Este método considera la estructura del pavimento como un sistema multicapa linealmente elástico, bajo la acción de las cargas de tránsito, en el cual los materiales se encuentran caracterizados por su módulo de elasticidad de Young (E) y su relación de Poisson (μ). Los materiales de la estructura se consideran homogéneos y se asume que las capas tienen una extensión infinita en sentido horizontal.

El método de diseño SHELL considera la estructura como un sistema TRICAPA, la capa superior representa todos los materiales ligados y se caracteriza por las propiedades de la base asfáltica, la segunda capa representa la subbase no ligada y la tercera capa la subrasante. Se considera que todas las capas desarrollan fricción total en sus interfaces. La carga aplicada a la estructura se define como el número estimado de ejes estándar acumulados durante el período de diseño. El principio del método es diseñar la capa asfáltica de tal forma que las cargas del tránsito aplicadas al pavimento no generen una deformación excesiva en la interface entre la subbase y la subrasante.

El método Shell determina el tránsito a través del número acumulado de ejes equivalentes de 18 kips (80 kN), que se esperan en el carril de diseño durante el período de diseño, aplicadas por medio de sistemas de ruedas dobles con un área de contacto circular con diámetro de 210 mm

PARÁMETROS DE DISEÑO

Período de Diseño:

Se define como el tiempo elegido al iniciar el diseño, para el cual se determinan las características del pavimento, evaluando su comportamiento para distintas alternativas a largo plazo, con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de diseño elegido, a un costo razonable.

EL TRANSITO

Es el número acumulado de ejes equivalentes a 8.2 toneladas, por eje sencillo que pasarán sobre el pavimento durante la vida de diseño.

Temperatura:

Las variaciones diarias y estacionales de la temperatura no presentan influencia significativa en el módulo de elasticidad de las capas granulares pero en cambio son muy importantes en las propiedades del asfalto, ya que éste un producto susceptible térmicamente y por lo tanto las mezclas que se construyan con él van a presentar un módulo de elasticidad diferente según el clima del lugar donde se construirá la obra. El comportamiento de una mezcla igual es diferente en clima frío que en caliente. A fin de considerar este efecto, el método desarrollará un procedimiento para estimar una temperatura media anual ponderada del aire (w-MMAT) en la región del proyecto a partir de las temperaturas medias mensuales del aire (MMAT) y con ellos obtener unos factores de ponderación que se obtienen de la figura 22.

Con este factor de ponderación = 0.64 determinamos la temperatura w‐MAAT = 16oC utilizando la gráfica de la curva de Ponderación de la temperatura

Propiedades de la subrasante, subbase y base

El conocimiento del módulo resiliente de la subrasante (Mr) o módulo dinámico de elasticidad, se puede determinar mediante ensayos tipo triaxial, con aplicación dinámica de carga sobre las muestras. Cuando no se puede determinar este ensayo por falta de equipos adecuados, se han desarrollados correlaciones en base al CBR como se muestra a continuación:

Ecuación sugerida por la guía AASHTO

Mr(N/m2)=107 x CBR

Mr(Kg/cm2)=100 x CBR

Se emplean las mismas correlaciones para determinar el módulo resiliente de la base y subbase

Resistencia de las capas granulares:

También se debe determinar la resistencia con base al módulo de elasticidad o módulo resiliente, que a su vez es función de las características del material, el espesor y la resistencia de apoyo. La SHELL emplea la misma correlación usada para la subrasante, o sea,

MR = 107xCBR N/m2

Originalmente éste módulo se da en términos de CBR, en tres zonas, de 20%,40% y 80%, respectivamente.

Aun cuando existan muchos tipos de mezclas asfálticas, la SHELL considera que son dos las propiedades fundamentales de ellas, que inciden en su comportamiento.

a. Módulo de elasticidad dinámico

b. Resistencia de la mezcla a la fatiga, es decir, a la acción repetida de las cargas.

En cuanto al módulo de elasticidad dinámica el método distingue dos tipos de muestra; las S1 que son mezclas corrientes de concreto asfáltico de alta rigidez, con contenidos normales o promedios de agregados, de asfalto y de vacíos con aire. Las mezclas de tipo S2 son mezclas de baja rigidez, mezclas abiertas que tiene un alto contenido de vacíos con aire y un bajo contenido de asfaltos

En cuanto a la fatiga el método distingue dos tipos de mezcla: Las F1 que tienen alta resistencia y que tienen cantidades moderadas de vacíos con aire y de asfalto, y las F2, de baja resistencia y que tienen alto volúmenes de vacío con aire.

El método considera únicamente dos tipos de cemento asfáltico, para la elaboración de las mezclas asfálticas; los de penetración 50 (mm) que se emplean en climas calientes y los de penetración 100 que se emplean en climas fríos. Con base en lo anterior, la SHELL reconoce para el diseño ocho tipos de mezclas asfálticas y presenta gráficas de diseño diferentes para cada una de ellas, estas son:

S1 F1 – 50 S2F1 – 50

S1F2 – 50 S2F2 – 50

S1F1 – 100 S2F1 – 100

S1F2 – 100 S2F2 – 100

Para determinar el tipo de mezcla asfáltica, la SHELL presenta una serie de gráficas que están en función de ensayos rutinarios de

laboratorio. El procedimiento a seguir considera los siguientes pasos:

a. Determinación del índice de penetración de la temperatura T80

Con el asfalto que se va a usar en la construcción se hacen varios ensayos de penetración a diferentes temperaturas para determinar su susceptibilidad térmica y con ayuda de la gráfica de HELKELLOM (Figura 23) se halla el índice de penetración (IP) que es una medida de la susceptibilidad térmica del asfalto, y también el T800 que es la temperatura a la cual la penetración es de 800 décimas de milímetro.

A continuación se presenta un ejemplo para determinar el IP utilizando la a partir de los siguientes datos.

En la Fig. 2 determinamos los puntos correspondientes a los valores de temperatura y penetración, luego trazamos una línea que pase por estos puntos y determinamos la T800 = 64 oC al cortar la horizontal que representa la penetración de 800 (1/10 mm).Luego se traza una paralela a la línea que pasa por los puntos de penetración, desde el punto A hasta cortar la escala de índice de penetración determinándose un IP = 1.0

b. Determinación de la rigidez del asfalto a la temperatura de trabajo en obra: Se emplea en la gráfica de VAN DER POEL (Figura 24) Para ello es necesario conocer: