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CONTENIDO TEMATICO

1. INTRODUCCION

La misin de los pavimentos de pistas y plataformas es la de transmitir las

cargas de los trenes de aterrizaje de los aviones al terreno.

Existen dos tipos de pavimentos principalmente son:

a) Pavimentos flexibles

b) Pavimentos rgidos

Ambos, junto con el avin y el terreno de fundacin, forman un sistema

interactivo, y as debe tenerse en cuenta en los clculos a travs de

variables interrelacionadas que intervienen en los mismos.

Las variables que se utilizan en el sistema de clculo F.A.A. son:

Tipo I: Los que se refieren al trfico que debe soportar el pavimento, como

son:

Los distintos tipos de aviones y tener en consideracin el

volumen del trfico.

Tipo II: Los que se refieren al avin, como son:

La forma del tren de aterrizaje (disposicin de ruedas).

La carga sobre el tren principal.- rea de contacto del neumtico.

Tipo III: Los que se refieren a la calidad del terreno, como son:

El valor del CBR del terreno para el clculo de pavimentos flexibles.

El coeficiente de balasto K del terreno y de la sub-base para el clculo de

pavimentos rgidos.

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Tipo IV: Composicin de las distintas capas del pavimento.

Las curvas de diseo que proporciona F.A.A. se basan en el mtodo CBR

de diseo para pavimentos flexibles.

Para el diseo de pavimentos rgidos el mtodo utilizado es el del anlisis

de tensiones que se forman en el borde de la losa.

A continuacin se realizar el clculo del espesor necesario para pavimento

flexible y rgido, as como la determinacin el valor PCN, para un terreno de

CBR=8 y la siguiente previsin de trfico:

2. PAVIMENTO FLEXIBLE

Est formado por una capa de rodadura asfltica de unos 10-16 cm. De

espesor, apoyado sobre una capa de firme, y cuando las condiciones del

terreno de fundacin lo requieren, se aade una capa de cimiento.

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FAA indica que tanto el firme como el cimiento deben construirse con capas

estabilizadas cuando el pavimento deba soportar aviones de 100.000 libras

(45.400 Kg) o ms de peso al despegue.

Calcular un pavimento flexible es determinar los valores de T1, T2, T3 y T

.El mtodo de clculo propugnado por F.A.A. se basa:

1. En la forma del tren de aterrizaje.

2. En el CBR del terreno.

3. En el peso mximo al despegue del llamado "avin de clculo".

4. En el nmero de "salidas (despegues) anuales equivalentes" del "avin

de clculo".

Conocidos estos datos, F.A.A. o los Airport Planning proporcionan unos

grficos para cada forma de tren de aterrizaje que permiten determinar:

1. El espesor de la capa de rodadura asfltica "T1" en funcin de que se

trate de un rea crtica o no.

2. El espesor total del pavimento "T".

3. El espesor del firme "T2".

4. Por diferencia el espesor del cimiento "T3".

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2.1. DETERMINACIN DE LA AERONAVE DE CLCULO

Se define la aeronave de clculo como aquella de entre todas las que van a

utilizar determinada pista, que para el nmero de salidas mximas

estimadas para un ao y para un CBR del terreno dado, necesita el mayor

espesor de pavimento.

En este caso, el CBR del terreno vale 8.

Lo primero ser conocer las aeronaves que operan, as como su MTOW, el

tipo de tren principal que tienen y el nmero de salidas mximas anuales

(determinadas a travs de las prognosis necesarias, que en nuestro caso

son datos de entrada). Con estos datos se entra en las curvas de la F.A.A.

o bien en los bacos del Airport Planning para determinar el espesor

necesario de mezcla bituminosa para cada tipo de avin.

La columna de espesor total se corresponde con los valores calculados a

travs de los bacos. No obstante, en el caso de que el nmero de salidas

sea superior a 25000, los resultados de espesor resultante deben ser

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corregidos al alza, que se reflejan en la columna de espesor total corregido,

mediante la siguiente expresin:

A la vista de los resultados, la aeronave de clculo es el A310-300, que

es aquella para la que se requiere un mayor espesor de pavimento flexible,

e=102cm de espesor en este caso.

2.2. DETERMINACIN DE LAS SALIDAS EQUIVALENTES DE LA

AERONAVE DE CLCULO

Consiste en calcular el nmero de salidas equivalentes de todas las

aeronaves que operan en el aerdromo, en relacin a las salidas que hace

la aeronave tipo, es decir, el A310-300. Lo primero ser convertir las

aeronaves de rueda gemela a boogie de 4 ruedas. Para ello, con las

normas dadas por la F.A.A., se aplica un factor de correccin de 0.6 al

nmero de salidas reales de la aeronave, que se denominarn como R2.

Posteriormente se ha de calcular el valor de carga sobre cada rueda de

cada avin (W). Se usa la siguiente expresin:

Donde n es el nmero de ruedas del tren principal, 4 en el caso de rueda

gemela y 8 en el caso de tren tipo boogie. Asimismo se tiene en cuenta que

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Es el peso por rueda para el A310-300, la aeronave de clculo.

Tambin hay que tener en cuenta que el Boeing 747-400 es una aeronave

de fuselaje ancho, y segn la normativa de la F.A.A. este tipo de aeronave,

a efectos de clculo, siempre se considera como una aeronave de

MTOW=300000lb=136078kg, con boogie de 4 ruedas.

Finalmente, el nmero de salidas equivalentes de la aeronave de clculo

(R1) se determinan mediante la expresin:

De este modo se puede confeccionar la siguiente tabla:

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As pues, se puede considerar que todos los despegues de todas las

aeronaves de la prognosis son equivalentes a 196874 despegues de

unA310-300.

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2.3. CLCULO DE ESPESORES DE PAVIMENTO FLEXIBLE SEGN EL

MTODO DE LA F.A.A.

Los datos de partida son los siguientes:

Avin de clculo A310-300

MTOW: 157000 kg (346125 lb).

Nmero de despegues: 196874

CBR del terreno: 8 Los pavimentos flexibles consisten en una "capa de

rodadura" formada por una mezcla en caliente colocada sobre una sub-

base o firme y si fuese necesario (como resulta generalmente) una sub-

base inferior que se apoya sobre la cimentacin o el terreno. Para aviones

de ms de 100.000 libras de peso se requiere que la base y la sub-base

sean estabilizadas (FAA), que es lo que ocurre en nuestro caso.

Para calcular los espesores estabilizados, primero se deben determinar los

espesores de pavimento sin estabilizar, y posteriormente aplicar una

correccin para determinar los estabilizados. Para ello, se emplea la

nomenclatura definida en la siguiente figura:

Se denomina T4 al valor resultante: T4=T-T3, es decir: T4=T2+T1

El espesor total del pavimento

T se obtiene directamente de los grficos F.A.A. correspondiente al tren de

aterrizaje del avin de clculo, o del grfico obtenido del Airport Planning, y

a travs del CBR del terreno, del peso mximo al despegue del avin de

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clculo y del mximo de operaciones equivalentes anuales. En nuestro

caso, el espesor antes de la correccin debida a que el nmero de

operaciones es mayor de 25.000 es T*=38 in (97 cm). Aplicando la

correccin,

T=109 cm. El valor

T1 se obtiene directamente en los bacos para tren de aterrizaje boggie de

4 ruedas, marcando stos que para zonas crticas el espesor debe ser de 4

in (10 cm.) y en aquellas zonas no consideradas crticas el valor del

espesor debe ser de 3 in (8 cm.). Dado que el nmero de salidas es

superior a 25.000, estos valores deben ser incrementadas en 1 in (3 cm), es

decir, que el valor final en zonas no crticas ser de 11 cm. y en las zonas

crticas el valor ser de 13 cm.

El valor de T4 se puede obtener tambin de los bacos, considerando que

la sub-base es un terreno de CBR mayor del dado. Supondremos que el

valor del CBR de la sub-base es de 20, y por tanto, acudiendo a los bacos,

T 4 =20 in (51cm.). No obstante, de nuevo hay que corregir al alza ese

valor, debido a que el nmero de operaciones es superior a 25000. As, el

valor corregido de T 4 mediante la frmula

Por tanto, el valor del firme no estabilizado ser de

T 2 =T 4 T 1 =57-13=44 cm.

Por ltimo, el valor del espesor de la sub-base ser de

T 3 =T-T 4 =109-57=52 cm.

De acuerdo a la normativa AC-150/5320-6D de 1995, el valor del espesor

mnimo de base para una aeronave de 157000 kg y tren de aterrizaje tipo

boogie de 4 ruedas, debe ser de 20cm, que es inferior al valor obtenido

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mediante nuestros clculos. Por lo tanto, el espesor T 2 =44cm se

considera vlido.

Una vez calculados los espesores sin estabilizar, que se muestran en la

siguiente tabla, se procede al clculo de los valores de espesor del terreno

estabilizado.

En los pavimentos que deben soportar aeronaves de peso igual o superior

a100.000 libras, las bases y las sub-bases debern ser estabilizadas o al

menos ser bases granulares de ridos machacados del tipo P-209. Al

utilizar estos materiales de ms calidad se podrn disminuir los espesores

de los pavimentos que proporcionan las curvas de clculo, lo cual puede

resultar ventajoso.

En el Mtodo FAA esto se tiene en cuenta a travs de unos factores de

equivalencia iguales o superiores a la unidad, de forma que para obtener

los espesores de las capas mejoradas o estabilizadas basta dividir el

espesor de la capa estndar por el factor de equivalencia.

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Elegimos para nuestro terreno los siguientes tipos, recomendados por la

normativa FAA

Sub-base: P-209, factor equivalencia (1.4-2.0). Se elige =1.7.

Base: P-401 (de mezcla bituminosa), factor de equivalencia (1.2-1.6). Se

elige =1.4.

As pues, los espesores finales quedan de la siguiente manera

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3. PAVIMENTO RGIDO

Estn formados por una losa de hormign en masa, apoyada sobre un

cimiento o sub-base estabilizada, en la mayora de los casos, y con una

posible capa drenante, especialmente en plataformas, que va apoyada

sobre el terreno, y que tiene como objeto facilitar el sub-drenaje de la

plataforma. El hormign de la losa debe presentar un acabado

antideslizamiento, debe evitar la infiltracin de agua a la sub-base y terreno

y finalmente proporcionar una resistencia a la flexin adecuada La sub-base

debe proporcionar a la losa un apoyo estable. FAA recomienda un mnimo

de sub-base de 4 pulgadas (10 cm) para todo tipo de pavimentos, salvo los

indicados en la Tabla 8.7.1

Calcular un pavimento rgido es determinar los valores "T1 " y "T 2 " de los

espesores de la losa de hormign y de la base estabilizada.

El mtodo de clculo propugnado por F.A.A. se basa en una hiptesis de

carga en borde de junta con carga tangente a la misma.

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La F.A.A. proporciona unos grficos de dimensionamiento (Figuras 8.A.21

a8.A.39) en los que podemos determinar el espesor de la losa de hormign

conocido:

1.- La forma del tren de aterrizaje.

2.- La resistencia del hormign a flexin a los 90 das.

3.- El coeficiente de balasto K de la sub-base estabilizada.

4.- El peso mximo al despegue de la "aeronave o avin de clculo".

5.- Las "salidas anuales equivalentes" del "avin de clculo".

El espesor de la sub-base se fija previamente y se tantean algunos valores

para determinar el espesor ms econmico.

3.1. DETERMINACIN DE LA AERONAVE DE CLCULO

Las curvas F.A.A. necesarias para el clculo de pavimentos se obtendrn

del apndice "bacos de Clculo" y de las figuras 8.A.21 a 8.A.40 y 8.A.41

a8.A.48El mximo de salidas anuales que se pueden introducir en las

grficas es de25000. De ser mayor el nmero de salidas, se tomar el valor

para 25000 y se multiplicar por el siguiente factor corrector:

El valor del coeficiente K (coeficiente de balasto), se obtendr a partir

del valor del ndice CBR utilizando la siguiente grfica:

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El terreno estudiado sobre el que se va a construir el pavimento, tiene un

ndice CBR=8, y por tanto, utilizando la anterior grfica obtenemos un

coeficiente de balasto de 5 Kg/cm3 que equivalen a 180 pci.

Para el clculo del pavimento se tomar los siguientes valores:

- Coeficiente de balasto del terreno natural K=180 pci, que equivale a un

CBR=8.

- Para un espesor de cimiento de 4" se toma un coeficiente de balasto

medio del cimiento de 250 pci, de acuerdo con la Figura 8.7.3.

- Como resistencia media del hormign a flexo-traccin se elige 45 Kg/cm

a los 28 das, que equivale a 49 Kg/cm a los 90 das (coeficiente de

conversin 11), esto es 700 psi. Como primer paso, se deber calcular

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el avin crtico, de acuerdo con los datos de la previsin de trfico con los

que se cuentan.

Los datos empleados sern los anteriormente enumerados: coeficiente

debalasto de la sub-base estabilizada K = 250 pci (4) y resistencia a

flexin del hormign de 700 psi.

El espesor total corregido, se calcula aplicando la siguiente frmula, en el

caso de que el nmero de salidas de la aeronave en estudio sea superior a

25000.

Si el nmero de salidas es inferior a 25000, no ser necesaria la correccin.

Se observa que el avin crtico es el A310-300 por ser el que exige mayor

espesor.

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3.2. DETERMINACIN DE LAS SALIDAS EQUIVALENTES DE LA

AERONAVE DE CLCULO

Como ya se hizo al calcular los pavimentos flexibles, se calcularn las

salidas equivalentes de todas la aeronaves que operan en el aeropuerto, en

relacin a las caractersticas de la aeronave crtica o de diseo, el A310-

300.Para las aeronaves de rueda gemela se usar un factor de correccin

de 0,6 en el nmero de salidas reales, para poder hacer el estudio como si

de un boggie de 4 ruedas se tratase. Ms tarde, se calcular el peso sobre

cada rueda del avin:

donde n ser el nmero de ruedas del tren principal.(4 en el caso de rueda

gemela y 8 en el caso de tren tipo boogie).Esta misma operacin se

realizar para la aeronave de clculo:

De esta manera se obtiene el peso por rueda del A310-300, que es la

aeronave de clculo. Las aeronaves de fuselaje ancho, como es el caso del

Boeing 747-400, se considerarn, segn la normativa de la F.A.A, como

aeronaves de MTOW=300000lb=136078kg, con boogie de 4 ruedas.

El nmero de salidas equivalentes de la aeronave de clculo (R 1) se

determinar mediante la expresin:

De esta manera y con todos los clculos realizados, se puede confeccionar

la siguiente tabla:

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Se podr considerar que todos los despegues de todas las aeronaves de la

prognosis son equivalentes a 196874 despegues de un A310-300 que es la

aeronave de clculo.

3.3. CLCULO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RGIDO SEGN EL

MTODO DE LA F.A.A.

Se podr calcular el espesor que deber tener la losa de hormign,

utilizando para ello el nmero de salidas anuales equivalentes (para el

A310-300), el coeficiente de balasto considerado (320 pci) y la resistencia a

flexin del hormign elegida (700 psi):

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Utilizando el baco correspondiente a tren boogie de 4 ruedas, para K

h = 250pci, se obtiene un espesor del hormign de 17 in.

Para 25.000 despegues. Con la siguiente frmula, y conociendo el espesor

para 25000 salidas, se obtendr el espesor para las 196874 salidas en

estudio:

Se construir por tanto, una losa de espesor mnimo 50 cm. De esta

manera, el pavimento quedar constituido de la siguiente manera:

4" (10 cm) de magro y losa de 19 (50 cm) = 23 (60 cm)

Se repetirn los clculos para un espesor de cimiento de 10", tomando un

coeficiente de balasto medio del cimiento de 360 pci, de acuerdo con la

Figura8.7.3.

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Como primer paso, se deber calcular el avin crtico, de acuerdo con los

datos de la previsin de trfico con los que se cuentan. Los datos

empleados sern los anteriormente enumerados: coeficiente de balasto de

la sub-base estabilizada

K = 360 pci (10) y resistencia a flexin del hormign de 700 psi.

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El espesor total corregido, se calcula aplicando la siguiente frmula, en el

caso de que el nmero de salidas de la aeronave en estudio sea superior a

25000.

Si el nmero de salidas es inferior a 25000, no ser necesaria la correccin.

Se observa que el avin crtico es el A310-300 por ser el que exige mayor

espesor de pavimento. Se calcularn las salidas equivalentes de todas la

aeronaves que operan en el aeropuerto, en relacin a las caractersticas de

la aeronave crtica o de diseo, el A310-300.Para las aeronaves de rueda

gemela se usar un factor de correccin de 0,6 en el nmero de salidas

reales, para poder hacer el estudio como si de un boggie de 4 ruedas se

tratase.

Ms tarde, se calcular el peso sobre cada rueda del avin:

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donde n ser el nmero de ruedas del tren principal.(4 en el caso de rueda

gemela y 8 en el caso de tren tipo boogie).Esta misma operacin se

realizar para la aeronave de clculo:

De esta manera se obtiene el peso por rueda del A310-300, que es la

aeronave de clculo.

Las aeronaves de fuselaje ancho, como es el caso del Boeing 747-400, se

considerarn, segn la normativa de la F.A.A, como aeronaves de

MTOW=300000lb=136078kg, con boogie de 4 ruedas. El nmero de salidas

equivalentes de la aeronave de clculo (R1) se determinar mediante la

expresin:

De esta manera y con todos los clculos realizados, se puede confeccionar

la siguiente tabla:

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Se podr considerar que todos los despegues de todas las aeronaves de la

prognosis son equivalentes a 196874 despegues de un A310-300 que es la

aeronave de clculo. Se podr calcular el espesor que deber tener la losa

de hormign, utilizando para ello el nmero de salidas anuales equivalentes

(para el A310-300), el coeficiente de balasto considerado (360 pci) y la

resistencia a flexin del hormign elegida (700 psi):

Utilizando el baco correspondiente a tren boogie de 4 ruedas, para K

h=360pci, se obtendr un espesor del hormign de 17 in.

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Para 25.000 despegues. Mediante la siguiente frmula, se obtendr el

espesor necesario para 196874despegues:

Se tomar por lo tanto como espesor mnimo para la losa el valor de 43 cm

que proporcionar la siguiente configuracin del pavimento: 10" (25 cm) de

magro y losa de 15 (43 cm) = 25 (68 cm) El precio de la base de

pavimento rgido es 50 /m3

y el precio de la losa de hormign para pavimento rgido es 90 /m3.

Por tanto, la solucin ms econmica para pavimento rgido es un espesor

de 4" (10 cm) de magro y 19 (50 cm) de losa.