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Pavimentos flexibles

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Que son los pavimentos

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  • Un pavimento de profundidad total (FULL DEPTH) de asfalto, 8 pulgadas de espesor en la capa de asfalto con módulo elástico 1’500,000 psi y una base de suelo con módulo elástico 30,000 psi y 12 pulgadas de espesor, se somete a una carga dual de las ruedas en tándem, como se muestra en la Figura. Cada carga pesa 50,000 libras, con una presión de los neumáticos de 80 psi y de centro a centro de espaciamiento de 28 pulgadas entre eje dual y 60 pulgadas entre tándem. Suponiendo un coeficiente de Poisson de 0.50.
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Pavimentos flexibles

  1. 2. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell <ul><li>Contenido </li></ul><ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Solicitaciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Materiales </li></ul></ul><ul><ul><li>Diseños alternativos </li></ul></ul><ul><ul><li>Costos </li></ul></ul><ul><ul><li>Síntesis </li></ul></ul>
  2. 3. <ul><li>Prestaciones de un camino pavimento </li></ul><ul><ul><li>Reducción de costos de operación </li></ul></ul><ul><ul><li>Transferencia de cargas </li></ul></ul><ul><ul><li>Ininterrupción del servicio </li></ul></ul><ul><li>Requerimientos </li></ul><ul><ul><li>Construcción del camino pavimentado </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Diseño geométrico </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Diseño estructural </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Mantenimiento </li></ul></ul>1. Introducción Fuente de Beneficios
  3. 4. 1. Introducción <ul><li>Diseño Estructural </li></ul><ul><li>Fundación </li></ul><ul><ul><li>Solicitaciones </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>q = g + p </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Estáticas </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Materiales </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Hormigón , acero, madera, suelo.. </li></ul></ul></ul><ul><li>Pavimento </li></ul><ul><ul><li>Solicitaciones </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Carga por eje </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Dinámicas </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Materiales </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Hormigón , asfalto, suelo, etc.. </li></ul></ul></ul>
  4. 5. 1. Introducción <ul><li>Diseño Estructural </li></ul><ul><li>Fundación </li></ul><ul><ul><li>S serv < S adm </li></ul></ul><ul><ul><li>con S adm = S rot .  </li></ul></ul><ul><li>Pavimento </li></ul><ul><ul><li>N eq = N adm </li></ul></ul><ul><ul><li>con N adm = N rot </li></ul></ul>N rot <ul><li>serv </li></ul><ul><li>rot </li></ul>Ratio tensiones Curva de fatiga del material N 10^6 ejes
  5. 6. 1. Introducción <ul><li>Metodología </li></ul>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
  6. 7. 1. Introducción <ul><li>Datos de Tránsito </li></ul><ul><ul><li>TMDA=1.560 veh/día </li></ul></ul><ul><ul><li>Tasa de crecimiento: 6% acumulativa anual </li></ul></ul><ul><ul><li>Vida útil= 20 años </li></ul></ul><ul><ul><li>Distribución del tránsito </li></ul></ul>
  7. 8. <ul><li>Datos de Tránsito (cont.) </li></ul><ul><ul><li>Configuración de ejes por tipo de vehículo </li></ul></ul><ul><ul><li>Carga por eje de colectivos y camiones </li></ul></ul>1. Introducción
  8. 9. <ul><li>Datos de Materiales </li></ul><ul><ul><li>Capacidad portante de la subrasante: CBR = 5% </li></ul></ul><ul><li>Datos de Costos </li></ul><ul><ul><li>Costo materiales subbase, base y carpeta (ancho 7,50m) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>CBR 20 = 1.500$/km.cm </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>CBR 40 = 3.000$/km.cm </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>CBR 80 = 7.950$/km.cm </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Carpeta asfáltica = 15.240$/km.cm </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Costo de mantenimiento: 12.000$/año.km </li></ul></ul><ul><ul><li>Tasa de descuento: 12% </li></ul></ul>1. Introducción
  9. 10. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell <ul><li>Contenido </li></ul><ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Solicitaciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Materiales </li></ul></ul><ul><ul><li>Diseños alternativos </li></ul></ul><ul><ul><li>Costos </li></ul></ul><ul><ul><li>Síntesis </li></ul></ul>
  10. 11. 2. Solicitaciones <ul><li>Las repeticiones dependen de la cantidad de vehículos que circularán por el camino. </li></ul><ul><ul><li>TMDA inicial = 1.560 veh/día. </li></ul></ul><ul><ul><li>Crecimiento del tránsito= 6% anual acumulativo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Período de análisis= 20 años desde la inauguración. </li></ul></ul><ul><ul><li> TMDA.365dias/año= 57.836 . 365= 20.945.716 veh/VU. </li></ul></ul>
  11. 12. 2. Solicitaciones <ul><li>Las repeticiones dependen de la cantidad de ejes en cada vehículo. </li></ul><ul><ul><li>El tránsito está compuesto por distintos tipos de vehículos. </li></ul></ul><ul><ul><li>Cada cual tiene un número diferente de ejes {2; 3; 4} </li></ul></ul><ul><li>Total de repeticiones = 55.506.146 ejes/VU </li></ul>
  12. 13. 2. Solicitaciones <ul><li>Los ejes se clasifican según el tipo de eje: simple, tándem o trídem. </li></ul>
  13. 14. TÁNDEM DUAL SIMPLE
  14. 15. DUAL TÁNDEM DUAL
  15. 16. TRÍDEM
  16. 17. 2. Solicitaciones TRÍDEM
  17. 18. 2. Solicitaciones <ul><li>Los ejes totales obtenidos se clasifican según el tipo de eje: simple, tándem o trídem. </li></ul><ul><ul><li>Según los datos disponibles, los ejes correspondientes a autos y camionetas serán 100% ejes simples. </li></ul></ul><ul><ul><li>Los ejes de ómnibus serán 30% simples y 70% tándems. </li></ul></ul><ul><ul><li>Los ejes de camiones serán 50% simples y 50% tándems. </li></ul></ul>70% . Ejes un 2
  18. 19. <ul><li>El método Shell está diseñado para ejes de 8,2 toneladas. </li></ul><ul><ul><li>El efecto de la pasada de un eje de carga W equivale a k pasadas de un eje de carga 8,2 toneladas. </li></ul></ul>2. Solicitaciones K = (W/8,2)^4,5
  19. 20. <ul><li>El método Shell está diseñado para ejes de 8,2 toneladas. </li></ul><ul><ul><li>Conversión para autos y camionetas: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>25,0 millones de ejes simples se convierten en 2.000 ejes de 8,2 toneladas. </li></ul></ul></ul>2. Solicitaciones
  20. 21. 2. Solicitaciones <ul><li>Además, cuando los ejes son tándems o trídems, se transforman a ejes simples. </li></ul><ul><ul><li>Factores de equivalencia para pavimentos asfálticos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>1 eje tándem (W) = 1,43 ejes simples (W/2) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>1 eje trídem (W) = 1,21 ejes tándems (2.W/3) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>1 eje trídem (W) = 1,63 ejes simples (W/3) </li></ul></ul></ul>
  21. 22. 2. Solicitaciones <ul><ul><li>Conversión para ómnibus: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>6,1 millones de ejes se convierten en 8,1 millones ejes de 8,2 toneladas. </li></ul></ul></ul>Conversión tándem a simple
  22. 23. 2. Solicitaciones <ul><ul><li>Conversión para camiones: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>15,7 millones de ejes se convierten en 18,2 millones ejes de 8,2 toneladas. </li></ul></ul></ul>
  23. 24. 2. Solicitaciones <ul><li>Síntesis de Solicitaciones </li></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul>
  24. 25. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell <ul><li>Contenido </li></ul><ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Solicitaciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Materiales </li></ul></ul><ul><ul><li>Diseños alternativos </li></ul></ul><ul><ul><li>Costos </li></ul></ul><ul><ul><li>Síntesis </li></ul></ul>
  25. 26. 3. Materiales <ul><li>Perfil transversal de un pavimento flexible </li></ul>Subrasante (SR) Base (B) Subbase (SB) Carpeta Asfáltica (CA) e B = 15cm e SB = 20cm e CA = 10cm eT=45cm
  26. 27. 3. Materiales <ul><li>Características mecánicas del suelo de fundación </li></ul><ul><ul><li>El parámetro de diseño es el módulo de elasticidad de la subrasante. En general, se obtiene a partir del valor CBR de la subrasante. </li></ul></ul><ul><ul><li>Para valores de CBR menores a 10%, vale la siguiente ley: </li></ul></ul><ul><ul><li>E SR [kg/cm²] = 100.CBR SR [%] </li></ul></ul><ul><ul><li>El suelo de fundación tiene un valor soporte CBR= 5% </li></ul></ul><ul><ul><li>Entonces, el módulo de elasticidad es: </li></ul></ul><ul><ul><li>E SR = 500 kg/cm² = 50 MN/ m² </li></ul></ul><ul><ul><li>Obs.: E H21 = 30.000 MN/ m². </li></ul></ul>
  27. 28. 3. Materiales <ul><li>Condiciones de exposición durante la vida útil. </li></ul><ul><ul><li>El desempeño de las mezclas asfálticas está fuertemente condicionado por la temperatura a la que estará expuesto. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Temperatura media ponderada, w-MAAT. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Datos de una localidad próxima </li></ul></ul><ul><ul><li>Impacto en función de las temperaturas: Figura 6. </li></ul></ul>
  28. 29. 3. Materiales 14º 0,46
  29. 30. 3. Materiales <ul><li>El factor de ponderación es una medida del efecto que causa la temperatura en el desempeño de los materiales asfálticos. </li></ul><ul><ul><li>El factor de ponderación promedio es 0,39. </li></ul></ul><ul><ul><li>La temperatura asociada es la temperatura representativa de las condiciones de exposición: 12,5º </li></ul></ul>
  30. 31. 3. Materiales <ul><li>Selección de la mezcla asfáltica {S; F; P} </li></ul><ul><ul><li>Parámetro S = Stiffness = Rigidez </li></ul></ul><ul><ul><li>Existen dos tipos de rigideces posibles S1 o S2. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>S1 es una mezcla densa, rígida, con un contenido medio de agregados, asfalto y vacíos. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Se adopta una mezcla S1. </li></ul></ul>
  31. 32. 3. Materiales <ul><li>Selección de la mezcla asfáltica {S; F; P} </li></ul><ul><ul><li>Parámetro F = Comportamiento a Fatiga </li></ul></ul><ul><ul><li>Existen dos tipos de comportamientos F1 o F2. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>F1 menor contenido de vacíos, mejor comportamiento a fatiga. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>F2 alto contenido de vacíos. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Se adopta una mezcla F1. </li></ul></ul><ul><ul><li>Penetración P = {50, 100} </li></ul></ul><ul><ul><li>Es un indicador de la viscosidad de la mezcla </li></ul></ul><ul><ul><li>Se adopta una mezcla P=100. </li></ul></ul><ul><li>Mezcla {S1; F1; 100} </li></ul>
  32. 33. 3. Materiales <ul><li>Síntesis de Materiales </li></ul><ul><ul><li>Calidad de Subrasante: E SR = 500 kg/cm² = 50 MN/ m² </li></ul></ul><ul><ul><li>Temperatura de servicio: w-MAAT=12º </li></ul></ul><ul><ul><li>Mezcla asfáltica: {S1; F1; 100} </li></ul></ul>
  33. 34. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell <ul><li>Contenido </li></ul><ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Solicitaciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Materiales </li></ul></ul><ul><ul><li>Diseños alternativos </li></ul></ul><ul><ul><li>Costos </li></ul></ul><ul><ul><li>Síntesis </li></ul></ul>
  34. 35. 4. Diseños Alternativos <ul><li>El Método Shell tiene ábacos de diseño. </li></ul><ul><ul><li>Los ábacos de diseño de pavimentos están en función de: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>El tipo de mezcla asfáltica </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Módulo de la subrasante </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Temperatura de servicio </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cantidad de pasadas de ejes de 8,2 toneladas </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Las variables de decisión para el diseño son: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Espesores de capas ligadas y no ligadas </li></ul></ul></ul>
  35. 36. 4. Diseños Alternativos . A B C 3.10^7 ejes 8,2
  36. 37. 4. Diseños Alternativos <ul><li>Se propusieron 3 puntos de diseño: A, B y C. </li></ul><ul><ul><li>Los tres son técnicamente óptimos por cuanto la capacidad estructural coincide con las repeticiones. </li></ul></ul>
  37. 38. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell <ul><li>Contenido </li></ul><ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Solicitaciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Materiales </li></ul></ul><ul><ul><li>Diseños alternativos </li></ul></ul><ul><ul><li>Costos </li></ul></ul><ul><ul><li>Síntesis </li></ul></ul>
  38. 39. 5. Costos <ul><li>Cálculo del costo de cada diseño y selección del mínimo. </li></ul>
  39. 40. 5. Costos <ul><li>Valor Presente Neto de las Erogaciones (VPN) </li></ul><ul><ul><li>Idea: Obtener el valor total de las erogaciones a realizar considerando que realizan en diferentes momentos en el tiempo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Fórmula: </li></ul></ul><ul><ul><li>VPN =  j VPNj </li></ul></ul><ul><ul><li>VPNj = Costoj.(1+r)^-j </li></ul></ul><ul><ul><li>j: es el período (año). </li></ul></ul><ul><ul><li>Costoj: es el costo correspondiente al período j. </li></ul></ul><ul><ul><li>r: es la tasa de descuento. </li></ul></ul>
  40. 41. 5. Costos <ul><li>Diagrama de flujo de fondos </li></ul><ul><ul><li>VPN= 415.349 $/km </li></ul></ul>Mantenimiento por 20 años Construcción en 2 años Habilitación
  41. 42. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell <ul><li>Contenido </li></ul><ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Solicitaciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Materiales </li></ul></ul><ul><ul><li>Diseños alternativos </li></ul></ul><ul><ul><li>Costos </li></ul></ul><ul><ul><li>Síntesis </li></ul></ul>
  42. 43. 6. Síntesis <ul><li>Diseño de un pavimento flexible </li></ul><ul><ul><li>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%. </li></ul></ul><ul><ul><li>Se propusieron 3 soluciones técnicas (A, B y C) según el Método Shell. </li></ul></ul><ul><ul><li>Entre ellas se seleccionó al diseño B como la solución técnico-económica por ser el de menor costo. </li></ul></ul><ul><ul><li>El análisis de costos comprende el costo de construcción del paquete y el mantenimiento a lo largo de la vida útil. </li></ul></ul><ul><ul><li>El valor presente neto para el diseño elegido fue de, aproximadamente, 400 mil pesos por kilómetro. </li></ul></ul>
  43. 44. Diseño de Pavimentos Flexibles: Método Shell <ul><li>FIN </li></ul>

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