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Bibliografía
•
Bloque Materiales de Construcción: – Hormigón. M. Fernández Cánovas. Servicio depublicaciones CICCP Madrid (2007).
– Materiales bituminosos. M. Fernández Cánovas.Servicio de Publicaciones ETSICCP Madrid (1990).
–
RC-08, Instrucción para la Recepción de Cementos. – EHE-08, Instrucción de Hormigón Estructural . R.D.
1247/2008, de 18 de julio. BOE de 28 de agosto de2008.
– PG-3, Pliego de prescripciones técnicas para obrasde carreteras y puentes, Ministerio de ObrasPúblicas.
0José A. González Pérez
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Escuela Técnica Superior de IngenieríaUniversidad de Sevilla
Departamento deIngeniería de la Construcción
y Proyectos de Ingeniería
Tecnología de Materiales deConstrucción
Tema I: Los áridosJosé A. González Pérez
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Los áridos
•
Introducción: – Áridos•
Conjunto de partículas minerales de distintos tamaños yformas, que proceden de la fragmentación natural o artificialde las rocas.
•
El hormigón contiene un porcentaje >60% en volumen deáridos.
•
Los firmes están compuestos por un material resistente, lapiedra (>90%), al que se le da estabilidad por diversosmedios.
2
Granular
Structure
Wheel Load P
Rozamiento interno esqueleto mineral
Hormigones
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Los áridos
•
Introducción: – Coste:•
El peso de los áridos en el coste total de la obra puede sermuy importante (ej. pavimentos, presas, !).
•
La calidad del árido se elige con un sentido económico paraque su resistencia sea la necesaria y suficiente.
•
Se realizan ensayos con el fin de escoger materiales queresistan de forma adecuada las acciones (cargas, tráfico,clima, etc.) que han de soportar y que sean afines con el tipode ligante a utilizar.
– Fracciones:
•
Grueso d " 4mm•
Fino 4mm > d > 0.063mm
•
Polvo mineral o filler
3
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4
Los áridos
•
Composición física:
partículassólidas
aire
agua
Vs
Va Wa=0
Ws
Ww W
Vw V
h
V
7 variables: V, W, Vs, Vw, Va, Ws, Ww 2 ecuaciones que
relacionan esas variables
s h s a w V V V V V V = + = + +
s w a s w W W W W W W = + + ! +
Es necesario fijar 5 parámetros “independientes”para definir la composición
0a
W !
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5
Los áridos
•
Composición física, relaciones de volumen: – Índice de huecos
–
Porosidad:
– Grado de saturación
•
Rango: 0 - 100%
e y n no son independientes:h
s
V e
V =
hV nV
=
w
r
h
V S
V
=
Rango teórico: 0-100%
Seco Saturado
1
1
h
h h
hs h
V
V V V e
V V V V
V
ne
n
= = =
!!
" =
!
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6
Los áridos
•
Composición física, relaciones peso-volumen: – Pesos específicos de las fases•
Peso específico del agua – Es una constante conocida
•
Peso específico de las partículas sólidas
– Peso específico relativo de las partículas sólidas
–
Humedad
39.81
w
w
w
W kN
V m! = =
s
s
s
W
V ! =
s
s
w
G !
! =
w
s
W
W ! = La humedad es una relaciónde pesos, no de volumen
Es una medida de la cantidad de agua que hay en el árido
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7
Los áridos
•
Composición física, relaciones peso-volumen:•
Peso específico aparente
•
Peso específico saturado (Sr =1)
• Peso específico seco (Sr =0)
W
V ! =
s
d
W
V ! =
!s w h
sat
W V
V
! !
+
=
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Los áridos
•
Clasificación: – Atendiendo a su naturaleza mineralógica•
Áridos calizos (sedimentarios)
•
Áridos silíceos (sedimentatios)
•
Áridos ígneos y metamórficos
– Áridos para hormigones: Áridos silíceos o provenientes de rocasvolcánicas. Arenas de río o de mar, de machaqueo provenientes derocas volcánicas.
–
Áridos para capas de rodadura: Silíceos, ígneos y metamórficos
– Áridos para capas base e intermedias: Idem + calizos resistentes.
ofitagranito caliza
basalto
cuarcita gneis
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Los áridos
•
Clasificación: – Atendiendo a su procedencia•
Áridos rodados
•
Áridos de machaqueo
Uncrushedaggregate
Rounded Irregular Angular Elongated
Crushedaggregate
9
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Los áridos
•
Propiedades de los áridos gruesos: – Caras de fractura y lajas•
Caras de fractura – Superficies resultantes proceso machaqueo o fuerzas
naturaleza (PG3-Visual)
– Mejoran la resistencia debido al rozamiento interno
•
Forma (Índice de lajas) – Cuatro tipos básicos: redondeados, cúbicos, lajas y agujas
– Deseable alta proporción de “cuboides”
– Lajas y agujas presentan mayor riesgo de rotura
10
/ /
i.
Redondeada
ii.
Irregulariii. Angulariv. Lajosav. Alargadavi. Alargada-lajosa
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Los áridos
•
Propiedades de los áridos gruesos: – Caras de fractura y lajas•
Forma (Índice de lajas) – Cada fracción (di/Di) se tamiza por un tamiz de barras (Di/2)
11
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Los áridos
•
Propiedades de los áridos gruesos: – Caras de fractura y lajas•
Forma (Índice de lajas) – Para cada fracción (di/Di) ! ILi=100mi/Ri
mi = masa de la fracción que pasa el tamiz
Ri = masa de la fracción (di/Di)
–
Para el total de la muestra ! IL=100M2/M1
M2 = suma masas que pasan por los tamices Di/2
M1 = suma masas de fracciones di/Di
12Calibre de lajas Calibre de agujas
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Los áridos
•
Propiedades de los áridos gruesos: – Resistencia a la fragmentación•
La resistencia mecánica del esqueleto mineral influye en laevolución del comportamiento del firme
•
La evaluación de la resistencia se realiza mediante diversosensayos de laboratorio
•
Ninguno de ellos caracteriza el estado tensional del árido enel conjunto del firme
•
Estos ensayos tienden a reproducir en laboratorio elcomportamiento que tendrán los áridos en servicio, sepreparan las muestras con granulometrías próximas a las
que van a ser puestas en obra, sometiéndolas a un desgasteque, de forma indirecta, proporciona información de laresistencia mecánica del material.
•
El ensayo de Los Ángeles es un ejemplo de estos ensayos13
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Los áridos
•
Propiedades de los áridos gruesos: – Resistencia a la fragmentación•
El ensayo de Los Ángeles
14
Máquina de ensayo Los Ángelesy carga abrasiva
Equipo:• Tambor de acero de 71.1 cm de
diámetro y 50.8 cm de longitud consus extremos cerrados.• En el centro y sin penetrar en el
interior van acoplados dos ejessobre los que gira horizontalmente.
• Provisto de una compuerta paraintroducir los áridos y la carga.
•
En su interior y adosado a la paredtiene una placa de 9 cm de ancho.
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Los áridos
•
Propiedades de los áridos gruesos: – Resistencia a la fragmentación•
El ensayo de Los Ángeles (procemiento)① Se compone una muestra según las fracciones
granulométricas permitidas en la norma y se pesa
② La muestra junto con la carga abrasiva se introducen el la
máquina girando a 31-33 r.p.m. y dando 500 vueltas③ Tras el volteo, se saca el material y se tamiza por el UNE 1.6
mm. Se lava, seca y pesa el material retenido.
④ La diferencia de peso dividida por el peso inicial de lamuestra, expresado en %, nos da el coeficiente de Los
Ángeles (LA).
15
. ,
.
.
, .
. .
.
, .
Cover Plate
Steel Balls
: :
.
. .
.. .
. .
. .
.
, ’ .
.
,
.
. ,
: .
− . ,
. .
LA > 40 árido de mala calidadLA < 20 árido excelente
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Los áridos
•
Propiedades de los áridos gruesos: – Otros ensayos:•
Resistencia al pulimento
•
Ensayo de fricción
•
Adhesividad al ligante!
16Péndulo de fricciónMáquina de pulimento acelerado
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Los áridos
•
Propiedades de los áridos finos: – Plasticidad (Equivalente de arena):•
Da una idea de la proporción de finos de un árido
•
Procedimiento:① Se introduce la muestra de árido a ensayar en una probeta
de 32 mm de diámetro y 430 mm de altura, graduada hasta
380 mm y que previamente se llena de una solución tipohasta la marca de 100 mm. Se deja reposar 10 minutos.
② Se agita, se deja reposar 20 minutos y se lee el nivel de
solución de arcilla (h1).
③ Introduciendo en la probeta una varilla con pistón, se lee el
nivel de material granular (h2).
④
El equivalente de arena es:EA=100 h2/h1
17
EA > 50 áridos de limpieza suficienteEA < 20 áridos muy contaminados
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Los áridos
•
Adhesividad con el ligante bituminoso: – Gran importancia, en la superficie de los áridos sepresentan fenómenos físico-químicos.
– Los áridos deben ser afines con el ligante asfáltico
– Con mala afinidad se utilizan activantes.
–
Cuando están secos se dejan mojar fácilmente porlos ligantes.
– Con algo de humedad la superficie del árido sepolariza con un signo u otro dependiendo de sunaturaleza.
–
Atendiendo a este criterio, los áridos se clasifican enácidos (-) y básicos (+)
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Los áridos
•
Adhesividad con el ligante bituminoso: – Áridos ácidos (-):•
Alto contenido en sílice.
•
Gran afinidad química por el agua (hidrófilos).
•
Es difícil que estén secos porque absorben la humedad de laatmósfera.
•
Al ponerse el agua en contacto con el firme, por su afinidadcon el árido mucho más fuerte que con el ligante bituminoso,desplaza a éste, lavando la piedra y rompiendo la resistenciadel firme.
•
Polaridad superficial negativa.
Mala adhesividad (árido ácido)
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Los áridos
•
Adhesividad con el ligante bituminoso: – Áridos básicos (+):•
Gran cantidad de óxidos alcalinos y alcalinotérreos (Be, Mg,Ca,!), bajos contenidos de sílice.
•
Menos hidrófilos que los silíceos.
•
Atracción por los ácidos libres en los ligantes; por tanto, unamejor adhesividad con los mismos.
• Polaridad superficial positiva.
Buena adhesividad (árido básico)
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Los áridos
•
Características del esqueleto mineral – Análisis granulométrico•
Determinar la distribución de tamaños de las partículasmediante tamizado
21
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22
Los áridos
•
Características del esqueleto mineral – Análisis granulométrico
1
i j
i
j T
M R
M =
=! 100%i i
F R= !
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Los áridos
•
Características del esqueleto mineral – Análisis granulométrico•
Peso retenido – Masa de árido retenida en cada tamiz Mi
•
Retenido parcial (%) – Respecto del total de la muestra M
i
/MT•
Retenido acumulado (%) – Porcentaje que retendría el tamiz aislado Ri
•
Pasa (%) – Muestra que pasa por cada tamiz i Fi
(% retenido acumulado tamiz i) + (% pasa tamiz i) = 100
i=1,2!n n= número de tamices
23
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Los áridos
•
Características del esqueleto mineral – Análisis granulométrico•
Módulo granulométrico – Es el resultado de dividir por 100 la suma de los % retenidos
acumulados en cada tamiz de la serie de tamices normalizada
– Se utiliza para comparar distintos tipos de árido
– El árido más grueso tendrá un M mayor
– Sólo se pueden comparar módulos obtenidos con la mismaserie de tamices
24
M =1
100 ( % Retenido acumulado tamiz ii=1
n
! )
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Los áridos
•
Características del esqueleto mineral – Análisis granulométrico•
Curva granulométrica
25
Resultados del análisis granulométrico
Curva granulométrica
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Los áridos
•
Características del esqueleto mineral – Granulometría•
Influye en la resistencia de los mismos
•
Dependiendo del material que se quiera, existen husos enlos que se debe encontrar la granulometría:
– Continua (densa): Máxima compacidad»
MBC, zahorras artificiales, etc.
– Discontinua: Faltan tamaños de áridos» Uniforme:
» Macadam
» Abierta:
» Mezcla porosa
»
Zahorra drenante
26
i i i i
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Los áridos
•
Características del esqueleto mineral – Granulometría
Curvas granulométricas de distintos materiales granulares
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Los áridos
•
Características del esqueleto mineral – Granulometría•
Husos granulométricos – Hormigón estructural (EHE-08)
–
Carreteras (PG-3)Tabla 550.1
Huso granulométrico del árido fino. Cernido ponderal acumulado (% en masa)
Tamaño de los tamices UNE-EN 933-2 (mm)——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————–
4 2 1 0,500 0,250 0,125 0,063
81-100 58-85 39-68 21-46 7-22 1-8 0-4
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Índice
•
Los áridos• Áridos para hormigones
• Capas granulares
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Áridos para hormigones
•
Compacidad – Interesa alta compacidad (Vs/V) del árido•
Hormigón resistente
•
Durabilidad
•
Baja retracción
Un árido grueso de tamaño uniforme no resulta tancompacto como un agregado bien graduado
30
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Áridos para hormigones
•
Granulometría del árido – Tamaños máximo y mínimo:•
(D) tamiz más pequeño de los que retienen menos del 10%del árido
•
(d) tamiz más grande de los que pasa menos del 15% delárido
Tabla 28.3.aRequisitos generales de los tamaños máximo D y mínimo d
ÁridoPorcentaje que pasa (en masa)
2 D 1,4 D a )D b )
d d /2 a )
Árido grueso D > 11,2 y D /d > 2 100 98 a 100 90 a 99 0 a 15 0 a 5
D 11,2 ó D /d 2 100 98 a 100 85 a 99 0 a 20 0 a 5
Árido fino D 4 y d = 0 100 95 a 100 85 a 99 — —
a) Como tamices 1,4D y d /2 se tomarán de la serie elegida o el siguiente tamaño del tamiz más próximo de la serie. b) El porcentaje en masa que pase por el tamiz D podrá ser superior al 99 %, pero en tales casos el suministrador
deberá documentar y declarar la granulometría representativa, incluyendo los tamices D , d , d /2 y los tamicesintermedios entre d y D de la serie básica más la serie 1, o de la serie básica más la serie 2. Se podrán excluirlos tamices con una relación menor a 1,4 veces el siguiente tamiz más bajo.
31
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Áridos para hormigones
•
Designación de los áridos – Tamaño mínimo, tamaño máximo y forma depresentación:
•
EHE (Art. 28.2) d/D-IL-N
•
UNE 146.901 GR-d/D-IL-N(-L)
0
20
40
60
80
100
0.01 0.1 1 10 100
Sieve size (mm)
P e r c e n t p a s s i n g b y w e i g h t
4/10
4/20
4/40
Fine aggregate (0/4)
Overall range
Coarse (CP)
Medium (MP)
Fine (FP) Coarseaggregate
32
l i .
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Áridos para hormigones
• Granulometría óptima – Para una misma consistencia y relación A/C le
corresponde un consumo mínimo de cemento conmínima segregación
•
Husos granulométricos
33
l l i , i i l
, li l i i i
i
I i i l l l l i l ii l l l l l i li i i l l i i :
. l i l I i ili il i i i . l i ili l i
i l i l i l i i i li i i l i i l . l
l . . l i i l i i l ii i . l i i l i l i .
i l l l i ilil i l l i i lli l i l i i l i
i l i .
i l i , ,
l l i l i
l, l l l l i ,
l l i i l i l li i i l
i l l i i
Tabla 28.4.1.a
Contenido máximo de finos en los áridos
ÁridoPorcentaje máximo
que pasa por el tamiz0,063 mm
Tipos de áridos
Grueso 1,5% — Cualquiera.
Fino 6% — Áridos redondeados.— Áridos de machaqueo no calizos para obras some-
tidas a las clases generales de ex posición IIIa,IIIb, IIIc, IV o bien a alguna de las clases específi-cas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F (1).
10% — Ári dos de machaqueo cal izos para obras somet i-das a las clases generales de exposición IIIa, IIIb,IIIc, IV o bien a alguna de las clases específicas deexposición Qa, Qb, Qc, E y F (1).
— Áridos de machaqueo no calizos para obras some- tidas a las clases generales de exposición I, IIa oIIb y no sometidas a ninguna de las clases especí-ficas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F (1).
16% — Ári dos de machaqueo cal izos para obras somet i-das a las clases generales de exposición I, IIa o IIby no sometidas a ninguna de las clases específi-cas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F (1).
l l . . . . . .
100 22/10/09 10:58:27
Tabla 28.4.1.bHuso granulométrico del árido fino
LímitesMaterial retenido acumulado, en % en peso, en los tamices
4 mm 2 mm 1 mm 0,5 mm 0,25 mm 0,125 mm 0,063 mm
Superior 0 4 16 40 70 77 (1)
Inferior 15 38 60 82 94 100 100
(1) Este valor será el que corresponda de acuerdo con la tabla 28.4.1.a: — 94% para: – Áridos redondeados. – Áridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a la clase general de
exposición IIIa, IIIb, IIIc, IV o bien que estén sometidas a alguna clase específicade exposición.
— 90% para: – Áridos de machaqueo calizos para obras sometidas a la clase general de expo-
sición IIIa, IIIb, IIIc ó IV o bien que estén sometidas a alguna clase específica deexposición.
– Áridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a la clase general deexposición I, IIa ó IIb y que no estén sometidas a ninguna clase específica deexposición.
— 84% para: – Áridos de machaqueo calizos para obras sometidas a la clase general de expo-sición I, IIa ó IIb y que no estén sometidas a ninguna clase específica de expo-sición.
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Áridos para hormigones
• Granulometría óptima – Granulometrías óptimas teóricas (Fuller, Bolomey,!)
– Método de los módulos granulométricos
34
' ' ' ''
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Índice
• Los áridos
• Áridos para hormigón
• Capas granulares
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Capas granulares
• Introducción: – Constituidas exclusivamente por áridos
– Usos:•
Bases: tráfico pesado de intensidad media o baja.
•
Subbases: todo tipo de tráfico.
36
Ejemplos de secciones firmes con capa granularde base o subbase propuestos por la instrucción
española de carreteras 6.1-IC
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Capas granulares
• Tipos:
Macadam sin recebar (granulometría uniforme)Partículas gruesas de varios centímetros de igualtamaño.
Zahorra (granulometría continua)Formadas por áridos de una granulometría continua.Zahorras drenantesFormadas por áridos con una granulometría continua,pero sin los tamaños de grano fino más pequeños.
Exceso de finos (granulometría discontinua)Material no recomendable
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Capas granulares
• Tipos: – Macadam
•
Áridos gruesos, de granulometría uniforme (5-10 cm.).
•
Los huecos se rellenan mediante una arena limpia llamadarecebo que no pretende tapar todos los huecos, sino cerrarla parte superior y quitar las crestas.
•
Inconvenientes: – Se necesitan áridos muy duros.
– La ejecución en obra es artesanal.
– Sólo se aprovecha una fracción del material producido en elproceso de machaqueo.
– Se necesita una compactación enérgica.
– El recebo puede funcionar como lubricante de las partículasgruesas y eliminar el rozamiento interno.
38
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Capas granulares
• Tipos: – Zahorras
•
Material granular de granulometría continua.
•
Se consigue una mejor compactación del material.
•
Mejora la puesta en obra.
•
Disminuyen los esfuerzos entre las partículas.
•
Existen dos tipos: – Zahorras naturales y artificiales
392 2 Árido rodado y procedente de machaqueo (con caras de fractura).
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Capas granulares
• Tipos: – Zahorras naturales
•
Partículas no trituradas fundamentalmente.
•
Se empleaban en capas de subbase, aunque actualmente seha eliminado su uso en la vigente Instrucción de firmes.
•
A veces se eliminan las partículas más gruesas o finas.
•
Sus partículas son redondeadas y su granulometríarelativemente continua. La falta de caras de fractura (yeventualmente sus finos) limitan su capacidad estructuralfrente a las zahorras artificiales
40
7/23/2019 Tema 1 - Los áridos
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Capas granulares
• Materiales para zahorras: – Tamaño:
•
Base ! 20-25 mm como máximo.
•
Subbase ! 25-40 como máximo.
– Granulometría: husos estrictos (cernido acumulado)
42
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La designación del tipo de zahorra se hace en función del tamaño máximo nominal, que sedefine como la abertura del primer tamiz que retiene más de un 10% en masa.
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Capas granulares
• Materiales para zahorras: – Especificaciones del PG-3 para zahorras
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Capas granulares
• Obtención de las zahorras artificiales: – Comprobación de la idoneidad de la cantera.
– Comprobación durante el proceso de machaqueo.•
Limpieza. NP.
•
Granulometría.
–
Vigilancia permanente: evitar fenómenos desegregación.•
Durante fabricación, transporte, acopio y puesta en obra.
44Extracción Transporte Machaqueo
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