Diseño de pavimentos

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ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia / Av. Jorge Basadre 1199, San Isidro, LIMA, PERU
Telefax: (51 - 1) 4217896 / Portal: www.construccion.org.pe / e-mail: icg@icg.org.pe
DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Base Tratada con Cemento
Agregados de gradación densa mezclados con 
cemento portland
Los mismos agregados de la base granular
20-25% de la resistencia del pavimento de concreto
Sobreyacente 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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
CASO: Antamina
Suelo 
mejorado
Base 
granular
Carpeta asfáltica en frío
arena
Mineroducto
Suelo estabilizado
con 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 resistencia
Contenidos de cemento típicos de 120-210 kg/m3
20-50% de la resistencia del pavimento de concreto
Las juntas longitudinales de construcción deben coincidir 
con las juntas longitudinales en la losa
La base y la losa pueden estar adheridas o no
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
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 
pavimento
Requiere un sistema colector/salida
y una capa separadora
Requiere piedra chancada de alta
calidad
Agregados de gradación abierta, no tratados, o 
tratados con asfalto o cemento
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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Base Permeable 
− Drena mas rápidamente que la base de 
gradación densa
− Puede presentar desarrollo lento de fallas
relacionadas con la humedad (Escalonamiento, 
Agrietamiento “D”)
− Contribuye a la capacidad estructural si está
adherida 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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Requisitos granulométricos
base 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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Requisitos base granular
Requisitos base granular
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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Requisitos base granular
Requisitos sub-base
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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Requisitos sub-base granular
Base y Base y subsub base base 
AASHTO 1993AASHTO 1993
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Conceptos con AASHTO
Serviciabilidad
Número estructural
SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3
a1, a2 , a3 : coeficiente de capa
D1 , D2 , D3 : espesores
m2 , m3 : coeficientes de drenaje
1
pulg
1
cm
____ , ____
Base granular
a2 = 0.249(log10EBS) – 0.977 EBS = k1θk2
a2 = 0.14
EBS = 30,000 psi
CBR = 100 (aprox.)
R-value = 85 (aprox.)
Q = stress state or sum of principal stresses
σ1 + 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 8,000
k2 = 0.5 to 0.7
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Base granular
Sub-base granular
a3 = 0.227(log10EBS) – 0.839
a3 = 0.11
EBS = 15,000 psi
CBR = 30 (aprox.)
R-value = 60 (aprox.)
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Sub-base granular
Coeficientes de capa
Figura 5.29
Variación de 
coeficientes a2
con diferentes 
parámetros de 
resistencia de la 
base granular
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Coeficientes de capa
Figura 5.32 
Variación de 
coeficientes a2
con 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:
3k
1
aP
oct2
k
aP
ap1krM ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
τ
⎟⎟
⎠⎞
⎜⎜
⎝
⎛ θ
=
2)32(
2)31(
2)21(3
1stressshearoctahedraloct σ−σ+σ−σ+σ−σ==τ
NIVEL 2: Correlación con otras propiedades del material
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
1800 D.C.
En Francia se emplea la roca asfáltica para
pavimentación de suelos , puentes y aceras
1838 D.C.
En Filadelfia se emplea la roca asfáltica
importada 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 Tn
anuales
RESUMEN HISTÓRICO DEL 
USO DEL ASFALTO
M
ill
on
es
 d
e 
to
ne
la
da
s 30
25
20
15
10
0
Año
200019801960194019201900
5
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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DISTANCIA – CLASE 06
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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
En Europa
ASFALTO = Betún + Agregados Minerales 
En América del Norte
ASFALTO = BETUN
NOMENCLATURA DE 
MATERIALES BITUMINOSOS 
El ASFALTO que se emplea en pavimentación 
en Mezclas en Caliente se lo conoce como
CEMENTO ASFALTICO
NOMENCLATURA DE 
MATERIALES BITUMINOSOS 
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DISTANCIA – CLASE 06
Tipos de mezclas asfálticas
ASFALTO EN FRÍO
Diluido RC-250
+
Grava
+
Arena
+
Filler
+
Aditivo
MEZCLA ASFÁLTICA
EN CALIENTE (HMA)
Cemento asfáltico
+
Grava
+
Arena
+
Filler
+
Aditivo
mejorador de
Adherencia
+
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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
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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DISTANCIA – CLASE 06
DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO
GASOLINA
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 ºC
VAC.
Termoplástico
Buena Adhesividad
Excelentes Propiedades Mecánicas
Altamente Impermeable
Buena Durabilidad
PRINCIPALES PROPIEDADES 
DE LOS ASFALTOS
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
PAVIMENTACIÓN
Cementos Asfálticos
Asfaltos Diluídos (Cut Back)
Emulsiones Asfálticas
Asfaltos Modificados
DIFERENTES USOS DE LOS 
ASFALTOS
En Caliente
Mezclas en Planta
En Frío
Mezclas en Sitio
Tratamientos Superficiales
TIPOS DE CONSTRUCCIÓN DE 
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Cementos AsfCementos Asfáálticos lticos 
Especificaciones cemento asfáltico
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DISTANCIA – CLASE 06
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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Vi
sc
os
ity
, 6
0C
 (1
40
F)
40
50
60
70
85
100
120
150
200
300
Penetration Grades
AC 40
AC 20
AC 10
AC 5
AC 2.5
100
50
10
5
CEMENTOS ASFÁLTICOS 
Clasificación
Penetración
(1900s)
Viscosidad
(1950s)
vacio
C
A
N
N
O
N
100
A9
100 g100 g
100 g
penetration
0 sec
5 sec
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Por Penetración : AASHTO M20
40-50 60-70 85-100 120-150 200-300
Por Viscosidad : AASHTO M 226
AC-2,5 AC-5 AC 10 AC-20 AC-30 AC-40 
CEMENTOS ASFÁLTICOSClasificación
P G : Performance Grade
SUPERPAVE : 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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
P G : Performance Grade
SUPERPAVE : AASHTO MP 1
Propone controlar las:
Deformaciones permanentes
La fisuración a baja temperatura
La fisuración por Fatiga
CEMENTOS ASFÁLTICOS 
Clasificación
Seguridad Punto de inflamación
Manejo Viscosidad
Envejecimiento RTFOT y PAV
Ahuellamiento Reómetro de Corte
Fisuración por fatiga Reómetro de corte
Fisuración Térmica Reómetro de flexión
CEMENTOS ASFÁLTICOS 
Clasificación SUPERPAVE
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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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
Penetración
Ductilidad
Viscosidad
Punto de Inflamación
Solubilidad
Índice de penetración
Ensayo de película delgada
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DISTANCIA – CLASE 06
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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Propiedades del Asfalto
Ensayo de 
Película delgada
Viscosidad Saybolt
Furol
Ductilidad
Fig. 3.50 Ensayo de ductilidad
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Peso específico agregado fino
Absorción agregado fino
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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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 polímeros
Para que mejoren los asfaltos usados en vías, 
los polímeros deben tener las siguientes
características:
– 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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 06
Aplicaciones
Aumentar la rigidez a altas temperaturas de 
servicio, mejorando la resistencia a la deformación 
permanente
Reducir la rigidez a bajas temperaturas 
previniendo la fisuración térmica
Aumentar la resistencia a la fatiga de las mezclas
Mejorar la adhesión con los agregados pétreos
Mejorar la cohesión brindando retención de los 
agregados en la vida inicial de los tratamiento 
superficiales.
Asfaltos Modificados
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
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 térmica
Aumentar 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 PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Asfaltos Modificados
Asfaltos Modificados
Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros
Muestra de mezcla asfáltica convencional
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DISTANCIA – CLASE 06
Asfaltos Modificados
Asfaltos Modificados
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Asfaltos Modificados
Efecto del tipo de cemento
asfáltico en el ahuellamiento
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Comportamiento viscoelásticoC
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Proporciones de materiales
en el concreto
Requisitos de los Requisitos de los 
agregadosagregados
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Granulometría 
agregado 
grueso
Lo que buscamos en una mezcla 
de agregados de grava y arena
Agregado 
grueso Arena
Material 
producido
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DISTANCIA – CLASE 06
Granulometría agregado fino
Requisitos agregado fino
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Tipos de cemento
Resistencia por tipo de cemento
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Cementos 
mezclados
EvoluciEvolucióón de la n de la 
resistenciaresistencia
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Evolución de la resistencia
Efecto de la temperatura
en la evolución de la resistencia
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Resistencia vs relación a/c
Resistencia vs contenido de aire
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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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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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Efecto de los vacíos en
las propiedades del concreto
Propiedades a analizar
Esfuerzos
de tensión
por 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 entre
contenido de 
aire y slump
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
contenido de aire
Compresión simple
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Ensayo de compresión 
diagonal
Módulo de Rotura del Concreto
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Pavimentos de concreto
Módulo de rotura del concreto a los 28 días 
ensayo de viga cargada en el tercio 
Módulo de elasticidad
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Testigos diamantina
Ultrasonido
(Impact-Echo Test)
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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DISTANCIA – CLASE 06
Fatiga en 
pavimentos 
de concreto
Fatiga en pavimentos de concreto
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DISEÑO DE PAVIMENTOS
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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