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• Cesar Jose Valdivia

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CONCEPTOS BASICOS DE PAVIMENTOS Ing° GERMAN VIVAR ROMERO INSTITUTO PARA EL DESARROLLO DE LOS PAVIMENTOS EN EL PERU (IDPP)

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DEFINICION PAVIMENTO: ESTRUCTURA CONFORMADA POR UNA O VARIAS CAPAS DE MATERIALES, APOYADA INTEGRAMENTE SOBRE EL SUELO PREPARADO PARA SOPORTARLA; DISEÑADA Y CONSTRUIDA PARA SOPORTAR LAS SOLICITACIONES DEL TRANSITO EN DIFERENTES CONDICIONES CLIMATICAS, SIN AGRIETARSE O DEFORMARSE EXCESIVAMENTE, DENTRO DE UN RANGO DE SERVICIABILIDAD Y DURANTE UN PERIODO DE TIEMPO PRESTABLECIDO.

Conceptos Básicos de Pavimentos

Ing° Germán E. Vivar Romero

Suma crusta Pavimentum

Nucleus

Rudus Statumen

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TIPOS PAVIMENTOS  POR EL TIPO DE SERVICIO QUE PRESTAN: PEATONALES, VEHICULARES, URBANOS, RURALES, INDUSTRIALES, DE AEROPUERTOS Y DEPORTIVOS.  POR SU ESTRUCTURA: SIMPLES, REFORZADOS Y MIXTOS

 POR SU PERIODO DE VIDA: TEMPORALES Y PERMANENTES O DEFINITIVOS.  POR LA CALIDAD DE SUS MATERIALES: AFIRMADOS, EMPEDRADOS, ADOQUINADOS, ARTICULADOS, ESTABILIZADOS, MEJORADOS Y AGLOMERADOS.  POR EL PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO UTILIZADO: PRE-FABRICADO, FABRICADO EN EL SITIO, MONOCAPA Y MULTICAPA.

 POR LA FORMA EN QUE DISTRIBUYEN LAS CARGAS AL SUELO: FLEXIBLES Y RIGIDOS. Conceptos Básicos de Pavimentos

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SECCIONES TIPICAS DE PAVIMENTOS

Tomado de: Guía AASHTO’93

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PARTES DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE PAVIMENTO

DESGASTE

(Nivel de) Rasante

1) CAPA DE SUPERFICIE RESISTENTE PROTECCION

2) (CAPA DE) BASE (N)SR

3) (CAPA DE) SUB-BASE 4) CAPA DE SUB-RASANTE

SUELO DE SOPORTE DEL PAVIMENTO

5) SUELO DE FUNDACION

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Ing° Germán E. Vivar Romero

1.50 m según MEDG2008

1.50 m según Yoder

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PARTES DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE

Ref.: E.J. Yoder (1959). Principles of Pavement Design. Pp 39-40.

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PARTES DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE PAVIMENTO

DESGASTE

(Nivel de) Rasante

1) CAPA DE SUPERFICIE RESISTENTE PROTECCION

2) (CAPA DE) BASE (N)SR

3) (CAPA DE) SUB-BASE 1.50 m según Yoder

4) CAPA DE SUB-RASANTE SUELO DE SOPORTE DEL PAVIMENTO

5) SUELO DE FUNDACION

1.50 m según MEDG

1) CARPETA ASFALTICA: (a) CONCRETO ASFALTICO (C.A.) MEZCLA EN CALIENTE; (b) C.A. MEZCLA EN FRIO; (c) C.A. MEZCLA EN TIBIO ; (d) TRATAMIENTO ASFALTICO SUPERFICIAL (CHEAP SEAL); (e) MORTERO BITUMINOSO (SLURRY SEAL); (f) SMA; g) OGA; ETC. [FUNCIONES: RESISTENCIA AL DESGASTE (Y ESTRUCTURAL) E IMPERMEABILIZACION]. 2) BASE: (a) GRANULAR; (b) NEGRA; (c) ESTABILIZADA. (FUNCION: ESTRUCTURAL) 3) SUB-BASE: (a) GRANULAR. (FUNCIONES: ANTICONTAMINANTE, DRENANTE Y/O ESTRUCTURAL). 4) EN CORTE: (a) SUELO NATURAL COMPACTADO; O (b) SUELO ESTABILIZADO. EN RELLENO: (a) CON MATERIAL PROPIO; (b) CON MATERIAL DE PRESTAMO. (FUNCION: SOPORTE UNIFORME DEL PAVIMENTO). 5) EN CORTE: (a) TERRENO NATURAL. EN RELLENO: (a) CON MATERIAL PROPIO; (b) CON MATERIAL SELECCIONADO. (FUNCION: SOPORTE DE LA CSR Y DEL PAVIMENTO). Conceptos Básicos de Pavimentos

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PARTES DE UN PAVIMENTO RIGIDO PAVIMENTO (Nivel de) Rasante DESGASTE Y RESISTENTE PROTECCION

1) LOSA (NS)R

2) (CAPA DE) SUB-BASE / BASE 3) CAPA DE SUB-RASANTE

SUELO DE SOPORTE DEL PAVIMENTO

4) SUELO DE FUNDACION

1.50 m según MEDG2008

< 1.50 m según Yoder

1) LOSAS DE CONCRETO HIDRAULICO: (a) SIMPLE CON JUNTAS; (b) CON JUNTAS Y REFUERZO SECUNDARIO; (c) CON JUNTAS Y REFUERZO ESTRUCTURAL; (d) PRETENSADO; (e) CON REFUERZO CONTINUO (SIN JUNTAS); ETC. (FUNCIONES: ESTRUCTURAL, RESISTENCIA AL DESGASTE E IMPERMEABILIZACION). 2) BASE O SUB-BASE: (a) GRANULAR; (b) ESTABILIZADA. (FUNCIONES: ANTICONTAMINANTE, DRENANTE, PLATAFORMA DE TRABAJO). 3) EN CORTE: (a) SUELO NATURAL; (b) SUELO ESTABILIZADO; (c) REEMPLAZO CON MATERIAL SELECCIONADO. EN RELLENO: (a) CON MATERIAL PROPIO; (b) CON MATERIAL DE CANTERA. (FUNCION: SOPORTE UNIFORME DEL PAVIMENTO). 4) EN CORTE: (a) TERRENO NATURAL. EN RELLENO: (a) CON MATERIAL PROPIO; (b) CON MATERIAL SELECCIONADO. (FUNCION: SOPORTE DE LA CSR Y DEL PAVIMENTO). Conceptos Básicos de Pavimentos

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ESFUERZOS EN UN PAVIMENTO FLEXIBLE

CARGA

Dibujo fuera de escala

PAVIMENTO

CAPA DE SUBRASANTE Compresión

Conceptos Básicos de Pavimentos

Tracción

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Compresión

Tracción

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Módulo Elástico (Kg/cm2)

CBG

32,000 1,900

CSBG

1,200

CAMC

5,000 kg/cm2

SSP

200-500

RELACION 10:1 Conceptos Básicos de Pavimentos

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ESFUERZOS EN UN PAVIMENTO RIGIDO

Tomado de: Presentación del Ing° Fernando Sánchez Sabogal. Esfuerzos en Pavimentos Rígidos. Conceptos Básicos de Pavimentos

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P P

ALABEO PANDEO Y TORSION

FLEXION Conceptos Básicos de Pavimentos

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ESFUERZOS DE INFILTRACION

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E= 250,000 Kg/cm2

Sub-base Granular

500 Kg/cm2

RELACION 500:1 !!! Conceptos Básicos de Pavimentos

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MODULO DE ROTURA (MR) Curva Carga-Deflexión 2.5 cm

CONCRETO SIMPLE MR= 3Pa/bd2

15 cm x 15 cm

Especimen

Carga

2.5 cm

Deflexión 15 cm

15 cm

15 cm

Diagrama Esfuerzo - Deformación

ASTM C78 – Diagrama de Ensayo

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INDICE DE TENACIDAD (I5, I10 e I20) Fuerza

Carga a la primera grieta Concreto reforzado con fibras de acero

(10 cm x 10 cm x 35 cm) 2) JSCE SF4: Método de Ensayo para Resistencia a Flexión y Tenacidad Flexora de Concreto Reforzado con Fibras de Acero.

Concreto simple

CARGA

1) ASTM C1018: Método de Ensayo Estándar para Tenacidad Flexora y Resistencia a la Primera Grieta de Concreto Reforzado con Fibras

Carga promedio para 3 mm de deflexión

DEFLEXION

Gráfico Carga-Deflexión Típico Para Vigas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero

3) (FACTOR DE RESISTENCIA RESIDUAL) Re3 (%)= Carga promedio para 3 mm de deflexión x 100 Carga a la primera grieta

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FACTORES QUE AFECTAN AL COMPORTAMIENTO DE UN PAVIMENTO  TRANSITO: CARGAS POR EJE Y FRECUENCIA.  SUELOS Y AGUAS SUBTERRANEAS: TIPO Y CONDICION.

 CLIMA: LLUVIAS Y TEMPERATURAS.

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8.2 Ton

= 18 kip 15.1 Ton 147.5 kN 33,202 lb = 33.2 kip

TRANSITO

Simple

EAL : • Equivalent • Axle • Load

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1 EAL Tandem

21.6 Ton 211.7 kN 47,620 lb = 47.6 kip

1 EAL Tridem

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8.2 Ton = 18 kip LEY DE LA CUARTA POTENCIA (X/80)4 2.4

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(67/80)4

(27/80)4

(151/147.5)4 (54/80)4

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USA

4,24 7.99

1’996,000 952,400

3.06 5.67 4,00

893,600 13’652500 834,400

18’336,500

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500 kg 500 kg

2 (0.5/8.2)4= 0.00001 !!  Deben pasar 100,000 autos para hacer el efecto de 1 Eje Estándar!!!!!!!!!

LOS PAVIMENTOS NO SE DISEÑAN PARA AUTOS NI MOTOTAXIS!!! Conceptos Básicos de Pavimentos

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Terreno Natural

SUELOS

NSR

Corte Relleno

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PARAMETRO DE SUELOS –PAVIMENTOS FLEXIBLES CBR

Conceptos Básicos de Pavimentos

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; o Q2 x 100 (%) Q3

MTC E-132 (2016): La relación de soporte reportada para el suelo es normalmente la de 2,54 mm (0,1") de penetración. Cuando la relación a 5,08 mm (0,2") de penetración resulta ser mayor, se repite el ensayo. Si el ensayo de comprobación da un resultado similar, úsese la relación de soporte para 5,08 mm (0,2") de penetración. Conceptos Básicos de Pavimentos

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CH

Suelo de sub-rasante

CBRdiseño= 5% Suelo de fundación 0.5%

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15%

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CBRdiseño= 30x15 + 70x0.5 = 5% 100

PAVIMENTO e= 50 cm

COMPACTADO AL 95% P.M. (CBR = 15%)

CSR. e= 30 cm

COMPACIDAD NATURAL < 90% P.M. (CBR < 0.5%)

SF

e= 70 cm

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PARAMETRO DE SUELOS –PAVIMENTOS RIGIDOS q

q’ < < 0.5 qadm

Ensayo de Placa Conceptos Básicos de Pavimentos

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MÓDULO k DE REACCIÓN DE LA SUB-RASANTE

Presión en el Plato, p

NLT 350-98 Tex-125-E. Texas DOT 1999

k=p/D D = 1.25 mm (0.05 in)

Deflexión, D Conceptos Básicos de Pavimentos

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12” 24”

*

* Y de Yoder. Según UNE 7391:1975: placa de 30 x 30 cm2. Conceptos Básicos de Pavimentos

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Ref.: PCA,1960

16.5

Valor aproximado del k elástico estático, kg/cc

CORRELACIONES ENTRE k y CBR

19.3

Límite superior

Ref.: Guía AASHTO de1998.

13.8

Rango medio

11.0

8.3 Límite inferior

5.5

2.8

0

CBR, porcentaje Conceptos Básicos de Pavimentos

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MODULO RESILENTE (Mr)  El Mr es la propiedad más importante requerida para el análisis y diseño de pavimentos.

 Se pueden usar tres métodos: - Ensayos de laboratorio bajo cargas repetidas; - Retro-análisis de los datos obtenidos de NDT; - Correlación con otras propiedades.

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COMPACTACION “ACCION MECANICA DE DENSIFICACION”

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DETERMINACION DEL GRADO DE COMPACTACION (MTC E 117-2016)

• CAMPO (ASTM D2167 / AASHTO T205) )

• LABORATORIO AASHTO T-99 MTC E 115 AASHTO T-180 MTC E116

(MTC E 124 -2016)

CONTENIDO DE HUMEDAD (MTC E 108 y 126 )

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SP

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COMPACTACION DE ARENAS FINAS (SP)

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COMPACTACION INDIRECTA

Rodillo Vibratorio

Rodillo Vibratorio

Base Granular

Suelto

Arena fina (SP)

Arena fina (SP)

Suelo compactado

Suelo compactado

CONTROL RAPIDO

DYNAMIC PROBING LIGTH (DPL) [NTP 339.159 (2001)]

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Dynamic Probing Light (DPL) (DIN 4094) NTP 339.159 (2001): “MÉTODO DE ENSAYO NORMALIZADO PARA LA AUSCULACIÓN CON PENETRÓMETRO DINÁMICO LIGERO DE PUNTA CÓNICA”.

DPL-5



= 90º dp = 25.2 mm Ap = 5 cm2 dv = 22.6 mm M = 10 kg h = 0.50 m n = golpes/10 cm pmax= 8 m TEG= 96 kJ/m2

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Dynamic Cone Penetrometer (DCP) ASTM D6951-03: Método de Ensayo Estándar para el Uso del Penetrómetro Dinámico de Cono en Aplicaciones Superficiales de Pavimentos

Manubrio Varilla superior

Martillo de 8 kg (57.5 cm) altura de caída.

Variable (tip. 86 cm)

DCP (PDC) = 60º dp = 20 mm Ap = 3.14 cm2 dv = 16 mm M = 8 kg h = 0.575 m PR = mm/ golpe pmax = 80 cm TEG = 140 kJ/m2

 Dispositivo de lectura

Yunque

CONO Varilla inferior Variable (tip. 112 cm)

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0.5

0.5

1.0

1.0

1.5

1.5

2.0

2.0

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COMPACTACION DE ARCILLAS

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SUELOS CL-ML C-1

• • • • • • • •

C-2

Cortar a NSR Nivelar Perfilar Escarificar PULVERIZAR Regar Batir Compactar al 95% PM.

‘02 11 19 • • • •

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Cortar a NSR Nivelar Perfilar Desplegar Geosintetico a NSR, SIN COMPACTAR.

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ESPECIFICACION POR PROCEDIMIENTO

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ESPECIFICACION POR PROCEDIMIENTO ESPECIFICACION POR RESULTADO Conceptos Básicos de Pavimentos

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CLIMA Los EFECTOS DEL AGUA (cuando está atrapada en la estructura del pavimento) incluyen: (1) Baja resistencia de los materiales granulares sin cohesión; (2) Baja resistencia de los suelos de sub-rasante y de fundación; (3) Bombeo de los pavimentos de concreto con falla subsiguiente, (4) Agrietamiento y deterioro general de las bermas; (5) Bombeo de finos de la base de agregados en pavimentos flexibles, trayendo como consecuencia una pérdida de soporte. La TEMPERATURA afecta: (1) (2) (3) (4)

Las propiedades de fluencia del concreto asfáltico; Los esfuerzos térmicos inducidos en el concreto asfáltico; La expansión y contracción del concreto de cemento Portland; y El hielo y deshielo del terreno de fundación.

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AASHO 1960

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AASHTO 1993 – Capa de Sub-rasante

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AASTHO 1993 – Capas de Sub-base, de Base y de Rodadura TABLA 2.4 Valores de mi recomendados para la Modificación de los Coeficientes de Capa de Materiales de Base y Sub-base no Tratada en Pavimentos Flexibles Calidad del Drenaje

% del Tiempo que la Estructura del Pavimento está Expuesta a Niveles de Humedad Cercanos a la Saturación

< 1

1-5

5 - 25

> 25

Excelente

1.40 - 1.35

1.35 - 1.30

1.30 -1.20

1.20

Bueno

1.35 - 1.25

1.25 - 1.15

1.15 -1.00

1.00

Regular

1.25 - 1.15

1.15 - 1.05

1.05 -0.80

0.80

Pobre

1.15 - 1.05

1.05 - 0.8

0.80 - 0.60

0.60

Muy Pobre

1.05 - 0.95

0.95 - 0.75

0.75 - 0.40

0.40

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Calidad del

Agua removida

Drenaje

dentro de

Excelente

2 horas

Buena

1 día

Regular

1 semana

Pobre

1 mes

Muy pobre

(el agua no drena)

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Cada aplicación de carga Módulo del CTB

Módulo del PCC

Tráfico Módulo del AC Módulo de la Base Granular Módulo de la Sub-rasante Tiempo, años Conceptos Básicos de Pavimentos

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AASHTO 2008 Con la MEPDG se requiere una información detallada del clima para predecir las fallas en el pavimento….. Esos datos se usan para predecir la temperatura y el contenido de humedad en cada una de las capas del pavimento….. El usuario simplemente necesita conocer la longitud y latitud del proyecto y el software automáticamente seleccionará seis estaciones climáticas cercanas a la localización.

Si no existen suficientes estaciones climáticas en el software de la MEPDG para un proyecto o región, se pueden crear estaciones adicionales en forma manual por medio del ICM….

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El Modelo Climático Integrado Mejorado (Enhanced Integrated Climatic Model, EICM) que trae consigo el software de la Guía se encarga de elaborar perfiles de humedad y de temperatura. Para ello se debe especificar la ubicación del lugar en que se desarrolle el proyecto a través de un archivo de tipo climático con extensión .icm (input climate model). Para incorporar una estación climática al software se debe crear un archivo con extensión .hcd (hourly climatic database). Este tipo de archivos debe poseer sus datos estructurados de la siguiente forma:

2001010100,60,1,100,0,94 2001010101,60,5,100,0,91 2001010102,60,1,100,0,92 Los primeros cuatros dígitos de este esquema corresponden al año de medición; los cuatro dígitos siguientes corresponden al mes, día y hora de medición. Posterior a éstos se separan con coma los datos de temperatura [ºF], velocidad del viento [mph], el porcentaje de nubosidad, la precipitación [plg] y el porcentaje de humedad relativa. Como puede apreciarse, la creación de una estación climática requiere de la recolección de datos horarios, por un periodo de tiempo no inferior a dos años, de los siguientes datos: temperatura, velocidad del viento, nubosidad, precipitación y humedad relativa. Conceptos Básicos de Pavimentos

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SUELO S

- SUB-RASANTE

-

MAQUINAS

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DISEÑO • GEOMETRICO: PENDIENTES, CURVAS, PERALTES, DISTANCIAS, ETC • ESTRUCTURAL: ESPESORES DE CAPAS

• DE MEZCLA: CANTIDADES Y CALIDADES DE MATERIALES

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CONSTRUCCION

MATERIALES MANO DE OBRA MAQUINAS METODOS Conceptos Básicos de Pavimentos

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 MEMORIA DESCRIPTIVA: ¿COMO-QUE-QUIEN?  ESPECIFICACIONES TECNICAS: ¿QUE-COMO-QUIEN?  PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO: ¿QUIEN-QUE-COMO?

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RESPUESTA DEL PAVIMENTO SERVICIABILIDAD Mantenimiento Preventivo

Rehabilitación ($)

Reconstrucción ($)

(Periódico) ($)

5 4.2 4

3 2.5 2 1 0

Inicial

Mantenimiento Correctivo ($)

Final Final de la Construcción Período de Diseño

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AÑOS O TRANSITO

Vida Util

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¿PREGUNTAS?

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