 5.3.1. Cuarteo, lavado y secado del material agregado.
Como en el procedimiento anterior también se realizó para esta prueba el cuarteo, lavado y secado en el horno del material agregado grueso. El cuarteo se realizó con la finalidad de tener una muestra con tamaños de agregado de forma proporcional y gradual del tamaño de 1”, ¾”, ½”, y 3/8”.
5.3.2. Tamizado y primer pesado del agregado.
Luego de sacar del horno de secado se procedió a tamizar el agregado, con la finalidad de obtener una muestra de 5 kg en las proporciones siguientes de acuerdo al cuadro estipulado en la NTP 400.012.
18 Dicho procedimiento de tamizar nos sirvió para tener un material agregado gradual y proporcional en el peso y dimensiones detalladas ene l cuadro anterior, las mismas que serán puestos al tambor giratorio para ver su resistencia a la abrasión.
5.3.3. Prueba de abrasión.
Teniendo como peso inicial Wo=5kg de material agregado grueso en las dimensiones siguientes 1,250gr de 1”, 1,250gr de ¾”, 1,250 gr, 1,250 gr de ½” y 1,250 gr de 3/8”, se procede a meter el material agregado grueso al tambor giratorio con 12 esferas de acero como carga abrasiva de acuerdo a la tabla siguiente: Se escogió la gradación “A”, porque nuestro peso inicial Wo= 5 kg, y según la tabla le corresponde 12 esferas de acero como carga abrasiva. Por lo tanto se pone el material agregado a la tambor giratorio más las 12 esferas, y se enciende el tambor hasta que el mismo de 500 vueltas a una velocidad de 30 a 33 RPM.
19 Luego de que el tambor giratorio diera las 500 vueltas se procedió a retirar el material agregado.
5.3.4. Segundo pesado del agregado.
Luego se procedio a pesar el material agregado para determinar el peso final despues de la prueba de desgaste de abrasion.
Teniendo como resultado lo siguiente: Wf= 3,986.00 gr 20 VI.
ANALISIS Y RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL AGREGADO GRUESO.
6.1. Resultado del estudio granulométrico del agregado grueso.
Luego de los resultados obtenidos en el cuadro siguiente se hizo los cálculos de acuerdo a la norma técnica peruana NTP 400.012, con la formula siguiente se hizo el cálculo del porcentaje de error.
CALCULO DE PORCENTAJE DE ERROR Peso inicial: Wo=1,889 gr Peso final: Wf = 1,888.7 Porcentaje de error.
%e=Wo-Wf X100 Wo %e=1,889 -1,880.2 X100 1,889 %e=0.47% CALCULO DE ANALISIS GRANULOMETRICO.
Luego del cuadro adjunto del resultado de la prueba de tamizado se analiza si la prueba cumple con los requisitos mínimos del análisis granulométrico del agregado grueso, según la TABLA 4 de la norma técnica peruana sobre los porcentajes que pasa los tamices normalizados según NTP 400.37; y se observa la siguientes especificaciones como resultado final.
Mallas 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" FONDO TOTAL PESO RETENIDO (gr) 0 156.5 1267.4 427.4 18.4 10.5 1880.2 % RETENIDO 0.00 8.28 67.09 22.63 0.97 0.56 99.53 % RETENIDO ACUMULADO 0.00 8.28 75.38 98.00 98.98 99.53 % PASA ESPECIFICACIONES 100.00 100 91.72 90 - 100 24.62 20 - 55 2.00 0 -10 1.02 0-5 0.47 21 Para el cálculo de l % RETENIDO, % RETENIDO ACUMULADO, % PASA, se usa las siguientes formulas.
   %RETENIDO= PesoRetenidoX100 Wo %Retenido Acumulado=%RETENIDO1 + %RETENIDO2 %QUE PASA=100 - % Retenido Acumulado Luego con estos datos calculados en la tabla anterior podemos hacer nuestra grafica que será la curva granulométrica del agregado grueso, como se muestra en la figura.
120.00 % P A q s u a e 100.00 100.00 80.00 91.72 60.00 40.00 % PASA 24.62 20.00 0.00 1 1/2" 1" 3/4" 2.00 1.02 0.47 1/2" 3/8" FONDO Malla ANALISIS FINAL En nuestro primer análisis se observa que en nuestro resultado arroja que nuestra prueba de porcentaje de error sale: %e = 0.47% entonces se dice que nuestro porcentaje de error está dentro de los estándares de la Norma Técnica Peruana En nuestro segundo análisis se observa que en nuestro cuadro de tamizado el resultado de la prueba granulometría de agregado grueso cumple para nuestra prueba según la TABLA 4 de la NTP 400.037 ya que está dentro de los parámetros que estipula la Norma Técnica Peruana.
22 6.2.
Resultado del estudio de la resistencia a la abrasión.
En nuestro resultado de la prueba de resistencia de la abrasión de nuestro material agregado grueso se observa de acuerdo al cálculo siguiente según la fórmula establecida por la NTP 400.020.
Teniendo como: Peso Original Wo=5,000.00gr Peso Final WF=3,986.00 gr D%= 5,000.00 – 3,986.00 X 100 5,000.00 D% = 20.28% ANALISIS FINAL Como análisis final se concluye que nuestro agregado grueso si cumple con la prueba de resistencia a la abrasión o desgaste ya que no supera el 40% de desgaste que es el máximo permitido.
23 VII.
CONCULUCIONES  Los ensayos granulométricos y las pruebas de desgaste a la abrasión del agregado grueso son muy importantes para hacer un correcto diseño de un buen concreto, ya que mediante estas pruebas permite saber técnicamente el comportamiento mecánico de las propiedades del agregado y su comportamiento en el diseño de un concreto.
 En nuestro primer análisis se observa que en nuestro resultado arroja que nuestra prueba de porcentaje de error sale: %e = 0.47% entonces se dice que nuestro porcentaje de error está dentro de los estándares de la Norma Técnica Peruana.
 En nuestro segundo análisis se observa que en nuestro cuadro de tamizado el resultado de la prueba granulometría de agregado grueso cumple para nuestra prueba según la TABLA 4 de la NTP 400.037 ya que está dentro de los parámetros que estipula la Norma Técnica Peruana.
 Como análisis final se concluye que nuestro agregado grueso si cumple con la prueba de resistencia a la abrasión o desgaste ya que no supera el 40% de desgaste que es el máximo permitido.
24 VIII.
RECOMENDACIONES.
Cuando se trate de realizar pruebas de laboratorio para ensayos del agregado grueso estas deben ser con muestras representativas, y debemos de trabajar ceñidos a las Normas Técnicas Peruanas de construcción, para que en base a estas Normas tener un grado de seguridad y confiabilidad a la hora de diseñar un buen concreto.
Los equipos deben estar calibrados y tener cuidado al momento de trabajar con las muestras.
Escoger una buena cantera que reúna las condiciones técnicas mínimas para tener un buen material agregado que sirva para un buen diseño de concreto.
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