Ensayo sobre contenido de plagioclasa

INTRODUCCION Existe una estrecha relación entre la composición química y mineralógica de las rocas ígneas. El conocimiento de esta relación facilita la interpretación genética basada en la composición química de las rocas ígneas. El "cálculo normativo" es el método más conocido y divulgado para caracterización química de las rocas ígneas, basándose en el contenido de elementos principales. Inicialmente, el cálculo normativo fue lanzado por Cross, Iddengs, Pirsson y Washington (1902), como un método de geoquímica de clasificación de rocas ígneas, que se llama hoy en día como "Norma CIPW". En la actualidad, este método no se aplica a clasificación geoquímica, pero para análisis petrogenéticos basándose en análisis de geoquímica de los elementos principales de la composición química de la roca total, este método calcula 34 "minerales normativos", haciendo una simulación matemática de la cristalización. Los Minerales normativos son aquellos escogidos entre los minerales más frecuentes en rocas ígneas naturales. Los parámetros y criterios para la elección de minerales normativos, pueden ser conocidos a través de lecturas adicionales. La composición química y el orden de cristalización de estos minerales han sido simplificados e idealizados. Por lo tanto, los minerales normativos calculados no son exactamente iguales a los reales que constituyen la roca, llamados minerales modales. Generalmente, las Rocas plutónicas básicas, como por ejemplo el piroxeno gabro, tienen minerales normativos relativamente cercanos a los reales. Un uso alterno que se le puede dar al CIPW, radica en la caracterización rápida de fuentes de materiales, presentando para el productor una ventaja económica, sin embargo esta caracterización química no reemplazara las pruebas físicas de control de calidad que deben hacerse a los agregados que se vayan a utilizar en la fabricación de concretos asfalticos e hidráulicos. Se anota por parte del autor del artículo, que es un hecho cierto en nuestro medio, que los diseñadores de pavimentos han optado por incrementar los espesores de losas de concreto y de carpetas asfálticas toda vez que se han tenido bastantes inconvenientes en el comportamiento de estas estructuras con respecto a la vida útil que presentan, conjugado con el hecho de que las cargas por el desarrollo tecnológico se han incrementado considerablemente. Es muy común el concepto entre los diseñadores de mezclas que las dosificaciones que se deben controlar con mayor atención son los cementos y el agua, sin embargo la experiencia ha demostrado que si bien estos materiales son los más dinámicos en una reacción generada durante el fraguado del concreto hidráulico, no son los únicos que aportan a la resistencia final de compresión del concreto, por tanto, hay que considerara el papel que juegan las características mecánicas de estos en el producto final el concreto endurecido, Por lo que gana gran importancia conocer la génesis de las rocas de las que provienen los agregados y su influencia en el comportamiento dentro del conjunto de materiales constitutivo del concreto. Finalmente el artículo documenta sus observaciones con pruebas realizadas a materiales específicos de una región de los Estados Unidos, específicamente los agregados producidos en Missouri, para agregados aptos para ser utilizados en concretos. Arrancando de datos químicos recogidos por diferentes instancias que nos dan un mayor espectro de una forma inmediata y que nos permite conocer por correlaciones estadísticas las propiedades físicas y mecánicas de un agregado. Cabe anotar que en nuestro medio, no existen bases de datos ni químicos, ni físicos e incluso ni mecánicos salvo los que por obvias razones de comercialización tengan que hacer los productores para acreditar sus productos, razón por la cual esta tesis demoraría en su implementación en nuestro país. De otro lado se esta implementando en el país la cultura entre los laboratorios independientes de que a través del proceso de acreditación bajo la Norma internacional ISO/IEC 17025 de 2.005, se deben asegurar condiciones de Respetabilidad y Reproducibilidad, que nos permitan obtener resultados en pruebas de laboratorio de manera confiable.

Laboratorio de Materiales

EnsayosobreelartículodecorrelaciónprovisionalentreCIPW(plagioclasaTotal)yelDesgasteenlamáquinadelosÁngelesen

granitoscontinentalesPrecámbricosejemplosdeMissouriyOklahoma,conlimitacionesparaelusoyaplicaciones

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Especialización en Patología de la Construcción – Universidad Santo Tomas /Bogotá Docente: Dr. JAVIER EDUARDO BECERRA BECERRA

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PLANTEAMIENTODELPROBLEMA El Planteamiento del problema que se formula en el artículo, se fundamenta en que la precisión de los resultados en ensayos químicos es más alta que la obtenida en ensayos físicos, que influyen determinantemente en la confiabilidad de los resultados obtenidos ocasionando toma de decisiones equivocadas frente a la utilización o rechazo de alguna fuente de materiales. Respecto de este planteamiento ante la norma antes citada, los procesos de validación de ensayos de laboratorio, tiene las mismas exigencias para validar los métodos tanto químicos como para físicos, respecto de la precisión de los resultados, por lo cual un Laboratorio que tenga acreditado ante la autoridad competente un ensayo, demuestra la suficiente competencia para realizarlo y sus resultados deben prestar una adecuada confiabilidad. Si bien es cierto que el conocimiento de la estructura química de la Roca matriz nos provee de información de vital importancia sobre la resistencia que el agregado producto de la trituración, nos dará respecto de la durabilidad por las reacciones químicas que se puedan generar al mezclarse con otros elementos y que nos pueden generar comportamientos patológicos que desencadenen daños a la funcionalidad de un elemento estructural, también es cierto que las propiedades físicas de manera directa nos proveen información que nos permite predecir el comportamiento mecánico que ha de tener el agregado en estudio dentro de un concreto vinculado a un sistema estructural. Los otros fundamentos planteados consisten en afirmar que se disminuyen los costos y la información se obtiene de una forma más rápida, a través de ensayos químicos, que de los físicos. Efectivamente el estudio de las canteras de Missouri ha demostrado que se pueden establecer precisas correlaciones tal como se reporta en la comprobación en la que se reporta una desviación del 0,6 % del valor de la resistencia al desgaste por abrasión en la máquina de los Ángeles, calculándolo a partir del contenido total de Plagioclasa. De igual forma es probado en Oklahoma con resultados similares. Desde el punto de vista de análisis vale la pena establecer la trazabilidad de los estudios realizados en esta vía de establecer las correlaciones

TrabajosAnteriores Varios trabajos han reportado correlaciones de los resultados de análisis químicos o mineralógicos con las pruebas físicas. Tugrul y Zarif (1999) reportaron que la influencia de las características de textura de las rocas, parecen ser más importantes que su mineralogía en comparaciones de características ingenieriles. Usaron la sección delgada petrográfica para identificar la mineralogía de las rocas elegidas para su estudio y a continuación, probaron muestras representativas de gravedad específica, densidad seca y saturada, absorción de agua, porosidad efectiva y total, velocidad sónica, índice de dureza de Schmidt, punto de carga, compresión uniaxial y módulo de elasticidad. Sus correlaciones se caracterizaron por ser análisis de regresión simple, determinando que los tipos de contacto de grano, grano forma (minerales) y grano tamaño, están influenciadas de manera significativa por las propiedades físicas de la roca granítica. Aunque la lista de parámetros que influyen en la selección de los de agregados graníticos, no hacen caracterización efectivamente las rocas para un solo uso final, tales como agregado para carretera. Dossey y otros (1990) informan sobre el uso de análisis químicos para estimar rápidamente propiedades concretas preliminares versus edad antes del




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muestreo para pruebas compresivas. Su informe se integró posteriormente en un procedimiento general para la clasificación de agregados gruesos. (Peapully y otros, 1994), basado en las propiedades que afectan el rendimiento del pavimento. Se desarrollaron modelos de regresión para predecir propiedades de concretos a los 28 días, en base a las composiciones químicas de los agregados gruesos utilizados en el hormigón. Se formularon mezclas de concretos, simulando las condiciones de campo, utilizando cemento tipo I y se les permitió curar a 75 ° F y humedad relativa de 40%. Se utilizaron 20 tipos de agregados diferentes, incluyendo granito, caracterizándolos químicamente por difracción de rayos X, fusión y técnicas colorimétricas. Las propiedades físicas medidas fueron resistencia a la compresión, resistencia a la tracción, módulo de elasticidad, y retracción de fraguado. Al finalizar las pruebas, para el análisis se realizó una correlación mediante el uso de producto-momento de Pearson correlación para determinar el grado de dependencia o interdependencia de los componentes químicos de los agregados. Debido a que sólo una muestra de granito fue analizada, no puede establecerse conclusiones en un adecuado nivel de certeza. A pesar de una población insuficiente de muestras, el estudio general exhibe un buen acuerdo entre predecir y medir el módulo de elasticidad para hormigón de cemento portland, hecho con granitos. Tal como se ve las correlaciones han funcionado desde el diseño de las mezclas de los concretos, hasta la estimación del módulo de elasticidad del concreto, fabricado con agregados provenientes de granitos, hecho que para este caso puede ser de gran utilidad toda vez que predecir el comportamiento de un concreto por la composición química de sus agregados asegura la disminución de la incertidumbre en la construcción de estructuras.

Necesidadesdelagregadoenpavimentosdeasfalto Para ser considerado su uso en pavimento de asfalto, el agregado debe poseer resistencia y durabilidad. El agregado también debe tener caras fracturadas, angulares y un cierto grado de absorción para que el agente de unión del asfalto pueda adherirse a él, a fin de evitar la separación de los agregados, causando un fallo prematuro. Caras lisas fracturadas en los agregados, no se adhieren también como las caras fracturadas ásperas; los granos alargados y aplanados de los agregados se evitan también en mezclas de asfalto, claramente definidos en la especificaciones de construcción de carreteras del INVIAS 2.007. Las caras angulares en los agregados, son más convenientes que los granos redondeados proporcionan mayor resistencia al corte. Cuando una masa de agregado está sobrecargada, se forma un plano cortante, y las partículas del agregado tienden a deslizarse o "cortar" con respecto a la otra, resultando en deformación permanente del pavimento. La fuerza cortante total del agregado es críticamente importante en toda mezcla densa en caliente de asfalto porque provee resistencia al ahuellamiento del pavimento primario (Instituto del asfalto, 1995). Los granitos proporcionan excelente materia prima al asfalto. Los granitos triturados para un agregado, poseen caras irregulares y son duraderos como resultado de su inherente resistencia. Los granitos triturados y clasificados, sirven como una importante fuente de agregados en muchas áreas de los Estados Unidos donde las calizas de calidad o las Dolomitas no están cercanas o económicamente disponibles. La mayoría de las carreteras primarias e interestatales de Missouri están pavimentadas con concreto de cemento portland. El granito no se usa normalmente en pavimentos de hormigón en Missouri, aunque el departamento de transporte de Missouri y proveedores globales está explorando su utilidad. Un problema potencial de interés particular con el uso de granito en concreto es la reactividad álcali sílice entre el granito y la pasta de cemento. En granitos, la sílice producida como cuarzo es impermeable y reacciona sólo en la superficie de los granos minerales, donde los enlaces individuales de SiO se rompen a nivel molecular. Debido a que la superficie por unidad de volumen de cuarzo cristalino es baja, el potencial de reactividad de álcali sílice también es bajo. Sin embargo, el cuarzo cristalino que ha sido transformado por el calor y la presión puede tener una gran cantidad de energía de tensión mecánica almacenada en su entramado cristalino. La presencia de este mayor nivel de energía puede hacer al




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cuarzo con más probabilidad de ser reactivo al álcali-sílice, aunque la velocidad de la reacción es normalmente mucho más baja en los agregados compuestos de sílice amorfa o cristalina fina, como el chert o la riolita. La administración del potencial de reactividad álcali- sílice es un objetivo que debe alcanzarse antes de la instalación de un pavimento, tales como el uso de un cemento de bajo álcali, un agregado no reactivo, o una mezcla de mineral silíceo o puzolana en el cemento.

PruebasFísicas,químicasypetrográficasdeagregadosenMissouri Las Pruebas físicas se utilizan rutinariamente para determinar la aceptabilidad general de un agregado para uso. Se conceden dos niveles de aprobación. En primer lugar, un productor alcanza una aprobación preliminar después de que se han cumplido ciertos requisitos de selección a nivel de distrito de carretera y a nivel de sede. Estos requisitos de selección, incluyen una cantidad necesaria de pruebas físicas para indicar las características generales de la roca siendo presentados para su uso en carreteras estatales. Además, la roca es examinada en el lugar de origen por el geólogo del distrito, para determinar la estratigrafía y su aceptabilidad general para un uso determinado. Las pruebas de detección normal son que usadas para determinar la aceptabilidad inicial. Tenga en cuenta que diversas gradaciones de agregados también son probados de existencias en las cantera para determinar la aceptabilidad para un uso determinado. Dependiendo de los resultados del examen inicial y la proyección preliminar, se solicitan comúnmente más pruebas para determinar la idoneidad de un determinado tipo de agregado para un uso determinado. Por ejemplo, si una roca dolomita se propone como el agregado para un pavimento de concreto de cemento portland, la fuente de rocas es probada para la susceptibilidad a ciclos repetidos de congelación-deshielo, usando una modificación de 300 ciclos ASTM C666, procedimiento b. Para otros agregados, el ingeniero de prueba podrá solicitar análisis químicos de la roca para determinar posibles problemas de compatibilidad con la pasta de cemento, o análisis petrográfico de la roca para determinar su contenido de mineral.

SeobtuvieronlosresultadosdelaspruebasdeCanterasyunidadeslitológicas Las unidades litológicas que fueron muestreadas en Oklahoma, Missouri, Arkansas, Virginia, Georgia y Vermont. Muestras de rocas de Missouri fueron ensayadas incluyendo granito Graniteville, Granite Hill de Butler y piloto del pomo Felsite. Fouché montaña nefelina sienita de Arkansas fueron probados para su inclusión en el conjunto de datos, y se analizaron también químicamente Troy granito y Tishomingo granito de Oklahoma. Un análisis químico de granito Barre fue obtenido del departamento de transporte de Missouri de pruebas de piedra de desperdicios del monumento de roca. Porque la roca estéril de canteras de granito es comúnmente usado por los proyectos de construcción de autopistas estatales en asfalto, el departamento de transporte de Vermont fue contactado para ver si tenían datos de correlación con los datos químicos; eran cooperación en el desgaste de Los Ángeles, absorción de agua y gravedad de específica de la piedra. Del mismo modo, también se obtuvieron datos físicos y químicos de la asociación profesional de granito en relación con el batolito de profesional en Georgia. Anteriores proyectos Superpave en el área de Kansas City del departamento de transporte de Missouri distrito 4 (distrito Metropolitana de Kansas City) habían requerido un viaje a Oklahoma para examinar la roca de los agregados Meridian Mill Creek y canteras de Snyder. Aunque estas rocas nunca fueron utilizadas en pavimentos de Missouri, una batería completa de pruebas de asfalto concluyó que los datos estaban disponibles. Secciones delgadas de estos agregados fueron solicitadas para determinar el efecto de mineralogía en la durabilidad de la piedra. Datos físicos, químicos y petrográficos estaban disponibles para estas dos ubicaciones de la muestra. Agregado de Fouché montaña nefelina sienita de Arkansas también fue sometido a pruebas físicas y químicas. Aunque no era un granito, la roca poseía




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características favorables que permitían su uso como agregados de pavimento de asfalto. Datos físicos se pusieron a disposición a través de la Comisión geológica de Arkansas, y se obtuvieron también las referencias a los resultados de pruebas de laboratorio adicionales, junto con datos petrográficos. Finalmente en las últimas etapas del presente estudio, datos físicos y químicos obtenidos del Luck Stone Inc, de Virginia, uno de los más grandes productores de agregados de los Estados Unidos.

Datosfísicos Los datos físicos disponibles, fueron colocados en una hoja de cálculo, los resultados de pruebas de laboratorio de todas las fuentes en un documento de trabajo, en donde se pudieran hacer comparaciones. Los datos incluyen el desgaste de Los Ángeles, absorción de agua, gravedad específica y notas acerca de la ubicación de la roca o el origen de los datos. El conjunto de datos incluye muestras de las unidades estratigráficas de seguimiento: el granito de Graniteville Precámbrico y el Precámbrico Butler Hill granito de Missouri sureste; el granito de Troya Precámbrico y el granito Tishomingo Precámbrico de Oklahoma; el Precámbrico granito profesional de Georgia ; el Precámbrico Barre Granite de Vermont; pulaskite, una sienita nefelina post-Pennsylvanian de Arkansas; el piloto Feldespato de Missouri, un pobre de cuarzo Precámbrico gruesa - grano feldespatico; el Precámbrico Breadtray Granite de Missouri suroriental; tonalita desde el Robertson río formación del Condado de Greene, Virginia; el granito de Petersburgo Pensilvaniense de Boscobel, Virginia; y Triásico intrusiva roca granítica (monzonite de cuarzo) de Burkeville, Virginia. tados adicionales de prueba de solidez de sulfato de magnesio, pruebas de solidez de sulfato de sodio y prueba de desgaste por micro-Deval también estaban disponibles, pero los conjuntos de datos fueron insuficientes para justificar la comparación o correlación. Los datos físicos para el desgaste de Los Ángeles, absorción de agua y gravedad específica de todas las muestras. Datosquímicos Los datos químicos también fueron colocados en forma de una hoja de cálculo. Ciertos análisis elementales no estuvieron presentes para todos los conjuntos de datos, pero todos los análisis incluyen suficientes datos para calcular el CIPW.(Cross y otros, 1902). Los óxidos analizados fueron CaO, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O y K2O. Aunque algunos análisis no son MnO o TiO2, esta ausencia no se consideró importante debido a la forma corta del CIPW Clasificación que agrega manganeso y hierro en el esquema de cálculo, y el contenido de Ti fue menos que el 1,5 por ciento peso en todas las muestras reportadas. Correlacionesdelosresultadosdelosanálisisquímicosconlaspruebasfísicas. Dossey y otros (1990) describen un procedimiento que correlaciona los datos físicos sobre hormigón, formulado para un tipo particular de áridos con los grupos de óxidos que más comúnmente se conocen en esos tipos de agregados. Se ejecutó un análisis de correlación para determinar qué óxidos fueron independientes y como se correlacionan entre sí para determinar asociaciones químicas, sugiriendo que los óxidos coexistan naturalmente como minerales. Sus grupos fueron los siguientes: 1, SiO2; 2, CaO y CO2; 3, MgO; 4, Fe2O3 y MnO; y 5, Al2O3, K2O, Na2O y TiO2. Se determinó que estos grupos artificiales, aunque lograban el resultado deseado, no reflejaban verdaderamente la mineralogía de las rocas probadas. Por ejemplo, aunque la cal (CaO) y el dióxido de carbono (CO2) aparecen en grupo 2, lógicamente ocurre cuando están juntos en la calcita (CaCO3), el constituyente primario de la piedra caliza que se probó, estos dos óxidos aparecen fuera del grupo de los agregados probados agrupándolos en otros tipos de agregado con otros minerales. En los granitos, el constituyente de la Cal




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probablemente sería un componente de plagioclasas, porque la calcita es rara en la mayoría de los granitos, excepto como un mineral secundario depositado en superficies de fractura. Varias otras posibles discrepancias de rocas ígneas ocurren también en el estudio, tales como el fracaso para asociar la alúmina (Al2O3) y sílice (SiO2), que ocurren comúnmente en rocas ígneas, porque estos óxidos están presentes en feldespatos. Dossey y otros (1992) habían probado sólo una muestra de granito, que indica un sesgo hacia calizas y Dolomitas en su estudio y no suficientemente granitos y composición granítica, digamos otras rocas ígneas. Para caracterizar la posible composición mineralógicos de granito y el agregado utilizado en el presente estudio, un método útil para determinar químicos magmáticos, la normativa innumerables químico catiónico de Cross, Iddings, Pirsson y Washington (Cross y otros, 1902) conocido como CIPW, fue elegido. Este método suele utilizarse para determinar el grado de saturación de sílice en rocas ígneas, sobre los minerales conocidos que se producen las cantidades de unidades organizativas vari de óxidos en rocas ígneas. En este método, los óxidos son teóricamente recombinados para formar artificialmente minerales, o minerales normativos, que representan los minerales reales en una roca ígnea. Los minerales normativos, pueden o no correlacionar a la mineralogía real de una muestra. El procedimiento aplicado por Henderson para lograr equilibrio de sílice en el método de productos químicos normativos fue utilizado (Henderson, 1982). Minerales normativos calculados a partir de los análisis químicos completados. Los datos pueden ser colocados en un formato adecuado para comparación entre muestras individuales para identificar similitudes y discrepancias. También podrán organizarse grupos de muestras de unidades litológicas conocidas para determinar rangos de características y las conclusiones extraídas de las modalidades agrupadas. Por ejemplo, cuatro muestras diferentes de Graniteville granito. La ausencia de Plagioclasa indica una roca ígnea rica en sílice.

Discusiónderesultadosylimitacionesdelmétodo El objeto del presente estudio fue documentar las correlaciones de los resultados de los análisis químicos con los de las pruebas físicas y para comprobar que la mineralogía es un control sobre la calidad del agregado. Se observó una correlación posible en los granitos de Missouri que permitan ver que un aumento de plagioclasa está asociado con una disminución correspondiente en el desgaste de Los Ángeles como se determinare en pruebas de abrasión. Esta correlación, que inicialmente fue reconocida en sólo seis muestras de Missouri, podría considerarse sólo provisional. Se recopilaron datos adicionales de productores y otras fuentes, por el cual se puede predecir el desgaste de Los Ángeles desde el contenido total de plagioclasas utilizando la ecuación de regresión. Ley = −1.02 × pl + 56. (1) Es probable que esta ecuación sea válida para granitos Precámbricos de la región continental, especialmente Oklahoma y Missouri, Considerando que las ecuaciones que podrían formularse para otras regiones de los Estados Unidos son desconocidas. Esta relación muestra por la mayor dispersión de puntos sobre el extremo inferior de la curva de regresión, posiblemente invalidando el uso del análisis de regresión (Rock, 1988) y sugiriendo que la ecuación 1 es válida cuando el conjunto de datos pasa a ser pequeño. Algunas posibles correcciones a esta ecuación pueden hacerse, como se explica a continuación. La correlación de las propiedades físicas a CIPW es inexacta, pero sugiere una correlación entre la plagioclasa total y el desgaste de Los Ángeles. Se sospecha también firmemente que componentes metálicos de plagioclasa y Ortoclasa pueden afectar a la roca en su durabilidad. Tales metales incluso pueden fortalecer la roca. Se desconoce si los minerales más abundantes de accesorios en granitos y otras rocas ígneas afectan estas correlaciones. Algunos de los minerales más comunes de




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rocas ígneas no están representados en la forma corta del método CIPW utilizado aquí, incluyendo la augita, moscovita y biotita, todos ellos comunes en granito.

ConclusionesDel estudio realizado en Missouri en 13 canteras diferentes de rocas graníticas, se ha podido establecer que las pruebas físicas y las pruebas químicas realizadas a las rocas, tienen una correspondencia que puede ser aprovechada para establecer correlaciones que nos permitan conocer las propiedades físicas de un material a partir de caracterizaciones químicas. Sin embargo se presentan algunas condiciones privilegiadas para pruebas químicas sobre las pruebas físicas que no guardan relación con las circunstancias que se viven actualmente nuestro medio. Respecto de la precisión las exigencias son las mismas tanto par unas como par las otras ya que los métodos de validación de ensayos aplican de la misma manera según se contempla en la Norma internacional ISO/IEC 17025 de 2.005 que es mediante la cual se acreditan ensayos de laboratorio y que demuestra la competencia de un laboratorio para realizar un ensayo garantizando un alto grado de precisión en los resultados o lo que se puede denominar confiabilidad en los resultados. Para el caso que nos ocupa la determinación del contenido total de Plagioclasa, determina la resistencia al desgaste en la máquina de los Ángeles de un agregado tal como se demostró en la explicaciones que se tradujeron e incorporaron en el presente trabajo, sin embargo considero que el ensayo de desgaste por abrasión por ser un método directo, se obtiene el resultado mucho más rápido que el cálculo del método de clasificación CIPW y por tanto mucho más económico. Sin embargo la utilidad planteada para estas correlaciones en la producción de concreto hidráulico al predecir la resistencia a la compresión a los 28 días sin haber iniciado el proceso de producción es de mucha importancia.

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