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ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia / Av. Jorge Basadre 1199, San Isidro, LIMA, PERUTelefax: (51 - 1) 4217896 / Portal: www.construccion.org.pe / e-mail: icg@icg.org.pe
DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA
EXPOSITOR : Ing. M.Sc. J.Rafael Menéndez A.
DISEÑO DE PAVIMENTOS
EJEMPLO:Concesión Canchaque
Piura-Canchaque
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DISTANCIA – CLASE 06
Base Tratada con Cemento
Agregados de gradación densa mezclados con cemento portlandLos mismos agregados de la base granular20-25% de la resistencia del pavimento de concretoSobreyacente a una subbase granular
Base Tratada con Cemento
− Fácil de construir− Mas fuerte y mas resistente a la erosión que una base
granular− Apropiada para niveles de tráfico medio y elevado− Contribuye a la capacidad estructural si está adherida a la
losa
Pros:
Contras:− Cuesta mas que la base granular− Puede ser susceptible a la erosión− Puede causar agrietamiento reflejo en las losas PCC− Puede incrementar los esfuerzos de rizado de la losa si se
despega de ella
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CASO: Antamina
Suelo mejorado
Base granular
Carpeta asfáltica en frío
arena
Mineroducto
Suelo estabilizadocon cemento
Base granular
arena
Mineroducto
Geomalla biaxial
carga
Base de Concreto Pobre(LCB – Lean Concrete Base)
Similar al pavimento de concreto, pero con menos cemento y por lo tanto de menor resistenciaContenidos de cemento típicos de 120-210 kg/m3
20-50% de la resistencia del pavimento de concretoLas juntas longitudinales de construcción deben coincidir
con las juntas longitudinales en la losaLa base y la losa pueden estar adheridas o no
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DISTANCIA – CLASE 06
Base de Concreto Pobre
− Soporte Uniforme− Mas fuerte y resistente a la erosión− Apropiada para niveles de tráfico medio y alto− Contribuye a la capacidad estructural si está adherida
a la losa
Pros:
Contras:− Cuesta mas que una base granular u otra base tratada− Puede causar agrietamiento reflejo en la losa PCC o
en la carpeta asfáltica− Puede incrementar los esfuerzos de combadura si
pierde adherencia con la losa
Base Permeable
Remueve rápidamente el agua del pavimentoRequiere un sistema colector/saliday una capa separadoraRequiere piedra chancada de altacalidad
Agregados de gradación abierta, no tratados, o tratados con asfalto o cemento
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Base Permeable
− Drena mas rápidamente que la base de gradación densa
− Puede presentar desarrollo lento de fallasrelacionadas con la humedad (Escalonamiento, Agrietamiento “D”)
− Contribuye a la capacidad estructural si estáadherida a la losa
Pros:
− Cuesta más que una base granular− Puede ser difícil de construir (base permeable no
tratada)− Puede incrementar los esfuerzos de rizado de la losa si
se despega de ella
Contras:
Base Permeable
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Requisitos granulométricosbase granular
PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO
• Como que tiene otro más cerrado ¿no?• En realidad es más. Genera más gravedad, en
sí es mayor• Evita la poder funcionar con congelamiento
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Requisitos base granular
Requisitos base granular
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Requisitos base granular
Requisitos sub-base
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Requisitos sub-base granular
Base y Base y subsub base base AASHTO 1993AASHTO 1993
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Conceptos con AASHTOServiciabilidadNúmero estructural
SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3
a1, a2 , a3 : coeficiente de capa
D1 , D2 , D3 : espesores
m2 , m3 : coeficientes de drenaje
1pulg
1cm
____ , ____
Base granular
a2 = 0.249(log10EBS) – 0.977 EBS = k1θk2
a2 = 0.14EBS = 30,000 psi
CBR = 100 (aprox.)R-value = 85 (aprox.)
Q = stress state or sum of principal stressesσ1 + σ2 + σ3 (psi), and
k1, k2 = regression constants which are a function of material type
Typical values for base materials are:k1 = 3,000 to 8,000k2 = 0.5 to 0.7
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Base granular
Sub-base granular
a3 = 0.227(log10EBS) – 0.839
a3 = 0.11EBS = 15,000 psi
CBR = 30 (aprox.)R-value = 60 (aprox.)
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Sub-base granular
Coeficientes de capa
Figura 5.29Variación de coeficientes a2con diferentes parámetros de resistencia de la base granular
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Coeficientes de capa
Figura 5.32 Variación de coeficientes a2con diferentes parámetros de resistencia de la subbase
Base y Base y subsub base base Instituto del AsfaltoInstituto del Asfalto
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Base y sub-base granular
Base y Base y subsub base base AASHTO 2002AASHTO 2002
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NIVEL 1:
3k1
aPoct2k
aPap1krM ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
τ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ θ=
2)32(2)31(2)21(31stressshearoctahedraloct σ−σ+σ−σ+σ−σ==τ
NIVEL 2: Correlación con otras propiedades del material
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Procedimiento de cálculo del módulo
resilente(AASHTO 2002)
NIVEL 3:Valores Típicos
MATERIALES MATERIALES BITUMINOSOSBITUMINOSOS
Ing. M.Sc. J.Rafael Menéndez A.
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1800 D.C.En Francia se emplea la roca asfáltica parapavimentación de suelos , puentes y aceras
1838 D.C.En Filadelfia se emplea la roca asfálticaimportada para la construcción de aceras
RESUMEN HISTÓRICO DEL USO DEL ASFALTO
RESUMEN HISTÓRICO DEL USO DEL ASFALTO
1870 D.C.Construcción del primer pavimento asfáltico en Newark, New Jersey
1876 D.C. Construcción del primer pavimento asfáltico tipo “Sheet Asphalt” en Whasington con asfalto de lago
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DISTANCIA – CLASE 06
1902 D.C.En EE.UU. Se comienza a obtener asfalto por destilación del petroleo a razón de 20.000 Tnanuales
RESUMEN HISTÓRICO DEL USO DEL ASFALTO
Mill
ones
de
tone
lada
s 30
25
20
15
10
0
Año200019801960194019201900
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CRECIMIENTO DEL CONSUMO DE ASFALTO
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NOMENCLATURA DE MATERIALES BITUMINOSOS
ASFALTOS
Materiales aglomerantes sólidos o semisólidos de color negro que se licuan fácilmente al calentarse, cuyos constituyentes predominantes son BETUNES, que se dan en la Naturaleza en forma sólida o semisólida o se obtienen a partir del Petróleo
NOMENCLATURA DE MATERIALES BITUMINOSOS
BETUNES
Son mezclas de hidrocarburos de origen natural que se caracterizan por ser totalmente solubles en SULFURO DE CARBONO
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ALQUITRANES
Son BETUNES que se obtienen de la destilación de carbones fósiles, maderas u otras sustancias orgánicas
NOMENCLATURA DE MATERIALES BITUMINOSOS
BREA
Son BETUNES sólidos o semisólidos obtenidos de la Destilación del Alquitrán que desarrollan propiedades ligantes y cohesivas y cuya consistencia disminuye con la temperatura
NOMENCLATURA DE MATERIALES BITUMINOSOS
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DISTANCIA – CLASE 06
En EuropaASFALTO = Betún + Agregados Minerales
En América del NorteASFALTO = BETUN
NOMENCLATURA DE MATERIALES BITUMINOSOS
El ASFALTO que se emplea en pavimentación en Mezclas en Caliente se lo conoce comoCEMENTO ASFALTICO
NOMENCLATURA DE MATERIALES BITUMINOSOS
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Tipos de mezclas asfálticasASFALTO EN FRÍO
Diluido RC-250+
Grava+
Arena+
Filler+
Aditivo
MEZCLA ASFÁLTICAEN CALIENTE (HMA)
Cemento asfáltico+
Grava+
Arena+
Filler+
Aditivomejorador deAdherencia
+Modificador
polímero
Cemento asfáltico+
Emulsificante+
Agua+
Grava+
Arena+
Filler+
Aditivo+
Polímero
EMULSIONES
DEL PETRÓLEO
DE ROCAS
DE LAGOS
LOS ASFALTOS PROVIENEN
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CLASIFICACIÓN DE LOS PETRÓLEOS
En base a su Densidad API(American Petroleum Institute)
141,5° API = -----------------------
Peso específico
DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO
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DESTILACIÓN DEL PETRÓLEOGASOLINA
NAFTA
KEROSENE
GAS OIL LIVIANO
GAS OIL PESADO
FUEL OIL O MEZCLA
230-315 ºC
CRUDO
FRAC.
CALOR
FRAC.
GAS OIL
GAS OIL
RESIDUO
O
O
O
BITUMEN -2.5 AC A -40 AC
PROCESO SOLVENTE BITUMEN PPT
AIR BLOWING PAVIMENTO O ESPECIAL
PROCESO ALTERNADO COKE, FUEL
300-390 ºC
160-260 ºC
180-200 ºC
60-160 ºC
ATM.
CALOR
315-405 ºC
390-450 ºCVAC.
Termoplástico
Buena Adhesividad
Excelentes Propiedades Mecánicas
Altamente Impermeable
Buena Durabilidad
PRINCIPALES PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS
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PAVIMENTACIÓN
Cementos AsfálticosAsfaltos Diluídos (Cut Back)
Emulsiones AsfálticasAsfaltos Modificados
DIFERENTES USOS DE LOS ASFALTOS
En CalienteMezclas en Planta
En Frío
Mezclas en Sitio
Tratamientos Superficiales
TIPOS DE CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
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Cementos AsfCementos Asfáálticos lticos
Especificaciones cemento asfáltico
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Especificaciones cemento asfáltico
Clasificación
Por Penetración : AASHTO M 20
Por Viscosidad : AASHTO M 226
PG (Performance Grade) AASHTO MP 1
Cementos asfálticos
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Visc
osity
, 60C
(140
F)
4050
6070
85100
120150
200300
Penetration GradesAC 40
AC 20
AC 10
AC 5
AC 2.5
100
50
10
5
CEMENTOS ASFÁLTICOS Clasificación
Penetración(1900s)
Viscosidad(1950s)
vacio
CA
NN
ON
100A9
100 g100 g100 g
penetration
0 sec5 sec
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DISTANCIA – CLASE 06
Por Penetración : AASHTO M2040-50 60-70 85-100 120-150 200-300
Por Viscosidad : AASHTO M 226AC-2,5 AC-5 AC 10 AC-20 AC-30 AC-40
CEMENTOS ASFÁLTICOS Clasificación
P G : Performance GradeSUPERPAVE : AASHTO MP 1
Los ensayos incluidos en el SUPERPAVE miden propiedades físicas que pueden relacionarse directamente mediante principios ingenieriles con el comportamiento de los materiales en la carretera
CEMENTOS ASFÁLTICOS Clasificación
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DISTANCIA – CLASE 06
P G : Performance GradeSUPERPAVE : AASHTO MP 1
Propone controlar las:
Deformaciones permanentesLa fisuración a baja temperaturaLa fisuración por Fatiga
CEMENTOS ASFÁLTICOS Clasificación
Seguridad Punto de inflamaciónManejo ViscosidadEnvejecimiento RTFOT y PAVAhuellamiento Reómetro de CorteFisuración por fatiga Reómetro de corteFisuración Térmica Reómetro de flexión
CEMENTOS ASFÁLTICOS Clasificación SUPERPAVE
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DISTANCIA – CLASE 06
Asfalto en Pavimentaciones• No trabajable, extrema viscosidad
Técnicas de manejo:• Calentamiento
– Mezclas en caliente (Concreto asfáltico) • Dilución con solventes deriv. de petróleo
– Diluidos (Mezclas en frío, imprimantes.) • Emulsificación con agua
– Emulsión Asfáltica (Mezclas en frío, reciclados, etc)
Propiedades del Asfalto
PenetraciónDuctilidadViscosidadPunto de InflamaciónSolubilidadÍndice de penetraciónEnsayo de película delgada
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Propiedades del Asfalto
penetración Punto de inflamación (copa abierta de Cleveland)
Viscosidad
Fig. 3.47 Viscosímetro de vacío del Asphalt Institute
Fig. 3.48 Viscosímetro de vacío de Cannon-Manning
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Propiedades del Asfalto
Ensayo de Película delgada
Viscosidad SayboltFurol
Ductilidad
Fig. 3.50 Ensayo de ductilidad
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DISTANCIA – CLASE 06
Peso específico agregado fino
Absorción agregado fino
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DISTANCIA – CLASE 06
Peso específico agregado grueso
Angularidad agregado fino
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DISTANCIA – CLASE 06
Angularidad de los agregados
Asfaltos Modificados Asfaltos Modificados
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DISTANCIA – CLASE 06
Polímeros
Sustancias formadas por a unión de miles de pequeñas moléculas pequeñas llamadas monómeros, que adicionadas al cemento asfáltico si logran ser compatibles mejoran las propiedades reológicas de la mezcla
Compatibilidad de los polímerosPara que mejoren los asfaltos usados en vías, los polímeros deben tener las siguientescaracterísticas:
– Cadena general suficientemente larga– Baja polaridad, para facilitar su
compatibilidad con el asfalto– Peso molecular elevado para disminuir
riesgos por excesiva viscosidad y problemas de dispersión
– Baja temperatura vítrea, para permitir mejorar los problemas de deformaciones a bajas temperaturas.
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DISTANCIA – CLASE 06
Aplicaciones
Aumentar la rigidez a altas temperaturas de servicio, mejorando la resistencia a la deformación permanenteReducir la rigidez a bajas temperaturas previniendo la fisuración térmicaAumentar la resistencia a la fatiga de las mezclasMejorar la adhesión con los agregados pétreosMejorar la cohesión brindando retención de los agregados en la vida inicial de los tratamiento superficiales.
Asfaltos Modificados
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DISTANCIA – CLASE 06
PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO• Puedo plantearle mi caso. Santa Rosa, puente
Montalvo es el alcance que lo está haciendo Málaga y a fines de este mes aplica a Santa Rosa, puente Montalvo junto al complejo
• Con SBS, pero como bien lo dice usted, SBS• Sí reciente se ha aplicado allá• Yo creo que es lo mismo, sino que se coloca a
140 grados• Rodillo neumático creo que es• Aquí ese era un mito que termina pues PDM ¿no?
Ahorita lo está haciendo Amorós• Él está haciendo el asfalto modificado aquí y lo
lleva hasta Moquegua• Para carpeta asfáltica en caliente en planta, lo
calienta a 190 grados y listo
Aplicaciones
Reducir el endurecimiento en servicio.Disminuir la susceptibilidad térmicaAumentar la viscosidad a bajas temperaturas de corte, permitiendo mejores espesores de película en el agregado de mezclas abiertas y recudiendo la exudación en tratamientos superficiales
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DISTANCIA – CLASE 06
Asfaltos Modificados
Asfaltos Modificados
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DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Asfaltos Modificados
Asfaltos Modificados
Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros
Muestra de mezcla asfáltica convencional
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DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Asfaltos Modificados
Asfaltos Modificados
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DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Asfaltos Modificados
Efecto del tipo de cementoasfáltico en el ahuellamiento
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DISTANCIA – CLASE 06
Comportamiento viscoelásticoC
oncreto
Hid
rC
oncreto
Hid
rááulico
ulico
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DISTANCIA – CLASE 06
Proporciones de materialesen el concreto
Requisitos de los Requisitos de los agregadosagregados
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DISTANCIA – CLASE 06
Granulometría agregado
grueso
Lo que buscamos en una mezcla de agregados de grava y arena
Agregado grueso ArenaMaterial
producido
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DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Granulometría agregado fino
Requisitos agregado fino
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DISTANCIA – CLASE 06
Tipos de cemento
Resistencia por tipo de cemento
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DISTANCIA – CLASE 06
Cementos mezclados
EvoluciEvolucióón de la n de la resistenciaresistencia
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DISTANCIA – CLASE 06
Evolución de la resistencia
Efecto de la temperaturaen la evolución de la resistencia
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DISTANCIA – CLASE 06
Resistencia vs relación a/c
Resistencia vs contenido de aire
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DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO
• Con cualquiera. Se le da de golpe nada más, con caballos de golpe
• Depende. A veces cuando supervisión lo pide, en un buen negocio a veces no lo dan y a veces dan
EnsayosEnsayos
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DISTANCIA – CLASE 06
Efecto de los vacíos enlas propiedades del concreto
Propiedades a analizar
Esfuerzosde tensiónpor flexión
Carga distribuida
losa
deformación
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DISTANCIA – CLASE 06
Ensayo de compresión simple
slump
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DISTANCIA – CLASE 06
slump
Relación entrecontenido de aire y slump
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DISTANCIA – CLASE 06
contenido de aire
Compresión simple
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DISTANCIA – CLASE 06
Ensayo de compresión diagonal
Módulo de Rotura del Concreto
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DISTANCIA – CLASE 06
Pavimentos de concretoMódulo de rotura del concreto a los 28 días ensayo de viga cargada en el tercio
Módulo de elasticidad
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DISTANCIA – CLASE 06
Testigos diamantina
Ultrasonido(Impact-Echo Test)
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DISTANCIA – CLASE 06
Fatiga en pavimentos de concreto
Fatiga en pavimentos de concreto
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DISTANCIA – CLASE 06
PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO
• Dependiendo del concreto, son afectados por deflexiones por crep
PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO
• El MTC obliga al contratista a evaluar la subrasante antes de cruzar la sub-base y base; tenemos un nuevo parámetro de control y con el sistema vigente de que las deflexiones se miden a nivel de superficie final
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DISTANCIA – CLASE 06
EJEMPLO:Evaluación deflectométrica a nivel de carpeta de rodadura