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Corporacin de Desarrollo Tecnolgico
Corporacin de Desarrollo Tecnolgico
18 de junio de 2013
Seminario: Hormign de Alta Durabilidad
Guillermo Cavieres Jefe rea Ingeniera del Hormign, IDIEM
www.cdt.cl
Factores Clave de la Durabilidad del Hormign
59 pginas
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Factores Claves en la Durabilidad del Hormign
Guillermo Cavieres Pizarro
Ingeniero Civil U.Ch. Jefe Tcnico Divisin Hormigones Ingeniera
de IDIEM [email protected]
Centro de Investigacin, Desarrollo e Innovacin en Estructuras y
Materiales - IDIEM
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Temario
Introduccin
Factores que afectan la durabilidad
Recomendaciones
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Hormign
Mezcla artificial constituida por un aglomerante, agua,
ridos y aditivos, que bajo condiciones adecuadas
fragua y endurece para dar forma a diversos elementos.
La principal propiedad del hormign se define
normalmente por su resistencia mecnica.
INTRODUCCIN
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Sin embargo, los aspectos de durabilidad, que son de mayor
relevancia y a mayor plazo, muchas veces se olvidan o se
obvian.
La impermeabilidad es la propiedad que mejor puede asociarse a
la durabilidad.
La resistencia a la compresin no es una medida de la durabilidad
del hormign, si bien a mayor resistencia la durabilidad
aumentara.
La impermeabilidad del hormign se puede estimar a travs de
ensayos, como el del caso de la penetracin de agua.
INTRODUCCIN
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Una estructura de hormign poco durable sufrir daos antes de lo
previsto, y los problemas pueden estar asociados a muchos factores,
entre ellos:
- Inadecuado diseo de la mezcla - Materiales no apropiados -
Condiciones ambientes y de exposicin - Errores en la fabricacin del
hormign - Defectos constructivos - Cambios de uso durante su vida
til. - Poco o nulo mantenimiento
INTRODUCCIN
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FACTORES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD
FACTORES INTERNOS 1. Cambios volumtricos debido a efectos
qumicos:
- Cal libre en el cemento
- Magnesio libre en el cemento
- Sulfatos en los componentes del hormign
- Reaccin lcali-agregado
2. Cambios volumtricos debido a efectos fsicos:
- Retraccin por secado
- Hinchamiento
3. Cambios volumtricos debido a efectos trmicos:
- Calor de Hidratacin
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FACTORES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD
FACTORES EXTERNOS 1. Actan sobre toda la estructura: - Cargas
estticas o dinmicas
- Fuego
- Terremotos
- Temperaturas y vientos extremos
2. Actan sobre la superficie:
- Desgaste mecnico, abrasin, erosin
3. Actan principalmente sobre el recubrimiento del hormign:
- Carbonatacin
- Sales descongelantes, deshielo
- Ataque de sulfatos y de cloruros
- Ciclos hielo/deshielo
- Lquidos o gases agresivos
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FACTORES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD
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ATAQUE POR SULFATOS
Ataque interno por materiales componentes con exceso de
contenidos de sulfatos. (agua, ridos,
cemento, otros)
Ataque externo por el medio que rodea a los elementos de
hormign. (suelos, aguas, otros)
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ATAQUE INTERNO POR SULFATOS
Expansin por la reaccin de sulfatos internos con los productos
de hidratacin del cemento,
especialmente con el hidrxido de calcio,
genera desintegracin del hormign. Este
efecto es disminuido por los cementos con
adiciones.
Sin embargo, los sulfatos provenientes del yeso que se adiciona
al cemento como regulador
de fraguado, se consume durante las primeras
horas de la hidratacin sin producir expansin.
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ATAQUE QUMICO POR SULFATOS EXTERNOS
Principalmente proviene de agua y suelos con altos contenidos de
sulfatos solubles.
Las sales de sulfato de sodio (Na) y de magnesio son las ms
agresivas para la
pasta de cemento que los sulfatos de de
calcio (yeso).
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SELECCIN DE CEMENTOS EN PRESENCIA DE SULFATOS
ASTM C 150. MEDIANTE COMPOSICIN QUMICA QUE LIMITA EL C3A.
MODERADA RESISTENCIA A SULFATOS 8% Y ALTA RESISTENCIA A LOS
SULFATOS 5%.
ASTM C595. LIMITA LA EXPANSIN A N AO A 0,10% (ASTM C1012)
ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO: 1. ASTM C1012: Standard test method for
length change
of hydraulic cement mortars exposed to a sulfate solution.
2. ASTM C 452: Standard method for potential expansion of
Portland cement mortars exposed to sulfate.
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NORMAS EN CHILE
NO EXISTE NORMA PARA CARACTERIZAR LA RESISTENCIA A LOS SULFATOS
DE LOS CEMENTOS NACIONALES.
NORMA NCH 163: REQUISITO DE CONTENIDO DE SULFATOS ADMISIBLE EN
EL HORMIGN
Valor Lmite, mximo, aportado por agua, ridos y aditivos.,
excluye el cemento.
-Sulfatos solubles en agua, kg/m3 de hormign 0,60
-Sulfuros oxidables, kg/m3 de hormign 1,80
SELECCIN DE CEMENTOS EN PRESENCIA DE SULFATOS
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Anexo G de la norma NCh 170, entrega recomendaciones para
estructuras de hormign segn la agresividad del ambiente.
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CONTROL DEL ATAQUE QUMICO POR SULFATOS
CONTROL DEL CONTENIDO DE SULFATO DE LOS MATERIALES. CONTROL DE
LA PERMEABILIDAD (COLOCACIN, COMPACTACIN, CURADO Y BAJA RELACIN
AGUA CEMENTO. BAJO CONTENIDO DE C3A DEL CEMENTO DISMINUIR LA
PRESENCIA DE Ca(OH) 2 QUE PARTICIPA EN LA FORMACIN DE YESO-. ADICIN
DE SLICE (PUZOLANA O ESCORIA). USAR UNA BARRERA DE PROTECCIN PARA
MEJORAR LA IMPERMEABILIDAD DE HORMIGN O ADITIVOS QUE REDUZCAN LA
PERMEABILIDAD
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ATAQUE INTERNO POR SULFATO (DEF)
HORMIGN CON SULFATOS NORMALES QUE PROVIENEN DEL CEMENTO.
HORMIGN CURADO CON CALOR (>70C)
FORMACIN DE ETRINGITA RETARDADA ALREDEDOR DE LOS RIDOS GRUESOS
PRODUCIENDO EXPANSIN. PERO TAMBIN SE OBSERVA
ETRINGITA EN HUECOS Y GRIETAS DE LA MATRIZ DE CEMENTO
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MECANISMO DEF
ETRINGITA NO PRECIPITA O PRECIPITA PARCIALMENTE EN LA PASTA
CUANDO TEMPERATURA DE CURADO SUPERA LOS 70C, Y EL
MONOSULFOALUMUMINATO DE Ca FORMADO ES ADSORBIDO POR LOS SILICATOS
HIDRATADO. (C-S-H)
AL ENFRIARSE EL HORMIGN A TEMPERATURA AMBIENTE, EL MONOSULFATO
SE TRANSFORMA EN ETRINGITA CRISTALINA, LA CUAL AL SER EXPUESTA A LA
HUMEDAD PRODUCE EXPANSIN Y MICROFISURAS EN LA MATRIZ DE LA PASTA E
INTERFAZ PASTA- RIDO.
AL PASAR EL TIEMPO Y EN PRESENCIA DE HUMEDAD, RECRISTALIZA LA
ETRINGITA A PARTIR DE LOS CRISTALES SUBMICROSCPICOS DISPERSOS EN LA
PASTA.
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INDICE DEF ( mayor que 1,1 => expansin)
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DEF EN HORMIGONES MASIVOS Y EN ELEMENTOS
SOMETIDOS A CURADO AL VAPOR
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DEF EXPERIENCIA IDIEM
C1. cemento Portland (AR)
C2. Portland Puzolnico (AR)
C3: Puzolnico (Cte)
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DEF MEDIDAS DE CONTROL
Optimizar la mezcla
Cemento de bajo calor de hidratacin
Cemento con adiciones
Baja dosis de cemento
Disminucin de la temperatura del hormign.
Aislacin trmica
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ATAQUE QUMICO POR CLORUROS
Hormign
Cl-
La accin de los cloruros es sobre la armadura del hormign . Muy
rpida y acta localmente acelerando el proceso de la corrosin (Fe,
O2, H2O, Cl-)
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DESPASIVACIN DEL ACERO EN EL HORMIGN
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PROBLEMAS DE CORROSIN
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DAOS POR CORROSIN
PRDIDA DE ADHERENCIA ENTRE HORMIGN Y EL ACERO POR LA FORMACIN DE
XIDOS
REDUCCIN DE LA SECCIN TRANSVERSAL DE LA BARRA DE ACERO
REDUCIENDO LA CAPACIDAD
ESTRUCTURAL.
FORMACIN DE GRIETAS O AUMENTO DE VOLUMEN POR FORMACIN DE XIDOS
QUE TIENEN 2 A 4
VECES EL VOLUMEN DE ACERO ORIGINAL.
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PROTECCIN FRENTE ATAQUE QUIMICO DE CLORUROS
EVITAR LA PENETRACIN DE ION CLORUROS.
CONTROL DEL CONTENIDOS DE CLORUROS DE LOS MATERIALES.
MANTENER ALTO EL pH (ALCALINO) DEL HORMIGN
AUMENTAR LA IMPERMEABILIDAD DEL HORMIGN
USO DE PROTECCIONES SUPERFICIALES
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LMITES DE CONTENIDO DE CLORUROS
CDIGOS Y NORMAS
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NORMA CHILENA
LA NORMA NCh 163 ESTABLECE REQUISITOS DE CONTENIDO DE CLORUROS
EN EL HORMIGN, CONSIDERA APORTE DE
AGUA, RIDOS, CEMENTO Y ADITIVOS.
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CONTROL DEL ATAQUE QUMICO POR CLORUROS
CONTROL DEL CONTENIDO DE CLORUROS DE LOS MATERIALES
ESPESOR DE RECUBRIMIENTO ADECUADO E IMPERMEABLE
CONTROL DE LA PERMEABILIDAD (COLOCACIN, COMPACTACIN, CURADO Y
BAJA RELACIN AGUA CEMENTO.
USAR UNA BARRERA DE PROTECCIN PARA MEJORAR LA IMPERMEABILIDAD DE
HORMIGN O ADITIVOS QUE REDUZCAN LA PERMEABILIDAD
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DEFINICIN
La reaccin lcali-slice involucra reacciones
qumicas entre los agregados reactivos y los
lcalis (Na, K) contenidos en el cmento , que
producen un aumento de volumen e induce
a la rotura prematura y /o a la prdida de la
prestacin de servicio de las estructuras
REACCION ALCALI-SLICE
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CAUSAS Y CONDICIONES DE REACCIN
FORMA DE SLICE O SILICATOS PRESENTE RIDOS REACTIVOS
SUFICIENTE LCALI, SODIO Y/O POTASIO DEL CEMENTO O CONTENIDO EN
EL HORMIGN
LA MAYOR FUENTE DE LCALI LA APORTA EL CEMENTO.
OTRAS FUENTES SON:
- LOS SALES DE DESHIELO.
-CENIZAS VOLANTES RICAS EN LCALIS
-RIDOS
AMBIENTALES : HUMEDAD SUFICIENTE >80% EN LA ESTRUCTURA DE
POROS DEL HORMIGN. EL GEL ES HIGROSCPICO, ES DECIR, ABSORBE AGUA Y
EXPANDE SU VOLUMEN
TEMPERATURA: LA REACCIN ES ACELERADA.
SI FALTA ALGUNA CONDICIN, LA REACCIN NO ESTA PRESENTE
EN CHILE, LOS RIDOS USADOS EN CONTRUCCIN TIENEN ALTO CONTENIDO
DE SLICE, SIN EMBARGO, NO TODOS SON REACTIVOS.
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MECANISMO DE REACCIN LCALI SILICE
GENERACIN DE ALTA CONCENTRACIN DE LCALI EN LA SOLUCIN DE POROS
DEL HORMIGN Y MIGRACIN DE LOS LCALIS A TRAVS DE LA SOLUCIN DE POROS
A LOS
SITIOS REACTIVOS DE RIDO
REACCIN ENTRE HIDRXIDO DE METALES ALCANILOS Y COMPONENTES
REACTIVOS SILCEOS DE LAS PARTCULAS DE RIDO, Y LA FORMACIN DEL
PRODUCTO DE REACCIN,
UN GEL ( UN MATERIAL VISCOSO COMPUESTO ESENCIALMENTE POR SLICE,
LCALI (DE SODIO O POTASIO), CALCIO Y EL AGUA)
ABSORCIN DE AGUA POR ESTE GEL CREA FUERZAS EXPANSIVAS ALREDEDOR
DE LA PASTA DE CEMENTO
GEL + HUMEDAD EXPANSIN
LA TENSIN GENERA FUERZAS EXPANSIVAS QUE EXCEDEN LA RESISTENCIA A
LA TRACCIN DE LA PASTA DE CEMENTO, LO QUE PROVOCA LAS GRIETAS.
EL MOVIMIENTO DEL GEL A TRAVS DE LAS GRIETAS ES MEJORADA POR LA
ABSORCIN DEL CALCIO Y SE FORMA UN GEL RICO EN CALCIO QUE LLENA LAS
GRIETAS Y EJERCE MAYOR
PRESIN EXPANSIVA, CAUSANDO MS DAO.
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MECANISMO DE REACCIN
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GRIETAS TIPO MAPA MATRIZ DE GRIETAS FINAS, CON DISTRIBUCIN
AL
AZAR, EN LOSAS PAVIMENTOS SIN REFUERZO.
DENSIDAD DE GRIETAS VARIABLE
DAOS EN EL HORMIGN POR RAA
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EXUDACIN DE GEL POR GRIETAS
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GRIETAS TIPO MAPA EN DURMIENTES
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ENSAYOS EN RIDOS PARA IDENTIFICAR REACTIVIDAD POTENCIAL
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ASTM C289
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ASTM C1260
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ASTM C1293
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ASTM C295
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DETECCIN DE GEL POR MICROSCOPIA DE FLUORESCENCIA
TESTIGO DE LOSA DE UN AEROPUERTO
MISMO TESTIGO CON SOLUCIN DE ACETARO DE URANILO. GEL EN FISURA Y
ALREDEDOR DEL RIDO
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EFECTO DEL RIDO
CURVA DE EXPANSIN DE
AGREGADOS
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EFECTO DE LA TEMPERATURA MAYOR EXPANSION
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LIMITAR LA HUMEDAD SELECCIONAR RIDOS NO REACTIVOS MINIMIZAR LOS
LCALIS DEL CEMENTO U HORMIGN (NORMA
AMERICANAS A 0,60% DE EQUIVALENTE DE SODIO (Naeq.=%Na2O+O,658*
K20) DEL PESO DE CEMENTO) . CRITERIO EUROPEO: 3Kg Naeq./m3 DE
HORMIGN.
USO DE ADICIONES USO DE ADITIVOS
ESTAS DOS LTIMAS ADICIONES ACTUAN:
- REDUCIENDO EL CONTENIDO DE LCALIS - REDUCIENDO EL pH DE LA
SOLUCIN EN LOS POROS DEL
HORMIGN
- CONSUMIR EL Ca(OH)2 PARA DISMINUIR LA EXPANSIN DEL GEL -
REDUCEN LA PERMEABILIDAD DEL HORMIGN
MEDIDAS DE CONTROL DE LA REACCION ALCALI ARIDO
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Es aquel hormign que una vez endurecido, cuando es sometido
a
ataques de tipo fsico, qumico o medio ambientales es capaz
de
mantener sus propiedades durante su vida til,.
Para ello se requiere:
Hacer un diseo de mezcla cuidadosamente estudiado Considerar las
condiciones de exposicin Usar componentes de buena calidad Tener un
proceso productivo debidamente controlado Hacer una correcta
colocacin, compactacin y curado en obra. Someterlo a un plan de
mantenimiento.
HORMIGN DE ALTA DURABILIDAD
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Aspectos a cuidar para obtener alta
DURABILIDAD del hormign
Diseo de la Mezcla y
Condiciones de Exposicin
Colocacin Compactacin
Curado Recubrimiento
Fabricacin y Control de
Calidad en Obra
Calidad de Materiales
componentes
DURABILIDAD DEL
HORMIGON
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Condiciones de Exposicin del Hormign
La condicin de uso a la que estar expuesto el hormign determina
el diseo de la mezcla, los componentes (tipo cemento, tipos de
aditivos, ridos), incluso la forma de colocacin y las posibles
protecciones.
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Cemento
Tipo y grado de cemento. Los cementos con adiciones presentan
mejor comportamiento a ataques internos y externos al hormign.
Se debe evaluar el comportamiento conjunto del cemento con los
ridos ante reacciones como ataques de sulfatos, DEF, cloruros y
lcali agregado.
Se debe evaluar la compatibilidad de los aditivos con los
cementos.
Relacin A/C mxima. No es suficiente por s misma. Debe estar
relacionada con resistencia e impermeabilidad (penetracin de
agua).
Respetar dosis mnimas: 240 kg.cem/m3 (estructuras no
expuestas).
270 kg.cem/m3 (estructuras expuestas)
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ridos Son fundamentales en lograr un hormign durable.
Calidad depende de su origen y proceso de produccin.
Caractersticas de forma, dureza, tamao, densidad, porosidad,
limpieza, impurezas y granulometra pueden generar diferencias
sustanciales en los hormigones obtenidos.
Tienen directa influencia en la resistencia, durabilidad y en la
trabajabilidad de los hormigones diseados.
Se deben investigar detenidamente sus aspectos de durabilidad
antes de su uso (reacciones expansivas)
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Diseo de Mezclas y Materiales
Reaccin lcali agregado Ataque por cloruros y sulfatos en los
ridos
ridos
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Aditivos.
Cada aditivo tiene propiedades especficas y stas pueden actuar
en el hormign en forma diferente segn el tipo de cemento a
usar.
El uso de aditivos en general mejora la calidad de la
mezcla.
Elegir bien los aditivos a usar es fundamental para lograr las
propiedades deseadas.
No da lo mismo cualquiera. El efecto reductor de agua, la accin
dispersante y la compatibilidad qumica con el cemento puede
producir resultados muy distintos.
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Mantener la homogeneidad del hormign
en todos sus procesos (evitar segregacin)
Dosificacin (receta)
Fabricacin
Transporte
Colocacin
Compactacin
El hormign finalmente
colocado en el elemento
debe mantener las
caractersticas de la
dosificacin (receta)
Fabricacin, Colocacin y Compactacin
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Fabricacin, Colocacin y Compactacin
Errores de diseo, fabricacin, colocacin y compactacin
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Consulting for
renovations the project solution
Influencing the choice of
roducts
Influencing
material
Construction idea
Planning Tendering Construction
execution Utilization
Consulting for
renovations
Influencing Influencing
Hormigones No bombeables Planning
Hormigones Bombeables Tendering
Hormigones Fluidos
Hormigones altamente fluidos
Utilization Hormigones autocompactantes
Trabajabilidad
Durabilidad
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La actual tecnologa de los hormigones altamente fluidos y
autocompactantes lograda con la aparicin de nuevos aditivos
de ltima generacin (hiperplastificantes, viscosantes,
retenedores de cono ) ha mejorado la colocacin y
terminacin en obra.
Ventajas
Disminucin o eliminacin de la segregacin
Mayor cohesin
Mejor bombeabilidad
Mayor impermeabilidad
Menor retraccin
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Muchas gracias
por su atencin
