DISEO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE SEGN EL METODO DE LA FAA

1. RESUMENES DE LOS DATOS RECOLECTADOS

Los datos referentes al trfico que debe soportar el pavimento: tipos de aviones y el volumen de trfico expresado como el nmero de aterrizaje anual

Tabla 1. Salidas anuales promedio en el periodo de diseo. Aeropuerto "MAYOR GENERAL FAP. ARMANDO REVOREDO IGLESIAS (2010 2030)

PESO DE DESPEGUESALIDAS

ANUALESTREN DE

MARCA Y MODELO DE AERONAVEPROMEDIOATERRIZAJE

KgLb2010-2030PRINCIPAL

(Tprom)

AIRBUS A319-13275.500166.44936.924DUAL

AIRBUS A320-23377.000169.756501DUAL

AIRBUS A321-23193.500206.13217.581DUAL

AIRBUS A330-200230.000507.063688DUAL TANDEM

ANTONOV AN-26-10025.00055.1165.108DUAL

ANTONOV AN-32B27.00059.525562DUAL

BOEING B727-20095.028209.50159DUAL

BOEING B737-20049.190108.44520.182DUAL

BOEING B737-71Q77.500170.8583.203DUAL

BOEING B747-200378.000833.3471.977WIDE BODY

BOEING B747-400397.000875.2351.210WIDE BODY

BOEING B757-200115.680255.0313.787DUAL TANDEM

BOEING B767-200ER179.170395.002496DUAL TANDEM

BOEING B767-300F186.880412.000470DUAL TANDEM

BOEING B767-400204.120450.00820.481DUAL TANDEM

LOCKHEED HERCULES L-1011-200209.000460.766167DUAL TANDEM

MCDONNELL DOUGLAS DC-10195.000429.90118DUAL TANDEM

MCDONNELL DOUGLAS DC-10-30F263.320580.521453WIDE BODY

MCDONNELL DOUGLAS MD11273.300602.523797WIDE BODY

MCDONNELL DOUGLAS MD11-F286.000630.522334WIDE BODY

Los datos referentes a los aviones, como son: la forma del tren de aterrizaje segn la disposicin de ruedas y el peso bruto de las aeronaves.

Los datos referentes a la calidad del terreno (CBR), para:

Capa Base: 120 %

Capa Subbase: 38%

Capa Subrasante: 19%

2. DETERMINACION DE LA AERONAVE DE CALCULO

Del listado de aeronaves mostrado en la tabla 8.3 se seleccionar la aeronave de diseo y ser aquella que requiera un mayor espesor del pavimento utilizando los bacos que la FAA publica para cada tipo de tren de aterrizaje (Anexo 1).

Por otro lado, para aquellas aeronaves que tengan salidas anuales mayores a 25,000, se deber considerar el espesor del pavimento con el nmero de salidas anuales mximo mostrado en los bacos (25,000); posteriormente, se le multiplicar el factor de correccin que le corresponda segn la siguiente tabla.

Tabla 8.2: Factor de correccin para un volumen mayor a 25 000 salidas

Annual Departure LevelPercent of 25,000

Departure Thickness

50104

100108

150110

200112

Fuente: FAA AC 150/5320-6D. Airport Pavement Design and Evaluation.Estados Unidos: 1995.

Cabe mencionar que la aeronave de clculo no ser necesariamente la aeronave con mayor peso bruto.

A continuacin se muestra los espesores de los pavimentos para las diferentes aeronaves analizadas.Tabla 3: Determinacin de la aeronave de clculoComo podemos ver en la tabla anterior, el B 767-400 corresponde a la aeronave de clculo, ya que es la que exige el mximo espesor de pavimento flexible (24.5 pulg).

3. DETERMINACION DE LAS SALIDAS ANUALES EQUIVALENTES EN FUNCION A LA AERONAVE DE CALCULO

Las salidas anuales equivalentes se deben calcular en relacin a las salidas anuales de la aeronave de clculo.

El primer paso es multiplicar por un factor a todo el pronstico de salidas anuales con el fin de uniformizar los trenes de aterrizaje al tren dual tndem que corresponde al de la aeronave de clculo (B 767-400).

Tabla 4. Factures de conversinTo Convert FromToMultiply Departures by

single Wheeldual wheel0,8

single Wheeldual tandem0,5

dual Wheeldual tandem0,6

double dual tndemdual tandem1,0

dual tndemsingle wheel2,0

dual tndemdual wheel1,7

dual Wheelsingle wheel1,3

double dual tndemdual wheel1,7

Fuente: FAA AC 150/5320-6D. Airport Pavement Design and Evaluation.Estados Unidos: 1995.

Tabla 5: Salidas anuales promedio afectadas por el factor de conversin

Posteriormente, se debe calcular para cada uno de los aviones, la carga sobre cada rueda del tren principal, que aproximadamente soporta el 95% del peso de despegue o peso bruto.

Cabe mencionar que para un tren Dual el nmero de llantas es 4 y para un tren dual tndem es 8. Asimismo, hemos calculado la carga por rueda del avin de diseo B 767400, que tiene 450,008 Lb (204,120 Kg) de peso bruto y tren dual tndem, obtenindose un valor de carga por rueda de W1 = 53,438 Lb (24,239 Kg).

En la tabla 6 se muestra las salidas anuales equivalentes de todas las aeronaves en funcin al avin de diseo, tambin se observa que el total de salidas anuales equivalentes es 38,423.

Tabla 6: Determinacin de las salidas anuales equivalentes del avin de diseo

(*) Para el clculo de las salidas anuales equivalentes, Las aeronaves de fuselaje ancho son consideradas segn el AC 150/5320-6D como aeronaves con tren dual tndem (8 ruedas) y con un peso bruto de 300,000 lb (136,100 Kg), resultando as una carga de 35,625 lb (16,162 Kg) para cada llanta del tren principal.4. CALCULO DEL ESPESOR DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLE PARA UNA ZONA CRITICA

Las zonas crticas en los aeropuertos estn conformadas por la pista de aterrizaje, la plataforma, los apartaderos de espera y las calles de rodaje (con salida de 90).

En estas zonas, los espesores de las capas base y subbase se calcularn empleando la tabla correspondiente a la aeronave de clculo, y el espesor de la capa asfltica se determinar empleando la tabla que corresponda a la aeronave de mayor peso bruto.

4.1. CALCULO DEL ESPESOR DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO ESTRUCTURAL CRTICOLos datos de entrada que se requieren para el clculo de espesores del pavimento estructural son los siguientes:

o Avin de clculo: B 767400 (Dual Tandem)

o Avin de mayor peso bruto: B 747400 (Wide Body)

o Peso bruto del avin de clculo: 450,008 lb (204,120 Kg) o Nmero total de salidas anuales equivalentes: 38,423

o CBR de la subrasante: 19%

o CBR de la subbase o cimiento: 38% o CBR de la base o firme: 120%

Segn la FAA si el peso de la aeronave de clculo es mayor a 100,000 lb (45,350 Kg), ser necesario estabilizar la capa base y subbase. Sin embargo, la estabilizacin de las capas se puede obviar si los materiales son de buena calidad y si estn dentro del lmite del CBR permitido (CBR=100% mn. para la base y CBR=35% mn. para la subbase).

De los resultados del estudio de cantera, sabemos que los materiales son de buena calidad y el valor de CBR de la capa base es 120% y de la capa subbase es 38%. Con estos resultados podemos hacer obviar la estabilizacin de capas.A continuacin se detallar el clculo de espesores de todas las capas que conforman el pavimento flexible:

Espesor total del pavimento:Como primer paso, en la figura 8.1 se registra el valor de CBR de la subrasante (19%) en la abscisa superior, luego se traza una proyeccin vertical hacia abajo hasta intersecar con la curva cuyo valor es el del peso bruto de la aeronave de clculo (450,008 lb); de esta interseccin se traza una proyeccin horizontal hasta intersecar con la curva de las salidas anuales equivalentes (38,423), como el valor de la salida anual equivalente supera a 25,000, se debe determinar el espesor del pavimento asumiendo el nmero de salida mximo mostrado en el baco (25,000), desde este punto se hace una proyeccin vertical hasta la abscisa inferior y se obtiene un espesor total de 24.5 (61.3 cm).

Como se calcul el espesor del pavimento con un total de salidas anuales equivalentes de 25,000, es necesario realizar la correccin del espesor utilizando la tabla 8.2 que para este caso corresponde un valor igual a 103.07%.

Figura 8.1: Curvas de diseo de un pavimento flexible con tren dual tndemEl espesor total del pavimento corregido es 24.5 x 103.07% = 25.3 (63.3 m), registrndose un aumento de 0.8 (2 cm).

Segn la FAA, este incremento se debe considerar de la siguiente manera: 1 (2.5 cm) para la capa asfltica y el valor restante debe incrementarse proporcionalmente a las capas base y subbase. Sin embargo como el aumento es de 0.8, este valor solo se le agregar a la capa asfltica.

Espesor de la superficie asfltica:El espesor de la superficie asfltica se determina directamente de la nota descrita en el baco de la aeronave de mayor peso de despegue, en nuestro caso el B 747-400.

Como se puede apreciar, en la figura 8.2 (baco perteneciente al B 747 400), el espesor de la capa asfltica para zonas crticas debe ser de5 (12.5 cm). A este valor se le aade 0.8 producto del espesor corregido, obteniendo como resultado un espesor de la superficie asfltica total de 5.8 (14.5 cm).

Espesor de la capa subbase:El procedimiento de clculo del espesor de la capa subbase es similar al mostrado para el clculo del espesor total del pavimento e incluso se utiliza el mismo nomograma que corresponde a la aeronave de clculo, con la diferencia de que el valor del CBR con el cual se ingresa al baco debe ser el de la subbase.

Del estudio de cantera se sabe que el CBR de la subbase es 38%, con este dato obtenemos un espesor de 14.5 (36.3 cm), ver grfico 8.4. No obstante, se debe corregir este valor multiplicndosele por 103.07%, debido a que el nmero de salidas anuales supera a 25,000. As el valor corregido es 15 (37.5 cm) que corresponde a la suma de espesores de la capa base y de la capa de rodadura.

Por lo tanto, al extraer el valor corregido (15) al espesor total del pavimento (25.3) se obtiene el espesor de la capa subbase cuyo valor es 10.3 (25.8 cm).

Figura 8.3: Curvas de diseo de un pavimento flexible para tren dual tandem

Fuente: FAA AC 150/5320-6D. Airport Pavement Design and Evaluation.Estados Unidos: 1995.

Espesor de la capa base:De los clculos efectuados anteriormente conocemos el valor corregido (15) que corresponde a la suma de espesores de la capa base y de la capa de asfltica, adems se conoce el espesor de la superficie asfltica (5.8), por lo tanto, por diferencia de estos valores se obtendr el espesor de la capa base, cuyo valor resulta 9.2 (23 cm).

El espesor para la capa base obtenida mediante clculos se debe comparar con los valores mnimos exigidos por la FAA (tabla 8.7).En nuestro caso, para la aeronave de diseo B 767-400 de peso igual a 450,008 lb (204,120 Kg) y tren dual tndem, el espesor mnimo de la capa base debe ser de 8 (20 cm), el cual es menor al valor obtenido mediante clculos, por lo tanto, el espesor de la capa base para la zona critica ser de9.2 (23 cm), ya que segn la FAA se debe considerar el mayor valor.Tabla 7: Espesor mnimo de la capa base

DesignDesign Load RangeMinimum Base

Course Thickness

Aircraft

lbs.Kgin.mm

Single Wheel30,000- 50,00013,600- 22.7004100

50,000- 75,00022,700- 34,0006150

Dual50,000 - 100,00022,700- 45,0006150

Wheel100,000- 200,00045,000- 90,7008200

Dual100,000- 250,00045,000 - 113,4006150

Tandem250,000- 400,000113,400- 181,0008200

757200,000- 400,00090,700 - 181,0006150

767

DC - 10400,000- 600,000181,000- 272,0008200

L 1011

B - 747400,00 - 600,000181,000- 272,0006150

600,000- 850,000272,000- 385,7008200

C - 13075,000 - 125,00034,000- 56,7004100

125,000- 175,00056,700- 79,4006150

Fuente: FAA AC 150/5320-6D. Airport Pavement Design and Evaluation.Estados Unidos: 1995.

A continuacin, se muestra el resumen de los espesores de las capas del pavimento estructural flexible para zonas crticas.

Tabla 8.: Espesor total del pavimento estructural crtico.

CAPA DEL PAVIMENTOESPESOR

FLEXIBLEPlgcm

Capa de rodadura5.814.5

Capa Base o Firme9.223

Capa Subbase o Cimentacin10.325.8

Espesor Total del Pavimento25.363.3

4.2. CLCULO DEL ESPESOR DEL MARGEN CRTICOEl margen se encuentra adyacente a la pista estructural y segn la FAA, el espesor de su capa base se va adelgazando a medida que se aleja de la pista, hasta alcanzar un valor mnimo de 0.7 veces el espesor de la capa base del pavimento estructural. En nuestro caso, el espesor de la capa base del pavimento estructural es de 9.2 (23 cm), por lo tanto, el borde adelgazado del margen es 0.7*9.2=6.5 (16.3cm).

De la misma manera, el espesor de la capa asfltica se va adelgazando hasta alcanzar un espesor mnimo de 2 (5 cm). En este caso el espesor de la capa de rodadura del pavimento estructural es 5.8 (14.5 cm), por lo que el borde adelgazado es el valor mnimo igual a 2 (5 cm).

El espesor de la capa subbase del pavimento estructural es de 10.3 (25.8 cm) y considerando que el espesor total del pavimento debe mantenerse constante, el espesor de la subbase del margen en el extremo alejado de la pista tendra un valor de 16.8 (42 cm).

Tabla 8.9: Espesor total del margen crtico

CAPA DEL PAVIMENTOESPESOR INICIALBORDE ADELGAZADO

FLEXIBLEPulgCmPulgCm

Capa de rodadura5.814.525

Capa Base o Firme9.2236.516.3

Capa Subbase o Cimentacin10.325.816.842

Espesor Total del Pavimento25.363.325.363.3

4.3. CLCULO DEL ESPESOR DE LA FRANJA NIVELADA CRTICALa franja se encuentra adyacente al margen, es por eso que los espesores de las capas toman los mismos valores que el margen en su borde adelgazado y se mantienen constantes en toda la franja nivelada.

Tabla 8.10: Espesor total de la franja nivelada crtica

CAPA DEL PAVIMENTOESPESOR

FLEXIBLEPulgCm

Capa de rodadura25

Capa Base o Firme6,516,3

Capa Subbase o Cimentacin16,842

Espesor Total del Pavimento25,363,3

5. CLCULO DEL ESPESOR DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLENO CRITICO

Las zonas no crticas en los aeropuertos estn conformadas por las calles de salida rpida.

Segn la FAA los espesores de las capas base y subbase son iguales al 90% de los espesores de las mismas capas del pavimento estructural crtico. Adems, el espesor de la capa asfltica, al igual que para zonas crticas, se obtendr de la nota del baco que corresponda a la aeronave de mayor peso de despegue.

5.1. CALCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO ESTRUCTURAL NO CRTICOA continuacin, aplicaremos la reduccin al 90% nicamente a la capa base (9.2*0.9=8.3), la cual se compensar con el aumento del espesor de la capa subbase. Esto es para mantener constante el espesor total del pavimento.

De la figura 8.4, que corresponde al avin ms pesado (B 747-400), obtenemos un espesor de4 (10 cm) para la capa asfltica no crtica; a este espesor se le aade 0.8 (2 cm) debido a que se supera las 25,000 salidas anuales equivalentes. Es as que el espesor de la capa asfltica es4.8 (12 cm).

Tabla 8.11: Espesor total del pavimento estructural no crtico

CAPA DEL PAVIMENTOESPESOR

FLEXIBLEPlgcm

Capa de rodadura4,812

Capa Base o Firme8,320,8

Capa Subbase o Cimentacin12,230,5

Espesor Total del Pavimento25,363,3

Figura 8.4: Curvas de diseo de un pavimento flexible para B747-100, SR, 200B, C, F

(reas no crticas)

Fuente: FAA AC 150/5320-6D. Airport Pavement Design and Evaluation.Estados Unidos: 1995.

5.2. CALCULO DEL ESPESOR DEL MARGEN NO CRTICOEl espesor de las capas del margen se determina de la misma forma que para las capas del margen crtico. De esta manera se obtienen los siguientes resultados.

Tabla 8.12: Espesor total del margen

CAPA DEL PAVIMENTOESPESOR INICIALBORDE ADELGAZADO

FLEXIBLEPulgCmPulgCm

Capa de rodadura4,81225

Capa Base o Firme8,320,85,814,5

Capa Subbase o Cimentacin12,230,517,543,8

Espesor Total del Pavimento25,363,325,363,3

5.3. CALCULO DEL ESPESOR DE LA FRANJA NIVELADA NO CRTICALos espesores de las capas de la franja, al igual que para zonas crticas, adoptan los espesores adelgazados del margen y se mantienen constantes en toda su extensin.

Tabla 8.13: Espesor total de la franja nivelada no crtica

CAPA DEL PAVIMENTOESPESOR

FLEXIBLEPulgCm

Capa de rodadura25

Capa Base o Firme5.814.5

Capa Subbase o Cimentacin17.543.8

Espesor Total del Pavimento25.363.3