Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Abel Santamaría de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN PCN

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL ¨MARTA ABREU¨ DE LAS VILLAS FACULTAD DE CONSTRUCCIONES DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL. Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN.. Autor: Luis Daniel Pernús Santiago Tutor: Dr. Sc. Ing. Gilberto Julio Quevedo Sotolongo. Santa Clara -2016Äño 58 de la Revolución¨.

(2) CONSTANCIA Y CERTIFICACIÓN Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería Civil, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. _____________________ Firma del Autor. Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Responsable de la Información Científico - Técnica.

(3) DEDICATORIA.  .  .

(4) AGRADECIMIENTOS Hola a todos, le quisiera dar gracias a dios por darme la vida por haberme concedido la oportunidad de conocer a cada una de las personas que siempre han creído en mí. En mi corto camino recorrido por la vida he descubierto que vale la pena luchar por algo e ir a la lucha con determinación, abrazar la vida y vivir con pasión porque el mundo pertenece a quien se atreve y la vida es mucho para ser insignificante. Para caminar en la vida, además de saber a dónde queremos ir es importante saber también quiénes somos y de dónde venimos, nada ocurre sin esfuerzo, es preciso tener fe y para eso tenemos que derrumbar las barreras del prejuicio. Necesitamos aprender a dar gracias por los éxitos y también por esas situaciones que nos obligan a superarnos, si nunca enfrentamos retos jamás podremos descubrir ni desarrollar nuestras potencialidades, si eliminamos lo imposible, seguramente en lo que queda hallaremos la solución..  A lo largo de estos cinco años de estudios en la carrera de ingeniería civil los cuales se traducen en esfuerzo y dedicación les agradezco a mis profesores de la UCLV (2011-2016) por ser fuente de conocimiento y experiencia, a mi tutor y profesor el Doctor Ingeniero Gilberto Quevedo Sotolongo a quién deseo expresar mis más sinceros agradecimientos, cuya experiencia y consejos guiaron mis pasos en la investigación realizada. A mis amigos quienes con su apoyo incondicional han sido imprescindible para el logro de este resultado, al Msc. Ing. Juan Francisco Tay Araujo por la revisión del trabajo..  Para mis padres gracias por existir y enseñarme amar y mirar la vida como lo hacen ustedes. A mis hermanos Julito y Chabely les agradezco por todo su apoyo y acompañamiento, los cuales me enseñaron que a lo largo de la vida siempre habrán retos y beneficios, que todo tiempo tiene su lado bueno y su lado difícil, y la magia está en saber disfrutar lo positivo de cada momento..  Mis agradecimientos a cada persona de mi familia, en especial aquellos que ya no están; mi abuelo Otilio Pernús, mi abuela Flora y mi tía abuela Margarita (tata), quienes con su amor brindado inspiraron en mí la capacidad de soñar, y sentir la esperanza como la virtud del que está en camino y se dirige a alguna parte y que no es por tanto, un simple caminar por el gusto de caminar, sino que tiene un fin, una meta, que es la que da sentido e ilumina el camino. Para todos los que me han dado aliento, consejos y su mano solidaria sin esperar nada, ¡muchas gracias!, dios los bendiga..

(5) RESUMEN. E. l trabajo que se presenta en esta investigación, intenta abordar el estado del arte de los diferentes métodos desarrollados por los estados que forman parte de la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) para determinar la resistencia de los. pavimentos, haciendo énfasis en el método ACN-PCN y al mismo tiempo contribuir con argumentos investigativos y matemáticos a la justificación de la capacidad resistente de la pista área en estudio, para lograr un adecuado y satisfactorio empleo de la misma, elaborando un procedimiento que permita evaluar los pavimentos flexibles y rígidos de las pistas áreas existentes en Cuba.. En el desarrollo del mismo se realiza una amplia búsqueda bibliográfica de las características de las capas que componen las estructuras de pavimentos, basándose en el comportamiento que presentan las mismas, estableciendo también una relación entre el método ACN-PCN y las deformaciones producidas en los pavimentos. Se definieron estructuras de pavimentos flexibles y una estructura de pavimento rígido, asignándole a cada material componente de cada una de las estructuras de pavimentos, propiedades físicos-mecánicas en magnitud de bajas, medias y altas. Mediante el levantamiento de los deterioros presentes en la pista se identificaron los tramos más dañados.. Para el cálculo de las tensiones & deformaciones en las capas componentes de las estructuras de pavimentos debido a la presión que ejerce una de las patas principales de las aeronaves sobre la pista se analizan las estructuras mediante un modelo axial-simétrico basado en el método de elementos finitos (MEF) con la ayuda del programa SIGMA/W™ (2007) haciendo énfasis en las invariantes que intervienen en el proceso de modelación.. Con todas estas premisas, se realiza una evaluación de la pista área del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara, Cuba, y se proponen variantes para aumentar la capacidad resistente de la pista..

(6) ABSTRACT. T. he work presented in this research, attempts to address the state of art of different methods developed by states that are part of the ICAO (International Civil Aviation Organization) to determine the pavement strength, emphasizing the ACN method PCN. while contributing to research and mathematical justification of the bearing capacity of the track area under study arguments for proper and successful use of it, developing a procedure for evaluating flexible and rigid pavements in existing areas tracks in Cuba..  In the development this work it was performed an extensive literature search of the characteristics of the layers that make up the pavement structures, based on the behavior they exhibit, also establishing a relationship between the ACN-PCN method and deformations on pavements. There were defined structures flexible pavement and rigid pavement structure, assigning each material component of each pavement structures, physical-mechanical properties in scale of low, medium and high. By lifting the damage present on the track the most damaged sections were identified..  To calculate the tensions & deformations in the component layers of pavement structures due to the pressure of the main legs of aircraft on track structures analyzed by an axial-symmetric model based on the method elements finite (MEF) with the help of SIGMA/W™ (2007) program emphasizing the invariants involved in the modeling process..  With all these premises, an evaluation of the track area Äbel Santamaria¨ International Airport in the city of Santa Clara, Cuba is done, and variants are proposed to increase the bearing capacity of the track..

(7) ÍNDICE GENERAL TABLA DE CONTENIDO Antecedentes. .............................................................................................................................. I Planteamiento y definición del problema. ................................................................................... III Hipótesis. .................................................................................................................................. IV Objetivo general. ....................................................................................................................... IV Objetivos específicos. ............................................................................................................... IV Tareas científicas. ...................................................................................................................... V Novedades científicas. ............................................................................................................... V Estructura del Trabajo. .............................................................................................................. VI CAPÍTULO I: EVALUACIÓN TÉCNICA DE PISTAS AÉREAS. ESTADO DEL ARTE. .............. 1 1.1.. Introducción. ..................................................................................................................... 1. 1.2.. Métodos para determinar la resistencia de pavimentos en aeropuertos. ........................... 3. 1.2.1. Práctica de Canadá. .................................................................................................. 3. 1.2.2. Práctica de Francia. ................................................................................................... 4. 1.2.3. Práctica del Reino Unido. .......................................................................................... 4. 1.2.4. Práctica de los Estados Unidos. ................................................................................ 4. 1.2.5. Método ACN-PCN. .................................................................................................... 5. 1.3. Instrumentación y ensayos físicos a escala real para la determinación de la capacidad de carga de las estructuras de pavimentos en pistas áreas. ............................................................ 6 1.3.1 1.4.. Ensayo de Prueba de Placa. ..................................................................................... 7. Caracterización de las cargas. .......................................................................................... 8. 1.4.1. Efecto de las cargas repetitivas sobre el comportamiento de los pavimentos. ......... 10. 1.4.2. Características de las aeronaves que afectan la resistencia de los pavimentos. ..... 11. 1.4.3 Característica de la determinación de la aeronave de cálculo y las salidas anuales equivalentes de la aeronave de cálculo. ................................................................................ 12 1.5.. Caracterización del pavimento. ....................................................................................... 13. 1.5.1 Metodología para determinar el PCN para pavimentos flexibles establecido en el método ACN-PCN. ................................................................................................................ 13 1.5.2 Metodología para determinar el PCN para pavimentos rígidos establecido en el método ACN-PCN. ................................................................................................................ 15 1.5.3 1.6. Caracterización de la pista. ...................................................................................... 17. Caracterización geotécnica. ............................................................................................ 20. 1.6.1. Comprobación del comportamiento tenso-deformacional lineal del suelo. ............... 20. 1.6.2. Determinación de asientos absolutos. ..................................................................... 22.

(8) ÍNDICE GENERAL 1.6.3. Asentamiento no lineal............................................................................................. 23. 1.7. La modelación matemática y los métodos numéricos. .................................................... 24. 1.8. Programa a utilizar para la modelación matemática de la pista área............................... 27. 1.9. Conclusiones parciales. .................................................................................................. 28. CAPITULO II: DEFINICIÓN DE LAS ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO DE LA PISTA. LEVANTAMIENTO PATOLÓGICO DE LOS DETERIOROS DE LA PISTA. ............................ 29 2.1. Estudios ingeniero-geológicos. ....................................................................................... 29. 2.2 Definición de las estructuras de pavimento en la pista del aeropuerto Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara. .......................................................................................................... 30 2.3. Características del aeropuerto y la pista. ........................................................................ 33. 2.4. Levantamiento patológico de los deterioros de la pista. .................................................. 34. 2.5. Análisis de las posibles causas....................................................................................... 37. 2.6. Conclusiones parciales. .................................................................................................. 38. CAPÍTULO III: MODELACIÓN MATEMÁTICA DE LA PISTA AÉREA DEL AEROPUERTO ÄBEL SANTAMARÍA¨. ............................................................................................................ 39 3.1. Introducción a la modelación. ......................................................................................... 39. 3.2. Modelación matemática de la pista. ................................................................................ 43. 3.2.1. Modelación geométrica. ........................................................................................... 45. 3.2.2. Modelación de vínculos y conexiones. ..................................................................... 49. 3.2.3. Modelación del material. .......................................................................................... 50. 3.2.4. Modelación de las cargas. ....................................................................................... 52. 3.3 Ejemplo de modelación y análisis en 2D de una estructura de pavimento utilizando SIGMA/W™ (2007). Obtención de diagrama carga vs deformación. ......................................... 54 3.4. Conclusiones parciales. .................................................................................................. 57. CAPÍTULO IV: APLICACIÓN DEL MÉTODO ACN-PCN A LA PISTA AÉREA DEL AEROPUERTO ÄBEL SANTAMARÍA¨. .................................................................................. 58 4.1 Metodología para evaluar los pavimentos flexibles y rígidos de las pistas áreas existente en Cuba. ................................................................................................................................... 59 4.2 Determinación de la aeronave de cálculo y las salidas anuales equivalentes a la aeronave de cálculo. ................................................................................................................................. 63 4.3 Determinación de la resistencia del pavimento (PCN) de la pista de aterrizaje y despegue del aeropuerto “Abel Santamaría” de la ciudad de Santa Clara. ................................................ 65 4.3.1 Evaluación preliminar del método ACN-PCN a las estructuras típicas del pavimento flexible de la pista. ................................................................................................................. 65 4.3.2 Evaluación preliminar del método ACN-PCN a la estructura típica del pavimento rígido de la pista. ............................................................................................................................. 67.

(9) ÍNDICE GENERAL 4.4. Diseño de ensayo de prueba de placa. ........................................................................... 68. 4.5. Propuesta para el mejoramiento de la capacidad resistente del pavimento de la pista. .. 72. 4.6 Determinación del número de repeticiones de la carga de la aeronave de cálculo. Tiempo de explotación de las estructuras de pavimentos. ..................................................................... 75 4.7. Conclusiones parciales. .................................................................................................. 76. Conclusiones. .......................................................................................................................... 78 Recomendaciones................................................................................................................... 80 Referencia bibliográfica. ......................................................................................................... 81 ANEXO A: ACN para varios tipos de aeronaves sobre pavimento rígido y flexible. .......... 83 ANEXO B: Gráfico para corregir k por deformación de placa. ............................................. 84 ANEXO C: Secciones de la planta de deterioros de la pista. ............................................... 85 ANEXO D: Deterioros detectados en la pista. ....................................................................... 87. .

(10) INTRODUCCIÓN Antecedentes.. L. a infraestructura aeroportuaria de un país es signo inequívoco de su nivel de desarrollo e interrelación con el resto del mundo; parte medular de tal infraestructura es la calidad de las pistas de aterrizaje cuya prioridad más allá del confort es la seguridad. La. importancia de una pista de aterrizaje bien construida influye en la seguridad del personal que la usa, en la conservación de la aeronave y en la economía de operación y mantenimiento de un aeropuerto. La vida útil de una pista aérea de despegue y de aterrizaje bien ejecutada puede llegar hasta a los 30 años en buenas condiciones y extenderse hasta por 15 más con un moderado mantenimiento.. Para lograr pistas de aterrizaje adecuadas según los estrictos estándares de calidad internacionales regidos por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) tienen lugar una serie de estudios previos que incluyen el de mecánica de suelos para saber sobre qué tipo de terreno se va a trabajar y, en consecuencia, el tratamiento idóneo, ya que no es lo mismo calcular la resistencia de una pista sobre un terreno rocoso, que sobre uno arcilloso, de terraplén u otro.. Estudios geohidrológicos para saber la cantidad de agua contenida en el subsuelo, así como para detectar la presencia de posibles cárcavas que pusieran en riesgo la estabilidad de la cimentación, ocasionando fracturas al no ser rellenadas. Con estos estudios también se puede conocer la presencia de vestigios de antiguos ríos ya sofocados por la tierra, causantes de escurrimientos en determinadas épocas del año.. Estudios geográficos para identificar la presencia de obstáculos visuales de tipo natural como elevaciones considerables del terreno o vegetación. Los pavimentos de aeropuertos son sistemas estructurales complejos que abarcan muchas variables incluyendo diversas combinaciones de configuración geométrica, ambiente, construcción, materiales, cargas, mantenimiento, economía y comportamiento..  .  I.

(11) INTRODUCCIÓN Las variables mencionadas deben tenerse en cuenta en los métodos de diseño de pavimentos nuevos y en los que se utilicen para ampliar, reforzar, rehabilitar o reemplazar los existentes de acuerdo con su nivel de servicio. Se requiere entonces contar con técnicas convenientes de evaluación que hagan posible decidir sobre las últimas actividades y desarrollar, comprobar o ajustar métodos de diseño. La evaluación es básica para planear el futuro y debe dar el estado del pavimento en cualquier momento; sus alcances deben ser lo suficientemente amplios para cubrir el balance económico avión-pavimento-usuario.. En Cuba se ha incrementado en los últimos años el tráfico aéreo, y las maniobras de los aviones en los aeropuertos debido, fundamentalmente, a la ampliación de las relaciones con los países del mundo, auge en el turismo, el cual se incrementó en cerca de un 20 % en el 2015, el comercio y aumento de las relaciones familiares de la comunidad cubana con el exterior, todo esto lleva a un aumento enorme del transporte aéreo, con la llegada y salida de gran cantidad de vuelos a los aeropuertos cubanos a lo largo de todo el país, pues, al ser una isla, esta vía de transportación constituye la fundamental para el trasiego de pasajeros entre nuestro país y el resto del mundo, así como útil para el traslado de mercancías.. Por su ubicación privilegiada en el centro del país, el aeropuerto de la ciudad de Santa Clara se reviste de una importancia adicional por las posibilidades de conexión con los diferentes destinos de Cuba.. Cuba es miembro de la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) y se inscribe en sus tratados y reglamentaciones, las cuales debe cumplir como todo país que se integre en la Organización. Por ello es necesario que cada aeropuerto tenga definido los diferentes tipos de aeronaves que pueden aterrizar de acuerdo al tráfico y a las características de los pavimentos que tienen, así como otras condiciones necesarias de seguridad.. Los pavimentos en los aeropuertos son diferentes a los de las carreteras ya que las cargas que actúan sobre ellos son mucho mayores y las condiciones de circulación también. Los tipos de aeronaves son variables así como sus cargas, todo influyendo en la estructura de forma diferente, en su estacionamiento, aterrizaje o despegue. II.

(12) INTRODUCCIÓN En la actualidad la Empresa Cubana de Aeropuertos y Servicios Aeronáuticos (ECASA) se ha dado la tarea de certificar los aeropuertos cubanos de acuerdo a la metodología internacional de la OACI para conocer los diferentes aviones que pueden realizar maniobras en cada aeropuerto de nuestro país y con qué ciclo de acuerdo a las características de cada uno entre otras cosas de sus pavimentos, que ya están construidos y que tienen diferentes capas con comportamiento variable, en algunos casos sin la documentación de las características de los mismos lo cual solo puede resultar de mediciones in situ sin poder parar el tráfico aéreo en las terminales a estudiar. En el caso de deficiencias inclusive su posible refuerzo para mejorar las características de resistencia y el aterrizaje de aviones de mayor tamaño.. Teniendo como premisa todo lo expresado anteriormente el presente trabajo se propone realizar una evaluación de la pista del aeropuerto de Santa Clara para determinar la capacidad portante y el estado en que se encuentra la superficie, con el fin de soportar el incremento de las cargas que se espera para los próximos años, brindar los resultados de recientes investigaciones ingeniero-geológicas realizadas por la Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas (ENIA) para determinar las características físico-mecánicas de los materiales componentes de la pista y ofrecer una panorámica del método de evaluación de pistas aeroportuarias Aicraft Classification Number-Pavement Classification Number (ACN-PCN), establecido por la OACI desde noviembre 25, 1981, todo ello con el propósito de aportar argumentos que permitan certificar la pista del aeropuerto internacional “Abel Santamaría”.. Planteamiento y definición del problema.. Los adelantos en la aeronáutica civil internacional ha implicado la aparición de aviones de mayores prestaciones, lo que unido a otros factores ha traído aparejado la necesidad de la revisión de los criterios de diseño y revisión de las pistas, de manera tal que resulten apropiadas y seguras para la operatividad de las naves en los aeropuertos, lo que hoy es exigido por los organismos internacionales, aparejado con esto está el avance en los métodos y software de cálculos, que nos permiten hoy arrojar criterios más certeros en este sentido.. En la actualidad a nivel internacional se cuenta con la tecnología para determinar la capacidad portante de las pistas aéreas resultando muy costosa para Cuba, donde no se ha establecido un procedimiento factible de evaluación de pistas de aeropuertos, que permitan la certificación de las pistas ante los organismos internacionales rectores.. III.

(13) INTRODUCCIÓN Por las razones anteriormente comentadas el problema científico que aborda este trabajo puede ser resumido en el planteamiento de la siguiente interrogante:. ¿Cuál es hoy la capacidad portante real de la pista aérea del aeropuerto internacional “Abel Santamaría” de la ciudad de Santa Clara, Cuba, según el método ACN-PCN establecido por la OACI desde el 25 de noviembre de 1981?. Hipótesis. La elaboración de un procedimiento factible combinando la valoración del estado físico de la pista, su modelación matemática y el diseño del ensayo de pruebas de placa in-situ para su implementación en las condiciones cubanas que permita evaluar los pavimentos flexibles y rígidos de las pistas aéreas acorde al método de evaluación ACN-PCN establecido por la OACI permitirá determinar la capacidad portante de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ estableciendo un análisis de las posibles variantes de mejoramiento que garanticen de manera sustentable una mejora continua de los resultados.. Objetivo general..  Elaborar un procedimiento que permita evaluar los pavimentos flexibles y rígidos de las pistas aéreas existentes en Cuba a partir del método (ACN-PCN) establecido por la OACI, combinando la valoración del estado físico de la pista, su modelación matemática, pruebas de carga in-situ y el correcto análisis del régimen de explotación del aeropuerto..  Objetivos específicos..  . Realizar una búsqueda bibliográfica nacional e internacional sobre el estado del arte de los métodos de evaluación tanto para pavimentos flexibles como para pavimentos rígidos en las pistas aéreas.. IV.

(14) INTRODUCCIÓN . Realizar una valoración del método (ACN-PCN) auxiliándonos de técnica de modelación numérica y la instrumentación para caracterizar los principales parámetros que intervienen en el método y su influencia en la etapa de proyección y revisión.. . Proponer un procedimiento alternativo para la aplicación del método (ACN-PCN), en las condiciones de Cuba, que resulte factible aplicar en la evaluación de la pista del caso de estudio analizado.. . Aplicar a la pista área del aeropuerto Äbel Santamaría¨ el método ACN-PCN para su evaluación.. . Proponer variantes para el mejoramiento de la resistencia del pavimento de la pista área del aeropuerto Äbel Santamaría¨..  Tareas científicas. . Realizar una búsqueda y análisis bibliográfico de los métodos de evaluación de resistencia de pavimentos en pistas aéreas. Estado del arte.. . Realizar un levantamiento patológico en toda la pista dando ubicación, descripción, posibles causas y magnitud de todas las averías de la pista actual.. . Clasificar los distintos perfiles que presenta el pavimento de la pista, para establecer las estructuras típicas.. . Evaluación preliminar del método ACN-PCN a las estructuras típicas del pavimento de la pista.. . Determinación de las ubicaciones de las pruebas de placas y su diseño.. . Modelación numérica del comportamiento de las estructuras del pavimento de la pista.. . Propuesta para aumentar la resistencia del pavimento (PCN) de la pista del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨..  Novedades científicas.. El aspecto novedoso del trabajo puede reconocerse en: . Introducir en Cuba la aplicación de una metodología de evaluación de pistas aéreas con la que se podrá obtener tabulados todos los pavimentos de nuestro país, en términos de V.

(15) INTRODUCCIÓN PCN, con el objetivo de determinar la aeronave crítica para determinada pista, según sea el tipo de pavimento flexible y rígido existente en la misma. . Aportar criterios a la hora de aumentar el PCN en una pista, con propuestas concretas, elementos de juicio basados en la evaluación de las condiciones económicas y tecnológicas actuales del país..  Estructura del Trabajo. RESUMEN INTRODUCCIÓN: Antecedentes, planteamiento y definición del problema, hipótesis, objetivos, tareas científicas, novedades científicas y estructura del trabajo. CAPÍTULO I: Evaluación técnica de pistas aéreas. Estado del Arte. CAPÍTULO II: Definición de las estructuras de pavimento de la pista. Levantamiento patológico de los deterioros de la pista. CAPÍTULO III: Modelación matemática de la pista aérea del aeropuerto Äbel Santamaría¨. CAPÍTULO IV: Aplicación del método ACN-PCN a la pista aérea del aeropuerto Äbel Santamaría¨. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS.  . . VI.

(16) INTRODUCCIÓN. Figura 0.1 Diagrama de la metodología de la investigación..      . VII.

(17) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. CAPÍTULO I: EVALUACIÓN TÉCNICA DE PISTAS AÉREAS. ESTADO DEL ARTE. 1.1. Introducción. EI incremento en las operaciones aéreas y en el tamaño y peso de las aeronaves, ha traído como consecuencia la modificación de criterios de diseño y construcción de pavimentos para aeropuertos y la necesidad de evaluar la capacidad portante de los ya existentes para definir si debe acudirse a medidas de reacondicionamiento como las capas de refuerzo. También se hace necesaria la evaluación en el caso de problemas relativos al diseño, los materiales usados o las técnicas de construcción, los cuales introducen dudas o discrepancias sobre el comportamiento de la obra en proceso o terminada o pueden manifestarse en un deterioro rápido del pavimento. Los pavimentos de aeropuertos son sistemas estructurales complejos que abarcan muchas variables incluyendo diversas combinaciones de configuración geométrica, ambiente, construcción, materiales, cargas, mantenimiento, economía y comportamiento. Se requiere entonces contar con técnicas convenientes de evaluación que hagan posible decidir sobre las últimas actividades y desarrollar, comprobar o ajustar métodos de diseño.(García López, 1979). La evaluación técnica del estado del pavimento, tanto desde el punto de vista del nivel de servicio que otorga al usuario, como de la capacidad de resistir las solicitaciones de cargas durante un periodo de su vida útil*, es el paso fundamental para asignar las acciones de conservación más adecuadas que deben ser aplicadas en el pavimento a evaluar. El diagnóstico de las condiciones del pavimento comprende básicamente una evaluación del estado funcional del pavimento y una evaluación de las condiciones estructurales de este.(Thenoux Z. and Gaete P.). La evaluación del estado funcional del pavimento, tiene por objeto el reconocimiento de aquellas deficiencias que se relacionan principalmente con la calidad de la superficie y el estado general de las condiciones del pavimento, considerando todos aquellos factores que afectan negativamente a la serviciabilidad, seguridad y costos del usuario. Entre este tipo de deficiencias se encuentran:. *. vida útil: el número acumulado de ejes equivalentes que soportará el pavimento en los años de vida de. diseño. El número ejes equivalentes de diseño tiene además asociado un coeficiente de confiabilidad que puede ser desde un 50% hasta un 90%, según sea la importancia de la vía.. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 1.

(18) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. Pavimentos flexibles.(Miranda Rebolledo, 2010) . Fisuras y Grietas (por fatigamiento, en bloque, longitudinales, transversales, etc.).. . Deterioro superficial (parches deteriorados, ahuellamiento, exudaciones, desgaste, etc.).. . Otros Deterioros (descenso de la berma, surgencia de fino y agua, etc.).. Pavimentos rígidos.(Miranda Rebolledo, 2010) . Juntas (deficiencia del sellado, separación de la junta longitudinal, juntas saltadas).. . Fisuras y Grietas (grietas de esquina, longitudinales, transversales).. . Deterioro superficial (fisuramiento por retracción, desintegración, baches).. . Otros Deterioros (escalonamiento de juntas y grietas, descenso de la berma, surgencia de finos).. La evaluación estructural del pavimento, tiene por objeto la cuantificación de la capacidad portante remanente del pavimento. La falta de capacidad portante de un pavimento genera en este un deterioro progresivo que se manifiesta en niveles excesivos de agrietamientos y deformaciones, no recuperables a través de la simple aplicación de acciones de conservación preventivas.. Las razones por las cuales la capacidad portante de un pavimento requiere ser reforzada se debe a las siguientes causas: 1. Pavimento cercano a cumplir su vida de diseño: Los ejes equivalentes acumulados han alcanzado los límites considerados en el diseño original. 2. Espesor de diseño insuficiente: Un espesor de proyecto insuficiente se puede relacionar con algunas de las siguientes causa:. -. Tránsito de diseño subestimado.. -. Empleo de parámetros de diseño no representativos tales como; resistencia subrasante, resistencia capas estructurales, condiciones de drenaje, juntas de traspaso de cargas (hormigón), estratigrafías de carga, etc.. 3. Calidad de la construcción: Aun estando bien diseñado un pavimento la mala calidad de la construcción puede minorar substancialmente la capacidad portante.. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 2.

(19) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. 4. Conservación: Aun estando bien diseñado y construido un pavimento la inadecuada conservación de la estructura y sistema de drenajes, pueden provocar el deterioro acelerado de este.. La evaluación de los pavimentos es una operación de alta complejidad que requiere la síntesis de los siguientes elementos por un equipo de especialistas:. 1. Ubicación del aeropuerto (geología, topografía, etc.) 2. Climatología (hidrología, temperaturas.). 3. Geotecnia del sitio. 4. Información acerca de materiales, construcción, política de mantenimiento, trabajos de reconstrucción o refuerzos, etc. 5. Observaciones de la condición superficial de los pavimentos: catálogo de daños, examen del drenaje y subdrenaje, etc. 6. Mediciones especiales. del tipo no destructivo como. perfilografía. longitudinal. (irregularidades), coeficiente de rozamiento y capacidad portante.. 1.2. Métodos para determinar la resistencia de pavimentos en aeropuertos. Para determinar la resistencia de pavimentos en aeropuertos los estados que forman parte de la OACI han desarrollado diferentes métodos que se pueden agrupar en cinco clases:(OACI, 1983) . Práctica de Canadá.. . Práctica de Francia.. . Práctica del Reino Unido.. . Práctica de los Estados Unidos.. . Método ACN-PCN (establecido por la Organización de Aviación Civil Internacional).. 1.2.1 Práctica de Canadá. La práctica de Canadá consiste en llevar a cabo mediciones de resistencia en las superficies de los pavimentos flexibles, mientras que en los pavimentos rígidos normalmente no se mide su resistencia, ya que la resistencia calculadas a base del espesor de la losa y el módulo de resistencia estimado se consideran suficientemente precisas. La medida de la resistencia es la carga en KN que producirá una deflexión de 12.5 mm después de 10 repeticiones de carga,. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 3.

(20) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. aplicando esta carga a través de una placa circular rígida de 76.2 mm de diámetro. En la práctica se emplean varios métodos de ensayos para medir la resistencia, los cuales comprenden procedimientos de ensayo con placa de carga repetitiva como no repetitivas, utilizando placas de diferentes tamaños. La determinación de la resistencia tiene validez tanto para la resistencia del terreno de cimentación como para las mediciones en la superficie de un pavimento flexible.. 1.2.2 Práctica de Francia. Dentro de esta práctica se utilizan dos métodos para determinar los parámetros estructurales representativos del pavimento: . método de cálculo inverso.. . ensayos no destructivos con placa de carga en la superficie del pavimento.. Método de cálculo inverso: Consiste en determinar una estructura de pavimento que pueda soportar un tráfico dado durante su vida útil. Este método exige muchas perforaciones de prueba y ensayos del pavimento.. Ensayos de placa no destructivos: Proporcionan la carga admisible para una rueda simple en un gran número de puntos de un pavimento flexible y la carga admisible en las esquinas de las losas en el caso de un pavimento rígido. Los ensayos de placa reducen considerablemente el número de ensayos destructivos con el propósito de aplicar una verificación fiable en el caso de pavimentos flexibles y de permitir evaluar la calidad de la transferencia de carga en el caso de pavimentos rígidos.. 1.2.3 Práctica del Reino Unido. Esta práctica consiste en seguir el método de notificación ACN-PCN de la OACI, para los pavimentos de la aeronave. Utilizando el ACN con respecto a la aeronave de diseño y cada autoridad aeroportuaria decide sobre el PCN que ha de publicarse para el pavimento en cuestión.. 1.2.4 Práctica de los Estados Unidos. Para la evaluación de pavimentos flexibles se utilizan las curvas de cálculo para determinar la resistencia del pavimento. Los datos requeridos son los valores CBR del terreno y de la capa de. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 4.

(21) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. cimentación, los espesores del revestimiento, de las capas de firme y de cimiento y el nivel anual de salidas. El cálculo que produzca la carga más baja admisible servirá de referencia para la evaluación.. Los datos requeridos para la evaluación de pavimentos rígidos son la resistencia del hormigón a la flexión, el valor k de la cimentación, el espesor de la losa y el nivel anual de salidas. Para establecer la resistencia del pavimento se utilizan las curvas de cálculo, determinándose la misma en el punto de intersección con las líneas de carga.. 1.2.5 Método ACN-PCN. La Organización Internacional de Aeronáutica Civil (OACI) ha establecido una regulación obligatoria, que para operar los aeropuertos internacionales, los mismos deben estar certificados a través de un procedimiento desarrollado para tal efecto, denominado ACN-PCN, el cual es un un método para reportar la resistencia relativa de los pavimentos de manera que los operadores de aeropuertos puedan evaluar la operación aceptable de los aeropuertos.(OACI, 2012). El ACN (AirCraft Classification Number) es un número que expresa el efecto relativo de una aeronave de peso dado sobre un pavimento con una categoría del terreno de cimentación especificada. El PCN (Paviment Classification Number) es el número que expresa la capacidad de carga de un pavimento para un número ilimitado de operaciones (varios PCN podrían obtenerse si la resistencia del pavimento depende de importantes variaciones estacionales).. El número de clasificación de pavimentos (PCN) notificado indicará que una aeronave con número de clasificación de aeronaves (ACN) igual o inferior al PCN notificado puede operar sobre ese pavimento, a reserva de cualquier limitación con respecto a la presión de los neumáticos, o a la masa total de la aeronave para un tipo determinado de aeronave.. La capacidad portante de un pavimento destinado a las aeronaves de masa en la plataforma (rampa) superior a 5 700 kg se obtendrá mediante el método del Número de clasificación de aeronaves (ACN)-Número de clasificación de pavimentos (PCN), notificando la siguiente información:. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 5.

(22) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. . El número de clasificación de pavimentos (PCN).. . El tipo de pavimento para determinar el valor (ACN-PCN).. . La categoría de resistencia del terreno de cimentación.. . La categoría o el valor de la presión máxima permisible de los neumáticos y el método de evaluación.. En este método se abordan unos apéndices los cuales son de mucha importancia a la hora de inspeccionar las pistas como son . . Metodología para definir la capacidad de carga de los pavimentos.. . Pruebas de placas no destructivas.. . Pruebas complementarias para la evaluación de la capacidad de carga de los pavimentos.. . Calidad del perfil longitudinal de las pistas.. . Resistencia al derrapamiento de las pistas.. 1.3. Instrumentación y ensayos físicos a escala real para la determinación de la. capacidad de carga de las estructuras de pavimentos en pistas áreas. Para evaluar la condición real que exhibe un pavimento, es necesario desarrollar varias etapas, iniciando con la auscultación en campo. En la actualidad, se ha intensificado el uso de métodos no destructivos de deflexiones por la rapidez, facilidad y versatilidad con que permiten recolectar información relevante.. Desde el punto de vista del comportamiento estructural del pavimento, uno de los fundamentos conceptuales es la aceptación de que ¨la deficiencia estructural puede correlacionarse con alguna medida hecha desde la superficie del pavimento. La deflexión parece ser el concepto que mejor sirve para estos fines, pues su magnitud mide el defecto estructural, aunque no lo analice ni lo localice¨.(A. et al., 1998). Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 6.

(23) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. La medición de deflexiones en la superficie con métodos no destructivos, se basa en simular el efecto de las cargas de tránsito sobre el pavimento, midiendo la respuesta de desplazamientos verticales generada. Con base en la respuesta medida, se estiman parámetros e indicadores de comportamiento global del pavimento ante cargas. A nivel mundial se cuenta con una gran cantidad de equipos para determinar deflexiones en campo, sin embargo, los de mayor uso son los deflectómetros de impacto cuya magnitud de carga y tiempo de aplicación, ha permitido simular satisfactoriamente el efecto del tránsito sobre el pavimento, en esta categoría se pueden mencionar el deformómetro rodante de alta velocidad RDT y los deflectómetros de impacto tipo Falling Weight Deflectometer (FWD) o Heavy Weight Deflectometer (HWD). El FWD genera un impacto en el pavimento y mide en forma muy exacta las deflexiones de pavimento resultantes, cuando están en la posición estática y el HWD permite determinar el valor máximo de la carga, el tiempo de ascenso y la forma de la curva producida por el impacto, además de la medición de carga/deflexión, el HWD registra la posición del punto medido con coordenadas geográficas, la temperatura del aire y la temperatura de la superficie del pavimento.(Pérez Salazar, 2004). Las pruebas consisten en aplicar un impulso de carga (Q) en caída libre sobre una placa circular colocada en la superficie del pavimento, cuya magnitud varía entre 0.7 y 16 ton (6.7 y 156 kN) en el equipo FWD y entre 2.7 y 24.5 ton (26 a 240 kN) en el equipo HWD. La respuesta de deflexiones del pavimento, se registra por medio de sensores localizados radialmente a diferentes distancias del eje de aplicación de carga. Los valores registrados se grafican en función de la ubicación de cada sensor, para obtener finalmente el perfil de desplazamientos verticales, o cuenca de deflexión.(Beltrán, 2012). Figura 1.3 Equipos empleados para determinar parámetros asociados con la capacidad estructural de pavimentos .. 1.3.1 Ensayo de Prueba de Placa.. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 7.

(24) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. Consisten en aplicar cargas repetitivas al pavimento. Las cargas, las deflexiones y las elongaciones son registradas, la selección de los escalones de carga, las mediciones realizadas y el análisis de resultados dependen de la estructura del pavimento. El diámetro de la placa se elige de tal forma que la presión aplicada al pavimento sea similar a la presión de neumáticos Figura 1.4 Ensayo de prueba de Placa.. de aeronaves comunes, de forma general el. diámetro será de 17 a 26 pulgadas, 40-65 cm. El objetivo de la prueba es caracterizar el comportamiento por fatiga del conjunto pavimento-cimentación. El ensayo de prueba de placa no destructivo puede usarse para establecer la carga de seguridad por rueda simple y como vía para obtener información del comportamiento de la pista de manera que sirva para calibrar las propiedades de los materiales que componen al pavimento en estudio, siendo esta una ventaja porque puede realizarse con el equipamiento existente en Cuba, sin necesidad de utilizar los equipos costosos que existen en países desarrollados.. 1.4. Caracterización de las cargas. La sobrecarga de los pavimentos puede ser provocada por cargas excesivas, por un ritmo de utilización considerablemente elevado, o por ambos factores a la vez. Las cargas superiores a las definidas (por cálculo o evaluación) acortan la vida útil del pavimento, mientras que las cargas menores la prolongan. Salvo que se trate de una sobrecarga masiva, los pavimentos no están supeditados, en su comportamiento estructural, a determinado límite de carga, por encima del cual podrían experimentar fallas repentinas o catastróficas. Dado su comportamiento, un pavimento puede soportar reiteradamente una carga definible durante un número previsto de veces en el transcurso de su vida útil. En consecuencia, una sobrecarga ocasional de poca importancia puede aceptarse, de ser necesario, ya que reducirá en poca medida la vida útil del pavimento y acelerará relativamente poco su deterioro. Para las operaciones en que la magnitud de la sobrecarga o la frecuencia de utilización del pavimento no justifiquen un análisis detallado, se sugieren los siguientes criterios:. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 8.

(25) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. 1. En el caso de pavimentos flexibles, los movimientos ocasionales de aeronaves cuyo ACN no exceda del 10% del PCN notificado, no serían perjudiciales para el pavimento. 2. En el caso de pavimentos rígidos o compuestos, en los cuales una capa de pavimento rígido constituye un elemento primordial de la estructura, los movimientos ocasionales de aeronaves cuyo ACN no exceda en más de un 5% el PCN notificado, no serían perjudiciales para el pavimento. 3. Si se desconoce la estructura del pavimento, debería aplicarse una limitación del 5%. 4. El número anual de movimientos de sobrecarga no debería exceder de un 5%, aproximadamente, de los movimientos totales anuales de la aeronave. Las aeronaves pueden operar con diversas combinaciones de tren de carga sobre los pavimentos de las diferentes estructuras de un aeropuerto. Por ello, la OACI desde hace varias décadas adoptó un procedimiento estandarizado para la determinación del ACN, el cual persigue encontrar una rueda equivalente simple de la aeronave que sustituya para efectos de análisis al tren de aterrizaje actual.. 1. Para la pierna principal del tren de aterrizaje principal de la aeronave en cuestión, se calcula el espesor de pavimento necesario mediante los métodos siguientes  . Para pavimentos flexibles en función del CBR de la subrasante.. . Para pavimentos rígidos en función de la resistencia a la flexión del concreto, resistencia de la subrasante o del conjunto subrasante-subbase, los tipos, frecuencias y magnitudes de las cargas por eje esperadas y el periodo de diseño.. 2. Se calcula la carga sobre rueda simple inflada a presión estándar de 1.25 MPa. 3. La carga así obtenida (carga por rueda simple) se representa por CRSE, y se calcula el ACN por la expresión siguiente: 2. ACN= 1000 ×CRSE. Expresión 1.1. Con CRSE en (Kg). Donde:. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 9.

(26) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN . CRSE: carga por rueda simple equivalente del tren de aterrizaje principal de la aeronave en cuestión (depende de la distribución de las ruedas).. . 2/1000: coeficiente que se seleccionó para que los ACN de la mayoría de las aeronaves queden entre 0 y 100.. 4. Para facilitar los resultados de publicación, este método lo hace calculando todos los ACN con respecto a cuatro categorías de terrenos de cimentación (cada una de las cuatro categorías de terreno de cimentación corresponde a un CBR o K típico) y para dos pesos (peso máximo y mínimo de despegue).. El valor ACN en pavimentos rígidos difiere del obtenido en flexibles, esto se debe a que cada uno utiliza parámetros diferentes para su determinación. A partir de dichos parámetros se deriva de manera matemática la carga de rueda simple con la cual se realizan análisis de interacción entre el tren de aterrizaje y el pavimento. En este análisis se supone que el esfuerzo que ocasiona la carga de rueda es igual en toda la estructura.(García Saldivar, 2014). 1.4.1 Efecto de las cargas repetitivas sobre el comportamiento de los pavimentos. En el pavimento flexible bajo carga repetida se produce un incremento de la deflexión vertical para una carga dada, el cual es proporcional al logaritmo del número de las repeticiones de la carga. Para deflexiones no muy pequeñas los materiales que componen la estructura del pavimento y particularmente los suelos se comportan elasto-plásticamente, pudiendo (aun para deflexiones pequeñas bajo la carga impuesta) producirse el fallo de la estructura debido a la acumulación de las deformaciones plásticas residuales. La flexión y recuperación elástica de una capa de hormigón asfaltico debido al paso de las cargas, induce tensiones de tracción en la cara inferior de este, la repetición de este fenómeno causa el fallo por fatiga de la superficie asfáltica, dando lugar a grietas.(Torres Vila, 1999). En el pavimento rígido la acumulación de deformaciones plásticas en el material que sustenta la losa, provoca la pérdida del soporte y como consecuencia el fallo de esta, fundamentalmente en las esquinas, donde la deflexión de la misma es mayor y es más probable que se produzca este fenómeno, el cual es menor cuando bajo las losas se construyen bases de materiales granulares de baja plasticidad o bases estabilizadas compactadas a elevada densidad. Otro factor importante. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 10.

(27) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. es la fatiga del hormigón bajo carga repetida, la cual es uno de los dos elementos principales que se deben tener en cuenta en el diseño de las losas de hormigón.(Torres Vila, 1999). 1.4.2 Características de las aeronaves que afectan la resistencia de los pavimentos. Las características principales de las aeronaves que afectan la resistencia de los pavimentos son las siguientes:. . Peso máximo de despegue.. . Porcentaje de carga sobre la rueda de la proa.. . Disposición de las ruedas.. . Carga sobre una pata del tren de aterrizaje principal.. . Presión de los neumáticos.. . Área de contacto de los neumáticos (de cada uno).. Las cargas de los aviones se trasmiten al pavimento a través del tren de aterrizaje, que normalmente consta de dos patas principales y una auxiliar, quedando esta última cerca de la proa (disposición más frecuente en la actualidad), o cerca de la cola (sistema antiguo).. Usualmente, el por ciento del peso del avión que baja por el tren principal se encuentra entre 85%- 95%, siendo más frecuente en los aviones actuales valores cercanos al 95%; cuando no se tenga información más precisa puede tomarse este valor para el diseño.. La carga que soporta cada pata se trasmite al pavimento por una o varias ruedas provistas de neumáticos de caucho. En los trenes de aterrizaje de las aeronaves actualmente en servicio, generalmente se usan los siguientes sistemas de patas principales:. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 11.

(28) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. Figura 1.5 Disposiciones típicas y dimensiones S, Sp, St y d de los trenes de aterrizaje.. Donde:. . d: distancia interior entre las huellas de los neumáticos de ruedas duales.. . S: distancia entre los centros de las huellas de los neumáticos duales.. . Sp: separación diagonal entre los centros de las huellas.. . St: distancia entre ejes del tandem.. 1.4.3 Característica de la determinación de la aeronave de cálculo y las salidas anuales equivalentes de la aeronave de cálculo. La aeronave de cálculo y las salidas anuales equivalentes de la aeronave de cálculo se determinan a parir del régimen de explotación de un aeropuerto. Hay una fuerte tendencia a expresar la resistencia del pavimento en función de cierta carga seleccionada correspondiente al nivel admisible de uso repetido, y a expresar cada carga aplicada a un pavimento en función del equivalente numérico de esta. La aeronave de cálculo debe seleccionarse sobre la base del número de salidas anuales que tenga en una pista. Existe una tendencia a utilizar como aeronave de cálculo la más repetitiva en la pista. Las salidas anuales equivalente de la aeronave de cálculo se determina agrupando la diversidad de aeronaves en una configuración común del tren de aterrizaje, luego de agrupadas las aeronaves en la misma configuración de tren de aterrizaje, la conversión a salidas anuales equivalentes de la aeronave de cálculo, se determina según la siguiente expresión:. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 12.

(29) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. W. W. log R1 = log R2 ×√W2 1. o R1 =(R2 ). √W2 1. Expresión 1.2. Donde:. R1: Salidas anuales equivalentes de la aeronave de cálculo. R2: Salidas anuales expresadas en el tren de aterrizaje de la aeronave de cálculo. W1: Carga sobre la rueda de la aeronave de cálculo; Kg. W2: Carga sobre la rueda de la aeronave en cuestión; Kg. Para este cálculo se supone que el 95% del peso grueso del avión tienen que ser apoyados por el tren de aterrizaje principal.. 1.5. Caracterización del pavimento. El cálculo de PCN requiere conocer con la mayor exactitud posible las características del terreno de cimentación: . El CBR de la cimentación y el espesor total equivalente teniendo presente el coeficiente de equivalencia para el material que se esté trabajando, donde este hace referencia a algunos de ellos en pavimentos flexibles.. . El módulo de reacción corregido de la subbase, espesor de la losa y el esfuerzo permisible a la tensión por flexión del hormigón para pavimentos rígidos.. Los ACN y el PCN se reflejan en este método de una forma sencilla, para diferentes tipos de aeronaves en función del tipo de suelo que se haya clasificado, en el caso de ACN, y para pavimentos PCN, en función de los parámetros del tipo de pavimento que se vaya a utilizar.. 1.5.1 Metodología para determinar el PCN para pavimentos flexibles establecido en el método ACN-PCN.. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 13.

(30) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN 1. PCN= (500) ×. (e×100)2 1 -0.025 0.57×CBR. Expresión 1.3. Donde: . e: Espesor equivalente en cm, a partir de convertir el pavimento en un material homogéneo equivalente de E = 500 Mpa, e=hi· (Ei/500).. . CBR: CBR de la cimentación en %. Este método considera toda las capas componentes del pavimento, como una sola capa homogénea de módulo 500 MPa, y además solo toma en cuenta el CBR del suelo que esté, inmediatamente debajo del pavimento. Lo cual es válido pero no es totalmente correcto, ya que, cada capa del pavimento tiene módulos diferentes, y también puede darse el caso de que existan más de un suelo debajo del pavimento con diferentes valores de CBR. A partir de esto se le realizaron modificaciones al método, como un promedio pesado en función de los espesores, los módulos y las tensiones medias actuantes en cada material para determinar un nuevo espesor equivalente (e) y para el caso en que debajo del pavimento aparezcan dos suelos o más, diferentes, y que estén dentro de la potencia activa también se pueden hacer modificaciones, determinando un CBRprom., en función de los espesores de cada suelo, y de los CBR de los mismos.(García Pérez, 2003). 𝐸. 𝑖 𝑒 = ∑ ℎ𝑖 × [500 ×𝜎. 𝜎𝑧𝑝𝑖. 𝑧𝑝 𝑝𝑟𝑜𝑚.. 𝐶𝐵𝑅 = ∑ [. ℎ𝑖 ×𝜎𝑧𝑝𝑖 ℎ𝑖 ×𝜎𝑧𝑝𝑖. ∑. ]. ]. Expresión 1.4. Expresión 1.5. 𝐶𝐵𝑅𝑖. Donde:. En caso de la expresión de e: . hi: Espesor de las diferentes capas.. . Ei: Módulo del material de cada capa.. . zpi: Tensión media en cada capa.. . zppromedio: Promedio de las tensiones medias de cada capa.. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 14.

(31) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. En caso de la expresión de CBR: . hi: espesor de la capa de cada suelo.. . zpi: tensión media en cada suelo.. . CBRi: CBR de cada suelo.. 1.5.2 Metodología para determinar el PCN para pavimentos rígidos establecido en el método ACN-PCN. Para la determinación del PCN en pavimentos rígidos, de acuerdo al espesor de losa de hormigón y el módulo de reacción corregido se entra al ábaco con dichos valores y se determina el PCN.. Figura 1.6 ábaco para determinar el PCN en pavimentos rígidos.. El módulo de reacción de la subrasante (k) de una estructura de pavimento representa la relación existente entre la presión que se aplica mediante una placa circular de sección ya establecida y la penetración o deflexión que resulta de ello. Para determinar el módulo k se debe aplicar una presión al suelo similar a la que le transmitirá el pavimento ya puesto en operación, esta presión, por lo general, equivale a 0.7 kg/cm2 o 10 psi. El área de las placas circulares están establecidas en la normativa, siendo la placa de mayor superficie aquella que posee un diámetro. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 15.

(32) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. de 76.2 cm, sobre ella se van colocando en forma piramidal las demás placas, y con los deflectómetros se van registrando las deformaciones verticales que va presentando el suelo.. Figura 1.7 Mecanismo del ensayo de placa de carga para determinar k (módulo de reacción de la subrasante).. El valor de k se obtiene realizando un promedio de las deformaciones obtenidas (Δ) y empleando la siguiente expresión:. p. k= Δ. Mpa/m. Expresión 1.6. Donde: p: presión de 0.7 kg/cm2 (70 KPa). Δ: promedio de las deformaciones obtenidas mm.. Cuando no se pueda realizar los ensayos de placa de carga, el módulo de reacción de la subrasante se puede obtener mediante una expresión matemática que involucra el valor de CBR.. k=(. 1500xCBR 0.7788 26. ). (𝑝𝑐𝑖). Expresión 1.7. El valor de k que se obtiene esta dado en libras por pulgadas cúbicas, por ello se debe tener cuidado al utilizar dicho valor. La otra manera de obtener k es entrando a un ábaco con el valor del CBR del suelo adyacente a la losa.. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 16.

(33) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. 1.5.3 Caracterización de la pista. Los pavimentos son estructuras compuesta por un conjunto de capas superpuestas de materiales adecuadamente compactados. Su función es proporcionar una superficie de rodadura cómoda y segura. La solución del pavimento de una pista aérea puede ejecutarse sobre la base de dos tipos de soluciones diferentes: . Pavimentos flexibles.. . Pavimentos rígidos.. El comportamiento de los mismos al aplicarles cargas es muy diferente. En los pavimentos rígidos, debido a la consistencia de la superficie de rodadura, se produce una buena distribución de las cargas, dando como resultado tensiones muy bajas en la subrasante y en los pavimentos flexibles la superficie de rodadura al tener menos rigidez se deforma más y se producen mayores tensiones en la subrasante.(Miranda Rebolledo, 2010). Figura 1.8 Tensiones producidas en los pavimentos.. La estructura de un pavimento flexible está compuesta normalmente por cuatro capas:. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 17.

(34) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. . Superficie.(capa de rodadura, capa intermedia). . Capa de base.. . Capa de subbase.. . Capa de subrasante. Superficie: Esta capa se coloca sobre la base, siendo su objetivo principal proteger la estructura del pavimento, impermeabilizando la superficie, para evitar las filtraciones de agua de lluvia que podrían saturar las capas inferiores, evitando que afecte directamente a las otras capas del pavimento. Esta capa también contribuye en la capacidad de soporte del pavimento, absorbiendo cargas, esto considerando un espesor mayor a 4 centímetros. Debe ser resistente a las presiones verticales y horizontales impuestas por la acción directa de los neumáticos, resistente a la abrasión, así como soportar sin degradarse, la acción directa y destructiva de los agentes atmosféricos. La superficie es la parte más costosa de los pavimentos flexibles y por lo tanto, en el diseño debe contemplarse la utilización del espesor mínimo permisible. Usualmente está constituida por dos capas; la capa de rodadura, relativamente fina, construida con hormigón asfáltico el cual le da a la superficie las condiciones de lisura, impermeabilidad y textura necesaria, y la capa intermedia, la cual está compuesta de un hormigón asfáltico más grueso y más estable el cual le brinda una capacidad estructural elevada a toda la superficie.. Capa base: La función principal de esta capa, es proporcionar un elemento resistente que pueda transmitir los esfuerzos producidos por el tránsito, hacia la subbase y la subrasante, con una intensidad adecuada, sirviendo así a reducir el espesor de la carpeta de rodado, que es la más costosa. Un factor fundamental en la base, es el material que la constituye, éste debe ser friccionarte y provisto de vacíos, para poder garantizar la resistencia correcta y la permanecía de esta en el tiempo, bajo condiciones externas, como puede ser el contenido del agua. Los espesores de las bases dependen del proyecto que se trate, pero suele considerarse que entre 10 a 15 cm, es el espesor mínimo para poder construir.. Capa de subbase: Es una capa de material granular seleccionado, de baja plasticidad y resistencia a la humedad,juega un rol meramente económico en los pavimentos flexibles, buscando obtener el espesor necesario utilizando el material más barato posible, lo que trae un aumento en el espesor total del pavimento. La subbase también aporta sirviendo de transición entre la base y la subrasante; siendo ocupada como un tipo de filtro para evitar que el material. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 18.

(35) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. de la base se incruste en la sub-rasante, a su vez apoya en la absorción de las deformaciones que provienen de la subrasante. Capa de subrasante: Esta capa debe ser capaz de resistir los esfuerzos que le son transmitidos por el pavimento. La estabilidad de la estructura del pavimento solo puede ser conseguida cuando en la subrasante se alcanzan los niveles de compactación exigidos, y el mantenimiento de esta estabilidad solo es posible al prever en el proyecto la ejecución de las obras de drenaje que garanticen la uniformidad de las condiciones de humedad de la explanación a lo largo del tiempo.. La estructura de un pavimento rígido está compuesta normalmente por tres capas: . Losa de hormigón hidráulico.. . Capa de subbase. . Capa de subrasante. Existen varios tipos de pavimentos rígidos:  Pavimentos de hormigón simple con juntas espaciadas, con y sin elementos de traspaso de carga.  Pavimentos de hormigón con malla de refuerzo, elementos de traspaso de carga y juntas espaciadas.  Pavimentos de hormigón armado en una o dos direcciones.  Pavimentos de hormigón armado postensado.. Losa de hormigón hidráulico: Sus funciones fundamentales son, proveer un valor de soporte elevado, para que resista las cargas concentradas que provienen de la ruedas de los vehículos, entregar una textura superficial poco resbaladiza para un mejor agarre de los automóviles, prevenir a la superficie de la penetración de agua, proporcionar a la capa de rodadura una gran resistencia al desgate y una buena visibilidad para una mayor seguridad. Su espesor depende del tipo de aeronave de diseño y la categoría del aeropuerto, pueden variar desde 250-400 mm.. Capa de subbase: Esta capa básicamente se requiere por la existencia de la subrasante, dentro de las principales funciones se destacan, la eliminación de la acción de bombeo, proporcionar más uniformidad a la losa de concreto.. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 19.

(36) Evaluación de la pista aérea del aeropuerto internacional Äbel Santamaría¨ de la ciudad de Santa Clara empleando el método ACN-PCN. Elección del tipo de pavimento a emplear en pistas de aeropuertos: Pavimentos rígidos: Para aeropuertos que van a ser utilizados, fundamentalmente por aviones de reacción y turbohélices, las plataformas y cabezas de pista deberían ser de pavimento rígido. Esto se debe a la cantidad de combustible que se derrama y al efecto producido por las cargas estáticas y de gran peso, afectadas además por el efecto de la vibración que se produce en las cabezas de las pistas durante el proceso de llevar los motores de la aeronave a pleno régimen de trabajo con ella detenida.. Pavimentos flexibles: Estos pavimentos trabajan mejor en áreas donde las aeronaves se desplazan rápidamente, como son la porción central de las pistas de aterrizaje y de despegue, calles de rodaje de salida etc.. 1.6 Caracterización geotécnica. Para interpretar más fácilmente el método ACN-PCN, veremos la relación que existe entre el método ACN-PCN y el análisis por deformación.. 1.6.1 Comprobación del comportamiento tenso-deformacional lineal del suelo.. Cuando se diseña para el segundo estado límite; y al menos para un estrato, las características deformacionales han sido expresadas a través del módulo de deformación general E0, entonces habrá que chequear la condición de linealidad. Para la combinación de carga por deformación es necesario limitar el estado tensional en el suelo hasta una zona donde se pueda considerar la linealidad entre las tensiones y las deformaciones.. En el diseño por estabilidad esto no queda garantizado, ya que se aplican los coeficientes f, g y. s reduciéndose la capacidad de carga de la cimentación, pero aún queda la incertidumbre de que se alcance o no la zona de linealidad. Capítulo I: Evaluación Técnica de pistas aéreas. Estado del arte.. 20.