Conferencia Cátedra Cemex Materiales No Convencional

Materiales y tecnologas constructivas no convencionales: uso en pases en vas de desarrollo

Jos Mara Monz BalbuenaInstituto de Ciencia y Tecnologa del Hormign Universitat Politcnica de Valncia (Espaa)

Valencia , 10 de mayo de 2012. Sala de Grados ETSII

21 Erradicar la pobreza extrema y el hambre

2 Alcanzar la educacin primaria universal

3 Promover la igualdad de gnero y dar poder de decisin a lasmujeres4 Reducir la mortalidad infantil

5 Mejorar la salud materna

6 Combatir el VHI/sida, la malaria y otras enfermedades

7 Garantizar la sostenibilidad del medio ambiente

8 Desarrollar una asociacin internacional para el desarrollo

Objetivos del desarrollo del milenio

3Objetivos del desarrollo del milenio

Objetivo 7Garantizar la sostenibilidad del medioambiente

Meta 11para el ao 2020 haber mejorado sustancialmente la vida de por lo menos 100 millones de habitantes de asentamientos precarios


Los asentamientos precarios no pueden ser considerados como una consecuencia desafortunada de la pobreza urbana, deben ser tratados como un problema de primer orden.

2000 millones de personas viven actualmente en regiones urbanas del mundo en vas de desarrollo.

La mayora de estos nuevos habitantes urbanos probablemente ser pobre dando lugar a la urbanizacin de la pobreza

Un tercio de la poblacin urbana del mundo vive en asentamientos precarios. En los pases menos adelantados ms del 70%


Un asentamiento precario es aqul que se caracteriza por tener vivienda y servicios bsicos inadecuados

La mejora de los asentamientos precarios se basa en cinco dimensiones fundamentales

1. Acceso al agua potable2. Acceso al saneamiento pblico3. Tenencia segura 4. Durabilidad de la vivienda 5. rea suficiente para vivir


Durabilidad de la vivienda

Un vivienda se considera durable cuando se emplean materiales de construccin de calidad y stos se utilizan adecuadamente.

La durabilidad no est relacionada con la modernidad del material, podemos tener materiales modernos poco durables y materiales tradicionales durables

La durabilidad de los materiales de construccin depende en gran medida de las condiciones del lugar as como de una capacitacin adecuada de los constructores en el manejo y mantenimiento de los mismos

Introduccin

La promocin del sector de los materiales por parte del programa Habitatde NNUU ha sido una constante, que se inici en la Conferencia sobreasentamientos humanos celebrada en Vancouver en 1976.

El motivo de esta preocupacin por el sector de los materiales deconstruccin es doble:

A. Son parte fundamental en la construccin de infraestructuras esenciales(viviendas, escuelas, fbricas, aeropuertos, carreteras..). En viviendassociales pueden suponer hasta el 100% del coste total

B. Por otra parte son causantes de problemas de durabilidad, costeselevados, mantenimientos inadecuados, abandono de proyectosconstructivos, etc.

7

En las viviendas de bajo coste, los materiales de construccin pueden suponer en algunos casos hasta el 100% del coste total de la vivienda en proyectos de autoconstruccin

Optimizacin del contenido de cemento en morteros y concretos mediante adiciones

Abaratamiento del coste econmico y ecolgico, y mejora de las propiedades

Elevado coste y suministro insuficiente

Dependencia de la importacin

Precio elevado para los segmentos de la poblacin con escasos recursos

Introduccin

8

Materiales convencionales: Ladrillos, hormign, acero, vidrioSon producidos anivel domstico a partir de materiales importados o bien importados como productosacabados. En muchas ocasiones se utilizan sin ser apropiados para el uso elegido. Sonmateriales populares. Coste elevado.

Materiales tradicionales: tierra, piedra, bamb y paja. Producidos a pequeaescala y con tecnologas rudimentarias. En ocasiones presentan bajas prestaciones.Son materiales impopulares

Materiales innovadores: bloques de tierra estabilizada, puzolanas, etc. Mejora delos materiales tradicionales mediante investigacin y desarrollo. Produccin a nivel delaboratorio o a pequea escala. Bajo impacto en el mercado de la construccin

Introduccin

9

Clasificacin de los tipos de materiales:

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Construccin y desarrollo

La construccin es una actividad transversal presente en muchos proyectos de cooperacin al desarrollo.

Con frecuencia no se le presta la atencin necesaria

Proyectos

Aguas y saneamiento Escolarizacin Sanidad pblica Viviendas Comunicaciones Etc.

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La mayora de los gestores de proyectos de cooperacin al desarrollo necesitan, a lo largo de su carrera profesional, supervisar un proyecto constructivo

Calidad final de la construccin Durabilidad

PROYECTO, PROCESO CONSTRUCTIVO Y MATERIALES DE CONSTRUCCIN


La construccin est ntimamente ligada al desarrollo, es unaherramienta cuando su objetivo es atender las demandas de losbeneficiarios.

CONSTRUCCIN MEDIO DESARROLLO

El objetivo de toda construccin es una funcionalidad, y no laconstruccin en si misma.

La seleccin de materiales y tecnologas apropiadas y laparticipacin de los beneficiarios durante la construccin pueden serfactores clave en la durabilidad y sostenibilidad de la infraestructura

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Es posible realizar reparaciones y cambios con los medios locales? El material es socialmente aceptable? Es considerado de baja categora u ofende

alguna creencia religiosa? Es compatible con los materiales y las construcciones de edificaciones cercanas?

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Materiales o tecnologas de construccin apropiadas

1. Una vivienda no puede ser construida sin contar con los conocimientosfundamentales de construccin y de los materiales

2. Los materiales y tecnologas de construccin apropiadas son consideradosdemasiado simples y se cree que pueden ser manejados por personas sinespecializacin ni entrenamiento

3. Algunos resultados deficientes han generalizado la creencia de que las tecnologasapropiadas son tecnologas inferiores

4. Los materiales de construccin que son producidos con tecnologas apropiadastienen que ser preparados y utilizados con el mismo conocimiento y cuidado que unproducto de alta tecnologa

.PIB Infraestructuras

Acceso a un vivienda digna. Ms de 1000 Millones de personas, deun total de 6100 Millones, viven en chabolas (UNHABITAT, 2003).

El acceso a una vivienda digna implica, de forma directa, unamejora de la salud, de la productividad del trabajo y del rendimientoescolar.

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La industria de la construccin, adems de proveer las bases para el desarrollode otros campos, representa tambin uno de los mayores sectores de laeconoma por s misma

Los elementos prefabricados son aquellos que han sido elaborados enserie para facilitar el montaje o construccin en el lugar de destino.

Adobe Bloques de tierra prensados Ladrillos de hormign

Tejas de microhormign Piezas de ferrocemento

La eleccin de los materiales de construccin para elaborar elementosprefabricados se basar en los mismos puntos definidos anteriormentey adems se tendr en cuenta la capacidad de los beneficiarios

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Materiales de construccin prefabricados

La eleccin del material de construccin debe realizarse segn los siguientes puntos:

Utilizar los recursos naturales existentes en la zona por la poblacin local Comprar materiales que se produzcan localmente: se reduce el coste de

transporte, se crea riqueza en la zona. Utilizar materiales durables para reducir los costes de mantenimiento y los

residuos. Elegir materiales de bajo coste de mantenimiento: que necesiten poca pintura,

tratamientos, etc. Elegir los materiales que su mantenimiento produzca poco impacto

medioambiental. Elegir materiales de bajo coste energtico: que su produccin no requiera

demasiada energa. Utilizar materiales reciclados cuando sea posible: de esta manera se reducen

los problemas de residuo slidos (cenizas volantes). Evitar los materiales contaminantes

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Materiales de construccin prefabricados

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Adobe

Es uno de los materiales de construccin ms antiguos todava en uso De bajo coste y fcil accesibilidad Puede ser elaborado por las comunidades locales Sus estructuras son, generalmente autoconstruidas, ya que la tcnica

constructiva tradicional es sencilla y no requiere consumo adicional deenerga

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Adobe

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Adobe: Huanca Pucllana

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Adobe: Pachacamac

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Adobe: Chan Chan

Son ladrillos de tierra cruda con bajo contenido en agua, prensadosde forma mecnica para obtener formas regulares y mayor resistencia.

Diferencias con el adobe: El bloque de tierra prensada utiliza menos cantidad de agua y la

unin entre la arcilla y la arena se realiza por compresin. En eladobe es necesario en tiempo de curado del material.

La resistencia a compresin de los bloques de tierra prensada sedebe al proceso de prensado y no a las caractersticas de la tierra.

El bloque de tierra prensada se puede utilizar inmediatamentedespus de fabricado.

Bloques estabilizados. Incorpora cemento, necesitando un poco msde agua para la hidratacin de ste. Mejora la resistencia mecnica.

30 % arcilla6 % aguaEvitar la paja, races, ramas, etc.

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Bloques de tierra prensados

Composicin

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Se obtienen mediante transformaciones fsico-qumicas de laarcilla mediante el calor (necesita coccin), con un moldeoprevio de la pasta arcillosa.

Es uno de los materiales ms antiguos que se utilizan tantoen pases en vas de desarrollo como en pases desarrollados.

Construccin de muros

Adoquines para pavimentacin (trfico no pesado)

Propiedades: Fsicas: Ligereza, porosidad, buen aislamiento trmico pero no acstico

Mecnicas : Buena resistencia a compresin y traccinBuena adherencia a los morteros

Qumicas Inalterabilidad a los agentes atmosfriccosDurabilidad

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Ladrillos cermicos

Propiedades

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Ladrillos cermicos

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Ladrillos cermicos

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Ladrillos cermicos

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Ladrillos cermicos

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Ladrillos cermicos

Elevada durabilidad Bajo coste de mantenimiento Baja inversin en su fabricacin (no necesita coccin)

Coste comparable a otros materiales de albailera Utilizacin de recursos naturales y residuos (ridos,

puzolanas,.) Utilizacin como elementos estructurales Descentralizacin de la produccin Oportunidades de negocio. Creacin de microempresas

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Ladrillos de hormign

Ventajas

Propiedades

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33


34


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Ladrillos de cenizas volantes

ProduccinIndia y Pakistn: centrales trmicas de carbnProduccin de gran cantidad de cenizas volantes:contaminacin

Efectos positivos del uso de cenizas volantes en los materiales deconstruccin

Reduccin del contenido de cemento para reducir el coste

Conseguir resistencias elevadas a largo plazo

Reduccin del calor de hidratacin Reduccin de la permeabilidad y por lotanto aumentamos la durabilidad,imprescindible para un desarrolloeconmico y sostenible

Mejorar la trabajabilidad del hormign fresco

Imprescindible control de calidad de las cenizas volantes Fabricacin similar a los ladrillos de hormign Mezclado del cemento, ceniza volante, rido y agua ( baja cantidad) y

compactacin manual o mecnica

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Ladrillos de cenizas volantes

Cenizas volantes ( micrografias SEM)

Lo dio a conocer Pier Liugi Nervi en la dcada de los 40. Las estructuras de ferrocemento constan de una capa de malla

electrosoldada, tejida con una o varias capas de tela de gallinerorecubierta por una fina capa de mortero.

Las ventajas del ferrocemento se pueden resumir en: Bajo coste Obtencin de piezas y mdulos ligeros fciles de

transportar y factibles de prefabricar Permite la utilizacin de mano de obra no especializada,

aunque requiere una formacin bsica previa. Presenta una elevada resistencia a traccin y una

respuesta estructural buena frente a sismos.

La resistencia excepcional del ferrocemento se debe a que suarmadura est compuesta por varias capas de mallas de acero depoco espesor superpuestas y ligeramente desplazadas entre s.

La presencia de las mallas metlicas, no modifica la resistencia acompresin del mortero que forma la matriz.

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Piezas de ferrocemento

38


Cpula

39

Cpula


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Tanque de agua

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Tejas de microconcreto

Algunas instituciones como el Centro de Investigaciones enDesarrollo Internacional de Canad (IDRC), en la dcada de los80 desarroll varios proyectos que tenan como objetivo el uso depuzolanas en la construccin de viviendas para los sectores conmenores ingresos.

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Pas Ao Evento

Argentina 1985 Uso de escorias de alto horno en prefabricados

Guatemala 1985 Reduccin de los costes con puzolanas

Bolivia 1987 Desarrollo de cementos cal-puzolana

Ghana 1988 Mejora de la habitabilidad y durabilidad de viviendas

Uganda 1988 Utilizacin de puzolanas en la construccin de viviendas sociales con participacin comunitaria

Proyectos de Investigacin

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Algunas instituciones como la Agencia Espaola de CooperacinInternacional para el Desarrollo (AECID), el Gobierno Autonmico de laComunidad Valenciana en Espaa y el Programa Iberoamericano deCiencia y Tecnologa para el Desarrollo (CYTED) han apoyado proyectoscuyo objetivo es el uso de puzolanas en la construccin de viviendas paralos sectores con menores recursos

Utilizacin de puzolanas naturales en la elaboracin de prefabricadoscon base cementicia destinados a la construccin de viviendas de bajocoste A/8379/07 y A/016163/08. Cuanta 43.000 euros

Utilizacin de la ceniza de cscara de arroz en la elaboracin demateriales de construccin no convencionales para la construccin deviviendas de bajo coste econmico y ecolgico: asesoramiento ycapacitacin a microempresarios AP/035235/11. Cuanta 13.702 euros

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Utilizacin de la ceniza de cscara de arroz en la elaboracin demateriales de construccin no convencionales para la construccinde viviendas de bajo coste econmico y ecolgico: asesoramiento ycapacitacin a microempresarios AP/035235/11.

Objetivo general: mejorar la gestin ambiental de un residuoproducido en grandes volmenes, como la cscara de arroz, medianteuna combustin previa, utilizando la ceniza de cscara de arroz (CCA)obtenida en la elaboracin de materiales de construccin noconvencionales para uso en viviendas sociales, involucrando amicroempresarios del sector de la construccin mediante asesoramiento ycapacitacin

Estudio de viabilidad para solicitar una Accin integrada deFortalecimiento Cientfico e Institucional de tipo A-1

Objetivo general: fortalecer a la contraparte de la UNI para asumir elasesoramiento cientfico y tecnolgico a microempresarios del sector de laconstruccin ubicados en las zonas productoras de arroz

Son materiales inorgnicos (silceos o silicoaluminosos), ya seannaturales o artificiales, los cuales endurecen en agua al ser mezcladoscon hidrxido clcico o con materiales que puedan liberarlo, tales comoel cemento Prtland.

Cemento

SCH-ACH-SACH

Hidratacindel cemento

CalCa(OH)2 Reaccinpuzolnica

Puzolana

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Porqu la CCA tiene inters para la construccin?

Qu son las puzolanas?

Composicin qumica (SiO2/Al2O3) y mineralgica (compuestos vtreos). Elevados contenidos de compuestos vtreos junto con pequeas

cantidades de compuestos cristalinos inertes Cantidades intermedias de compuestos vtreos junto con una cantidad

significativa de compuestos cristalinos de tipo zeoltico u opalino.

Granulometra Por regla general se necesita de la molienda para aumentar la reactividad Los depsitos de la puzolanas naturales son bastante heterogneos La decisin de moler debe tomarse teniendo en cuenta la normativa

vigente y la relacin coste-beneficio del proceso de molienda

Superficie especfica Depende de la porosidad interna de las partculas de puzolana Est directamente relacionada con la velocidad de la reaccin puzolnica

Temperatura de curado. Cuando aumenta la temperatura aumenta la reactividad

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Reactividad de las puzolanas

La slice opalina se concentra en la epidermis externa y en el esclernquima, aunquetambin existe en la epidermis interna. Esta slice es tomada por la planta como cidomonosilcico, donde se concentra por evaporacin y polimeriza formando una membranacelulsica-silcea

BSE

C

O

Si

CIDO MONOSILCICO

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Comp. qumica de la cscara de arroz

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Cscara de arroz

Cscarade arroz(~20% del peso del grano)

T

Molienda

Ceniza de Cscarade arroz(~20% del peso de la cscara)

Ceniza de cscara de arroz (CCA): Residuo obtenido de la combustin de la cscara de arroz,que incinerado bajo condiciones controladas y molido finamente, representa un material de altareactividad puzolnica por su alto contenido en slice (>90%) y su estructura celular de gran reasuperficial (> 50m2/g).

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Combustin

50

Combustin

51

Combustin

52

Combustin

53

Combustin

Combustin

54

350C350C 600C

1000C

55

Combustin

DRX de las muestras de puzolanas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

2Theta (Grados)

I

N

T

E

N

S

I

D

A

D

(

U

n

i

d

a

d

e

s

A

r

b

i

t

r

a

r

i

a

s

)

CCAUNI

RHA-ArequipaRHA-UNI

PZ-TotorillaPZ-Tanturjo

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Composicin mineralgica

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

0,01 0,1 1 10 100 1000

%

v

o

l

u

m

e

n

m

Pz-tot origPz-tot crush

0

1

2

3

4

5

6

0,01 0,1 1 10 100 1000

%

v

o

l

u

m

e

n

m

Pz-tant orig

Pz-tant crus

01234567

0,01 1 100

%

v

o

l

u

m

e

n

m

RHA-Areq orig

RHA-Areq crush

0

1

2

3

4

5

6

7

0,01 1 100

%

v

o

l

u

m

e

n

m

RHA-UNI orig

RHA-UNI crush

El procedimiento de molienda es til en todos los casos y depende de la dureza Se observa una reduccin significativa del dimetro medio con el proceso de molienda

Muestra DM (m)PZ-Tot orig 146.35

PZ-Tot crush 62.27

PZ-Tant orig 186.10

PZ-Tant crush 100.10

RHA-Areq orig 397.64

RHA-Areq crush 70.86

RHA-UNI orig 484.42

RHA-UNI crush 70.0

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Molienda

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Conformado de las tejas

Dimensin efectiva mm 400 x 200Espesor mm 10Dimensiones en mm 500 x 250Altura de onda mm 40

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Ensayo de las tejas

Ensayo de impermeabilidad

Ensayo de impacto

Ensayo de flexin

El sector de los materiales y tecnologas constructivas no convencionales esfundamental para alcanzar mayores cotas de desarrollo

Hay que general un clima de confianza en el uso de los materialesinnovadores a gran escala, para ello es necesario un soporte cientfico ytecnolgico que se debe ofrecer desde las Universidades y Centros deInvestigacin del Per

Siendo el cemento portland un material insustituible hoy en da, este debeser utilizado en condiciones ptimas para usos que requieran de elevadasprestaciones

Los materiales puzolnicos en general y la ceniza de cscara de arroz enparticular, cuando presentan una calidad adecuada, son materiales que handemostrado un buen comportamiento en morteros y concretos de cementoportland

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Conclusiones

Debe realizarse un esfuerzo en incrementar el uso de los materiales ytecnologas constructivas no convencionales cuando sea posible paraello se recomienda:

Promocin internacional a travs de organizaciones de reconocidoprestigio

Adaptacin de la normativa a las distintas tipologas constructivas ydesarrollo de programas de capacitacin

Introduccin del uso de estos materiales y tecnologas en los proyectosgubernamentales de construccin de viviendas sociales

Control de calidad estricto de los materiales de construccin innovadores Incorporacin del estudio de estos materiales y tecnologas constructivas

no convencionales al curriculum acadmico de centros de formacinprofesional y universidades

Promover congresos y redes internacionales de investigacin Considerar los materiales y tecnologas constructivas no convencionales

como lnea prioritaria de investigacin, tanto en los pases en vas dedesarrollo como en los pases desarrollados

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Conclusiones

TALLER SOBRE MATERIALES Y TECNOLOGAS CONSTRUCTIVAS NO CONVENCIONALES UTILIZADAS EN PASES IBEROAMERICANOS

Patrocinan Organizan Colaboran

INSTITUTO DE TECNOLOGA DE MATERIALES

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Taller: Valencia 24-26 de marzo de 2009

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TECNOLOGA Y VIVIENDA: CONCRETO, MORTERO Y RESIDUOS AGROINDUSTRIALES

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Curso: Lima 16 y 17 de abril de 2012

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Muchas tecnologas son instrumentos para eldesarrollo humano que permiten a laspersonas elevar sus ingresos, vivir con mejorsalud y disfrutar de una vida digna.

La tecnologa es como la educacin: permitea las personas salir de pobreza

Informe de Desarrollo Humano, 2001

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Conclusin final

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Agradecimientos

Conferencia Cátedra Cemex Materiales No Convencional

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