DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO FLEXIBLE PARA AEROPUERTOS DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO FLEXIBLE PARA AEROPUERTOS Ing. Ing. Esp Esp. JULIÁN RODRIGO QUINTERO GONZÁLEZ . J ULIÁ N RODRIGO QUINTERO GONZÁL EZ UNIVERSIDAD SANTO T OMÁS DE AQUINO UNIVERSIDAD SANTO T OMÁS DE AQUINO - UNIDAD DE POSTGRADOS UNIDAD DE POSTGRADOS SANTIAGO DE TUNJA SANTIAGO DE TUNJA 2009 2009
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7/21/2019 Diseno Pavimentos Flexibles Aeropuertos - Presentacion PDF
Ingeniero en Transporte y Vías - Universidad Pedagógica y Tecnológica de ColombiaEspecialista en Geotecnia Vial y Pavimentos - Universidad Santo Tomás de Aquino (Colombia)
2Diseño de Estructuras de Pavimento Flexible para Aeropuertos - Ing. Julián Rodrigo Quintero González
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1. ASPECTOS GENERALES SOBRE AEROPUERTOS Y1. ASPECTOS GENERALES SOBRE AEROPUERTOS Y
Naturaleza de la infraestructura de un aeropuerto, las pistas de aterrizaje, lascalles de rodaje, apartaderos y hangares, en los cuales se puede disponer cualquier tipo de estructura de pavimento.
AeropuertosPistasCalles de rodajePlataformas
Apartaderos de estacionamientoHangares
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Los aeropuertos son estaciones para los pasajeros de las aerolíneas y para eltransporte de mercancías. Allí los aviones reciben combustible, mantenimiento
.pavimentadas de uno o varios kilómetros de extensión, calles de rodaje,terminales de pasajeros y carga, plataformas de estacionamiento y hangarese man en m en o.
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En muchos aeropuertos, las calles de rodaje forman ángulos rectos con lasistas con el resultado de ue el avión debe desacelerar ara lle ar con ba a
velocidad antes de que pueda girar.
Una calle de rodaje proyectada para permitir altas velocidades de giro reduceel tiem o de ocu ación de ista ara una aeronave ue aterriza, lo cualpermite que los aviones que van llegando lo hagan menos espaciadamente,en cuanto a tiempo se refiere, o que se pueda intercalar un despegue entre
.
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Es el área destinada a dar cabida a las aeronaves mientras se llevan a cabocomo otras operaciones de atención a la aeronave. Es la parte de unaeropuerto o aeródromo donde las aeronaves estacionan. Pertenece al lado
a re e aeropuerto, pero a tua mente no se a nc uye en e rea emaniobras.
En la plataforma se realizan las labores de embarque, carga, descarga,repos a e, e c. n m os cn cos rec e am n e nom re e rea eestacionamiento de aeronaves. Existe regulación específica para el diseño delataformas, así como sobre la o eración de aeronaves en la misma.
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Estas zonas, también conocidas con los nombres de “zonas de comprobación”“ ”finales de pistas para los aviones de émbolo con objeto de realizar las últimascomprobaciones antes del despegue y para todos los tipos de aviones que han
de esperar su turno para dicho despegue.
as zonas son o su c en emen e amp as para que s un av n no pue adespegar, debido a algún fallo, otro avión que esté preparado para despegar
ueda asar a la ista.
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Estas zonas son áreas relativamente pequeñas situadas convenientemente en.aeropuertos el número de posiciones de estacionamiento puede ser insuficiente para manejar la demanda durante un periodo punta del día.
Estos estacionamientos no son necesarios si la capacidad es igual a lademanda; las fluctuaciones de una demanda futura son difíciles de predecir,por lo tanto será necesario disponer de un medio de estacionamiento
.
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El hangar es un lugar utilizado para guardar aeronaves, generalmente de
grandes dimensiones y situado en los aeródromos. También se denominahangar, en los portaaviones, al lugar en el que, con similar fin, pernoctan y searman los aviones.
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La aeronave es un vehículo con capacidad de carga que puede moverse arav s e a re, sus en a o por su prop a uerza ascens ona , o en por aacción dinámica del aire contra sus superficies.
22..22.. CONSIDERACIONESCONSIDERACIONES RELATIVASRELATIVAS AA LALA AERONAVEAERONAVE
Las cargas de los aviones se transmiten al pavimento a través del tren de
aterrizaje, que normalmente consta de dos patas principales y una auxiliar,ésta última estando cerca de la proa (disposición más frecuente el día de hoy)o cerca de la cola (sistema antiguo).
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La parte de la carga impuesta por cada pata depende de la posición del centrode gravedad respecto a los tres puntos de apoyo. La distribución estática dela carga entre las diferentes patas se ilustrarse en la siguiente figura.
21 + PW = PDonde: W = Peso bruto del aviónP1 = Carga transmitida por el tren de nariz
=
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El peso bruto máximo de las aeronaves es una de las variables más
(flexible y rígido) para aeropuertos, esta, junto con la geometría del tren deaterrizaje y el número de operaciones o salidas anuales, constituyen el
conjunto de parámetros fundamentales de todos los métodos de diseño hastahoy desarrollados.
El peso de las aeronaves depende de sus características físicas, técnicas y de
diseño reestablecidas or los constructores de la clase de actividades uoperaciones en las que se desempañen, las cuales, son definidas por lospropietarios y/o administradores de las aeronaves y las aerolíneas deranspor e a reo e pasa eros, e mercanc as y m ar.
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Los suelos de subrasante están sujetos a menores esfuerzos que las capas de
base subbase la car eta. Los esfuerzos en la subrasante se atenúan con laprofundidad y el control de esfuerzos sobre la subrasante es usualmente sobreesta misma.
33..22.. CAPACAPA DEDE SUBBASESUBBASE
La subbase es una parte integral de la estructura en todos los pavimento
mayor (usualmente en tipos de suelo GW o GP). La función de la subbase essimilar a la de la capa de base es decir distribuir las cargas de las ruedassobre el suelo de fundación y la subrasante.
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La capa de base es el componente principal de la estructura del pavimento.el suelo de fundación del pavimento, la subbase y la subrasante.
33..44.. CAPACAPA DEDE RODADURARODADURA
Es una capa que protege las demás capas granulares de la penetración del
a ua rovee una su erficie fina bien adherida ue evita ue el material sueltopueda poner en peligro la aeronave o las personas, resiste esfuerzos detracción inducidos por la carga de las aeronaves y provee una texturaan es zan e que no causa esgas e en as rue as.
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Las bases y subbases estabilizadas son necesarias para pavimentos nuevos. .
Kg.) o más. Estas capas estabilizadas pueden sustituir a las capas granularesal implementar otro tipo de factores (factores para reducción de espesores),los cuales están basados en estudios con los cuales se mejora el desempeñodel pavimento.
Subbase granular de alta calidad
Base granular de alta calidad
Base estabilizada
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de la subrasante, para lo cual es necesario realizar la evaluación de laspropiedades mecánicas de los suelos, el tipo de suelo, sus condiciones dehumedad, compactación y potencial de cambio volumétrico entre otros.
Tipo de pavimentos: de acuerdo con el tipo de estructura escogida el diseñoy comportamiento del mismo será particular para cada caso, los tipos de
.
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,y la capa de rodadura mediante ensayos de laboratorio, los cuales tienen granimportancia desde el punto de vista de los resultados de las pruebas dea ora or o, a cua es perm en a us ar os se os a as carac er s cas e osmateriales disponibles como primer paso para realizar un diseño exitoso.
Ensayos y clasificación de suelos para la subrasante
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Determinación de los módulos resilientes en laboratorio: el módulo
triaxial. Dependiendo del tipo de suelo existen diferencias en las condicionesde realización del ensayo debido a que el comportamiento resiliente de lossuelos está afectado por factores de carga y de servicio.
Determinación del módulo dinámico o stiffness de las mezclas asfálticasen laboratorio: el stiffness o módulo dinámico de las muestras asfálticaspue e ser e erm na o me an e e ensayo e racc n n rec a por compresión diametral para diferentes condiciones de temperatura y tiempo dea licación de car a.
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La Administración Federal de Aviación (FAA) de los Estados Unidos, haadoptado un método para calcular la resistencia de los pavimentos deaeropuertos. El método consta de una serie de curvas que sirven paradeterminar los espesores de las llamadas áreas críticas, siendo estas por las
.
Propiedades de los suelos de la subrasanteagn u e as cargas
Geometría del tren de aterrizajeVolumen de transito
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ara a eva uac n geo cn ca e a su rasan e, e m o o ene su prop aclasificación de suelos basada en la granulometría, el limite liquido y el índicelástico, or medio de la cual establece el valor relativo del suelo como
material de fundación y el requerimiento o no de subbase, considerandoademás las condiciones de drenaje existentes y la influencia de las heladas.
El método de cálculo CBR es básicamente empírico; con todo, el método ha
sido objeto de numerosas investigaciones y se han preparado correlacionesfiables.
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El procedimiento de cálculo supone que el 95% del peso bruto es soportado.
máximo de despegue debe utilizarse en el cálculo del espesor del pavimentorequerido. Esta variable se denomina como el peso bruto máximo para eldecolaje PBMD.
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El tipo de tren de aterrizaje y su configuración determinan de qué modo se
pavimento a las cargas producidas por la aeronave.
El examen de la configuración del tren, las zonas de contacto de losneumáticos la resión de los mismos en uso común indica ue se si ue unatendencia determinada relacionada con el peso bruto de la aeronave.
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La presión de los neumáticos varía entre 75 y 200 Lb./pulg2 (0.52 a 1.38
MPa.), en función de la configuración del tren y del peso bruto. Debe tomarsenota de que la presión de los neumáticos ejerce menor influencia sobre losesfuerzos de los pavimentos a medida que aumenta el peso bruto y que el
2. . . .
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El espesor del pavimento es función de la magnitud de las cargas y de su
frecuencia. Es necesario convertir el número de operaciones de decolaje delos diversos tipos de aeronaves a número de decolajes de la aeronave dediseño, que es aquella que entre todas las que se esperará uso de la pista,
.
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En rimer lu ar deben convertirse todas las aeronaves al mismo ti o de trende aterrizaje de la aeronave de cálculo. Se deben utilizar los factores deconversión que se muestran en el cuadro .
Una vez que se han agrupado las aeronaves en la misma configuración detren de aterrizaje, la conversión a salidas anuales equivalentes de la aeronavede cálculo, debe determinarse según la siguiente expresión:
0.51221 )/W(W*R Log=R Log
principaltrendelruedasde Número
0.95* decolaje paramáximo brutoPeso=W2oW1
Donde: R1 = Número de decolajes del avión de diseño que equivalen a un
W1 = Carga por rueda del tren principal del avión de diseño.W2 = Carga por rueda del tren principal del avión al que corresponde
2 ecoaes.
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La determinación del número de decolajes equivalentes de cabina ancha sehace de manera diferente debido a las particulares características del tren deaterrizaje de dichas aeronaves.
proce m en o recomen a o por a cons s e en suponer n camen epara efectos del cálculo de decolajes equivalentes que cada avión de cabinaancha es i ual a uno convencional de 136100 K . o 300000 lb. de eso brutomáximo para decolaje con tren de aterrizaje de tipo Tándem doble.
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Para salidas ma ores a 25.000 o eraciones anuales el es esor total delpavimento deberá incrementarse de acuerdo con el siguiente cuadro. Delespesor total obtenido por el correspondiente incremento se debe aumentar la
.la base y la subbase.
SALIDAS ANUALES PORCENTAJE DEL ESPESOR
.
50000 1.04100000 1.08150000 1.10200000 1.12
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Para la determinación de los diferentes es esores de avimento flexible araaeropuertos se encuentran las cartas de diseño elaboradas por la FAA.
más la capa de rodadura se determina en cada carta de acuerdo a la aeronavede diseño predeterminada, el espesor de la capa de subbase resulta de ladiferencia entre el espesor total y la suma de los espesores de la base y lacapa de rodadura obtenidos de las cartas de diseño.
Los espesores de base granular para pavimentos deben cumplir con ciertosespesores mínimos, después de que se hayan hecho todas las sustituciones yequivalencias.
verificado con el mínimo espesor de pavimento requerido47Diseño de Estructuras de Pavimento Flexible para Aeropuertos - Ing. Julián Rodrigo Quintero González
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El programa LEDFAA fue diseñado por la F.A.A. (Federal Aviation
m n s ra on es o a men e gra u o y e uso a er o a p co. programapuede diseñar la estructura y obtener los espesores del pavimento a partir dearámetros definidos or el usuario.
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Entre los arámetros están la com osición vehicular, el crecimiento de tránsitoy el periodo de diseño y los tipos de materiales; de tal manera que laestructura cumpla con el criterio de tener factor de daño acumulado igual a 1 al
.
El valor del módulo de la subrasante para el diseño de pavimentos flexibles sepuede determinar de varias maneras, la más común es mediante la siguienteexpresión:
*CBR.E = 5001
Donde: CBR = Valor de la capacidad de soporte CBR de la subrasante en %= 2
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Este método consiste en la determinación de esfuerzos y deformaciones enuna estructura de pavimento, para luego ser comparados con parámetros deesfuerzos y deformaciones admisibles por la misma estructura. Se hace
indispensable el conocimiento de distintos parámetros tales como:
Los esfuerzos y deformaciones admisibles para las diferentes capas delpavimento.
Los esfuerzos y deformaciones presentes en la estructura por la aplicaciónde car as de tránsito
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Los esfuerzos deformaciones admisibles ara cada una de las diferentescapas del pavimento son aquellos que garanticen los parámetros deserviciabilidad y durabilidad del pavimento dentro del periodo de diseño antes
.
Del tránsito acumulado sobre el período de cálculo considerado.Del riesgo de daño admitido para este período.De las características de resistencia por fatiga de los materiales.
.De los datos de observación del comportamiento de calzadas del mismotipo.
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Deformación por tracción en la base inferior de la capa de rodadura: ladeterminación de la deformación por tracción en la base de la capa derodadura antes de la falla se calcula a partir del conocimiento de las pasadas
,el uso de la expresión:
( ) ( ) ( ) A AA E Log LogC Log 101010 *665.2*568.2 −−= ε
Donde: C = Número de pasadas a la fallaEA = Módulo del concreto asfáltico en psi
AA = e ormac n or zon a por racc n en a ase e a capaasfáltica admisible)
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Deformación por compresión en la capa de subrasante: la determinaciónde la deformación por compresión en la parte superior de la subrasante antesde la falla se calcula a partir del conocimiento de las pasadas admisibles o de
,
1.8
004.0 ⎞⎛ uan o es ≤ a .
Cuando C es > a 12.100
⎟ ⎠
⎜⎝
=
v
ε
21.14
002428.0 ⎞⎛
⎠⎝ =
vε
on e: = mero e pasa as a a a aεv = Deformación vertical por compresión en la parte superior de la
subrasante admisible antes de la falla
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Con base en los resultados obtenidos se establecen algunasrecomendaciones para la estructura de pavimento. Se debe determinar elcump m en o e os par me ros para garan zar a v a e serv c o e
pavimento.
De no poderse cumplir con el chequeo de los diversos parámetros se debenplantear soluciones a fin de cumplir con los requerimientos de esfuerzos y
e ormac ones.
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Las metodologías desarrolladas para el diseño de estructuras de pavimento
flexible se fundamentan principalmente en el estudio de parámetros talescomo la composición del tránsito de la flota de aeronaves, la geometría deltren de aterrizaje de cada aeronave, el número de decolajes equivalentes de la
, ,
condiciones climáticas y el periodo de diseño de la estructura de pavimento.
La distribución de las cargas producidas por cada aeronave dependedirectamente de las características geométricas del tren de aterrizaje para
,hora de utilizar los factores de equivalencia para obtener un buen diseño.
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El método de diseño desarrollado por la Administración Federal de Aviación
(FAA) de los Estados Unidos se fundamenta en la utilización de una serie decurvas que sirven para determinar los espesores de las áreas críticas, lasáreas no críticas y los bordes de las pistas de aterrizaje y calles de rodaje
,
suelos de la subrasante, la magnitud de las cargas, la geometría del tren deaterrizaje y el volumen de transito
El método fundamentado en el uso del programa Ledfaa v1.3 elaborado por
en el diseño de estructuras de pavimento para aeropuertos, sin embargo, ellector debe ser cuidadoso en la interpretación de los resultados obtenidos.
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A pesar de que el uso del programa Ledfaa presenta algunas restricciones
en cuanto a la posibilidad de realizar ajustes a variables como la relación dePoisson y los módulos dinámicos para ciertos materiales, este se puedeemplear como un método complementario alternativo a la metodología manual
.
La Metodología Racional empleada en el diseño de pavimentos paraaeropuertos representa un método práctico y con buenas aplicaciones, quefacilita el análisis de los esfuerzos y deformaciones que pueden presentarse
, .Este método puede aplicarse en forma complementaria a la Metodología de laFAA y el programa LEDFAA.
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En la actualidad, en Colombia no existe una literatura que permita a los
ingenieros civiles, de carreteras, ingenieros en transporte y vías yprofesionales especializados en pavimentos, realizar de manera eficiente losprocedimientos necesarios para la evaluación de las variables derivadas de
,
discrepancias en el estudio de dichas variables.
A excepción de algunos documentos de origen extranjero y muy pocos anivel nacional, el diseño de estructuras de pavimento para aeropuertos esta
infraestructura aeroportuaria y empresas privadas que ejecutan trabajos en elárea, las cuales guardan toda la información relacionada con el tema.
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Es importante que todo diseño de una estructura de pavimento este
soportado por los cálculos y procedimientos matemáticos correspondientes, enespecial cuando se piensa en el uso de programas de computador. Losresultados proporcionados por los programas deben ser comparados con los
, ,
y la Metodología Racional.Es imprescindible tener en cuenta que las características de los materiales
contemplados por los métodos hasta ahora desarrollados a nivel mundial, son
,lo cual se recomienda tener un especial cuidado en la realización de ensayospara la caracterización de los materiales en cada proyecto.
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De forma similar, las variables relacionadas con el tránsito, las
características de las aeronaves y las condiciones climáticas deben ser estudiadas en detalle a la hora de formular cualquier tipo de alternativa parauna estructura de pavimento en cual región del territorio nacional.
Finalmente, es de gran importancia impulsar los proyectos de investigaciónque deben estar orientados a la elaboración de normas nacionales paraestandarizar los procedimientos de ensayo para materiales utilizados en
,y el desarrollo de programas y bases de datos que se ajusten a lascondiciones de la infraestructura Colombiana.
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