Diseño de Recrecimientos Utilizando el Software FAARFIELD

El diseño de la reconstrucción de pavimentos es esencialmente el mismo que para nueva construcción. La instrucción a seguir en los pavimentos de nueva construcción y para entender la nomenclatura de los materiales es la Advisory Circular 150/5320-6E. Para facilitar el cálculo es de gran utilidad el software FAARFIELD, desarrollado por la Federal Aviation Administration, el cual sigue las indicaciones de esta norma.

recrecimiento requerido para una vida útil de 20 años (criterio de la Federal Aviation Administration), lo que satisface el criterio de fallo de las capas elásticas para la tensión admisible.

Los recrecimientos de pavimentos son agrupados en dos tipos según se trate si es sobre pavimento flexible o rígido existente y a su vez si se realiza con mezclas bituminosas en caliente o con hormigón

 Recrecimiento con mezclas bituminosas en caliente sobre pavimento flexible existente.

 Recrecimiento con hormigón sobre pavimento flexible existente.

 Recrecimiento con mezclas bituminosas en caliente sobre pavimento rígido existente.

 Recrecimiento de hormigón sobre pavimento rígido existente.

Figura 6.5: Croquis de los distintos tipos de recrecimiento Fuente: Advisory Circular 150/5320-6E

6.4.1.1.Recrecimientos sobre Pavimentos Flexibles Existentes.

El diseño de un recrecimiento sobre un pavimento flexible existente es básicamente el mismo que diseñar un nuevo pavimento. El pavimento flexible existente se caracteriza por asignar los espesores y módulos de las capas existentes, lo cual a veces es difícil de caracterizar.

6.4.1.1.1.Recrecimiento con Mezclas Bituminosas en Caliente sobre Pavimento Flexible

Existente.

El programa selecciona un recrecimiento con un espesor de prueba e itera hasta que se alcanza un CDF de valor 1,0. El espesor de recrecimiento requerido para alcanzar este valor de 1,0 del CDF es el espesor de diseño. Sin embargo, el recrecimiento mínimo de mezcla bituminosa en caliente sobre un pavimento flexible existente es de 2 pulgadas (50 mm). Para explicar el funcionamiento utilizamos el siguiente ejemplo:

Tenemos un pavimento de una taxiway con las siguientes características: el CBR es 10, (E es 15.000 psi (103,42 Mpa)), la capa de mezcla bituminosa en caliente (P-401) es de 4 pulgadas (102 mm), la base granular (P-209) tiene un espesor de 10 pulgadas (254 mm) y la subbase (P-154) es de 6 pulgadas (152 mm). Las acciones de heladas serían despreciables. Asumiendo que el pavimento existente tiene que ser reforzado para soportar las siguientes aeronaves: DC10-10 que pesa 458.000 libras (207.745 kg) con 2.263 salidas anuales, B747-200B Combi que pesa 873.000 libras (395.986 kg) con 832 salidas anuales, y B777-200ER que pesa 634.500 libras (287.804 kg) con 425 salidas anuales. El pavimento flexible requerido basado en FAARFIELD para estas condiciones es:

 Recrecimiento con mezcla bituminosa en caliente P-401 – 7,78 pulgadas (198 mm).

 Capa existente mezcla bituminosa en caliente P-401 – 4 pulgadas (102 mm).

 Base Standard P-209 – 10,00 pulgadas (254 mm).

 Subbase Standard P-154 – 6,00 pulgadas (152 mm). Resultando un espesor total de 27,78 pulgadas (706 mm).

Figura 6.6: Ejemplo diseño Recrecimiento con mezclas bituminosas en caliente sobre pavimento flexible existente Fuente: Advisory Circular 150/5320-6E

6.4.1.1.2.Recrecimiento con Hormigón sobre Pavimento Flexible Existente.

El diseño de recrecimiento con hormigón sobre un pavimento flexible existente es básicamente el mismo criterio que para diseñar un pavimento rígido nuevo. El programa selecciona un recrecimiento con un espesor de prueba e itera hasta que se alcanza un CDF de valor 1,0. El espesor de recrecimiento requerido para alcanzar este valor de 1,0 del CDF es el espesor de diseño. El programa asume que no hay fricción entre el hormigón de recrecimiento y la superficie flexible existente. Cuando hay condiciones de heladas se requiere espesor adicional, no estando permitido el uso de materiales no estabilizados por debajo del hormigón. La protección contra heladas debe ser proporcionada con material estabilizado. Sin embargo, el recrecimiento mínimo de hormigón sobre un pavimento flexible existente es de 5 pulgadas (130 mm). Para explicar el funcionamiento utilizamos el siguiente ejemplo: Tenemos un pavimento de una taxiway con las siguientes características: el CBR es 10, equivalente a E=15.000 psi (103,42 Mpa) o k=141 pci (38,4 MN/m3_{), la capa de mezcla bituminosa en}

caliente (P-401) es de 4 pulgadas (102 mm) y la base granular (P-209) tiene un espesor de 12 pulgadas (305 mm).Las acciones de heladas son despreciables. Asumiendo que el pavimento existente tiene que ser reforzado para soportar las siguientes aeronaves: DC10-10 que pesa 458.000 libras (207.745 kg) con 2.263 salidas anuales, B747-200B Combi que pesa 873.000 libras (395.986 kg) con 832 salidas anuales, y B777-200ER que pesa 634.500 libras (287.804 kg) con 425 salidas anuales. El recrecimiento de hormigón requerido basado en FAARFIELD para estas condiciones es:

 Recrecimiento con hormigón de cemento Portland – 15,41 pulgadas (392 mm).

 Capa existente mezcla bituminosa en caliente P-401 – 4,00 pulgadas (102 mm).

 Base Standard P-209 – 12,00 pulgadas (305 mm).

El espesor de recrecimiento de 15,41 pulgadas (392 mm), se redondea a 15,50 pulgadas (394 mm)(Se redondea al 0,50 superior más cercano).

Figura 6.7: Ejemplo diseño Recrecimiento con hormigón sobre pavimento flexible existente Fuente: Advisory Circular 150/5320-6E

6.4.1.2.Recrecimientos sobre Pavimentos Rígidos Existentes.

El diseño de recrecimientos sobre pavimentos rígidos existentes es complejo porque el deterioro del pavimento subyacente así como el deterioro del recrecimiento deben ser considerados. La condición del pavimento rígido existente previo al recrecimiento es importante y es expresado en términos del Índice de Condición Estructural (SCI) del que ya se habló en el punto 6.2.

6.4.1.2.1.Recrecimiento con Mezclas Bituminosas en Caliente sobre Pavimento Rígido

Existente.

Para el diseño del recrecimiento con mezclas bituminosas en caliente sobre pavimento rígido hay que diferenciar entre si el SCI es menor o si es igual a 100. Se expone un ejemplo de cada tipo a continuación:

Este primer ejemplo es para cuando el SCI es menor de 100. Es el caso más común. En este caso se deja el %CDFU (Factor de Utilización de Daño Acumulado, Cumulative Damage Factor Used) como 100%. Tenemos un pavimento de una taxiway con las siguientes características: el valor k de la

hormigón de cemento Portland es de 14 pulgadas (356 mm), la base estabilizada P-304 es de 6 pulgadas (152 mm) y la subbase (P-154) es de 6 pulgadas (152 mm). Basado en una inspección visual, el SCI del pavimento es de 70. Las acciones de heladas son despreciables. Asumiendo que el pavimento existente tiene que ser reforzado para soportar las siguientes aeronaves: DC10-10 que pesa 458.000 libras (207.745 kg) con 2.263 salidas anuales, B747-200B Combi que pesa 873.000 libras (395.986 kg) con 832 salidas anuales, y B777-200ER que pesa 634.500 libras (287.804 kg) con 425 salidas anuales. El recrecimiento de mezclas bituminosas en calientes basado en FAARFIELD para estas condiciones es:

 Recrecimiento con mezcla bituminosa en caliente P-401 – 4,29 pulgadas (109 mm).

 Capa existente de hormigón de cemento Portland – 14,00 pulgadas (356 mm).

 Base estabilizada P-304 – 6, 00 pulgadas (152 mm).

 Subbase Standard P-209 – 6,00 pulgadas (152 mm).

El espesor de recrecimiento de 4,29 pulgadas (109 mm), se redondea a 4,50 pulgadas (114 mm).

Figura 6.8: Ejemplo diseño Recrecimiento con MBC caliente sobre pavimento rígido existente con SCI<100 Fuente: Advisory Circular 150/5320-6E

Este segundo ejemplo es para cuando el SCI es igual a 100. En este caso el %CDFU será menor de 100%. La sección de pavimento existente y las aeronaves que operan son las mismas que en el ejemplo anterior. Las acciones de heladas son despreciables. El SCI como ya se ha comentado es 100 (no hay fallos estructurales visibles), pero basado en el análisis del tráfico que ha sido aplicado en el pavimento hasta la fecha, se estima que el %CDFU es de 50%. El recrecimiento de mezclas bituminosas en calientes basado en FAARFIELD para estas condiciones es:

 Recrecimiento con mezcla bituminosa en caliente P-401 – 3,25 pulgadas (83 mm).

 Capa existente de hormigón de cemento Portland – 14,00 pulgadas (356 mm).

 Base estabilizada P-304 – 6,00 pulgadas (152 mm).

 Subbase Standard P-209 – 6,00 pulgadas (152 mm).

El espesor de recrecimiento de 3,25 pulgadas (83 mm), se redondea a 3,50 pulgadas (89 mm). El espesor es una pulgada menor que en el ejemplo anterior, esto es porque se ha tenifo en cuenta que el pavimento está en mejor condición.

Figura 6.9: Ejemplo diseño Recrecimiento con MBC caliente sobre pavimento rígido existente con SCI=100 Fuente: Advisory Circular 150/5320-6E

6.4.1.2.2.Recrecimiento con Hormigón sobre Pavimento Rígido Existente.

El diseño de un recrecimiento de hormigón sobre un pavimento rígido es el tipo más complejo de recrecimiento para diseñar. Deben ser considerados el deterioro del recrecimiento de hormigón y del pavimento rígido existente así como el grado de adherencia entre el recrecimiento y el pavimento existene. FAARFIELD considera dos tipos de adherencia y se estudia de forma diferente el espesor de diseño según si sea una u otra.

Cuando no hay adherencia (Fully Unbonded Concrete Overlay), al igual que en el caso de mezclas bituminosas calientes, se necesita saber el SCI para describir la condición del pavimento existente. Se pone un espesor de recrecimiento de prueba y FAARFIELD itera hasta que predice el espesor para una vida útil de 20 años. Sin embargo, el espesor mínimo para un recrecimiento con hormigón sin nada de adherencia es de 5 pulgadas (130 mm).

En este ejemplo se trata de una taxiway existente compuesta por la siguiente sección: SCI es 40 para la superficie existente de hormigón de cemento Portland, el valor k de la infraestructura es 141 pci (38, 4 MN/m3_{), correspondiente con un módulo E de 15.000 psi (103,42 MPa), la superficie}

existente de hormigón de cemento Portland es de 14 pulgadas (102 mm), la base es de 6 pulgadas (152 mm) y la subbase es de 6 pulgadas (152 mm). Las acciones de heladas son despreciables. Asumiendo que el pavimento existente tiene que ser reforzado para soportar las siguientes aeronaves: DC10-10 que pesa 458.000 libras (207.745 kg) con 2.263 salidas anuales, B747-200B Combi que pesa 873.000 libras (395.986 kg) con 832 salidas anuales, y B777-200ER que pesa 634.500 libras (287.804 kg) con 425 salidas anuales. Se asume que la resistencia de hormigón de cemento Portland es de 700 psi para la capa existente y para el recrecimiento. El recrecimiento de hormigón de cemento portland basado en FAARFIELD para estas condiciones es:

 Recrecimiento con hormigón de cemento Portland – 13,52 pulgadas (343 mm).

 Capa de adherencia – 1 pulgada (25 mm).

 Capa existente de hormigón de cemento Portland – 14,00 pulgadas (356 mm).

 Base estabilizada P-304 – 6,00 pulgadas (152 mm).

 Subbase Standard P-209 – 6,00 pulgadas (152 mm).

Hay que tener en cuenta que FAARFIELD no incluye la capa de despegue en el cálculo de los espesores.

Figura 6.10: Ejemplo diseño Recrecimiento con hormigón sobre pavimento rígido existente cuando no hay adherencia (Fully Unbonded)

En el lado contrario, cuando son recrecimientos con hormigón con adherencia, en FAARFIELD un recrecimiento de este tipo puede ser diseñado como un pavimento nuevo rígido tratando la superficie existente de hormigón y el recrecimiento como una capa simple. El esfuerzo de flexión utilizado en el cálculo con FAARFIELD debe ser la resistencia del hormigón existente. El espesor del recrecimiento requerido se calcula restando el espesor del pavimento existente al espesor total de la losa requerida calculada con FAARFIELD.

Recrecimientos con hormigón con adherencia solo deben ser utilizados cuando el pavimento rígido existente está entre buenas y excelentes condiciones. El espesor mínimo de recrecimiento en este caso es de 3 pulgadas (75 mm). El mayor problema se encuentra es encontrar una buena adherencia. Elaborar tratamientos superficiales y técnicas de construcción exactas son indispensables.