PASANTIA DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
AEROPORTUARIOS POR EL METODO FAA
JUAN DAVID BARRAGÁN MOYA
20112079087
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
TECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES
BOGOTA D.C.
2015
2 | P á g i n a
PASANTIA DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
AEROPORTUARIOS POR EL METODO FAA
JUAN DAVID BARRAGÁN MOYA
20112079087
TUTOR
MILTON MENA SERNA
INGENIERO CIVIL
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
TECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES
BOGOTA D.C.
2015
3 | P á g i n a
Nota de aceptación:
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Firma del presidente del jurado
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Firma del Jurado
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Firma del jurado
DEDICATORIA Dedico este proyecto en primer lugar a mi familia.
A mis padres y hermana que siempre creyeron en mí a pesar de las adversidades, derrotas y caídas que se dieron durante este paso por la universidad, y que aunque lejos estaban, siempre al escuchar sus palabras, los sentía cerca, ya que siempre fueron palabras llenas de calor, amor y determinación, capaces de fortalecerme en los momentos más difíciles de este recorrido.
A Dios, que estuvo presente en cada paso que di, que no me dejo desfallecer y me lleno de fuerza para continuar con mis sueños.
Y por último quiero regalar esta dedicatoria a mis amigos, que estuvieron ahí brindándome apoyo, y que fueron una voz de aliento para continuar. Personas que permanecieron a mi lado en los peores y mejores momentos y dieron un pequeño pero significativo aporte a e este proyecto
5 | P á g i n a
Agradecimientos.
Es inevitable querer adueñarse de todo el reconocimiento que viene con el
siguiente trabajo, pero sería un acto egoísta no contemplar ni dedicar un espacio a
aquellas personas y entidades que estuvieron presentes durante todo el proceso
que requirió el mismo y que sin ellas, los resultados esperados, no serían los
mismos.
En primera parte quiero agradecerle a la Universidad Distrital, a sus docentes y
directivos que fueron los que forjaron e inculcaron creencias, con respecto al
camino y proyecto de vida a seguir. De manera especial quiero agradecerle al Ing.
Milton Mena, quien fue mi docente y tutor de proyecto.
Deseo también agradecerle a SANCHEZ FOLIACO INGENIEROS. S.A.S. y en especial
al Ing. Jorge Alberto Sánchez quien confió y me dio la oportunidad de poder realizar
las pasantías en su empresa, persona de la cual me aporto mucho tanto para el
proyecto como para mi vida laboral.
6 | P á g i n a
Contenido 1. INTRODUCCION ........................................................................................................................... 8
2. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 9
2.1. Objetivo General ................................................................................................................. 9
2.2. Objetivos específicos ........................................................................................................... 9
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................ 10
4. ANTECEDENTES ......................................................................................................................... 11
5. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................................... 12
6. MÉTODO DE DISEÑO DE PAVIMENTO ....................................................................................... 13
6.1. Parámetros de entrada ..................................................................................................... 13
6.1.1. Propiedades de resistencia de la subrasante. ........................................................... 13
6.1.2. Cargas. ....................................................................................................................... 13
6.1.3. Tráfico y aeronave de diseño. ................................................................................... 13
6.2. Calculo del espesor total de la estructura de pavimento ................................................. 17
6.3. Espesores de cada uno de los componentes de la estructura de pavimento. .................. 17
6.3.1. Zonas críticas ............................................................................................................. 17
6.3.2. Zonas no críticas. ....................................................................................................... 17
6.4. Principales tablas para el análisis de espesores. .............................................................. 19
7. CASO DE APLICACIÓN DEL MÉTODO. ........................................................................................ 28
7.1. Parámetros de diseño. ...................................................................................................... 28
7.1.1. C.B.R. ......................................................................................................................... 28
7.1.2. Volumen de tráfico y aeronave de diseño. ............................................................... 28
7.2. Calculo de espesor total de la estructura de pavimento. ................................................. 31
7.3. Espesores de cada uno de los componentes de la estructura de pavimento. .................. 33
Capa ........................................................................................................................................... 33
Zona crítica (cm) ........................................................................................................................ 33
Zona no critica. (cm) .................................................................................................................. 33
8. MATERIALES. ............................................................................................................................. 34
8.1. Superficie de mezcla asfáltica en caliente......................................................................... 34
8.2. Base granular. .................................................................................................................... 34
8.3. Sub-Base granular. ............................................................................................................ 35
8.4. Subrasante......................................................................................................................... 36
9. APORTE. ..................................................................................................................................... 37
7 | P á g i n a
9.1. Aspectos generales del proyecto ...................................................................................... 37
9.2. Descripción Geológica y topografía. ................................................................................. 38
9.3. Diseño de la estructura de pavimento. ............................................................................. 39
9.3.1. Datos del diseño. ....................................................................................................... 39
9.3.2. Resultados del diseño................................................................................................ 39
10. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 40
11. BIBLIOGRAFIA. ....................................................................................................................... 41
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1. INTRODUCCION
El presente documento pretende exponer y explicar la metodología propuesta por la FAA
(Federal aviation Administration), para el diseño de pavimentos flexibles aeroportuarios,
simultáneamente, se presenta un caso de aplicación que hace parte de la función como
pasante dentro de la empresa a la cual se prestó el servicio, el cual consiste en el diseño
de la estructura de pavimento propuesta para el nuevo aeropuerto Hacaritama del
municipio de Aguachica, Cesar.
El documento se desarrolla a partir de la necesidad de entender el manejo de la Norma
FAA, la cual por sus estándares internacionales de calidad se presenta como la mejor
alternativa de diseño para el óptimo desarrollo diario de cualquier aeropuerto, por lo
tanto, para su explicación y adecuado entendimiento se dará definición a términos
técnicos de la estructura aeroportuaria, se citaran las normas en lo que a materiales de
diseño se refiere, y se procederá al análisis de datos requerido, para concluir con la
obtención de resultados.
Puesto que simultáneamente a la explicación se presentara el caso de aplicación,
entonces, para el desarrollo de este, se hará una recolección de datos del suelo, esto por
medio de apiques y se recolectara información del tráfico aéreo, para así con esto
proceder a realizar el Diseño.
Cabe destacar que algunos de los datos utilizados en el caso de aplicación, son parte del
proceso como pasante y su uso en el presente documento solo será para sustentar parte
del trabajo del pasante dentro de la empresa.
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2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General
Explicar el método propuesto por la FAA (Federal aviation Administration) para el
diseño de pavimento flexible aeroportuarios.
2.2. Objetivos específicos
Exponer las características principales que la FAA plantea en lo que a calidad de
componentes estructurales se refiere.
A partir del estudio de transito explicar el concepto de tráfico equivalente aéreo para
determinar su afectación el sobre diseño del pavimento.
Describir el cálculo de espesores requeridos para el soporte de las cargas en la pista de
aterrizaje.
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3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Colombia es un país que se encuentra en constante crecimiento en cuanto a su economía, debido
a los procesos que se han dado lugar a partir de los tratados internacionales, en especial el TLC con
estados unidos, según el DANE se estima que entre el 2010 y el 2104 las exportaciones
aumentaron de 39.713 a 54,795 Millones de dólares FOB, pero la topografía del país no permite
una conexión fluida por tierra y no permite el libre desarrollo turístico de las mismas regiones y su
capacidad de dar a conocerse culturalmente, por eso se ha intensificado el uso de aeronaves como
suplemento al trasporte terrestre. El aumento del uso de aeronaves como medio de trasporte de
carga y pasajeros se ve reflejado en los análisis estadísticos realizados por la ATAC (Asociación del
trasporte aéreo en Colombia), los cuales informan que el tráfico de pasajeros Nacionales con
respecto al 2013 crecieron en un 6% equivalente a 21 millones de personas, y los internaciones
aumentaron en un 12% equivalente a 10 millones de personas.
Para seguir promoviendo el desarrollo del comercio y turismo, por medio del trasporte aéreo y
que las estructuras de los aeropuertos estén en las mejores condiciones para que todo se dé, el
gobierno nacional y la aeronáutica civil han emprendido un plan de construcción, mejoramiento y
tecnificación de los aeropuertos del país, y han exigido para este plan el uso e implementación de
la norma FAA (Federal aviation Administration), Por lo tanto, a lo anterior descrito, el problema
de investigación es.
“abordar el método que propone la FAA para el diseño de pavimentos asfalticos y las normas
de calidad en lo que a materiales se refiere, con el fin de exponerla y explicarla”
El acontecimiento que lleva a este planteamiento es el poco conocimiento que se tiene dentro del
país de la norma FAA, norma que se encuentra íntimamente ligada al proceso de pasantía ya que
en él se desarrolla el diseño del aeropuerto de la Aguachica cesar, el cual se considera el segundo
municipio más importante del cesar con el 12,32% de la población del departamento, además de
ser un centro comercial, entre los municipios y departamentos aledaños. Con la ejecución de este
proyecto se suple la necesidad de transporte de carga y pasajeros que tiene esa región, y con el
cumplimiento de la norma FAA se garantiza los estándares internacionales de servicio y calidad.
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4. ANTECEDENTES
El sector de la aviación en Colombia en los últimos años se ha convertido en un gran modelo en lo
que respecta al transporte de pasajeros y carga, tanto a nivel nacional como a nivel internacional.
Se estima que en los últimos años el volumen de tráfico aéreo ha aumentado en más de un 19%
según la ATAC (Asociación del trasporte aéreo en Colombia), un desarrolló que se ha generado, en
primera parte por el hecho de que Colombia es un país el cual su topografía corresponde a una
sistema montañoso que no permite la conexión fluida entre las regiones por medios terrestres,
sumándole a esto que las empresas prestadoras del servicio de transporte aéreo ofrecen precios
que se acercan demasiado y en ocasiones se encuentran por debajo de los del trasporte terrestre,
en segundo lugar, el país se encuentra bajo un estado de desarrollo enlazado a los tratados
internacionales a los que este se ha vinculado, lo cual ha obligado al uso de trasportes de mayor
eficiencia diferente a los tradicionales.
En Consecuencia a lo anterior el país ha emprendido un plan de construcción, mejoramiento y
tecnificación de aeropuertos, que genere un mayor desarrollo económico, turístico y cultural entre
las regiones mismas y de ellas con el resto del mundo.
Centrándose en el tema en específico, las estructuras de pavimento flexible aeroportuarias que se
construyan deben ser de óptimas condiciones para el correcto funcionamiento diario del
aeropuerto. Estos pavimentos van a estar bajo efectos de grandes magnitudes de carga por lo que
deben estar sujetos a detallados estudios de diseño, por lo cual la FAA decidió proponer un
método de diseño que cumpliera a cabalidad con las exigentes escenarios a los que el pavimento
va a estar sujeto.
¿Pero que es la FAA? La FAA en sus siglas en ingles significa federal Aviation Administration lo que
en español es Agencia federal de aviación, esta agencia nació en Estados Unidos a partir del
proyecto de ley que presento el senador “Mike” monroney el 21 de mayo de 1958, y haría
responsable a la FAA de la seguridad de la aviación civil, aunque la normatividad de la FAA solo
tiene alcance obligatorio dentro de los estados unidos, es acogida por muchas organizaciones de
otros países, como en el caso de la aeronáutica civil de Colombia, que exige la aplicación de las
normas y métodos de la FAA para el diseño Aeroportuario del país.
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5. MARCO CONCEPTUAL
La mayoría de las definiciones que aquí se presentan son sobre el lenguaje técnico en lo que al
contexto aeroportuario se refiere y son provenientes del Volumen I, Diseño y operaciones de
aeródromos, anexo 14, de la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional), de la FAA
(Federal Aviation Administration) y del manual diseño estructural de pavimentos para aeropuertos
del ing. pedro José mora g.
Aeródromo: Área definida de tierra o de agua (que incluye todas sus edificaciones, instalaciones
y equipos) destinada total o parcialmente a la llegada, salida y movimiento en superficie de
aeronaves.
Área de maniobras: Parte del aeródromo que ha de utilizarse para el despegue, aterrizaje y
rodaje de aeronaves, excluyendo las plataformas.
Área de movimiento: Parte del aeródromo que ha de utilizarse para el despegue, aterrizaje y
rodaje de aeronaves, integrada por el área de maniobras y las plataformas.
A.C.N. número de clasificación de aeronaves: Cifra que indica el efecto relativo de una
aeronave sobre un pavimento, para una determinada categoría normalizada del terreno de
fundación
Pavimento: Estructura compuesta por una capa de superficie de concreto hidráulico o mezcla
asfáltica en caliente o tratada con asfalto, sobre capas de base y Sub-base, ya sean granulares,
estabilizadas o trituradas para soportar cargas de tránsito y distribuirlas sobre el terreno de
fundación.
Plataforma: Área definida, en un aeródromo terrestre, destinada a dar cabida a las aeronaves
para los fines de embarque o desembarque de pasajeros, correo o carga, abastecimiento de
combustible, estacionamiento o mantenimiento.
Pista de aterrizaje: Parte del área de movimiento destinada al aterrizaje o despegue de
aeronaves.
Zona crítica: En un aeropuerto estas zonas son aquellas en las que el avión se desplaza con
carga máxima están conformadas por la pista de aterrizaje, la plataforma, los apartaderos de
espera.
Zona no crítica: Son aquellas zonas en las cuales se tolera algunas reducciones del espesor
en relación con los calculados para áreas críticas, por ejemplo las calles de salida rápida.
13 | P á g i n a
6. MÉTODO DE DISEÑO DE PAVIMENTO
6.1. Parámetros de entrada
Para poder llevar a cabo el método de diseño se debe proceder hacer una recolección de
datos con respecto a las propiedades de resistencia (CBR) de la subrasante, las cargas a las
cuales estará expuesto el pavimento y el flujo de aeronaves que tendrán cavidad durante
el periodo de diseño el cual será de 20 años, estipulado así por el método.
6.1.1. Propiedades de resistencia de la subrasante.
La resistencia del suelo de subrasante será determinada por medio del ensayo C.B.R
(california bearing ratio) el cual fue adoptado en 1978 por la FAA para el cálculo de
pavimentos flexibles, por lo tanto, esta es la propiedad del suelo de mayor interés para el
cálculo de los espesores de la estructura.
6.1.2. Cargas.
Las cargas consideradas para el diseño es la de, peso bruto de colaje, o peso máximo de
despegue, se ha estimado que en la mayoría de los casos el pesos se distribuye en mayor
magnitud en los trenes principales de la aeronave, por tal razón para efectos de cálculo, el
95% de la carga se distribuirá en estos trenes, mientras el 05% restante por el tren de
nariz.
6.1.3. Tráfico y aeronave de diseño. Para el análisis de tráfico primero se dará unas apreciaciones generales con respecto los
tipos de trenes que conforman a las aeronaves ya que para el cálculo de salidas
equivalentes será necesario el perfecto entendimiento de este concepto.
Tipo y geometría de los trenes de aterrizaje.
El tren es aquella estructura de la aeronave que comprende a las ruedas,
amortiguadores, soporte y todo aquel equipo que permita el apoyo de la aeronave
cuando esta se encuentra en contacto con tierra. Cada aeronave tiene un tipo de
tren diferente el cual soporta su peso y hace la trasferencia de carga al pavimento,
por lo tanto la respuesta del pavimento se hace con referencia las disposiciones de
estos. Los tipos de trenes típicos son:
Aeronaves de tren Sencillo (S): son aquellas las cuales sus trenes principales están
conformados por una llanta.
Aeronaves de tren Doble (D): Son aquellas las cuales sus trenes principales están
conformados por dos llantas.
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Aeronaves de tren Tándem (2D): Son aquellas las cuales sus trenes principales
están conformados por cuatro llantas cada uno.
En seguida se presenta la tabla de trenes que expone la FAA.
Tabla 5-1. Convención de la nomenclatura estándar tipo de trenes de aterrizaje.
Gear Designation Gear Designation Airplane Example
S
Single
Sngl Whl-45
D
Dual
B737-100
2S
2 Singles in Tandem
C-130
2D
2 Duals in Tandem
B767-200
3D
3 Duals in Tandem
B777-200
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2T
Two Triple Wheels in Tandem
C-17A
AC No: 150/5320-6E (2009) Airport Pavement Design and Evaluation
Después de entender la disposición de los trenes, se designa la aeronave de diseño, la cual
es aquella que se tomara como referencia para realizar los cálculos, para este proceso se
debe tener una base de datos con relación al número de operaciones anuales por tipo de
aeronave.
El método FAA maneja una serie de graficas o ábacos los cuales proporcionaran los
espesores para las capas de la estructura de pavimento, estas graficas requieren de tres
esenciales Datos.
1. C.B.R.
2. El peso bruto de la aeronave de diseño.
3. Salidas anuales equivalentes con respecto a la aeronave de diseño.
Como ya se mencionó se requiere el volumen de tráfico con relación al número de
operaciones anuales por tipo de aeronave, para la designación de la aeronave de diseño,
en ese orden de ideas, se debe tener en cuenta que la selección de esta no se hará
siempre a partir de aquella que más carga proporcionara al pavimento, ya que no en todos
los casos sucede que la aeronave más pesada requerirá el pavimento con mayor espesor,
así que la selección se puede hacer también a partir de aquella que más operaciones
realiza.
Cuando se ha designado la aeronave de Diseño se deberá realizar una conversión de todos
los trenes correspondientes a las aeronaves que se encuentren presentes en el análisis de
volumen de tráfico, con respecto al tren de diseño, para lo cual se presenta una tabla con
factores de conversión.
16 | P á g i n a
Tabla 5-2. Factores de conversión entre trenes de aterrizaje.
TO CONVERT FROM GEAR TYPE (N)
TO GEAR TYPE (M)
MULTIPLY TRAFFIC
CYCLES BY S D 0.80 S 2D 0.51 S 3D 0.33 D S 1.25 D 2D 0.64 D 3D 0.41
2D S 1.95 2D D 1.56 2D 3D 0.64 3D S 3.05 3D D 2.44 3D 2D 1.56
2D/2D2 D 1.56 2D/2D2 2D 1.00
AC No: 150/5335-5A (2006) STANDARDIZED METHOD OF REPORTING AIRPORT PAVEMENT
STRENGTH - PCN
Cuando ya se ha realizado la conversión de todos los trenes a la misma configuración del
tren de diseño, se debe realizar otra conversión de las salidas anuales de cada aeronave a
las salidas equivalentes anuales correspondientes a la aeronave de diseño, esta segunda
conversión se realiza con la siguiente formula.
Dónde:
R1= Salidas anuales equivalentes a la aeronave de diseño.
R2 = Salidas anuales de cada aeronave expresadas en la configuración del tren de diseño.
W1= Carga por unidad de rueda de la aeronave de diseño
W2= Carga por unidad de rueda de la aeronave a calcular.
Al realizar esta conversión con todas las aeronaves se suman las salidas equivalentes
anuales de cada uno, y se obtiene el total de salidas equivalentes anuales, dato que servirá
de entrada en la gráfica para la realización de los espesores del pavimento.
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6.2. Calculo del espesor total de la estructura de pavimento
Ya teniendo los tres datos de entrada para el cálculo de espesores de del pavimento
asfaltico, se deberá proceder a la utilización de uno de los ábacos propuestos por el método,
se debe recordar que existe una variedad de tablas disponibles para el cálculo de espesores,
los cuales cambian en función del peso bruto de colaje de la aeronave de diseño.
Para el uso de la gráfica se parte del eje horizontal superior que muestra los CBR, se parte a
partir del CBR de la subrasante, y se traza una línea vertical recta hasta que esta tope con la
curva que representa el peso máximo de despegue de la aeronave de diseño, después desde
ese punto se traza una línea horizontal recta que se extienda hasta que tope con la curva
que representa las salidas equivalentes anuales, y desde ese punto se traza hacia la parte
inferior de la gráfica una línea recta vertical, la cual especificara el espesor de la estructura
de pavimento en total.
6.3. Espesores de cada uno de los componentes de la estructura de
pavimento.
6.3.1. Zonas críticas Para el cálculo del espesor de cada uno de los componentes del pavimento asfaltico se
deberá
Espesor de las capas base y rodadura: El espesor de la capas de base y rodadura se designa
de la misma manera como hallo el espesor de la estructura en pavimento en general, por
lo tanto se debe conocer en CBR de la sub-base, dirigirse a la misma gráfica con la cual se
trabajó para el espesor total, extender una línea vertical recta desde el CBR hasta que la
curva del peso máximo de despegue del avión de diseño, y desde ahí trazar una línea
horizontal recta, hasta que tope con la curva que representa las salidas equivalentes
anuales, desde ese punto volverá a trazarse una línea recta vertical que muestre el
espesor de la capa de base y rodadura en la parte inferior de la gráfica.
Espesor de la capa asfáltica: El espesor de la capa asfáltica se designa a partir de la nota
que cada grafica trae consigo mismo.
Espesor de la Capa Sub-base: ya teniendo el espesor de la capa base y la capa de rodadura
lo que se hace es tomar el espesor de la capa total del pavimento y restarle estas dos y así
se obtendrá el espesor de la capa Sub-base.
6.3.2. Zonas no críticas. Espesor de capa asfáltica: El espesor de la capa asfáltica en zonas no críticas se designa en
la nota que cada grafica trae consigo mismo.
18 | P á g i n a
Espesor de la capa base y sub-base: Se toman los espesores de cada capa dado en la zona
crítica y se multiplica por un factor de 0,9.
Para los bordes se debe multiplicar la capa base por un factor de 0,7 y la sub-base deberá
aumentar su espesor para facilitar su drenaje, así, como se muestra en la figura 5-2.
Figura 5-2. Planta y sección de la estructura de pavimento.
AC No: 150/5320-6E (2009) Airport Pavement Design and Evaluation
19 | P á g i n a
6.4. Principales tablas para el análisis de espesores.
20 | P á g i n a
21 | P á g i n a
22 | P á g i n a
23 | P á g i n a
24 | P á g i n a
25 | P á g i n a
26 | P á g i n a
27 | P á g i n a
28 | P á g i n a
7. CASO DE APLICACIÓN DEL MÉTODO. Como se mencionó, se realizara un caso de aplicación el cual hizo parte del proceso de pasantía
del presente informe y que será considerado como el aporte del estudiante a la empresa
prestadora del servicio, caso el cual es el diseño de las pistas del aeropuerto de Hacaritama, en
Aguachica-Cesar.
Como anterioridad al caso de aplicación se dieron los parámetros de entrada y la forma en que
se lleva a cabo el diseño por el método estudiado, se procederá primero a presentar los
parámetros de entrada que se requieren.
7.1. Parámetros de diseño.
Cabe recordar que los datos son parte de un proceso que se realizó dentro de la función
como pasante, y se utilizan en el presente proyecto como sustento de lo realizado y
aprendido en la pasantía y su función dentro del texto será estrictamente académico,
algunos datos fueron alterados para respetar la confidencialidad del diseño original.
7.1.1. C.B.R. Por un estudio de suelos que se realizó a la subrasante se estimó un C.B.R de 6.2%
7.1.2. Volumen de tráfico y aeronave de diseño. En la siguientes tablas se muestra el volumen de tráfico aéreo a utilizar para el diseño,
cabe aclarar que los datos de la tabla provienen del Aeropuerto de Arauca el cual tiene
una estimación de operaciones similar a las que va a tener el nuevo proyecto, se
realiza de esta manera porque el aeropuerto de Hacaritama es un proyecto nuevo y
no posee datos de operaciones.
TABLA 7- 1. TOTAL DE OPERACIONES 2009-2013 AEROPUERTO DE ARAUCA
TIPO DE AVION VUELOS %
E170 5066 46,56
D328 1943 17,86
E145 779 7,16
C170 1 0,01
AT45 552 5,07
AT42 146 1,34
JS41 2394 22,00
TOTAL 10881 100,00
29 | P á g i n a
TABLA 7-2. PROMEDIO DE OPERACIONES ANUALES 2009-2013 AEROPUERTO DE ARAUCA
TIPO DE AVION VUELOS %
E170 1013,2 46,56
D328 388,6 17,86
E145 155,8 7,16
C170 0,2 0,01
AT45 110,4 5,07
AT42 29,2 1,34
JS41 478,8 22,00
TOTAL 2176,2 100,0
Como se expuso en la explicación del método, no siempre la razón para realizar la
toma de la aeronave de diseño es el peso máximo de despegue, si no, el número de
salidas u operaciones que presente cada tipo de aeronave, por lo tanto, con respecto
a los datos de la tabla 2 se designa como aeronave de diseño a la E 170.
En la tabla 3. Se muestra los tipos de trenes de las aeronaves presentes y el peso
máximo de despegue.
TABLA 7-3. MÁXIMO PESO DE DESPEGUE DE LA AERONAVE Y TIPO DE TREN.
TIPO DE AVION
MAXIMO PESO DE DESPEGUE DE LA
AERONAVE (MTOW)
TIPO DE TREN
Kg Lb
E170 35990 79344,31 Ruedas dobles
D328 13990 30842,65 Ruedas dobles
E145 20600 45415,19 Ruedas dobles
C170 998 2200,21 Rueda simple
AT45 18597 41000 Ruedas dobles
AT42 22800 50265 Ruedas dobles
JS41 10886 23999,5 Ruedas dobles
Se procede a trasformar todos los trenes con respecto al tren de la aeronave de diseño.
30 | P á g i n a
TABLA 7-4. SALIDAS EQUIVALENTES AL TREN DE DISEÑO
Aeronave de diseño: E170 Peso (Lb): 35990
TIPO DE AVION
SALIDAS
COEFICIENTE
SALIDAS EQUIVALENTES AL TREN DE DISEÑO
E170 1013,2 1 1013,2
D328 388,6 1 388,6
E145 155,8 1 155,8
C170 0,2 0,8 0,16
AT45 (ATR 42-500) 110,4 1 110,4
AT42 (ATR 42-500) 29,2 1 29,2
JS41 478,8 1 478,8
Por último se trasforman las salidas equivalentes al tren de diseño de cada aeronave, a las
salidas equivalente anuales de la aeronave de diseño.
TABLA 6-5. SALIDAS EQUIVALENTES ANUALES AL AVIÓN DE DISEÑO
Aeronave de diseño:
E170 Peso (Lb):
79344 Carga por rueda (Lb):
18844,27
TIPO DE AVION
SALIDAS EQUIVALENTES
AL TREN DE DISEÑO
Peso (LB)
RUEDAS CARGA POR
RUEDA
FACTOR PESO 0,95%
SALIDAS EQUIVALENTES
ANUALES
E170 1013,2 79344,3 4 19836,1 18844,3 1013
D328 388,6 30842,7 4 7710,7 7325,1 41
E145 155,8 45415,2 4 11353,8 10786,1 46
C170 0,2 2200,2 2 1100,1 1045,1 1
AT45 (ATR 42-500)
110,4 41000,0 4 10250,0 9737,5 29
AT72 (ATR 42-500)
29,2 50265,0 4 12566,3 11937,9 15
JS41 478,8 23999,5 4 5999,9 5699,9 30
Salidas equivalentes anuales 1174
31 | P á g i n a
7.2. Calculo de espesor total de la estructura de pavimento. Como se ha dicho durante el documento, para el Cálculo de espesores se utilizan unos abanicos
específicos dependiendo del tipo de tren de la aeronave de diseño, para el caso se utilizara el
siguiente abanicos.
Siguiendo los pasos que se detallaron en la explicación del modo de uso de la gráfica, se obtiene
que con un CBR de 6,3, con un peso máximo de despegue de 79344,31 Lb y un equivalente de
salidas anuales igual a 1174, se obtiene un espesor total de la estructura de pavimento igual a 21,5
Pulg (55 cm).
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Grafica 7-1. Curva de cálculo de pavimento flexible para áreas críticas, tren de ruedas gemelas.
Universidad militar nueva granada, Diseño estructural de pavimento para aeropuertos.
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7.3. Espesores de cada uno de los componentes de la estructura de pavimento.
La sub-base tiene un CBR de 20 lo cual al llevarlo a la gráfica 6-1. Nos determina un espesor de
capa de rodadura y base igual a 8,8Pulg (23 cm).
Como el espesor total de la estructura de pavimento es igual a 21,5 Pulg (55 cm) obteneos que el
espesor de la capa Sub-base es 55cm -23cm = 32 cm. Como se especifica por la norma las zonas no
criticas tendrá un espesor igual a la zona critica multiplicada por el factor 0,90 por lo que el
espesor en esta zona será de 29 cm.
La nota de la gráfica especifica que el espesor de la capa de rodadura es igual a 10 cm en zonas
críticas, y en zonas no criticas de 8 cm.
El espesor de la base se hallara tomando 23cm – 10 cm = 13 cm en zonas críticas, y para zonas no
criticas será el espesor de 13 cm por 0,9 a lo que el espesor en esta zona será de 11,7 cm.
Se especifica e los espesores en la siguiente tabla.
Tabla 7-5. Espesores.
Capa Zona crítica (cm) Zona no critica. (cm) Capa de rodadura 10 8
Base 13 12
Sub-base 32 29
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8. MATERIALES.
8.1. Superficie de mezcla asfáltica en caliente.
Correspondiente a la AC 150/5320-6e, se estipula que la superficie de mezcla asfáltica en caliente,
debe prevenir la penetración de agua a la base granular, esta debe encontrarse bien compactada y
tener una superficie lisa, con un alto grado de durabilidad y estabilidad que no permita el
desprendimiento de partículas que puedan causar daño a las aeronaves, además debe tener una
superficie con cualidades antideslizantes que no produzcan un mucho desgaste a las llantas de las
aeronaves, sin olvidar que debe ser lo suficientemente resistente para soportar los esfuerzos
inducidos por las cargas de las aeronaves.
8.2. Base granular.
La Base granular es el componente más importante de la estructura de pavimento flexible, ya que
esta tiene como funciones, primero distribuir la cargas impuestas por las ruedas a la Sub-base y a
la subrasante, por lo tanto debe ser de tal calidad y espesor que no permita el fracaso de las capas
continuas a ella y debe resistir los cambios de volúmenes causados por las fluctuaciones en su
contenido de humedad. La calidad de la Base, su preparación, gradación, manejo y colocación se
expone en los ítems contenidos en la AC 150/5370-10G para su uso en aeropuertos cuyas cargas
sean de 30 000 Lb (13 608 kg) o más.
Las bases más utilizadas son:
Ítem P-208 Base granular
Ítem P-209 Base en agregado triturado
Ítem P-211 Base en roca limosa
Ítem P-304 Base tratada con cemento
Ítem P-306 Sub-base en concreto pobre
Ítem P-401 Base de mezcla en planta en caliente.
El uso de la Base granular acogida por el Ítem P-208 se limita al uso de pavimentos cuyas cargas de
máximas de despegue sean menores a 60000 Libras (27 216 Kg) o menos. Cuando el Ítem P-208 es
utilizado la capa de mezcla asfáltica en caliente debe ser de mínimo 5 Pulg. (127 mm).
El uso de la Base en agregado triturado cogida por el Ítem 209 se limita al uso de pavimentos cuyas
cargas máximas de despegue sean de 100 000 Libras (45 359 Kg).
La siguiente tabla muestra espesores mínimos en correlación al tren de diseño, y a la base
correspondiente al Ítem p-209.
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Tabla 8-1. Espesores mínimos Base en agregado triturado
AC No: 150/5320-6E (2009) Airport Pavement Design and Evaluation
8.3. Sub-Base granular.
La Sub-base es una parte esencial en la construcción de una estructura de superficie en mezcla
asfáltica en caliente, a menos de que la subrasante tenga un valor de CBR de 20 o mayor, que por
lo general son aquellos suelos GW o Suelos GP). La capa de Sub-Base aunque es muy importante
en la estructura de pavimento, los requisitos de calidad con esta son mucho más flexibles que con
los de la base, por el hecho de que como está más alejada de la superficie se somete a
intensidades de carga más baja. El CBR de la Sub-Base, es un requisito y entra como variable en el
diseño de los espesores de la estructura de pavimento. La calidad de la Sub-Bases, su preparación,
gradación, manejo y colocación se expone en los ítems contenidos en la AC 150/5370-10G para su
uso en aeropuertos cuyas cargas sean de 30.000 libras (13 608 kg).
Las Sub-bases más utilizadas son.
Item P-154 Sub-base granular
Ítem P-210 Sub-base en caliche
Item P-212 Sub-base en shell
Ítem P-213 Sub-base de arena arcillosa
Ítem P-301 Sub-base en suelo cemento.
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8.4. Subrasante.
Como a medida que la profundidad es mayor los esfuerzos causado por las cargas de las aeronaves
es menor, los suelos de subrasante son sometidos a esfuerzos más bajos que las capas superiores
a ella, base y Sub-Base. Los esfuerzos de la subrasante se produce en la parte superior de la
misma a menos que de existan condiciones inusuales, una de ellas es la gran variabilidad que
existe con respecto a la densidad y al contenido de humedad, ya que esta cambia la localización de
los controles de esfuerzo, Como la habilidad de una partícula es resistir a la deformación y al corte,
propiedades las cuales varían con respecto a la densidad y al contenido de humedad por lo tanto,
la norma ha creado una tabla la cual muestra las profundidades por debajo de la superficie de la
subrasante a la que se le aplica los controles de compactación.
Tabla 8-2. Controles de compactación.
AC No: 150/5320-6E (2009) Airport Pavement Design and Evaluation
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9. APORTE. Durante el desarrollo de la pasantía se realizó el proyecto de la estructura de pavimento del
aeropuerto de agua-chica cesar el cual fue diseño por la norma estadounidense FAA (Federal
aviation Administration), exigido así por la aeronáutica civil de Colombia, en su mayor parte fue realizado por el pasante bajo la supervisión del ing. encargado.
9.1. Aspectos generales del proyecto
Agua chica es un municipio ubicado al sur del departamento del Cesar, entre la cordillera oriental y
el valle del rio magdalena, este tiene una extensión territorial de 876.26 Kilómetros cuadrados, y
se encuentra a una altitud de 162 msnm (metros sobre el nivel del mar).
Figura 9-1. Localización del proyecto dentro del municipio.
GOOGLE MAPS, https://www.google.es/maps
El aeropuerto a construir se hará sobre un aeródromo en pésimas condiciones, el cual no cuenta
con una estructura de pavimento como tal, sino que el maniobra miento de las aeronaves se hace
sobre el terreno natural, por lo cual las operaciones que se realizan son muy pocas en realidad.
Aeropuerto
Hacaritama
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Figura 9-2. Localización del Municipio Aguachica.
PÁGINA OFICIAL DE AGUACHICA, HTTP://WWW.AGUACHICA-CESAR.GOV.CO/INDEX.SHTML”
9.2. Descripción Geológica y topografía.
El aeropuerto de Aguachica se pretende construir sobre área constituida por depósitos de conos y
terrazas (Qcal), estos son depósitos de piedemonte, están establecidos por una alternancia de
gravas, arenas y lodos; la primera predomina en el piedemonte mientras que las arenas y lodos se
encuentran en las zonas topográficas más bajas, predominan en el área los derivados de rocas
volcánicas; las cuales son subredondeadas y subangulares. Las arenas varían en granulometría de
gravosa (cerca al piedemonte) a arenas de grano fino (facies distantes) presentando disminución
de tamaño de grano siempre en dirección Este-Oeste, de manera similar como sucede con las
gravas.
La topografía de Aguachica es muy variada ya que en el costado sur del municipio se detalla una
zona de planicie o llanura, regada por los Ríos Magdalena y Lebrija, además se encuentran ahí
numerosos humedales y ciénagas, el sur se encuentra a altitudes entre los 50 y 200 msnm (metros
sobre el nivel del mar), en cambio al costado norte del departamento representado por las
estibaciones Noroccidentales de la cordillera Oriental con altitudes entre los 200 y 2,150 msnm
(metros sobre el nivel del mar).
La cabecera municipal, lugar donde se llevara a cabo el proyecto del aeropuerto se encuentra a
una altitud de 163 msnm (metros sobre el nivel del mar) y se localiza sobre una topografía plana.
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9.3. Diseño de la estructura de pavimento.
Como se ha descrito en anteriores capítulos, el diseño del pavimento fue parte del proceso de
aprendizaje y trabajo durante la pasantía. En el capítulo 7 (Caso de aplicación del método), se
dieron los datos para el aeropuerto de Aguachica aunque, algunos hayan sido alterados dentro del
presente proyecto para proteger la confidencialidad del proyecto que se realizó en la empresa
pasante.
En el presente Ítem solo se presentaran los datos básicos y resultados obtenidos por el proceso
propuesto por la Norma FAA, si se desea conocer todos los datos detalladamente y el proceso de
obtención remitirse al capítulo 7 (Caso de aplicación del método).
9.3.1. Datos del diseño.
CBR: 6.2%
Avión de Diseño: E 170
Máximo peso de despegue de la aeronave de diseño: 79344,31 Lb
Salidas equivalentes anuales: 1174.
9.3.2. Resultados del diseño.
El análisis se realizó con la Grafica 7-1. (Curva de cálculo de pavimento flexible para áreas críticas,
tren de ruedas gemelas) por la cual se obtuvo la siguiente tabla de valores.
Tabla 9-1. Resultados del diseño de la estructura.
Capa Zona crítica (cm) Zona no critica. (cm)
Capa de rodadura 10 8
Base 13 12
Sub-base 32 29
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10. CONCLUSIONES
Como resultado del proceso de explicación de la normatividad propuesta por la FAA para
el diseño de pistas en pavimento flexible, se concluyó la importancia en lo que a densidad
y contenido de humedad deben tener los componentes de la estructura, para que la
distribución de las grandes cargas no deterioren el pavimento y se mantenga en buenas
condiciones durante su vida Útil, garantizando la seguridad de las aeronaves.
A lo largo del presente trabajo logro determinarse la gran influencia que tiene un buen
estudio de tránsito sobre el diseño de la estructura de pavimento, tanto así, que podría
considerarse el factor más complejo y de mayor cuidado ya que queda a criterio del
diseñador la selección de la aeronave de diseño para el cálculo de salidas equivalentes, la
cual será aquella que más espesor de pavimento requiera, y que por consecuencia del
análisis no siempre será la que mayor carga tenga si no la que mayores salidas u
operaciones haga.
Existe muy poco documento y norma nacional que hablen o se introduzcan en el diseño de
pavimentos aeroportuarios, lo que conlleva a que las investigaciones sobre este tipo
especial de estructura en el país sea casi nula, y por lo tanto se tenga que llegar a la
utilización directa de normas internacionales como la FAA, la cual solo se encuentra en su
idioma original (ingles).
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11. BIBLIOGRAFIA.
Federal Aviation Administration (AC No: 150/5320-6E, Airport Pavement Design and
Evaluation), 2009.
Federal Aviation Administration (AC No: 150/5335-5A, STANDARDIZED METHOD OF
REPORTING AIRPORT PAVEMENT STRENGTH – PCN), 2006.
Ing. Pedro José Mora G. (DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS PARA AEROPUERTOS),
Bogotá D.C. Colombia, 2012.
