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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Laboratorio de Ensayos de materiales Facultad De Ingeniería Civil

Asignatura: CAMINO II Tema: EQUIVALENTE DE ARENA

Nombre Código ALMEIDA ROON Christian Alessander 20122556H

[EQUIVALENTE DE ARENA]

Fecha: 23 de Abril 2015

ÍNDICE GENERAL I.

PARTE INTRODUCCTORIA...................................................5 I.1. Introducción....................................................................................5 I.2. Equipo Utilizado..............................................................................6 I.2. Investigación Teórica del Tema.......................................................9 I.3. Breve descripción de la práctica de laboratorio............................13

II. OBJETIVOS......................................................................14 III. PROCEDIMIENTO..............................................................15 IV. DATOS OBTENIDOS..........................................................25 V. CÁLCULOS Y RESULTADOS................................................25 V.1. Fórmula a utilizar:.......................................................................25 V.2. Equivalente de arena para muestra triturada..............................26 V.2. Equivalente de arena para muestra natural................................26 VI. CONCLUSIONES...............................................................27 VII. RECOMENDACIONES........................................................28 Ensayo: Equivalente de Arena

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[EQUIVALENTE DE ARENA]

VIII....................................................................................BIBLIOGRAFÍA 29 IX. ANEXOS..........................................................................30

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: probeta cilíndrica graduada...............................................6 Ilustración 2: Botella con sifón.................................................................7 Ilustración 3: Tubo irrigador.....................................................................7 Ilustración 1.Tamizado del material.......................................................15 Ilustración 2.Cuarteo del material para tara No.1..................................15 Ilustración 3.Cuarteo para tara No.2......................................................16 Ilustración 4.Tara No.1 con material ya tamizado y cuarteado..............16 Ilustración 5.Tara No.2 con material ya tamizado y cuarteado..............16 Ilustración 6.Llenando las Probetas con 100 cm³ de solución de trabajo ...............................................................................................................17 Ilustración 7.Probetas llenas con 100 cm³ de solución de trabajo.........17 Ilustración 8.Vertido de material de tara en las probetas con solución de trabajo...................................................................................................18 Ilustración 9.Mezclado y agitado de la solución.....................................18 Ilustración 10.Extracción de burbujas....................................................19 Ilustración 11.Mezcla dejadas en reposo...............................................19 Ilustración 12. mezcla al agitador mecánico..........................................20 Ilustración 13.Probeta siendo agitada en agitador mecánico................20 Ilustración 14.Limpieza de las paredes de la probeta............................21 Ilustración 15.Relleno de las probetas con agua destilada hasta alcanzar 300 cm³..................................................................................................21

Ensayo: Equivalente de Arena

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Ilustración 16.Probeta con los 300 cm³ dejada en reposo por 20 minutos ...............................................................................................................21 Ilustración 17.Muestra después de los 20 minutos de reposo...............22 Ilustración 18. Introducción de la varilla lastrada a la probeta..............22 Ilustración 19.Toma de datos de cantidades..........................................23 Ilustración 20.Devolviendo a sus respectivos botes el líquido no utilizado ...............................................................................................................23 Ilustración 21.Lavando las probetas y otros instrumentos sucios..........24 Ilustración 22.Guardando los botes utilizado.........................................24

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Datos de muestra triturada......................................................25 Tabla 2: Datos de muestra natural.........................................................25 Tabla 3: Carpetas asfálticas de granulometría densa............................30 Tabla 4: Carpetas asfálticas de granulometría abierta..........................30 Tabla 5: Carpetas de mortero asfáltico..................................................31 Tabla 6: Carpetas por el sistema de riegos............................................31 Tabla 7: Guarniciones asfálticas.............................................................31 Tabla 8: Requisitos para bases de mezcla asfáltica...............................32 Tabla 9: Requisitos para bases de concreto de baja resistencia............33

ÍNDICE ECUACIONES Ensayo: Equivalente de Arena

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Ecuación 1: Equivalente de arena en porcentaje...................................25

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I.

PARTE INTRODUCCTORIA

I.1. Introducción Debido a que una adecuada cimentación para un camino necesita la menor cantidad de finos posible, resulta necesario determinar las proporciones relativas de material fino plástico y polvo en dichos agregados, sobre todo las arcillas, que al entrar en contacto con el agua pueden causar un gran daño al pavimento. El objetivo de esta práctica es por tanto determinar un índice representativo de éstos para un suelo granular o un árido fino, medidas dentro de una probeta para calcular un porcentaje, este será dado por la razón entre la medida de arena y la medida de arcilla, permitiendo identificar la calidad del material para su uso posterior en estructuras viales, autovías, vías urbanas, asfalto, entre otros.

Ensayo: Equivalente de Arena

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I.2. Equipo Utilizado  Probeta Una probeta cilíndrica con un diámetro interior de 32 mm y unos 430 mm de altura, graduada hasta 380 mm de 2 en 2 mm, provista de un tapón de goma que

ajuste bien en la boca

de la probeta.

Ilustración 1: probeta cilíndrica graduada

 Recipiente Un recipiente de unos 4 litros de capacidad, con un sifón acoplado consistente en un tapón con dos tubos que lo atraviesan, uno de ellos

Ensayo: Equivalente de Arena

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sumergido en el líquido y el otro sobre el nivel del líquido para la entrada de aire. El recipiente estará situado a 1 metro por encima de la superficie de trabajo, para que su contenido caiga por la acción de la gravedad. El recipiente

contendrá

la

solución de trabajo.

Ilustración 2: Botella con sifón

 Tubo irrigador Un tubo irrigador de latón de unos 6 mm de diámetro, cerrado por su extremo inferior por aplastamiento en forma de cuña.

Ilustración 3: Tubo irrigador

Ensayo: Equivalente de Arena

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 Tubo de goma Un trozo de tubo de goma de unos 5 mm de diámetro con una pinza que permita cortar el paso del líquido a través del mismo. Este trozo de goma se usará para unir el tubo irrigador del apartado 3 con el sifón del recipiente de 4 litros.

 Pieza de metal Una pieza de metal, consistente en una varilla de 6 mm de diámetro y de 445 mm de longitud, que tiene en su parte inferior un pie formado por un cono con base de 25.4 mm de diámetro y normal al eje de la varilla, que se continua por su base en un cilindro de igual diámetro y unos 5 mm de altura; en la superficie de este cilindro hay tres pequeños tornillos para el centrado del mismo en el interior de la probeta. La parte superior lleva un lastre cilíndrico de unos 50 mm de diámetro y la longitud necesaria para que el peso del conjunto sea de 1 Kg.

 Recipiente Un recipiente cuya capacidad sea de 85 ± 5 cm3.

 Embudo Un embudo para verter el contenido del recipiente en el interior de la probeta.

 Un cronómetro. Ensayo: Equivalente de Arena

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[EQUIVALENTE DE ARENA]

 4 litros de solución de trabajo. Diluir 85ml de solución tipo en 3.7 litros de agua destilada

I.2.

Investigación Teórica del Tema

Los materiales pétreos que comprenden esta Norma son los materiales naturales seleccionados o sujetos a tratamientos de disgregación, cribado, trituración o lavado, que aglutinados con un material asfáltico se emplean en la elaboración de las mezclas asfálticas a que se refiere la

Norma

N-CMT-4-05-003,

Calidad

de

Mezclas

Asfálticas

para

carreteras.

Según el tipo de mezcla en el que se vayan a utilizar, los materiales pétreos se clasifican como se indica a continuación y se detalla en ciertas cláusulas de esta norma. 

Materiales pétreos para mezclas asfálticas de granulometría densa.



Materiales pétreos para mezclas asfálticas de granulometría abierta.



Materiales pétreos para mezclas asfálticas de granulometría discontinua, tipo SMA.

Ensayo: Equivalente de Arena

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

Materiales pétreos para mortero asfáltico.



Materiales pétreos para carpetas por el sistema de riegos.



Materiales pétreos para mezclas asfálticas para guarniciones.

Mezclas asfálticas Se consideran los siguientes tipos de mezclas asfálticas para la construcción de carpetas y capas de rodadura: 1. Mezclas asfálticas en caliente Son las mezclas, uniformes y homogéneas, de cemento asfáltico y materiales pétreos, elaboradas en caliente utilizando una planta mezcladora estacionaria o móvil, provista del equipo necesario para calentar los componentes de la mezcla y pueden ser: • Mezclas asfálticas en caliente de granulometría densa Son las elaboradas con materiales pétreos bien graduados, con tamaños nominales entre 9,5 y 37,5 mm (⅜ y 1½ in). Normalmente se utilizan en la construcción de carpetas asfálticas de pavimentos nuevos, en los que se requiere una alta resistencia estructural o en re-nivelaciones y refuerzos de pavimentos existentes. Ensayo: Equivalente de Arena

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• Mezclas asfálticas de granulometría abierta Son las elaboradas con materiales pétreos de granulometría uniforme, con tamaños máximos de 19 y 25 mm (¾ y 1 in). Éstas mezclas no tienen función estructural por su alto porcentaje de vacíos, por lo que normalmente se utilizan para formar capas de rodadura sobre carpetas de granulometría densa, con la finalidad de permitir que el agua de lluvia sea desplazada por las llantas de los vehículos, ocupando los vacíos de la capa, con lo que se incrementa la fricción entre las llantas y la superficie de rodadura, se reduce la cantidad de agua que se impulsa sobre

los

vehículos

adyacentes

y

se

mejora

la

visibilidad

del

señalamiento horizontal. No deben colocarse en zonas susceptibles al congelamiento ni donde la precipitación sea menor de 600 mm/año.

• Mezclas asfálticas de granulometría discontinua, tipo SMA Son las mezclas elaboradas con materiales pétreos de granulometría discontinua, con tamaños nominales entre 9,5 y 19,0 mm

(⅜

y

¾

in).

Estas mezclas tienen una elevada macro-textura, con lo que se evita que el agua de lluvia forme una película continua sobre la superficie del pavimento, por lo que normalmente se utilizan para formar capas de rodadura, aunque también pueden utilizarse en capas inferiores en carreteras de alto tránsito. Cuando son usadas como capas de rodadura, su finalidad principal es mejorar las condiciones de circulación de los vehículos respecto a una carpeta asfáltica convencional, incrementando la fricción de las llantas, reduciendo la cantidad de agua que se proyecta sobre los vehículos adyacentes, mejorando la visibilidad del

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señalamiento horizontal y reduciendo el ruido hacia el entorno por la fricción entre las llantas y el pavimento.

2. Mezclas asfálticas en frío Son las mezclas, uniformes y homogéneas, de emulsiones asfálticas o de asfaltos rebajados y materiales pétreos, elaboradas en frío utilizando una planta mezcladora móvil y pueden ser: • Mezclas asfálticas en frío de granulometría densa Son las elaboradas con materiales pétreos bien graduados, con tamaños nominales entre 9,5 y 37,5 mm (⅜ y 1½ in). Normalmente se utilizan en la construcción de carpetas asfálticas de pavimentos nuevos en los que se requiere buena resistencia estructural, cuando el tránsito esperado durante la vida útil del pavimento y en carpetas para el refuerzo de pavimentos existentes, así como para la reparación de baches.

• Morteros asfálticos Son los elaborados con arena de tamaño máximo de 4,75 mm (N°4). Normalmente se colocan sobre una base impregnada o una carpeta asfáltica, como capa de rodadura.

3. Mezclas asfálticas por el sistema de riegos

Ensayo: Equivalente de Arena

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Son las que se construyen mediante la aplicación de uno o dos riegos de un material asfáltico, intercalados con una, dos o tres capas sucesivas de material pétreo triturado de tamaños decrecientes. Normalmente se colocan sobre una base impregnada o una carpeta asfáltica, nueva o existente, como capa de rodadura con el objeto de proporcionar resistencia al derrapamiento y al pulimento.

Método de Equivalente de arena Éste método de ensayo asigna un valor empírico a la cantidad relativa, finura y características del material fino presente en una muestra de ensayo formado por suelo granular que pasa el tamiz Nº4 (4.75 mm). El término “Equivalente de Arena” transmite el concepto que la mayoría de los suelos granulares y agregados finos son mezcla de partículas gruesas, arenas y generalmente finos.

Para determinar el porcentaje de finos en una muestra, se incorpora una medida de suelo y solución en una probeta plástica graduada que luego de ser agitada separa el recubrimiento de finos de las partículas de arena; después de un período de tiempo, se pueden leer las alturas de arcilla y arena en la probeta. El equivalente de arena es la relación de la altura de arena respecto a la altura de arcilla, expresada en porcentaje.

Ensayo: Equivalente de Arena

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I.3. Breve descripción de la práctica de laboratorio En una probeta graduada, se vierte la muestra de ensayo de material y una pequeña cantidad de solución floculante y se agita para liberar de la muestra de ensayo los recubrimientos de arcilla de las partículas de arena. A continuación se irriga la arena con una cantidad adicional de la misma solución floculante para favorecer la suspensión de las partículas finas sobre la arena. Tras 20 minutos, se calcula el valor del equivalente a partir de la altura del sedimento, expresado como porcentaje de la altura total de material floculado en la probeta.

Ensayo: Equivalente de Arena

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II.

OBJETIVOS

 Visualizar el contenido y actividad de los materiales finos o arcillosos presentes en los materiales pétreos empleados en mezclas asfálticas.  Determinar la calidad del material utilizado en base al equivalente

de arena obtenido.

Ensayo: Equivalente de Arena

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III.

PROCEDIMIENTO 1. Se tomó una muestra de suelo seco, el cual se había dejado secar al aire; la toma consistió en tomar aproximadamente 300g de material y pasarlo por el tamiz No.4, luego con este material se hizo cuarteo y se tomó 150g para llenar una tara y luego enrasar, cabe destacar que este mismo procedimiento se hizo 2 veces por separado, obteniendo 2 taras con aproximadamente 110g de material cada una.

Ilustración material

Ensayo: Equivalente de Arena

4.Tamizado del

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[EQUIVALENTE DE ARENA] Ilustración 5.Cuarteo del material para tara No.1

Ilustración 6.Cuarteo para

tara No.2

Ilustración 7.Tara No.1 y cuarteado

con material ya tamizado

Ilustración 8.Tara No.2 con material ya tamizado y cuarteado

2. Mientras se realizaba el tamizado y cuarteo, se llenaban dos probetas con la solución de trabajo (compuesto de cloro y otras

Ensayo: Equivalente de Arena

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sustancias) hasta obtener una altura de 10 cm o,

en otras

palabras, llenarlo con 100 cm³.

Ilustración Probetas con 100 cm³ de

9.Llenando las solución de trabajo

Ilustración 10.Probetas llenas con 100 cm³ de solución de trabajo

3. Una vez teniendo listas las 2 taras enrasadas y las 2 probetas con los 100 cm³ de solución de trabajo; se procedió a verter el contenido de las taras en las probetas utilizando un embudo, para Ensayo: Equivalente de Arena

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no perder alguna cantidad de suelo en el proceso; luego se colocó el tapón de hule y se agitó con la mano a manera de mezclar bien los elementos, se le dio pequeños golpes en la parte inferior de la probeta para hacer que las burbujas atrapadas en la parte inferior subieran; al tener las probetas con el material y sin burbujas de aire se dejó reposar por 10 minutos.

Ilustración 11.Vertido de material de tara en las probetas con solución de trabajo

Ilustración 12.Mezclado y agitado de la solución

Ensayo: Equivalente de Arena

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Ilustración 13.Extracción de burbujas que pudieron quedar en la parte inferior de la mezcla

Ilustración 14.Mezcla dejadas en reposo

4. Una vez pasados los 10 minutos de reposo, se llevaron las probetas al agitador mecánico y se puso a trabajar 30 segundos. Ensayo: Equivalente de Arena

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Ilustración 15.Después de los 10 minutos de reposo se procede a llevar la mezcla al agitador mecánico

Ilustración 16.Probeta siendo agitada en agitador mecánico

5. Ya realizado el agitado, se quitó la probeta de la máquina, luego se lavó cuidadosamente las paredes de la probeta y el tapón de manera que el material sólido pegadas en las paredes de la probeta bajaran y consolidaran en la parte inferior; luego se quitó

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el tapón, y se rellenó la probeta con agua destilada hasta que el nivel alcanzó los 300 cm³ y se dejó reposar por 20 minutos.

Ilustración 17.Limpieza de las paredes de la probeta

Ilustración 18.Relleno de las probetas con agua destilada hasta alcanzar 300 cm³

Ensayo: Equivalente de Arena

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Ilustración 19.Probeta con los 300 cm³ dejada en reposo por 20 minutos

6. Después de haber dejado reposar 20 minutos la mezcla se hicieron las tomas de datos para determinar la cantidad que había de cada elemento en la mezcla, para esto se utilizó una varilla lastrada.

Ilustración 20.Muestra después de los 20 minutos de reposo

Ensayo: Equivalente de Arena

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Ilustración 21. Introducción de la varilla lastrada a la probeta

Ilustración 22.Toma de datos de cantidades

7. Luego haber tomado todos los datos necesarios, sólo quedó limpiar y guardar todos los materiales ocupados durante la práctica.

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Ilustración 23.Devolviendo a sus respectivos botes el líquido no utilizado

Ilustración 24.Lavando las probetas y otros instrumentos sucios

Ensayo: Equivalente de Arena

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Ilustración 25.Guardando los botes utilizado

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IV.

DATOS OBTENIDOS Muestra Triturada (pulg) Lectura de 3.8 arena Lectura de

7.6

arcilla Tabla 1: Datos de muestra triturada

Muestra Natural (pulg) Lectura de 3.3 arena Lectura de

9.8

arcilla Tabla 2: Datos de muestra natural

V.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

V.1. Fórmula a utilizar:

(

EA =

LNS arena × 100 LNS arcilla

)

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[EQUIVALENTE DE ARENA] Ecuación 1: Equivalente de arena en porcentaje

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[EQUIVALENTE DE ARENA]

V.2. Equivalente de arena para muestra triturada × 100 ( 3.8 7.6 )

EA=

EA =( 0.5 ) ×100

EA=50

V.2. Equivalente de arena para muestra natural × 100 ( 3.3 9.8 )

EA=

EA =( 0.3367 ) ×100

EA =33.67

Ensayo: Equivalente de Arena

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[EQUIVALENTE DE ARENA]

VI.

CONCLUSIONES  Esta es una prueba determinante para saber si puede utilizarse un material en un pavimento, es una prueba sencilla y que no representa mayor problema en cuanto a equipo, ya que inclusive puede ser realizada en campo.

 Según las tablas de comparación obtenidas de las normas mexicanas para el mantenimiento de pavimentos asfálticos para carreteras, los porcentajes de equivalencia de arena obtenidos en el laboratorio para muestra natural y triturada (33.67 % y 50 % respectivamente), se observa que el resultado de la primera muestra se encuentra por debajo de los rangos especificados según la Norma Mexicana, mientras la segunda muestra se encuentra justo en el rango de porcentaje mínimo para los distintos tipos de materiales pétreos. Indicando de ésta manera que la muestra natural contiene proporciones elevadas de arcilla de forma tal, que no es apta para ser utilizada en carpetas asfálticas; en cambio la segunda muestra de material triturado se encuentra dentro del rango de porcentaje mínimo especificado.

Ensayo: Equivalente de Arena

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[EQUIVALENTE DE ARENA]



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VII.

RECOMENDACIONES  Realizar la prueba en un lugar cerrado, bien ventilado, limpio y libre de corrientes de aire, de cambios de temperatura y de partículas que provoquen la contaminación de las muestras de material.  Que todo el equipo esté perfectamente limpio, para que al hacer la prueba todos los materiales no se mezclen con agentes extraños que alteren el resultado. En forma especial, el cilindro estará limpio y sin residuos de material de pruebas anteriores.  Cuidar que el período de agitación, los ciclos y carrera del mismo, así como el tiempo de reposo del material y la solución, correspondan a lo indicaciones preestablecidas.  Cuidar que las lecturas se tomen inmediatamente después de terminado el período de reposo del material, sin realizar movimientos bruscos para no alterar las partículas, asimismo, que la iluminación sea adecuada y que el ángulo de visión sea el especificado. De no cumplirse lo indicado e esta Fracción, la lectura será considerada incorrecta y se repetirá la prueba.

Ensayo: Equivalente de Arena

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VIII.

BIBLIOGRAFÍA  CMT Características de los materiales. México. Materiales pétreos para mezclas asfálticas. En MMP Métodos de muestreo y pruebas de materiales (págs. 1-9). México.

 MMP Métodos de muestreo y pruebas de materiales. En Materiales pétreos para mezclas asfálticas (págs. 1-9). México.

 Ramírez, A. M. Normas Mexicanas para el mantenimiento de pavimentos asfálticos para carreteras. México.

Ensayo: Equivalente de Arena

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IX.

ANEXOS

Requisitos de calidad de materiales pétreos para carpetas asfálticos de granulometría abierta.

 Requisitos de calidad del material pétreo para carpetas asfálticas de granulometría densa.

Tabla 3: Carpetas asfálticas de granulometría densa

 Requisitos de calidad del material pétreo para carpetas asfálticas de granulometría abierta.

Tabla 4: Carpetas asfálticas de granulometría abierta

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[EQUIVALENTE DE ARENA]

 Requisitos de calidad del material pétreo para carpetas de mortero asfáltico.

Tabla 5: Carpetas de mortero asfáltico

 Requisitos de calidad del material pétreo para carpetas por el sistema de riegos

Tabla 6: Carpetas por el sistema de riegos

Ensayo: Equivalente de Arena

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Tabla 7: Guarniciones asfálticas

 Requisitos de calidad de los materiales pétreos para bases de mezcla asfáltica (Bases negras), que procedan de bancos.

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[EQUIVALENTE DE ARENA] Tabla 8: Requisitos para bases de mezcla asfáltica

 Requisitos de calidad del material pétreo para bases de concreto hidráulico magro o de baja resistencia, que proceda de bancos.

Tabla 9: Requisitos para bases de concreto de baja resistencia

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