![3. Materiales
Características mecánicas del suelo de fundación
El parámetro de diseño es el módulo de elasticidad de la
subrasante. En general, se obtiene a partir del valor CBR
de la subrasante.
Para valores de CBR menores a 10%, vale la siguiente ley:
E SR [kg/cm²] = 100.CBR SR [%]
El suelo de fundación tiene un valor soporte CBR= 5%
Entonces, el módulo de elasticidad es:
E SR = 500 kg/cm² = 50 MN/ m²
Obs.: E H21 = 30.000 MN/ m².](https://image.slidesharecdn.com/pavimentosflexiblesshell1-180424101103/85/Pavimentos-flexibles-shell-1-27-320.jpg)
![3. Materiales
Condiciones de exposición durante la vida útil.
El desempeño de las mezclas asfálticas está
fuertemente condicionado por la temperatura a la que
estará expuesto.
−Temperatura media ponderada, w-MAAT.
Datos de una localidad próxima
Impacto en función de las temperaturas: Figura 6.
Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Tº mensual
promedio [ MMAT]
º C 18 14 12 10 8 8 8 10 10 12 14 18](https://image.slidesharecdn.com/pavimentosflexiblesshell1-180424101103/85/Pavimentos-flexibles-shell-1-28-320.jpg)
![3. Materiales
El factor de ponderación es una medida del
efecto que causa la temperatura en el desempeño
de los materiales asfálticos.
El factor de ponderación promedio es 0,39.
La temperatura asociada es la temperatura
representativa de las condiciones de exposición: 12,5º
Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Tº mensual
promedio [ MMAT]
º C 18 14 12 10 8 8 8 10 10 12 14 18
Factor de
Ponderación *
-
0,80 0,46 0,36 0,27 0,21 0,21 0,21 0,27 0,27 0,36 0,46 0,80](https://image.slidesharecdn.com/pavimentosflexiblesshell1-180424101103/85/Pavimentos-flexibles-shell-1-30-320.jpg)
![5. Costos
Cálculo del costo de cada diseño y selección del
mínimo.
Solución C Unidades Total Capa
Asfáltica
CBR 20 CBR 40 CBR 80
Costos Unitarios [$/km.cm] 15.240 1.500 3.000 7.950
Espesores [cm] 60 15 45 17 8 20
Costos [$/km] 228.600 208.500 25.500 24.000 159.000
SUBTOTAL [ $/ km] 437.100
Capas No Asfálticas
Solución B Unidades Total Capa
Asfáltica
Total CBR 20 CBR 40 CBR 80
Costos Unitarios [$/km.cm] 15.240 1.500 3.000 7.950
Espesores [cm] 45 20 25 17 8 0
Costos [$/km] 304.800 49.500 25.500 24.000 0
SUBTOTAL [ $/ km] 354.300
Capas No Asfálticas
Solución A Unidades Total Capa
Asfáltica
Total CBR 20 CBR 40 CBR 80
Costos Unitarios [$/km.cm] 15.240 1.500 3.000 7.950
Espesores [cm] 25 25 0 0 0 0
Costos [$/km] 381.000 0 0 0 0
SUBTOTAL [ $/ km] 381.000
Capas No Asfálticas](https://image.slidesharecdn.com/pavimentosflexiblesshell1-180424101103/85/Pavimentos-flexibles-shell-1-39-320.jpg)
Pavimentos flexibles shell (1)
- 1. 68.07 I ngeniería del Transporte, Depto. Transporte, FI UBA, Universidad de Buenos Aires - mariano.cermesoni@gmail.com - Abril 2006 PAVI MENTOS FLEXI BLES - Método Shell 1978 -
- 2. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell Contenido 1. Introducción 2. Solicitaciones 3. Materiales 4. Diseños alternativos 5. Costos 6. Síntesis
- 3. Prestaciones de un camino pavimento Reducción de costos de operación Transferencia de cargas Ininterrupción del servicio Requerimientos Construcción del camino pavimentado −Diseño geométrico −Diseño estructural Mantenimiento 1. Introducción Fuente de Beneficios
- 4. 1. Introducción Diseño Estructural Fundación Solicitaciones q = g + p Estáticas Materiales Hormigón, acero, madera, suelo.. Pavimento Solicitaciones −Carga por eje −Dinámicas Materiales −Hormigón, asfalto, suelo, etc..
- 5. 1. Introducción Diseño Estructural Fundación S serv < S adm con S adm = S rot . Pavimento N eq = N adm con N adm = N rot N rot serv rot Ratio tensiones Curva de fatiga del material N 10^6 ejes
- 6. 1. Introducción Metodología Solicitaciones S eq; N eq TMDA Tipo de veh Ejes Desempeño de los materiales Curvas de diseño Método Shell Subrasante, subbase, base mezcla asfáltica,Tº Vida Útil Tasa de crecimiento Soluciones Técnicas Alternativas A, B, C Costos de Alternativas A, B, C Solución Técnica – Económica Menor costo datos Operaciones
- 7. 1. Introducción Datos de Tránsito TMDA=1.560 veh/día Tasa de crecimiento: 6% acumulativa anual Vida útil= 20 años Distribución del tránsito Tránsito % Autos y camionetas 60% Ómnibus 15% Camiones 25% Total 100%
- 8. Datos de Tránsito (cont.) Configuración de ejes por tipo de vehículo Carga por eje de colectivos y camiones 1. Introducción Ejes Simples < 3t 10% 3t< q < 5t 10% 5t< q < 7t 20% 7t< q <9t 40% 9t< q <11t 20% Total 100% Ejes Tándem 14t< q <16t 35% 16t< q <18t 50% 18t< q <20t 10% 20t< q <22t 5% - Total 100% Ejes Ejes simples/ eje Ejes tándems/ eje ejes/ veh eje s/ eje eje t/ eje Autos y camionetas 2,0 100% 0% Ómnibus 3,0 30% 70% Camiones 4,0 50% 50%
- 9. Datos de Materiales Capacidad portante de la subrasante: CBR = 5% Datos de Costos Costo materiales subbase, base y carpeta (ancho 7,50m) −CBR 20 = 3.000$/km.cm −CBR 40 = 6.000$/km.cm −CBR 80 = 15.900$/km.cm −Carpeta asfáltica = 30.480$/km.cm Costo de mantenimiento: 24.000$/año.km Tasa de descuento: 12% 1. Introducción
- 10. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell Contenido 1.Introducción 2.Solicitaciones 3.Materiales 4.Diseños alternativos 5.Costos 6.Síntesis
- 11. 2. Solicitaciones Las repeticiones dependen de la cantidad de vehículos que circularán por el camino. TMDA inicial = 1.560 veh/día. Crecimiento del tránsito= 6% anual acumulativo. Período de análisis= 20 años desde la inauguración. TMDA.365dias/año= 57.836 . 365= 20.945.716 veh/VU TMDA veh/ día 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 Año 0 Año 2 Año 4 Año 6 Año 8 Año 10 Año 12 Año 14 Año 16 Año 18 Año 20 TMDA.(((1+t)^ VU) - 1)/t = 57,386
- 12. 2. Solicitaciones Las repeticiones dependen de la cantidad de ejes en cada vehículo. El tránsito está compuesto por distintos tipos de vehículos. Cada cual tiene un número diferente de ejes {2; 3; 4} Total de repeticiones = 55.506.146 ejes/VU % veh/ VU Ejes/ veh ejes/ VU Autos y camionetas 60% 12.567.429 2 25.134.859 Ómnibus 15% 3.141.857 3 9.425.572 Camiones 25% 5.236.429 4 20.945.716 Total 20.945.716 55.506.146 Cantidad de ejesDistribución del tránsito
- 13. 2. Solicitaciones Los ejes se clasifican según el tipo de eje: simple, tándem o trídem.
- 16. TRÍDEM
- 18. 2. Solicitaciones Los ejes totales obtenidos se clasifican según el tipo de eje: simple, tándem o trídem. Según los datos disponibles, los ejes correspondientes a autos y camionetas serán 100% ejes simples. Los ejes de ómnibus serán 30% simples y 70% tándems. Los ejes de camiones serán 50% simples y 50% tándems. 70% . Ejes un 2 ejes un/ VU simples/ VU tándems/ VU ejes/ VU Autos y camionetas 25.134.859 25.134.859 0 25.134.859 Ómnibus 9.425.572 2.827.672 3.298.950 6.126.622 Camiones 20.945.716 10.472.858 5.236.429 15.709.287 Total 55.506.146 38.435.388 8.535.379 46.970.767 Cantidad de ejes
- 19. El método Shell está diseñado para ejes de 8,2 toneladas. El efecto de la pasada de un eje de carga W equivale a k pasadas de un eje de carga 8,2 toneladas. 2. Solicitaciones K = (W/8,2)^4,5 Correlación k vs. W 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Carga W, en ton k,enpasadas
- 20. El método Shell está diseñado para ejes de 8,2 toneladas. Conversión para autos y camionetas: 25,0 millones de ejes simples se convierten en 2.000 ejes de 8,2 toneladas. 2. Solicitaciones Tipo de ejes Categoría Distribu ción Carga por eje factor equiv. carga equiv. ejes simples equivalentes Factor k Ejes 8,2 ton I ncidencia % ton/ eje - ton/ eje ejes simples eq/ VU (W/8,2ton)^ 4, 5 ejes 8,2/ VU ejes 8,2/ ejes 8,2 Simples 1ton 100% 1,0 1,00 1,0 25.134.859 0,0001 1.941 100% Total 25.134.859 1.941 100%
- 21. 2. Solicitaciones Además, cuando los ejes son tándems o trídems, se transforman a ejes simples. Factores de equivalencia para pavimentos asfálticos 1 eje tándem (W) = 1,43 ejes simples (W/2) 1 eje trídem (W) = 1,21 ejes tándems (2.W/3) 1 eje trídem (W) = 1,63 ejes simples (W/3)
- 22. 2. Solicitaciones Conversión para ómnibus: −6,1 millones de ejes se convierten en 8,1 millones ejes de 8,2 toneladas. Tipo de ejes Categoría Distribu ción Carga por eje factor equiv. carga equiv. ejes simples equiv. Factor k Ejes 8,2 ton I ncidencia % ton/ eje - ton/ eje ejes simples eq/ VU (W/8,2ton)^ 4, 5 ejes 8,2/ VU ejes 8,2/ ejes 8,2 Simples < 3t 10% 2,0 1,00 2,0 282.767 0,00 494 0% Simples 3t< q < 5t 10% 4,0 1,00 4,0 282.767 0,04 11.182 0% Simples 5t< q < 7t 20% 6,0 1,00 6,0 565.534 0,25 138.668 2% Simples 7t< q <9t 40% 8,0 1,00 8,0 1.131.069 0,89 1.012.119 13% Simples 9t< q < 11t 20% 10,0 1,00 10,0 565.534 2,44 1.381.327 17% Tándems 14t< q <16t 35% 15,0 1,43 7,5 1.651.125 0,67 1.105.079 14% Tándems 16t< q <18t 50% 17,0 1,43 8,5 2.358.749 1,18 2.772.711 34% Tándems 18t< q <20t 10% 19,0 1,43 9,5 471.750 1,94 914.757 11% Tándems 20t< q <22t 5% 21,0 1,43 10,5 235.875 3,04 717.582 9% Total 7.545.170 8.053.920 100% Conversión tándem a simple
- 23. 2. Solicitaciones Conversión para camiones: −15,7 millones de ejes se convierten en 18,2 millones ejes de 8,2 toneladas. Tipo de ejes Categoría Distribu ción Carga por eje factor equiv. carga equiv. ejes simples equiv. Factor k Ejes 8,2 ton I ncidencia % ton/ eje - ton/ eje ejes simples eq/ VU (W/8,2ton)^ 4, 5 ejes 8,2/ VU ejes 8,2/ ejes 8,2 Simples < 3t 10% 2,0 1,00 2,0 1.047.286 0,00 1.830 0% Simples 3t< q < 5t 10% 4,0 1,00 4,0 1.047.286 0,04 41.416 0% Simples 5t< q < 7t 20% 6,0 1,00 6,0 2.094.572 0,25 513.586 3% Simples 7t< q <9t 40% 8,0 1,00 8,0 4.189.143 0,89 3.748.589 21% Simples 9t< q <11t 20% 10,0 1,00 10,0 2.094.572 2,44 5.116.027 28% Tándems 14t< q <16t 35% 15,0 1,43 7,5 2.620.833 0,67 1.754.093 10% Tándems 16t< q <18t 50% 17,0 1,43 8,5 3.744.047 1,18 4.401.129 24% Tándems 18t< q <20t 10% 19,0 1,43 9,5 748.809 1,94 1.451.995 8% Tándems 20t< q <22t 5% 21,0 1,43 10,5 374.405 3,04 1.139.018 6% Total 17.960.951 18.167.685 100%
- 24. 2. Solicitaciones Síntesis de Solicitaciones A lo largo de la vida útil del pavimento pasarán 47,0 millones de ejes de vehículos cuyo efecto será equivalente al de la pasada de 26,2 millones de ejes 8,2. Ejes simples o tándems Total: 46.970.767 ejes Camiones 15.709.287 33% Autos y camionetas 25.134.859 54% Ómnibus 6.126.622 13% Autos y camionetas Camiones Ómnibus Ejes 8,2 toneladas Total: 26.223.546 ejes 8,2 Ómnibus 8.053.920 31% Autos y camionetas 1.941 0% Camiones 18.167.685 69% Autos y camionetas Camiones Ómnibus
- 25. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell Contenido 1. Introducción 2. Solicitaciones 3. Materiales 4. Diseños alternativos 5. Costos 6. Síntesis
- 26. 3. Materiales Perfil transversal de un pavimento flexible Subrasante (SR) Base (B) Subbase (SB) Carpeta Asfáltica (CA) e B = 15cm e SB = 20cm e CA = 10cm eT=45cm
- 27. 3. Materiales Características mecánicas del suelo de fundación El parámetro de diseño es el módulo de elasticidad de la subrasante. En general, se obtiene a partir del valor CBR de la subrasante. Para valores de CBR menores a 10%, vale la siguiente ley: E SR [kg/cm²] = 100.CBR SR [%] El suelo de fundación tiene un valor soporte CBR= 5% Entonces, el módulo de elasticidad es: E SR = 500 kg/cm² = 50 MN/ m² Obs.: E H21 = 30.000 MN/ m².
- 28. 3. Materiales Condiciones de exposición durante la vida útil. El desempeño de las mezclas asfálticas está fuertemente condicionado por la temperatura a la que estará expuesto. −Temperatura media ponderada, w-MAAT. Datos de una localidad próxima Impacto en función de las temperaturas: Figura 6. Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Tº mensual promedio [ MMAT] º C 18 14 12 10 8 8 8 10 10 12 14 18
- 30. 3. Materiales El factor de ponderación es una medida del efecto que causa la temperatura en el desempeño de los materiales asfálticos. El factor de ponderación promedio es 0,39. La temperatura asociada es la temperatura representativa de las condiciones de exposición: 12,5º Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Tº mensual promedio [ MMAT] º C 18 14 12 10 8 8 8 10 10 12 14 18 Factor de Ponderación * - 0,80 0,46 0,36 0,27 0,21 0,21 0,21 0,27 0,27 0,36 0,46 0,80
- 31. 3. Materiales Selección de la mezcla asfáltica {S; F; P} Parámetro S = Stiffness = Rigidez Existen dos tipos de rigideces posibles S1 o S2. −S1 es una mezcla densa, rígida, con un contenido medio de agregados, asfalto y vacíos. −S2 es una mezcla con granulometría abierta, con alto contenido de vacíos y bajo contenido de asfalto, o bajo contenido de agregados y alto contenido de asfalto. Se adopta una mezcla S1.
- 32. 3. Materiales Selección de la mezcla asfáltica {S; F; P} Parámetro F = Comportamiento a Fatiga Existen dos tipos de comportamientos F1 o F2. −F1 menor contenido de vacíos, mejor comportamiento a fatiga. −F2 alto contenido de vacíos. Se adopta una mezcla F1. Penetración P = {50, 100} Es un indicador de la viscosidad de la mezcla Se adopta una mezcla P=100. Mezcla {S1; F1; 100}
- 33. 3. Materiales Síntesis de Materiales Calidad de Subrasante: E SR = 500 kg/cm² = 50 MN/ m² Temperatura de servicio: w-MAAT=12º Mezcla asfáltica: {S1; F1; 100}
- 34. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell Contenido 1. Introducción 2. Solicitaciones 3. Materiales 4. Diseños alternativos 5. Costos 6. Síntesis
- 35. 4. Diseños Alternativos El Método Shell tiene ábacos de diseño. Los ábacos de diseño de pavimentos están en función de: −El tipo de mezcla asfáltica −Módulo de la subrasante −Temperatura de servicio −Cantidad de pasadas de ejes de 8,2 toneladas Las variables de decisión para el diseño son: −Espesores de capas ligadas y no ligadas
- 36. 4. Diseños Alternativos . A B C 3.10^7 ejes 8,2
- 37. 4. Diseños Alternativos Se propusieron 3 puntos de diseño: A, B y C. Los tres son técnicamente óptimos por cuanto la capacidad estructural coincide con las repeticiones. Diseño Espesor Total Espesor de Capa Asfáltica Espesor Capas No Asfálticas CBR 20 CBR 40 CBR 80 cm cm cm cm cm cm A 33 23 10 10 0 0 B 45 20 25 17 10 0 C 60 15 45 15 10 20 Espesores de cada una de las Capas No Asfálticas
- 38. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell Contenido 1. Introducción 2. Solicitaciones 3. Materiales 4. Diseños alternativos 5. Costos 6. Síntesis
- 39. 5. Costos Cálculo del costo de cada diseño y selección del mínimo. Solución C Unidades Total Capa Asfáltica CBR 20 CBR 40 CBR 80 Costos Unitarios [$/km.cm] 15.240 1.500 3.000 7.950 Espesores [cm] 60 15 45 17 8 20 Costos [$/km] 228.600 208.500 25.500 24.000 159.000 SUBTOTAL [ $/ km] 437.100 Capas No Asfálticas Solución B Unidades Total Capa Asfáltica Total CBR 20 CBR 40 CBR 80 Costos Unitarios [$/km.cm] 15.240 1.500 3.000 7.950 Espesores [cm] 45 20 25 17 8 0 Costos [$/km] 304.800 49.500 25.500 24.000 0 SUBTOTAL [ $/ km] 354.300 Capas No Asfálticas Solución A Unidades Total Capa Asfáltica Total CBR 20 CBR 40 CBR 80 Costos Unitarios [$/km.cm] 15.240 1.500 3.000 7.950 Espesores [cm] 25 25 0 0 0 0 Costos [$/km] 381.000 0 0 0 0 SUBTOTAL [ $/ km] 381.000 Capas No Asfálticas
- 40. 5. Costos Valor Presente Neto de las Erogaciones (VPN) Idea: Obtener el valor total de las erogaciones a realizar considerando que realizan en diferentes momentos en el tiempo. Fórmula: VPN = j VPNj VPNj = Costoj.(1+r)^-j j: es el período (año). Costoj: es el costo correspondiente al período j. r: es la tasa de descuento.
- 41. 5. Costos Diagrama de flujo de fondos VPN= 415.349 $/km Erogaciones vs tiempo 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Año Erogaciones,enmilesde$ Mantenimiento por 20 años Construcción en 2 años Habilitación
- 42. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell Contenido 1. Introducción 2. Solicitaciones 3. Materiales 4. Diseños alternativos 5. Costos 6. Síntesis
- 43. 6. Síntesis Diseño de un pavimento flexible Para un TMDA de 1.560 veh/día y una participación de camiones y ómnibus de 40% se obtuvieron las repeticiones a lo largo de una vida útil de 20 años y tasa de crecimiento de 6%. Se propusieron 3 soluciones técnicas (A, B y C) según el Método Shell. Entre ellas se seleccionó al diseño B como la solución técnico-económica por ser el de menor costo. El análisis de costos comprende el costo de construcción del paquete y el mantenimiento a lo largo de la vida útil. El valor presente neto para el diseño elegido fue de, aproximadamente, 400 mil pesos por kilómetro.
- 44. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell FIN