diseÑo y construcciÓn de pavimentos de hormigÓn
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JORNADA DE ACTUALIZACIN TCNICA
DISEO Y CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS DE HORMIGON
DISEO DE PAVIMENTOS RGIDOSIng. Diego H. Calo
Ciudad de Crdoba 2 de Noviembre de 2009
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Mecanismos de falla en Pavimentos RgidosPor qu es importante conocer los mecanismos de falla en Pavimentos de Hormign? Resulta imposible o impracticable disear y construir pavimentos que no exhiban ningn tipo de deterioro durante la vida proyectada El principal desafo constituye controlar la evolucin en el tiempo de los mismos La clave principal para lograr este objetivo radica en que tanto los responsables del diseo como de su construccin conozcan acabadamente los tipos de deterioros que pueden desarrollarse en pavimentos rgidos y las causas asociadas a dichos fenmenos. Debemos identificar aquellos factores vinculados tanto al diseo como a la construccin que afectan el comportamiento del pavimento tanto a corto como a largo plazo y por consiguiente se tomarn, en cada una de estas etapas, los recaudos necesarios para su controlINSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Fisuracin TransversalDescripcin: Fisuras con orientacin predominantemente perpendicular al eje del pavimento. Causas posibles: Fisuracin temprana por aserrado tardo. Fisuracin por fatiga: espesor de calzada insuficiente y/o separacin de juntas excesiva para las solicitaciones impuestas (cargas de trnsito y medio ambientales). Prdida de soporte por erosin. Reflexin de juntas o fisuras de capas inferiores o de losas adyacentes. Como evitarlas: Seleccin de espesores de calzada adecuados a las solicitaciones impuestas. Diseo adecuado de juntas.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Fisuracin LongitudinalDescripcin: Fisuras con orientacin predominantemente paralela al eje del pavimento. Causas posibles: Fisuracin temprana por aserrado tardo. Fisuracin por fatiga: espesor de calzada insuficiente y/o separacin de juntas excesiva. Reflexin de fisuras de capas inferiores o de losas adyacentes. Asentamientos diferenciales. Como evitarlas: Diseo adecuado de juntas. Control de heterogeneidades en subrasante.
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Rotura de EsquinaDescripcin: Fisura que intersecta una junta transversal con una junta longitudinal o borde de calzada orientada en general a 45 del eje del pavimento. Causas posibles: Pobre transferencia de carga. Losas con ngulos agudos. Prdida de soporte por erosin. Como evitarlas: Transferencia de carga adecuada en trnsito pesado. Diseo adecuado de juntas en superficies de geometra irregular. Provisin de una subbase resistente a la erosin bajo trnsito pesado.
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Erosin por Bombeo y EscalonamientoDescripcin: Movimiento del agua (con material en suspensin) ubicada debajo de la losa o su eyeccin hacia la superficie como resultado de la presin generada por la accin de las cargas. Causas (deben coexistir los siguientes factores): Material fino capaz de entrar en suspensin (arenas finas y limos). Disponibilidad de agua en las capas inferiores del pavimento. Deflexiones excesivas en bordes y esquinas. Como evitarla: Provisin de una subbase resistente a la erosin bajo trnsito pesado. Evitar el ingreso de agua y/o facilitar su remocin. Mejorar las condiciones de transferencia de carga.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Erosin por Bombeo y EscalonamientoCarga
Losa anterior Agua
Losa posterior
Base / Subbase
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Erosin por Bombeo y Escalonamiento
Carga
Losa anterior
Losa posterior Base / Subbase
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Erosin por Bombeo y Escalonamiento
Carga
Losa anterior
Losa posterior Base / Subbase
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Erosin por Bombeo y Escalonamiento
Carga
Losa anterior
Losa posterior Base / Subbase
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Erosin por Bombeo y EscalonamientoCarga
Escalonamiento Losa anterior Losa posterior Base / SubrasanteAcumulacin de finos Erosin de material
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Erosin por Bombeo y Escalonamiento1ER ETAPAJunta Longitud. Juntas Transversales Trnsito
Escalonamiento Inicial
Banq. Externa
2DA ETAPAIncremento del escalonamiento
Banq. Externa
Eyeccin de Finos
3ER ETAPAFisuracin Transversal
Banq. Externa
Eyeccin de Finos
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
Levantamiento de LosasDescripcin: Movimiento localizado hacia arriba de la superficie del pavimento en zona de juntas o fisuras, a menudo acompaado de una defragmentacin. Causas Posibles: Entrada de materiales incompresibles en la zona de junta. Expansiones trmicas excesivas. Inadecuado diseo de juntas en intersecciones y contra estructuras fijas. Expansiones por Reaccin lcali - Slice. Como evitarlas: Diseo adecuado de juntas en intersecciones. Especificar materiales de sello adecuados que prevengan la infiltracin de agua y materiales incompresibles.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
DespostillamientosDescripcin: Defragmentacin localizada de los labios de las juntas o fisuras. Causas Posibles: Entrada de materiales incompresibles en las juntas o fisuras. Hormign debilitado por falta de compactacin, de durabilidad o por aserrado prematuro o por retiro de moldes en juntas de construccin. Como evitarlas: Especificar materiales de sello adecuados que prevengan la infiltracin de agua y materiales incompresibles. Mantener los sellos en buen estado de conservacin. Diseo adecuado de juntas.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Mecanismos de falla en Pavimentos de H Simple
RugosidadDescripcin: Desviaciones de la superficie del pavimento respecto a una superficie perfectamente plana que afectan la dinmica de los vehculos, el confort de circulacin y las cargas dinmicas. Causas: Rugosidad inicial de construccin. Evolucin de otros deterioros. Como evitarla: Especificar equipamiento de construccin acorde con la rugosidad inicial requerida. Proveer desde la etapa de proyecto las condiciones para alcanzar el nivel de rugosidad especificado. Controlar adecuadamente la evolucin de los restantes deterioros.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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OBJETIVO DEL DISEO Provisin de un soporte razonablemente uniforme (control de cambios volumtricos en subrasantes expansivas y de la accin de la helada en zonas donde se prev el congelamiento de la subrasante). Prevencin del bombeo mediante subbases adecuadas en caso de trnsito pesado. Seleccionar espesores de diseo acordes con el trnsito previsto y las condiciones de soporte. Diseo adecuado de juntas. Evaluacin de los materiales componentes del hormign que aseguren los requisitos de resistencia y durabilidad durante la vida proyectada. Especificar el empleo de materiales de sello adecuados y resistentes al intemperismo. Especificar para su construccin el empleo de tecnologas acorde con la lisura que se pretende.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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SUBRASANTE / SUBBASECualquier fundacin de pavimentos rgidos deber verificar el cumplimiento de los siguientes requisitos: Uniformidad: No deber existir cambios abruptos en las caractersticas de los materiales (zonas dbiles o de elevada rigidez) Control de subrasantes expansivas para asegurar un soporte uniforme tanto en temporadas o estaciones hmedas como secas. Control de hinchamientos por congelamiento en zonas expuestas a esta condicin. Resistencia a la erosin en pavimentos sujetos a importantes volmenes de trnsito pesado. CUALQUIER PAVIMENTO DE HORMIGN EXPERIMENTAR PROBLEMAS CON SUBRASANTES Y SUBBASES NO APROPIADAMENTE DISEADAS Y CONSTRUIDASINSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Cundo es necesario una subbase?El empleo de una subbase es necesaria cuando: Cuando la combinacin de suelos de subrasante, disponibilidad de agua y trnsito pesado prev riesgo de bombeo y la presencia de deterioros asociados a la misma. Cuando se requiere garantizar un apoyo uniforme y estable al pavimento o para facilitar las tareas constructivas. Excepciones: Trnsito: Cuando el trnsito medio diario previsto de vehculos pesados es inferior de 200 VP/da cuando la cantidad de ejes equivalentes de diseo es inferior de 1.000.000 EEs de 8,2 T. Drenaje Natural: Un suelo de subrasante que es naturalmente drenante no bombear debido a que el agua percolar a las capas inferiores a travs de la subrasante y no permanecer por debajo del pavimento.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Influencia de la Subbase en el espesor de calzadaLa resistencia de la subrasante se valora mediante su mdulo de reaccin. La incorporacin de una subbase al pavimento incrementa significativamente el mdulo de reaccin combinado subrasante/subbase.
El espesor de calzada de hormign de diseo es relativamente poco sensible a la rigidez de su apoyo por lo que no es una decisin adecuada incrementar la resistencia o el espesor de la subbase con el fin de reducir el espesor de calzada.
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Influencia de la Rigidez de apoyo en las tensiones generadasCaso 1: Fundacin Perfectamente Rgida
Esubbase = Debido a la rigidez de la fundacin, la carga no genera deflexiones ni tensiones en la losa.
Esubbase = Durante una carga medioambiental, la fundacin no acompaa la deformacin de la losa y se genera prdida de apoyo.
Caso 2: Fundacin Muy Flexible
Esubbase = 0Debido a la falta de soporte la losa deflecta significativamente y se generan elevadas tensiones de flexin.
Esubbase = 0Durante una carga medioambiental, la fundacin acompaa la deformacin de la losa manteniendo su soporte.
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Resistencia a la ErosinClase A B C Potencial de Erosin Extremadamente Resistente a la erosin Resistente a la erosin Resistente a la erosin bajo ciertas condiciones Tipo de Material Hormign pobre con 7% - 8% de cemento concreto asfltico con 6% de asfalto. Material granular tratado con 5% de cemento. Material granular elaborado en planta con 3,5% de cemento o 3% de asfalto. Material granular elaborado in situ con 2,5% de cemento; suelos finos tratados con cemento in situ; Materiales granulares limpios, bien graduados y de buena calidad. Materiales granulares contaminados no tratados; Suelos finos no estabilizados.
D
Bastante erosionables
E
Muy erosionables
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Subbases granularesEl criterio principal para emplear una subbase granular en un pavimento de hormign es el de limitar el contenido de finos que pasan el Tamiz #200. Si el material cuenta con excesivos contenidos de finos, la capa puede almacenar agua encontrndose disponible para la erosin por bombeoRequisitos generales Espesor mnimo: 10 cm. Tamao mximo < 1/3 del espesor. P200 < 15%. Desgaste Los Angeles < 50%. Recomendaciones: No emplear espesores mayores de 15 cm. Deber especificarse una densidad mnima del 98% del T-180.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Subbases tratadas con cementoCaractersticas (ACPA): Espesor mnimo: 10 cm. Tipo de suelo recomendado para trnsito pesado: A1, A2-4, A2-5 y A3 (ACPA). Tamao mximo: 75 mm. Durabilidad por congelamiento deshielo y humedecimiento secado. Contenidos de Cemento: de 2% a 5%. Resistencia a compresin: de 2,1 a 5,5 MPa. Resistencia a Flexin: de 0,7 MPa a 1,4 MPa. Mdulo de elasticidad: 600.000 a 1.000.000 psi (de 4100 a 6900 MPa). Romper la adherencia con emulsin asfltica, film de polietileno o dos capas de membrana en base a parafina.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Subbases tratadas con cementoVentajas: Incremento de la resistencia a la erosin. Evita la consolidacin debido a cargas pesadas. Menores deflexiones. Mejor Eficiencia en la transferencia de carga. Elevada capacidad de carga (mayor k), con reduccin de espesor en losas. Apoyo firme para TAR (mejora en la lisura superficial que entrega el equipo de alto rendimiento), con menores demoras por malas condiciones climticas. Considerar siempre el empleo de Subbases tratadas con cemento.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Subbases de Hormign PobreRequisitos: Espesor mnimo: 10 cm. Resistencia a compresin de 5 MPa a 8 MPa. Contenido de cemento de 120 a 200 kg/m3. Contenido de aire de 6 a 8%. Tamao mximo hasta de 25 a 50 mm. Tolerancias: 6 mm en la regla de 3 m. Pueden ser densas o drenantes (H poroso). Recomendaciones constructivas: En general no suele especificarse la ejecucin de juntas en la subbase de hormign pobre. Una terminacin lisa es conveniente (menor friccin). Se recomienda romper la adherencia con la calzada mediante un film de polietileno.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Subbases tratadas con AsfaltoRequisitos: Espesor mnimo: 5 cm. Contenido de asfalto tpico: 4% 4,5%. TM: 19 mm. Tolerancias: 6 mm en la regla de 3 m. Pueden ser densas o drenantes (A poroso). Recomendaciones constructivas: Los lineamientos constructivos corresponden a los empleados para la ejecucin de cualquier capa asfltica. Una terminacin lisa es conveniente (menor friccin). En verano mantener la cancha humedecida o blanquearla (Riego de agua con cal.)INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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SUBBASES - SOBREANCHO Provee un apoyo estable y uniforme a la orugas del equipo pavimentador. Mejor calidad final de terminacin. Reduce las demoras por malas condiciones climticas. Mejora las condiciones de soporte de los bordes de calzada. Brindan una mejor aislacin en zonas de subrasantes formadas por suelos susceptibles a cambios volumtricos. Se debe especificar un sobreancho de 60 a 80 cm para calzada y de 80 a 100 cm para ancho completo. Es ALTAMENTE recomendable para pavimentacin con TAR, incorporar un sobreancho de la subbase a fin de que le provea una apoyo estable y uniforme a las orugas de la pavimentadora.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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TRANSFERENCIA DE CARGASDEFLEXIONES EN PAVIMENTOS DE HORMIGN5 Di 2.5 Di
Borde Externo del Pavimento
Carril 3,65 m.
3.5 Di
Di 2 Di
Di
Junta longitudinal Central (acta como banq. de H)
Junta Transv. sin pasadores
Junta Transv. con pasadores
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TRANSFERENCIA DE CARGAEs la capacidad de una losa de transferir su carga a una losa vecinaD1 = x D2 = 0 D1 = X/2 D2 = X/2
Mala Transferencia de Carga
Buena Transferencia de Carga
Trabazn entre agregados Pasadores Banquina de hormign Banquina Vinculada Cordn Cuneta Sobreancho de Carril
Tienen un efecto similar
Con cordn integral, si el cordn se ejecuta en una segunda etapa, no hay contribucin estructural
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BANQUINA EXTERNA RGIDA VINCULADA Es recomendable que las banquinas se construyan del mismo material que la calzada principal con el fin de facilitar las condiciones de construccin, mejorar la performance global del pavimento y reducir los costos de mantenimiento. La vinculacin al borde externo de calzada permite una reduccin significativa de las deflexiones y tensiones generadas por cargas, reduciendo los espesores de diseo (de 2 a 4 cm). Se recomienda el empleo de banquinas vinculadas de espesor total (considerar el empleo de seccin variable). Minimiza la infiltracin de agua (mejor drenaje superficial).INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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EMPLEO DE SOBREANCHO DE CARRIL EN VAS CON ELEVADO TRNSITO PESADO Se minimizan los deterioros asociados a las cargas en los bordes de calzada y esquinas. Las cargas de trnsito se convierten prcticamente en cargas internas desde el punto de vista de las tensiones y deflexiones generadas. Usualmente se efecta un ensanchamiento del carril cargado de 60 cm. aproximadamente. No resulta conveniente el empleo de sobreanchos mayores. La demarcacin se mantiene respetando el ancho de carril original y deber considerarse tambin el empleo de despertadores con el fin de desalentar el empleo de dichas zonas. Admite una reduccin del espesor de calzada de 2 a 4 cm. Se considera con transferencia lateral en bordes (PCA) se emplea un factor de transferencia de carga J = 2,7 (AASHTO).INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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TRANSFERENCIA DE CARGA EN BORDES
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Propiedades fsicas y mecnicas del Hormign Debe determinarse la resistencia media a flexin a 28 das (in situ). Se recomienda evaluar en laboratorio la relacin flexin compresin del hormign con los agregados a emplear. Comnmente se emplean MR a 28 das entre 4,0 MPa y 5,0 MPa. Evitar el empleo de hormigones de elevada resistencia. Se recomienda disear con una resistencia media a flexin a 28 das del orden de 4,5 MPa.
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Al menos una de las fracciones de agregados gruesos debe encontrarse triturada. Evitar el empleo de agregados de elevado coeficiente de expansin trmica. Evitar el empleo de agregados de elevado mdulo de elasticidad.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Mtodo de la Portland Cement Association Procedimiento Emprico- Mecanicista basado en respuestas de pavimentos matemticamente calculadas. Calibrado con Ensayos de campo y rutas en servicio. Lanzado originalmente en 1966 y revisado en 1984. Limita las tensiones desarrolladas en el Pavimento (Criterio de verificacin por fatiga). Limitante para bajo trnsito pesado. Limita las deflexiones desarrolladas en bordes y esquinas (Criterio de verificacin por erosin). Limitante para elevado trnsito pesado. Recientemente el ACPA ha lanzado una nueva versin para vas de Bajo Volumen de Trnsito Pesado (ACPA StreetPave).INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Ubicacin Crtica de CargasJunta transversal
Junta transversal
Carril Eje Tndem
Carril Eje Tndem
Banquina de Hormign (si existe)
Banquina de Hormign (si existe)
Posicin crtica de la carga para las Deformaciones
Posicin crtica de la carga para las Tensiones de Flexin
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Factores involucrados en el diseo Capacidad soporte de la subrasante (k subrasante). Tipo y espesor de Subbase (k combinado). Propiedades mecnicas del hormign. Perodo de diseo. Trnsito. Configuracin de cargas por eje. Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores / trabazn entre agregados). Transferencia de carga en bordes (Tipo de banquina / sobreanchos de calzada). Factor de seguridad de cargas.Siempre incorporar el valor medio o ms probable
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Limitaciones En el anlisis por fatiga, no incorpora el efecto de las tensiones generadas por alabeo. Considera que los efectos del alabeo diurno y nocturno se autocompensan. No considera en forma directa la erosionabilidad de la subbase. Lo hace en forma indirecta, mediante el incremento de la rigidez del apoyo. No tiene en consideracin la incidencia del clima y del drenaje de la estructura. El mtodo sugiere incrementar o reducir el dao por erosin del 100% en funcin de la experiencia en la utilizacin del mtodo en una regin determinada.
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METODO AASHTO 1993 AASHO Road Test (1958-1960) Tercer ensayo a gran escala en pavimentos. Se evaluaron secciones de pavimento rgido y flexible. Se evaluaron distintas configuraciones de carga, espesores de calzada y subbase. Se estudiaron secciones de pavimentos de hormign simple y reforzado. Objetivo central: desarrollar relaciones entre cargas de trnsito pesado aplicadas, estructura del pavimento y prdida de Serviciabilidad.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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METODO AASHTO 1993 Factores involucrados en el diseo Serviciabilidad Inicial (po). Serviciabilidad final (pt). Perodo de diseo Trnsito en ejes equivalentes (W18) Factor de transferencia de carga (J) Mdulo de rotura del Hormign (MR) Mdulo de elasticidad del Hormign ( Ec) Mdulo de reaccin de la subrasante (k, LOS) Coeficiente de drenaje (Cd) Confiabilidad (R, ZR). Siempre incorporar Desvo Global (so). el valor medio o msprobableINSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Transferencia de Carga - Efecto de pasadores y Banquina de Hormign La transferencia de carga en las juntas y bordes de calzada se tiene en cuenta mediante el Factor de Transferencia de Carga, J. Depende del tipo de pavimento, de las condiciones de soporte de bordes y de la transferencia de carga en juntas.Soporte de Borde ESALs [Millones] JPCP y JRCP (c-pas) NO < 0,3 0,3 a 1 1a3 3 a 10 10 a 30 > 30 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 SI 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 NO 3,2 3,4 3,6 3,8 4,1 4,3 JPCP (s-pas) SI 2,8 3,0 3,1 3,2 3,4 3,6
Fuente: WinPAS Manual - Simplified Design Guide.
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Propiedades de la Subrasante /SubbasePropiedades de la subrasante y Subbase asociadas al diseo son: Mdulo resiliente subrasante (Mr) Tipo de Subbase (E) Espesor de Subbase
Prdida de Soporte
Mdulo de reaccin Combinado (kc)INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Propiedades de la Subrasante /SubbasePrdida de soporte La Prdida de soporte tiene en cuenta la erosin de la subbase y subrasante. Mediante este factor se reduce el valor k debido a la esperada por la erosin de la subrasante. Una prdida de soporte de 0 considera la condicin del suelo en el ensayo AASHO. Este valor se sita entre 0 y 3.
A excepcin que se prevea una resistencia a la erosin inferior a la condicin de la prueba AASHO, adoptar LOS = 0
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Limitaciones No resulta prudente emplear ecuaciones o relaciones determinadas empricamente para describir fenmenos que ocurren fuera del rango de la informacin original empleada para esta relacin. Si bien el ensayo AASHO constituye el ensayo ms importante efectuado en materia de pavimentos, constituye una base emprica insuficiente para el diseo de los pavimentos actuales. (Ej.: 1 zona climtica, 2 aos en servicio, limitadas repeticiones de carga, 1 sola subrasante, limitadas secciones de estudio, 1 solo conjunto de materiales, etc.) Existen una gran cantidad de factores que tienen una fuerte incidencia en el diseo y no son tenidos en cuenta.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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LIMITACIONES DEL MTODO AASHTO ACTUAL
Una zona climtica / 2 aos
Un tipo de subrasante Limitadas repeticiones de carga
Limitadas secciones de estudio
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CLAVES QUE POSIBILITARON EL CAMBIO Los fundamentos tcnicos desarrollados en las ltimas 3 dcadas a travs de las distintas investigaciones llevadas a cabo en pavimento permitieron el desarrollo de un procedimiento de base mecanicista. La disponibilidad de informacin relativa a performance a largo plazo recabada en pavimentos en servicio (LTPP) que permiti la calibracin y validacin de dichos modelos. La velocidad de los procesadores actuales y la capacidad de almacenamiento de las computadoras modernas.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Suelos Suelos
Datos Datos Materiales Trnsito Materiales Trnsito
Clima Clima
Diseo a Evaluar Diseo a Evaluar REVISAR DISEO Cumple Cumple Requisito Requisito de Diseo? NO de Diseo? SI Verificacin del Comportamiento Verificacin del Comportamiento Criterio de falla Criterio de falla Diseo Final Diseo Final
Respuestas Estructurales (, , ) Respuestas Estructurales (, , )
Acumulacin de dao en el tiempo Acumulacin de dao en el tiempo
Prediccin de comportamiento Prediccin de comportamiento Fallas Rugosidad Fallas Rugosidad Confiabilidad Confiabilidad
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EVALUACIN DE PAVIMENTOS DE HS FISURACIN POR FATIGACARGA SOBRE BORDE EXTERNO Y ALABEO CONVEXO (situacin diurna).Tensiones Crticas
CARGA SOBRE JUNTAS Y ALABEO CNCAVO (Situacin Nocturna)
Tensiones Crticas
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EVALUACIN DE PAVIMENTOS DE HS ESCALONAMIENTOS DE JUNTAS Mximas deflexiones en esquinas (POSICIN CRTICA). Concentracin de tensiones en interfase losa-apoyo. Disponibilidad de agua por debajo de la losa. Finos disponibles para entrar en suspensin (EROSIONABILIDAD)
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EVALUACIN DE PAVIMENTOS DE HS RUGOSIDADNo existe un modelo de deterioro que prediga la evolucin de la rugosidad
Se determina a partir de: IRI inicial de construccin Evolucin de deterioros (fisuracin, escalonamiento, etc) Condiciones climticas.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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EVALUACIN DE PAVIMENTOS DE HS VERIFICACINEl diseo propuesto ser verificado con el criterio de verificacin para cada tipo de falla.
Fisuracin (Mximo permitido) De 10% a 45%
Escalonamiento (Mximo permitido) De 2,5mm a 5,0mm
Rugosidad (Mximo permitido) De 2,5 m/km a 4,0m/km
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QUE FACTORES PUEDEN ANALIZARSE?COEFICIENTE DE DILATACIN TRMICA70 CTE = 13 x 10-6 1/C 60 Losas Fisuradas, % 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 Edad, aos 20 25 CTE = 12 x 10-6 1/C CTE = 11 x 10-6 1/C CTE = 10 x 10-6 1/C CTE = 9 x 10-6 1/C
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SEPARACIN DE JUNTAS TRANSVERSALES100 90 80 Losas Fisuradas, % 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 Edad, aos 20 25 S = 5,50 m S = 5,25 m S = 5,00 m S = 4,75 m S = 4,50 m
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MDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGN70 E = 38 GPa 60 Losas Fisuradas, % 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 Edad, aos 20 25 E = 36 GPa E = 34 GPa E = 32 GPa E = 30 GPa
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TRANSFERENCIA DE CARGA DIMETRO DE PASADORES7 Sin Pasadores 6 Escalonamiento, mm 5 4 3 2 1 0 0 5 10 Edad, aos 15 20 25 Pasadores 25 mm Pasadores 32 mm Pasadores 38 mm Pasadores 32 mm c-sob
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TRANSFERENCIA DE CARGA EN BORDES Y JUNTAS7 Sin Pasadores 6 Escalonamiento, mm 5 4 3 2 1 0 0 5 10 Edad, aos 15 20 25 Sin Pasadores c-Sob Pasadores 32 mm Pasadores 32 mm c-sob
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ACPA StreetPave Mtodo de diseo de pavimentos de hormign basado en el mtodo de la Portland Cement Association (1984). Se haba desarrollado originalmente como un nuevo software bajo Windows que reemplazara el PCAPAV Se recomienda aplicarlo para el diseo de arterias con bajos volmenes de trnsito pesado. Se consider que algunos aspectos del mtodo anterior llevaban a soluciones muy conservadoras, por lo cul fue extensivamente revisado. Se conservaron ambos criterios de verificacin, aunque eliminando aquellos factores que se consider que generaban un sobre-dimensionamiento.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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MODELO DE FATIGA (PCA)
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MODELO DE FATIGA (ACPA)14 Numero de aplicaciones admisibles, Log N
12
10
SR 10.24 log(S ) log( Nf ) = 0.0112
0.217
PCA S = 95% S = 90% S = 80% S = 70% S = 60% S = 50%
8
6
4
2
0 0.4 0.5 0.6 0.7 Relacin de Tensiones 0.8 0.9 1
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FACTORES INVOLUCRADOS EN EL DISEO Valor soporte de los suelos de subrasante. Tipos, espesores y Mdulos de las distintas capas (kc). Propiedades mecnicas del hormign (MR, E). Perodo de diseo. Trnsito. Configuracin de cargas por eje. Crecimiento, Distribucin, etc. Transferencia de cargas en juntas transversales (pasadores / trabazn entre agregados). Transferencia de carga en bordes (Tipo de banquina / sobreanchos de calzada). Confiabilidad. Porcentaje de Losas Fisuradas.
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SUBRASANTE / SUBBASEValores tpicos de Mdulo de reaccin combinado Subrasante Subbase para distintos tipos de SubbasesValor k combinado subrasante / subbase [MPa/m] Valor k de Subrasante [MPa/m]13.5 27.0 40.5 54.0
Espesor de Subbase 100 mm NT17.6 35.1 47.3 59.4
150 mm TC27.8 50.0 71.0 94.0
230 mm TC40.0 69.4 96.4 123
300 mm TC59.9 100 137 171
TA23.0 41.0 58.6 75.6
NT20.3 37.8 50.0 62.1
TA30.2 52.4 73.2 93.2
NT23.0 43.2 58.1 72.9
TA41.9 69.9 95.3 119
NT29.7 51.3 68.9 86.4
TA54.0 87.8 118 146
TC82.1 134 179 222
NT: Subbase No Tratada. TA: Subbase Tratada con asfalto. TC: Subbase Tratada con cemento.
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CONFIABILIDAD Es simplemente un factor de seguridad. Se expresa generalmente en %. Es una medida de la probabilidad de que el pavimento falle por Fatiga.Confiabilidad Recomendada Urbano 85 - 99 80 - 99 80 - 95 50 - 80 Rural 80 99 75 95 75 95 50 80
Clasificacin Funcional del Camino Autopistas Arterias Principales Calles Colectoras Calles Residenciales y Rutas locales
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PORCENTAJE DE LOSAS FISURADASNivel Recomendado de Losas Fisuradas para cada Tipo de caminoPorcentaje recomendado de Losas Fisuradas al Final de su Vida til 15% 5% 10% 15% 25%
Tipo de Camino (Por defecto) Autopistas, Rutas Arterias Menores Calles Colectoras Calles Residenciales
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VERSIN ON-LINECaractersticas Anlisis de un Pavimento de Hormign Existente Clculo de la erosin total en el perodo de diseo Clculo de la fatiga total en el perodo de diseo Clculo de la vida terica del pavimento Diseo de Pavimento de Hormign Nuevo: Recomendaciones para el diseo de espesores Recomendaciones para la seleccin de pasadores Recomendaciones para una seleccin adecuada de juntas: Tablas con el detalle de los consumos de Fatiga y Erosin Consideraciones sobre espesores y la confiabilidad Anlisis de sensibilidad Anlisis del ciclo de vida Impresin en PDF de informe final Diseo de Pavimentos Flexibles: Recomendaciones para el diseo de pav. Flex. equivalentes Versin on-line Versin Windows
http://www.pavement.com/StreetPave/Default.aspxINSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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DISPOSICIN DE JUNTASEl objetivo es copiar el patrn de fisuracin que naturalmente desarrolla el pavimento en servicio mediante un adecuado diseo y ejecucin de juntas transversales y longitudinales, e incorporar en las mismas mecanismos apropiados para la transferencia de cargas. Un adecuado diseo de las juntas permitir:
Prevenir la formacin de fisuras transversales y longitudinales. Proveer transferencia de carga adecuada. Prevenir la infiltracin de agua y de materiales incompresibles a laestructura del pavimento.
Permitir el movimiento de las losas contra estructuras fijas eintersecciones
Dividir la construccin del pavimento en incrementos acordes a latecnologa empleada.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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TIPOS DE JUNTASJUNTAS TRANSVERSALES Contraccin: Controlan la formacin de fisuras Construccin: Juntas de fin de jornada o por imposibilidad de continuar con el hormigonado. Aislacin / Dilatacin: permite movimientos relativos con estructuras fijas u otros pavimentos. JUNTAS LONGITUDINALES Contraccin: Controlan la formacin de fisuras Construccin: Pavimentacin por fajas.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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TRANSV. DE CONTRACCIN- DISEOSeparaciones Recomendadas Sep. Mxima recomendada: 6,0 m. Bases Cementadas: 21 x E Bases Granulares: 24 x E
Otras Consideraciones Relacin largo/ancho < 1,5 (Recomendado 1,25). Otros factores que influyen: Coef. Dilatacin Trmica del H, Rigidez de la base, Condiciones Climticas, etc.
DEBE PRIMAR LA EXPERIENCIA LOCALINSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Separacin de Juntas Transversales100 90 80 Losas Fisuradas, % 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 Edad, aos 20 25 S = 5,50 m S = 5,25 m S = 5,00 m S = 4,75 m S = 4,50 m
MANTENER UN BAJO ESPACIAMIENTO DE JUNTASINSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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TRANSFERENCIA DE CARGA TRABAZN ENTRE AGREGADOSInteraccin de corte entre partculas de agregados de las caras de la junta por debajo del aserrado primario. Resulta aceptable para vas de bajo trnsito pesado (80 a 120 VP/d) El grado de transferencia de carga se encuentra afectado por: Espesor de losa. Separacin entre juntas (abertura de juntas) Mejores condiciones de drenaje. Empleo de agregados triturados. Agregados con TM > 25 mm. Subbases Rgidas. Condiciones de soporte en bordes.INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORESDeben emplearse en vas de Trnsito Pesado (donde no es suficiente la transferencia de carga por trabazn).Caractersticas:Tipo de acero Superficie Longitud Dimetro Tipo I (AL-220) Lisa, libre de xido y con tratamiento que impida la adherencia al hormign. 45 cm. 25 mm para E 20 cm 32 mm para 20 < E 25 cm 38 mm para E > 25 cm 30 cm. de centro a centro 15 cm. de centro a borde Paralelo al eje de calzada Mitad del espesor de losa Mitad a cada lado de la junta transversalINSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
Separacin Ubicacin
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TRANSFERENCIA DE CARGA - PASADORES
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LONGITUDINALES DE CONTRACCIN Se construyen para controlar la fisuracin longitudinal. Se ejecutan (por aserrado) cuando se pavimentan 2 o ms trochas simultneamente. La transferencia de carga se efecta por trabazn entre agregados. Se recomienda ubicarlas junto a las lneas demarcatorias de divisin de carriles (evitar las zonas de huellas). No colocar barras de unin a menos de 40 cm. de las juntas transversales. Barra de Unin nervurada
E/3 E
E/2
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LONGITUDINALES DE CONTRACCIN
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TRANSVERSALES DE CONSTRUCCIN Se efectan al final de la jornada de trabajo o en interrupciones programadas (puentes, estructuras fijas, intersecciones) o por imposibilidad de continuar con el hormigonado. Se deben ubicar en coincidencia con la de contraccin (Tomar precauciones cuando se pavimente por trochas). La transferencia de carga se efecta a travs del pasador. Principales fuentes de rugosidad. Minimizar su empleo. Intensificar los controles con la regla de 3m.
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LONGITUDINALES DE CONSTRUCCIN Se ejecutan cuando la calzada es construida por fajas. En caso de posibles ampliaciones, dejar los bordes con machimbre. No ejecutar el aserrado primario. Prestar especial atencin a las condiciones de terminacin de los bordes. Barra de Unin corrugada E/2 E
Machihembrado semicircular o trapezoidalINSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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JUNTAS DE DILATACIN Aslan el pavimento de otra estructura, tal como otra zona pavimentada o una estructura fija. Ayudan a disminuir tensiones de compresin que se desarrollan en intersecciones en T y asimtricas. Su ancho debe ser de 12 a 25 mm, ya que mayores dimensiones pueden causar movimientos excesivos en las juntas cercanas (prdida de trabazn entre agregados, rotura de sellos) La transferencia de carga se efecta a travs del pasador, sino debe realizarse sobre espesor de hormign. En pavimentos sin pasadores las 3 o 4 juntas prximas a la de dilatacin deben ejecutarse con pasadores.
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JUNTAS DE DILATACIN Cuando se necesitan juntas de dilatacin a intervalos regulares?
Casos Excepcionales: Cuando se emplean losas de elevada longitud (Mayor de 18 metros). La construccin del pavimento se efecta a muy baja temperatura (Menor de 5C). Cuando no se efecta mantenimiento de juntas, permitiendo la libre entrada de materiales incompresibles. Cuando los materiales con que se elaboran el hormign histricamente han evidenciado problemas por su elevada expansin.
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JUNTAS DE DILATACINPasador D= 25, 32 o 38 mm Material de Sellado Cpsula (30 mm de carrera libre)
1/2 E
Espesor de losa "E"
Material de Relleno 20 mm
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JUNTAS DE DILATACIONEn intersecciones asimtricas o en T no deben colocarse pasadores, de modo de permitir movimientos horizontales diferenciales Material de Sellado
Espesor de losa "E"
1,2 E
6 a 10 E
20 mm Material de Relleno
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DISPOSICIN DE JUNTAS EN INTERSECCIONESREGLAS GENERALES QUE HACER Respetar las separaciones mximas recomendadas. Mantener la relacin de esbeltez por debajo de 1,5. Recomendado L/A < 1,25. Coincidir con juntas de pavimentos existentes. Coincidir juntas con estructuras fijas (usualmente en pavimentos urbanos). Colocar armadura distribuida (>0,05%) en ambas direcciones en losas de esbeltez mayor de 1,5. QUE NO HACER
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Ancho de losas < 0,3 m. Ancho de losas > 4,5 m. o a la sep. mxima recomendada. ngulos < 60 (recomendado ~ 90) Esquinas interiores. Formas irregulares (mantener losas tan cuadradas como sea posible). Ubicar juntas zona de huellas. longitudinales en
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Paso 11. Dibujar los bordes de calzada y los cordones cuneta (si existen). INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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0.5 - 1.0 m
0.5 m
Paso 2 y 32. Trazar paralelas a los bordes donde se producen cambios en el ancho de calzada. 3. Dibujar las lneas que definen los carriles de ambas arterias. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Paso 44. Definir los carriles principales para pavimentacin. Donde los carriles intercepten las auxiliares trazadas extender las lneas ms all de las paralelas. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Paso 55. Trazar juntas transversales donde el pavimento cambia de ancho. No prolongar juntas que alcancen una auxiliar. La juntas en la arteria transversal que se encuentran ms alejadas de la principal deber ser de dilatacin. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Paso 66. Agregar juntas transversales intermedias a las anteriores. Mantener el espaciamiento por debajo de las mximas recomendadas. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Paso 77. Extender los bordes del pavimento para definir la zona de interseccin.
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?
?
?
?
Paso 88. Chequear las distancias entre la zona de interseccin y las juntas adyacentes.
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Paso 99. Agregar juntas intermedias con espaciamientos uniformes, si las separaciones son mayores a la mxima deseada. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Paso 1010. Trazar lneas desde el centro de la curva a los puntos definidos por la zona de interseccin y a cualquier junta intermedia alrededor de la interseccin. Agregar juntas a lo largo de las mismas. Analizar y resolver los puntos conflictivos. INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO
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Junta de Dilatacin perimetral
Reposicionar junta por alcantarilla
Armadura
Ajustar junta
Tapa de Inspeccin
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GRACIASING. DIEGO H. CALO DIVISIN PROYECTOS Y DESARROLLO [email protected]
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