DISEÑO BASE GRANULAR ESTABILIZADA CON EMULSION ASFÁLTICA

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NIT: 900279474-0 DISEO BASE GRANULAR ESTABILIZADA CON EMULSION ASFLTICA Y CEMENTO

SHELL COLOMBIA SA

MV-INF-2011-266

PROYECTO: VIA DE ACCESO PACHO CUNDINAMARCA

MACROVIAS SAS.

BOGOT, AGOSTO DE 2011 VERSION 0

Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla Bogot Telfonos: 412 67 64, 320-3032927, 313-2849658, 301-4310865 Correo electrnico: [email protected]

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Tabla de contenidoINTRODUCCIN ..................................................................................................... 3 1 22.1 2.1.1 2.1.2

EQUIPO GENERAL ..................................................................................... 4 MUESTRAS PARA EL DISEO DEL PROYECTO ............................... 4Caractersticas de los materiales ................................................................................ 4 Emulsin Asfltica SPRAMUL CRL-1 ............................................................................ 4 Agregados ................................................................................................................... 5

3 DESARROLLO DEL DISEO DE MATERIAL RECICLADO ESTABILIZADO ....................................................................................................... 53.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.5 Procedimiento del ensayo .......................................................................................... 5 Dosificacin de los Materiales .................................................................................... 5 Contenido Terico de Emulsin .................................................................................. 7 Mtodo Duriez ........................................................................................................... 7 Mtodo Instituto del Asfalto ...................................................................................... 8 Porcentaje de Emulsin Shell CRL-1 por aadir .......................................................... 8 Determinacin de la cantidad de agua ptima de envuelta ...................................... 9

4 5

RESULTADOS OBTENIDOS .................................................................... 11 ANLISIS DE RESULTADOS. ................................................................. 12

5.1 CALCULO DE LA CANTIDAD DE EMULSIN POR METRO CUBICO DE MATERIAL RECICLADO ................................................................................................................................. 14

6 REGISTRO FOTOGRFICO Y EQUIPOS UTILIZADOS EN LOS ENSAYOS. ................................................................................................................ 156.1 ENSAYO DE MASA UNITARIA MXIMA Y HUMEDAD OPTIMA (PROCTOR MODIFICADO NORMA INV.- E-142-07. ............................................................................................................. 15 6.2 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIN SIMPLE DE MEZCLAS BITUMINOSAS NORMA INV-E-747-07. .............................................................................................................. 15 6.3 GRAVEDAD ESPECFICA BULK Y DENSIDAD DE MEZCLAS ASFLTICAS COMPACTADAS NO ABSORBENTES EN ESPECMENES SATURADOS Y SUPERFICIE SECA. NORMA INV-E-733-0716 6.4 INMERSIN DE ESPECMENES INV-E-738 ................................................................ 16

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CONCLUSIONES ........................................................................................ 178 ............................................................................................RECOMENDACIONES ................................................................................................................................. 17

LISTADO DE TABLAS Y FIGURAS Tabla: 1 Caractersticas de la Emulsin ................................................................................. 4 Tabla : 2 Dosificacin Material Reciclado ............................................................................. 5 Tabla : 3 Anlisis del material existente ................................................................................. 6 Tabla: 4 Clculo de Superficie Especfica .............................................................................. 8 Tabla : 5 Cuantas por metro cbico de material compacto ................................................. 14 Tabla: 6 Cuantas por metro cbico de material suelto ........................................................ 14 Figura: 1 Representacin Grafica de la Gradacin ................................................................. 6 Figura: 2 Calculo Humedad de Preenvuelta ........................................................................... 9 Figura: 3 Resumen de Resultados ........................................................................................ 12 `

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DISEO DE BASE ESTABILIZADA EMULSIN ASFLTICA Y CEMENTO PORTLAND A PARTIR DE MATERIALES RECICLADOS

INTRODUCCIN El presente diseo de material granular estabilizado con emulsin asfltica y cemento portland se realiz para la compaa SHELL DE COLOMBIA SA .y se utilizar en el proyecto Zipaquira Pacho por solicitud de la compaa UT VIAS DE CUNDINAMARCA. El material estabilizado con emulsin y cemento est constituida por el 100 % entre material granular existente y material de fresado existente en la va de acceso en Pacho Cundinamarca, el cual es clasificado a 11/2. Para el diseo se sigui la metodologa propuesta en el Manual de utilizacin de emulsiones Asflticas en carreteras, y las especificaciones que para tal fin tiene el I.N.V. en el artculo 461-07 de las normas de construccin vigentes. El efecto del agua sobre la resistencia a la compresin de las mezclas asflticas compactadas (ensayo de inmersin-compresin), mide la prdida de resistencia a la compresin que se produce por accin del agua sobre las mezclas asflticas compactadas preparadas con cementos asflticos. Este material proveniente de apiques efectuados en va, se mezclara con emulsin asfltica Tipo CRL -1 y cemento portland. Se le determinar la densidad bulk, humedad absorbida, vacos totales, resistencia seca y resistencia conservada. Para la determinacin del porcentaje de emulsin y cemento para la dosificacin en obra, se realizarn briquetas en laboratorio, siguiendo el procedimiento de ensayo INV-E-748 anexo A (Efecto del agua sobre la cohesin de mezclas asflticas elaboradas en frio con emulsin asfltica). Mediante este procedimiento se obtiene un contenido ideal de emulsin, el cual mejorar las caractersticas del material existente que se utilizar en la obra, (en este caso, material de reciclado de las capas existentes en va). Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla Bogot Telfonos: 412 67 64, 320-3032927, 313-2849658, 301-4310865 Correo electrnico: [email protected] 3

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EQUIPO GENERAL

Moldes tipo Inmersin compresin de 101.6mm, (4) de alto por 101.6mm, (4) de dimetro, pistn de compactacin, bandejas, horno, bao mara, termmetro, balanza digital, prensa hidrulica de carga uniaxial, segn norma INV. -747.

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MUESTRAS PARA EL DISEO DEL PROYECTO

Para la realizacin del diseo en laboratorio se recibieron muestras de material proveniente de los diferentes apiques realizados a lo largo del tramo a intervenir y entregado en las instalaciones de MACROVIAS SAS, el cual se mezclar en las proporciones determinadas con emulsin asfltica de rompimiento lento tipo SPRAMUL CRL-1y cemento portland, suministrado por el cliente. 2.1 2.1.1 Caractersticas de los materiales Emulsin Asfltica SPRAMUL CRL-1

Dentro del diseo de la base estabilizada se utiliz Emulsin Asfltica Shell CRL-1, con un contenido de asfalto residual del 60% y tiempos de curado medidos en laboratorio de 72 horas, presentando buena adherencia y altos valores de resistencia mecnica. Las caractersticas de esta Emulsin son: Emulsion Shell CRL-1ANLISIS % DE AGUA EN VOLUMEN % DE ASFALTO RESIDUAL VISCOSIDAD S.S.F(25 C) RETENIDO TAMIZ No. 20 SEDIMENTACIN A 5 DAS CARGA DE LA PARTCULA pH Ensayos sobre el residuo ANLISIS PENETRACIN DUCTILIDAD PTO. DE ABLANDAMIENTO RESULTADO 39.85 % 59.15% 19.20 sg. CUMPLE 1.67% (+) 2.41 RESULTADO 103 mm/10 >105 cm. 52 C

INV. Art. 400-07ESPECIFICACIN 43.0 %Max. 57.0 %Min. 200 Max. < 0.1 % 5.0 % Max. POSITIVA 6 Max. ESPECIFICACIN Min 100 Max. 250 40 Min. Min.42 mx. 54 MTODO ASTM D 244 ASTM D 244 ASTM D 244-D 88 ASTM D 244 ASTM D 244 ASTM D244 D.G.N C 276 MTODO ASTM D 5 ASTM D 113 ASTM D 36

Tabla: 1 Caractersticas de la Emulsin

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2.1.2

Agregados

Al Laboratorio de MACROVIAS SAS, fue remitida una muestra, de material reciclado seleccionado a 1 y tomado en la va de acceso del municipio de Pacho Cundinamarca, al cual se le realizaron los procedimientos normales de caracterizacin para materiales de carreteras. Presentando las siguientes caractersticas:

3

DESARROLLO DEL DISEO DE MATERIAL RECICLADO ESTABILIZADO

3.1

Procedimiento del ensayo

3.2

Dosificacin de los Materiales

Del material recibido, se toma una muestra para realizar ensayos de gradacin norma INV-E-123, lmites de consistencia norma INV-E-125 y INV-E-126, y porcentaje de humedad INV-E-122. Para el diseo del material existente estabilizado con Emulsin-Cemento se us el 100% del material reciclado en la va y seleccionado a 2 presentando las siguientes caractersticas:

Granulometra: 100 % Material Granular existente en la va Clasificado a 2

Tamiz 1 1/2 Tamao 37.5 %pasa 87.6 Norma 100

1 25 84.4 75-100

3/4 19 81.6 65 - 100

3/8 9.5 64.5 45-75

4 4.75 48.6 30-60

10 2 35.9 20-45

40 0.425 23.8 10-30

200 0.075 14.5 5-20

Tabla: 2 Dosificacin Material Reciclado

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Figura: 1 Representacin Grafica de la Gradacin

Humedad natural (%) Limite lquido (%) Limite plstico (%) ndice de plasticidad (%) ndice de grupo Clasificacin A.A.S.H.T.O Clasificacin U.S.C.S % de gravas. % de arenas % de finos Proctor modificado (gr/cm3) Humedad ptima (%) % de Asfalto residual Peso unitario suelto seco (gr/cm3) Peso Unitario Apisona (gr/cm3)Tabla: 3 Anlisis del material existente

3.3 NL NP NP 0 A-1-b GM 51.4 34.1 14.5 2,050 7.6 1.8 1.507 1.632

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3.3

Contenido Terico de Emulsin

Se determina a travs de las frmulas de Dr. Duriez y del Instituto del Asfalto. 3.3.1 Mtodo Duriez

Determina el porcentaje de emulsin con base en la superficie especfica del material. Determinacin de la superficie especfica del material con base en la granulometra:

Donde: FSE: Factor de superficie especifica. : Dimetro de tamiz superior en mm. : Dimetro de tamiz inferior en mm.

Donde: SE: Superficie especfica. K: Factor Riqueza (entre 3.0 a 3.5). Determinacin del porcentaje de asfalto residual segn formula del Dr. Duriez: E1 = [(K*(SE) 0.2]/L

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Tabla: 4 Clculo de Superficie Especfica

E1 =([(3*(23.59)0.2-1.8]/0.6) E1 = 6.4%

3.3.2

Mtodo Instituto del Asfalto

Para la determinacin de la cantidad necesaria de emulsin se emplea la siguiente expresin: E2= (0.035*A+0.045*B + k*C+F)) Dnde: A= retenido No. 10 B= pasa No 10 Pasa.No200 C= pasa 200 E2 = (0.035*(100-35.9)+0.045*(35.9-14.5)+(0.15*14.5)+1) E2 = 6.37%

3.4

Porcentaje de Emulsin Shell CRL-1 por aadir

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Expresada como porcentaje en relacin con el peso de los agregados. Et = (((E1+E2)/2)*100)/ 100- ((E1+E2)/2))) - % de Asfalto en el fresado Et = (((6.4+6.37)/2)*100)/(100-(6.4+6.37)/2))) Et = 6.82 %

3.5

Determinacin de la cantidad de agua ptima de envuelta Se determina la cantidad ptima de agua y densidad mxima del material granular existente segn norma INV-E-142 Proctor Modificado.

Figura: 2 Calculo Humedad de Preenvuelta

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Con el porcentaje ptimo terico de la emulsin se procede a realizar el ensayo de recubrimiento, el cual consiste en el clculo de la humedad de preenvuelta mediante la ecuacin utilizada para el clculo terico de los fluidos de compactacin CTF. % Proctor modificado = % nat+% preenvuelta+% emulsin % preenvuelta = % proctor modificado - % nat - % emulsin

Con el valor del porcentaje ptimo de emulsin terico se realiza una serie de seis (6) briquetas, variando 1% y 2% por abajo y por encima del % ptimo de emulsin terico. (Et) Se obtiene un peso de aproximadamente 1700 gramos de la mezcla de material existente, a los cuales se le adiciona un 4.6% de emulsin la cual debe estar a una temperatura menor a 50 grados Celsius, se le agreg el porcentaje de agua de acuerdo al ptimo de recubrimiento realizado anteriormente el cual fue de 2.46% para un total de agua en la mezcla de 7.6%. Luego se procede a mezclar el material con 3% de cemento y se adiciona la emulsin, se compactan las briquetas siguiendo el procedimiento y equipo necesario segn la norma INV-E-738 anexo A, numeral A.4.5, estas se dejan curar a temperatura ambiente en el molde durante 24 horas, esto se realiza hasta preparar 6 briquetas por cada porcentaje de emulsin. Lo anteriormente mencionado se realiz con los siguientes porcentajes de emulsin, 2.0%, 3.0%, 4.0%, 5.0%, y 6.0%. Despus se dividen en dos grupos de 3 briquetas por cada % de emulsin El periodo de curado consiste en dejar el primer grupo por 14 das al aire a 25 C con una humedad relativa del 50 %, el segundo grupo se dejan curar por 7 das al aire y luego se someten a inmersin por 7 das a una temperatura ambiente. Se completa el diseo de la mezcla, se realizan los siguientes ensayos y anlisis con los datos obtenidos de la muestras compactadas: Gravedad especifica Bulk, a los 7 das de curado, segn norma INV-E-735. Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla Bogot Telfonos: 412 67 64, 320-3032927, 313-2849658, 301-4310865 Correo electrnico: [email protected]

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Resistencia a la compresin de las muestras secas a 25.0C despus del periodo de curado, segn norma INV-E-738, anexo A numeral A.5.2. Resistencia a la compresin a 25.0 oC de las muestras despus de 7 das de inmersin, segn norma INV-E-738, anexo A numeral A.5.2. Anlisis de densidad y vacos y humedad de absorcin durante el ensayo de inmersin.

Luego de obtener los datos de laboratorio se procede a realizar las siguientes graficas: Densidad bulk vs contenido de asfalto residual. ndice de resistencia conservada vs porcentaje de asfalto residual. Resistencia a la compresin seca y hmeda vs contenido de asfalto residual. Porcentaje de humedad absorbida vs contenido de asfalto residual. Porcentaje de vacos totales vs contenido de asfalto residual. Despus de realizar los clculos y graficas se determina el porcentaje ptimo de asfalto residual, teniendo en cuenta la densidad bulk y el ndice de resistencia conservada.

4

RESULTADOS OBTENIDOS De acuerdo al diseo realizado en laboratorio se obtuvieron los siguientes resultados: 4.1 Superficie Especfica 23.59 m2/KgPORCENTAJE DE EMULSIN

% Emulsin = 4.6%

HUMEDAD DE PREENVUELTA

%Preenvuelta= 7.6% - 3.3% - (4.6 * 0.40) % Figura No 1.Curvas de diseo Inmersin-Compresin %Preenvuelta= 2.46% Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla Bogot Telfonos: 412 67 64, 320-3032927, 313-2849658, 301-4310865 Correo electrnico: [email protected] 11

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ANLISIS DE RESULTADOS. Resultados del diseo inmersin compresin.DENSIDAD GRUPO PROBETAS SECAS DENSIDAD GRUPO PROBETAS HUMEDAS Y SECAS138 137Densidad Bulk seca lb/pie3

34,00 32,00 30,00RESISITENCIA SECA Kg/cm2

136 135

28,0026,00 24,00 22,00

134133 132 131

20,0018,00 16,00 14,00 1,50%

130129 128 1,80%

2,50%

3,50%

4,50%

5,50%

6,50%

2,80%

3,80%

4,80%

5,80%

% EMULSION

% DE EMULSION

017 5,90% 015

5,70%Resistencia humeda Kg/cm2 Humedad Absorbida %

013 011 009 007 005 003 1,00%

5,50% 5,30% 5,10%

4,90%4,70% 4,50% 2,00%

#DIV/0!

2,50%

3,00%

3,50%

4,00%

4,50%

5,00%

5,50%

6,00%

2,00%

3,00%

4,00%

5,00%

6,00%

% DE EMULSION

% DE EMULSION

Indice de Resisitencia conservada

10,00 9,60 9,20 8,80 8,40 8,00 7,60 7,20 6,80 6,40 6,00 5,60 5,20 4,80 4,40 4,00 3,60 3,20 2,80 2,40 2,00 1,50%

56,054,0 52,0

Vacios Totales %

50,048,0 46,0

44,042,0 40,0 38,0 36,0 34,0 32,0 1,50% 2,00% 2,50% 3,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% 5,50% 6,00% 6,50%

2,50%

3,50%

4,50%

5,50%

6,50%

% DE EMULSION

% DE EMULSION

Figura: 3 Resumen de Resultados

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RESULTADOS DE DISEO. Parametros medidos en la mezcla. Densidad Bulk lbs/pie3 Esfuerzo en estado seco kg/cm2 Esfuerzo en estado humedo kg/cm2 Indice de resisitencia conservada, en % Tolerancia MIN (-0.5%) 2,251 20,0 15,0 75,0 Optimo de emulsin. 4,5% 2,255 20,0 16,5 82,5 Tolerancia Max (+0.5%) 2,254 20,0 17,0 85,0

Tabla No 1: Valores obtenidos con el % ptimo de emulsin

En los resultados de la tabla No 3, se observa que con el 4.6% de emulsin (+/ - 0,50%) se obtiene un ndice de resistencia conservada superior al 75% requerido en el artculo 461-07 del INVIAS.

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5.1

CALCULO DE LA CANTIDAD DE EMULSIN POR METRO CUBICO DE MATERIAL RECICLADO

CUANTIAS POR METRO CUBICO DE MATERIAL COMPACTO 4,60 Cantidad de emulsin en porcentaje Cantidad de cemento en porcentaje Humedad de Preenvuelta en porcentaje Masa unitaria compacta del material Cantidad de emulsion en Kg por m3 Cantidad de cemento en kg por m3 Cantidad de agua en litros por m3Tabla : 5 Cuantas por metro cbico de material compacto

3,00 2,461,632 75,1 49,0 40,1

CUANTIAS POR METRO CUBICO DE MATERIAL SUELTO 4,60 Cantidad de emulsin en porcentaje Cantidad de cemento en porcentaje Humedad de Preenvuelta en porcentaje Masa unitaria compacta del material Cantidad de emulsion en Kg por m3 Cantidad de cemento en kg por m3 Cantidad de agua en litros por m3Tabla: 6 Cuantas por metro cbico de material suelto

3,00 2,461,507 69,3 45,2 37,1

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6 6.1

REGISTRO FOTOGRFICO Y EQUIPOS UTILIZADOS EN LOS ENSAYOS. ENSAYO DE MASA UNITARIA MXIMA Y HUMEDAD OPTIMA (PROCTOR MODIFICADO NORMA INV.- E-142-07.

6.2

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIN SIMPLE DE MEZCLAS BITUMINOSAS NORMA INV-E-747-07.

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6.3

GRAVEDAD ESPECFICA BULK Y DENSIDAD DE MEZCLAS ASFLTICAS COMPACTADAS NO ABSORBENTES EN ESPECMENES SATURADOS Y SUPERFICIE SECA. NORMA INV-E-733-07

6.4

INMERSIN DE ESPECMENES INV-E-738

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CONCLUSIONES Porcentaje ptimo de emulsin SPRAMUL CRL-1 respecto al peso seco de los agregados: 4.6 % Humedad total de prehumectacin 2.46% referido al peso seco de los agregados. La cantidad de cemento por metro cbico suelto es: 45.2 kg/m3. La cantidad de emulsin por metro cbico suelto es: 69.3 l/m3. Resistencia seca (Rs) Resistencia Hmeda (Rh) 29 kg/cm2 15.5 kg/cm2 20 kg/cm2. 15kg/cm2. 75%.

Resistencia Conservada (Rc =15.5/20* 100)= 78.0%

La dosificacin de los materiales es 100 % material granular existente a 1. Esta dosificacin cumple con la norma I.N.V. (Instituto Nacional de Vas) artculo 461-07 determinada para este tipo de trabajos. El diseo descrito se realiz con Emulsin SPRAMUL CRL-1 y cemento Prtland tipo 1 que cumple las condiciones exigidas para estos trabajos. El proceso de estabilizacin consistir en la mezcla del material al cual se le adiciona la emulsin y el cemento, para as construir una capa de base estabilizada.

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RECOMENDACIONES

Se sugiere mantener control sobre la Granulometra, de la mezcla ya que sta proviene de materiales de heterognea composicin. Se recomienda asegurar el porcentaje ptimo de agua preenvuelta para una adecuada distribucin de la emulsin. Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla Bogot Telfonos: 412 67 64, 320-3032927, 313-2849658, 301-4310865 Correo electrnico: [email protected] 17

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Es aconsejable compactar la mezcla hasta el 98% de la densidad mxima de Laboratorio. Se sugiere imprimar la base estabilizada, con emulsin concentrada al 50% en rendimiento de 1 l/m2. Se recomienda un perodo de curado para la base estabilizada mayor a dos das; luego imprimar la superficie y proceder a colocar las capas Asflticas; esto con el fin de lograr evacuar el agua presente en el material y asegurar la mayor densificacin. Con los anteriores datos se comenzarn los trabajos en el campo y se harn los ajustes que se requieran. Al material reciclado en va, se le realizaron los ensayos de granulometra por lavado y tamizado, lmites de consistencia y proctor modificado, siguiendo los parmetros establecidos en las normas INV-E-123, INV-E-125/126 e INV-E.142 del Instituto Nacional de Vas INVIAS. El diseo deber ser controlado de acuerdo con lo solicitado en la especificacin del artculo 461 del Instituto Nacional de Vas. Se hace necesario aclarar que las grficas de humedad absorbida y los porcentajes de vacos totales reportadas en el anexo no son parmetros de evaluacin en este diseo, se relacionan como un dato para observar el comportamiento en la mezcla. El valor obtenido en los resultados de laboratorio es caracterstico de los materiales que el contratista suministro al laboratorio. Se determin un porcentaje de agua de pre envuelta del 3.20%, con el cual se logra el recubrimiento ptimo del material granular existente), previo a la adicin de la emulsin a la mezcla con el fin de lograr un mejor recubrimiento de la emulsin con el material. Es importante realizar una verificacin de la humedad natural del material antes de realizar la adicin del agua de preenvuelta y la emulsin. Los resultados del presente informe fueron obtenidos en LABORATORIOS de MACROVIAS SAS, la informacin tcnica y las recomendaciones dichas en el presente Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla Bogot Telfonos: 412 67 64, 320-3032927, 313-2849658, 301-4310865 Correo electrnico: [email protected] 18

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informe son producto de la experiencias, investigaciones y practicas llevadas a cabo en el laboratorio y en los campos de aplicacin tcnica, sin embargo y debido a que el manejo y la aplicacin se encuentran absolutamente fuera de nuestro control, MACROVIAS SAS no garantiza resultados que se obtengan ni asume responsabilidad alguna del uso indebido que se d a los mismos. Quedamos atentos a cualquier aclaracin o sugerencia al respecto. Cordialmente,

JUAN CARLOS ESPINOSA R Gerente TcnicoAnexos: Resultado de los ensayos y medio magntico Copia Archivo

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