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EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 1
EVALUACIN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO EN LAS PLATAFORMAS NORTE Y SUR DEL AEROPUERTO INTERNACIONAL EL DORADO
WILLIAM MARTNEZ FAJARDO CARLOS ANDRS MOYANO BUITRAGO
UNIVERSIDAD CATLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA
ESPECIALIZACIN EN INGENIERA DE PAVIMENTOS BOGOT D.C.
2014
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 2
EVALUACIN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO EN LAS PLATAFORMAS NORTE Y SUR DEL AEROPUERTO INTERNACIONAL EL DORADO
WILLIAM MARTNEZ FAJARDO CARLOS ANDRS MOYANO BUITRAGO
Trabajo de grado para optar al ttulo de Especialista en Ingeniera de Pavimentos
Asesor MANUEL JOS MEZA SOTO
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD CATLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA
ESPECIALIZACIN EN INGENIERA DE PAVIMENTOS BOGOT D.C.
2014
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Nota de aceptacin ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________
______________________________________ Director de Investigacin
______________________________________ Asesor Mtodolgico
______________________________________ Jurado Bogot D.C., diciembre de 2014
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DEDICATORIA A mi Familia
Quienes han credo siempre en mi, dndome ejemplo de superacin, humildad y
sacrificio. A mi esposa Nancy por darme una hija maravillosa que es mi motivacin para
seguir adelante.
William Martnez A mi Familia Por su permanente apoyo durante mi formacin profesional, contribuyendo
incondicionalmente a lograr las metas y los objetivos propuestos.
Carlos Moyano
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AGRADECIMIENTOS
Mis agradecimientos son para la empresa OPAIN S.A quien nos colabor con el
desarrollo del presente trabajo, y a mi compaero Carlos Moyano por su colaboracin
durante el transcurso de la especializacin.
William Martnez
Mi gratitud es para el Ingeniero Manuel Jos Meza Soto por su apoyo tcnico
durante la realizacin del presente trabajo, tambin le agradezco a mi compaero de
proyecto, el Ingeniero William Martnez Fajardo quien en conjunto logramos cumplir los
objetivos planteados.
Carlos Moyano
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CONTENIDO
pg. INTRODUCCIN 13 1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO 14
1.1 Lnea de investigacin 14 1.2 Planteamiento del problema 14
1.2.1 Antecedentes del problema 14 1.2.2 Pregunta de investigacin 14
1.3 Justificacin 15 1.4 Objetivos 15
1.4.1 Objetivo general 15 1.4.2 Objetivos especficos 15 2. MARCOS DE REFERENCIA 17
2.1 Marco conceptual 17 2.2 Marco terico 17
3. METODOLOGA 25 3.1 Enfoque 25 3.2 Tipo de investigacin 25 3.3 Tcnicas e instrumentos 25 3.4 Fases de la investigacin 25
4. CARACTERSTICAS DE LA ZONA DEL PROYECTO 26 4.1 Localizacin 26 4.2 Sectores en estudio 27 4.3 Informacin climtica 28
5 TRNSITO DE AERONAVES 29 6. ESTRATIGRAFA DEL PAVIMENTO 32 7. EVALUACIN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO 34
7.1 Mediciones deflectomtricas con HFWD 34 7.2 Estimacin del mdulo de reaccin K 36 7.3 Retroclculo de mdulos calle de servicio plataforma norte 42
8. DETERMINACIN DEL ACNPCN 45 8.1 ACNPCNMtodo FAA 45
8.1.1 Valor Numrico del PCN 46 8.1.2 Tipo de pavimento 47
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pg.
8.1.3 Tipo de pavimento 47
8.1.4 Presin de inflado 47 8.1.5 Tipo de evacuacin 48
8.2 Resultados ACNPCNplataforma sur 48 8.3 Resultados ACNPCNplataforma norte 49 8.4 Resultados ACNPCNcalle de servicio plataforma sur 50 8.5 Resultados ACNPCNcalle de servicio plataforma norte 50
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 51 BIBLIOGRAFA 53 APNDICES 54
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LISTA DE TABLAS
pg. Tabla 1. Sectores en estudio 27
Tabla 2. Histrico de temperatura mensual 28
Tabla 3. Histrico de precipitacin mensual 28
Tabla 4. Trnsito plataforma sur 29
Tabla 5. Trnsito plataforma norte 30
Tabla 6. Mdulo de reaccin plataforma sur 39
Tabla 7. Mdulo de reaccin plataforma sur 40
Tabla 8. Mdulo de reaccin calle de servicio plataforma sur 41
Tabla 9. Mdulos dinmicos calle de servicio plataforma norte 43
Tabla 10. CBR calle de servicio plataforma norte 44
Tabla 11. Categorizacin de la subrasante 47
Tabla 12. Categorizacin de la presin de inflado 48
Tabla 13. ACN/PCN plataforma sur 49
Tabla 14. ACN/PCN plataforma norte 49
Tabla 15. Parmetro ACN/PCN plataforma sur 52
Tabla 16. Parmetro ACN/PCN plataforma norte 52
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LISTA DE FIGURAS
pg. Figura 1. Localizacin del proyecto 26 Figura 2. Pavimento plataforma norte 32 Figura 3. Pavimento plataforma sur 32 Figura 4. Pavimento calle de servicio plataforma norte 33 Figura 5. Evaluacin de las posiciones en las plataformas 35 Figura 6. Software BAKFAA 42 Figura 7. Software COMFAA 46
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LISTA DE APNDICES
pg. Apndice 1. Deflectometra 54 Apndice 2. Clculo mdulo de reaccin 111 Apndice 3. Retroclculo 130 Apndice 4. Determinacin espesor equivalente pav flexible 166 Apndice 5. Reportes software COMFAA 168 Apndice 6. Tablas ACN/PCN 484 Apndice 7. Grficas ACN/PCN 527
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RESUMEN El presente estudio presenta la evaluacin estructural de las plataformas norte y
sur del Aeropuerto Internacional el Dorado Luis Carlos Galn Sarmiento de Bogot,
expresada a travs del mtodo ACN / PCN establecido por la OACI (Organizacin
Internacional de Aviacin Civil) y la FAA (Federal Aviation Administration), el cual
permite conocer el efecto individual de una aeronave sobre la estructura de pavimento.
Para cada una de las plataformas se realiz el anlisis de trnsito, y a partir de la
informacin de ensayos de deflectometra con el equipo HFWD, se determin mediante
el mtodo de la AASHTO el Mdulo de Reaccin (K). Con la ayuda del programa
COMFAA desarrollado por la FAA y el anlisis de informacin de construccin y los
parmetros descritos anteriormente, se determin para cada una de las posiciones
evaluadas el cdigo ACN/PCN, reportando as la resistencia del pavimento, que para
este caso particular, las plataformas presentan un buen estado estructural y no
requieren de intervenciones para soportar el trfico de aeronaves existente.
Palabras clave: Pavimento, Deflectometra, Mdulo de Reaccin, ACN/PCN, FAA.
ABSTRACT
This study presents the structural evaluation in the North and South platforms in
the El Dorado Luis Carlos Galn Sarmiento International Airport, expressed through
ACN/PCN method by OACI (International Civil Aviation Organization) and the FAA
(Federal Aviation Administration) which enables the aircraft individual effect on the
pavement structure. For the platforms North and South the transit was analyzed, and
from the deflectometry information, the modulus of reaction (K) was determinate. With
the COMFAA software developed by the FAA, the construction information and the
parameters described above, the ACN/PCN was determinate for each of the evaluated
positions, where the platforms shows a good structural condition, and no requires
structural intervention to load-carry the existing aircraft traffic. Keywords: Pavement, ACN/PCN, Deflectometry, Modulus of Reaction,
ACN/PCN, FAA.
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INTRODUCCIN
El modelo de concesiones implantado en el pas por las agencias de
infraestructura, hace que la ingeniera de pavimentos utilice las herramientas tcnicas a
su alcance, para permitir la ms adecuada administracin de los recursos garantizando
que los pavimentos presente durante su vida til una condicin adecuada de
comodidad y en el caso especial de los aeropuertos una condicin de seguridad.
El desconocimiento del estado estructural del pavimento, no permite el
determinar las intervenciones requeridas para garantizar una buena condicin de la
estructura, y en el caso de la entidad encargada de la operacin aeronutica, se puede
incurrir en la incorrecta administracin de la infraestructura, permitiendo la circulacin
de aeronaves de mayor peso al soportado por el pavimento, lo que se traduce en un
deterioro temprano del mismo, incurriendo en sobrecostos.
En el marco de la administracin de la infraestructura, ms especficamente la
conservacin de pavimentos, las evaluaciones peridicas de la condicin estructural del
pavimento permiten determinar su estado y las intervenciones requeridas para
mantener el buen estado de la estructura.
Este trabajo muestra a travs del parmetro ACN/PCN, la condicin estructural
del pavimento de las plataformas norte y sur del Aeropuerto Internacional El Dorado
Luis Carlos Galn Sarmiento de la Ciudad de Bogot. Para lo anterior se analizaron
datos de construccin del pavimento, se realizaron ensayos de deflectometra, y se
recolectaron historiales del trnsito existente.
Aplicando la metodologa de la Federal Aviation Administration (FAA), para cada
una de las posiciones evaluadas, se determin el ACN/PCN, reportando de esta
manera la resistencia del pavimento vs. el efecto de las aeronaves sobre la estructura.
La evaluacin realizada se considera satisfactoria, ya que para todas las plataformas
se cumpli con la metodologa, no requiriendo as intervenciones de tipo estructural
para soportar el trfico de aeronaves existente.
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1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO 1.1 Lnea de investigacin
Materiales
1.2 Planteamiento del problema 1.2.1 Antecedentes del problema
El modelo de concesiones implantado en el pas por las agencias de
infraestructura, hace que la ingeniera de pavimentos utilice las herramientas tcnicas a
su alcance, para permitir la ms adecuada administracin de los recursos garantizando
que los pavimentos presente durante su vida til una condicin adecuada de
comodidad y en el caso especial de los aeropuertos una condicin de seguridad.
El desconocimiento del estado estructural del pavimento, no permite el
determinar las intervenciones requeridas para garantizar una buena condicin de la
estructura, y en el caso de la entidad encargada de la operacin aeronutica, se puede
incurrir en la incorrecta administracin de la infraestructura, permitiendo la circulacin
de aeronaves de mayor peso al soportado por el pavimento, lo que se traduce en un
deterioro temprano del mismo, incurriendo en sobrecostos.
1.2.2 Pregunta de investigacin
Ante la situacin anteriormente expuesta surge el interrogante para el
planteamiento de la investigacin:
Cul es la condicin estructural del pavimento de las plataformas Norte y
Sur del Aeropuerto El Dorado expresado mediante el mtodo ACN / PCN?
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1.3 Justificacin
En el marco de la administracin de la infraestructura, ms especficamente la
conservacin de pavimentos, las evaluaciones peridicas de la condicin estructural del
pavimento permiten determinar su estado y las intervenciones requeridas para
mantener el buen estado de la estructura. Es por esto, que es viable realizar este
proyecto, toda vez que, se garantiza una reduccin en los costos a largo plazo para la
concesin.
Los resultados del desarrollo de ste proyecto, contribuirn a la ingeniera
colombiana en la investigacin del comportamiento de los pavimentos sometidos a
cargas y presiones de inflado como es el caso de las aeronaves, as como, en lo que a
conservacin de pavimentos aeroportuarios se refiere.
1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo general
Determinar, con base en la metodologa descrita por la FAA la evaluacin
estructural del pavimento en trminos del parmetro PCN (Pavement Clasification
Number).
1.4.2 Objetivos especficos
Como objetivos especficos de la presente investigacin, se mencionan a
continuacin:
Determinar la capacidad estructural existente por medio del clculo inverso de
los parmetros propuestos en la metodologa de la AASHTO, 1993, a partir de las
mediciones de deflectometra realizadas y de la informacin de trnsito.
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Retroclculo de mdulos de las capas que conforman el pavimento,
informacin necesaria para conocer la capacidad estructural de pavimentos.
Calcular la capacidad estructural requerida, en trminos del Pavement
Clasification Number.
Reportar para cada plataforma evaluada el cdigo ACN/PCN
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2. MARCOS DE REFERENCIA
Los Aeropuertos como muchas otras organizaciones necesitan proporcionar
mantenimiento a las instalaciones y los activos, que garantice su utilidad y seguridad
operacional para la continuidad del negocio y los servicios. No importa el tamao del
aeropuerto o aerdromo, el pavimento en las pistas de aterrizaje, calles de rodaje y
plataformas, son infraestructuras clave que requieren que se mantengan en
condiciones ptimas con el fin de mantener las operaciones de aeronaves continuas y
seguras (AIRPORTS COUNCIL INTERNATIONAL, 2013)
El ACN-PCN, es el mtodo establecido por la OACI (Organizacin de Aviacin
Civil Internacional) para la evaluacin de pistas, calles de rodaje y plataformas en
aeropuertos; despus de aplicar la metodologa sobre el pavimento, es muy fcil
determinar la aeronave crtica que afecta el pavimento, el mismo constituye una
herramienta indispensable para la adecuada administracin de los bienes que ellos
representan (Garcia Prez & Quevedo Sotolongo, 2008).
2.1 Marco conceptual
El objetivo del mtodo ACN-PCN, es la difusin de los datos sobre la resistencia
de los pavimentos en las publicaciones de informacin aeronutica. El mtodo prev la
notificacin de las resistencias de los pavimentos siguiendo una escala continua. El
extremo inferior de la escala es cero y no existe lmite superior. La misma escala se
utiliza, adems, para clasificar tanto las aeronaves como los pavimentos en funcin de
las cargas (OACI, 1983)
El mtodo ACN/PCN es un sistema de clasificacin establecido por la OACI y es
el nico oficial y aprobado por la misma para reportar la capacidad estructural de un
pavimento aeroportuario. (Bardasano Gonzlez, 2014)
El anexo 14 de la OACI, se define el ACN (Aircraft Clasification Number) como
cifra que indica el efecto relativo de una aeronave sobre un pavimento, para
determinada categora normalizada del terreno de fundacin, el nmero de clasificacin
de aeronaves se calcula con respecto a la posicin del centro de gravedad (CG), que
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determina la carga crtica sobre el tren de aterrizaje crtico. Normalmente, para calcular
el ACN, se emplea la posicin ms retrasada del centro de gravedad correspondiente a
la masa bruta mxima en la plataforma. En casos excepcionales, la posicin ms
avanzada del centro de gravedad puede determinar que resulte ms crtica la carga
sobre el tren de aterrizaje de proa. (OACI, 1983)
Otra definicin de ACN es nmero que expresa el efecto relativo de una
aeronave de peso dado sobre un pavimento con una categora del terreno de
cimentacin especificada (Garcia Prez & Quevedo Sotolongo, 2008)
El PCN (Pavement Clasification Number) se define como Cifra que indica la
resistencia de un pavimento, para utilizarlo sin restricciones (OACI, 1983)
Garca y Quevedo definen el PCN como nmero que expresa la capacidad de
carga de un pavimento para un nmero limitado de operaciones (Garcia Prez &
Quevedo Sotolongo, 2008)
El mtodo ACN-PCN est concebido de manera tal que un pavimento con un
valor de PCN particular pueda soportar sin restricciones de peso, una aeronave que
posea un valor de ACN igual o menor que el valor PCN del pavimento. Esto es posible
hacerlo debido a que tanto el ACN como el PCN se calculan con base en los mismos
fundamentos tcnicos. (FAA, 2011).
El sistema ACN-PCN solo se concibe como un mtodo para reportar la
resistencia relativa de los pavimentos de manera que los operadores de aeropuertos
puedan evaluar la operacin aceptable de los aeropuertos. No debe entenderse como
un procedimiento de diseo o evaluacin de pavimentos. Tampoco restringe la
metodologa utilizada para disear o evaluar una estructura de pavimento. (FAA, 2011)
Para facilitar la utilizacin del mtodo, los fabricantes de aeronaves publicarn,
en los documentos que detallan las caractersticas de sus aeronaves, los ACN
calculados con dos masas diferentes, a saber: la masa mxima en la plataforma y una
masa representativa de operacin en vaco, tanto sobre pavimentos rgidos como
flexibles, y para las categoras normalizadas del terreno de fundacin (OACI, 1983)
El mtodo ACN-PCN, prev la notificacin de la siguiente informacin:
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a) Tipo de Pavimento:
Flexible: Se denominan pavimentos flexibles todos aquellos que estn formados
por una capa bituminosa apoyada sobre una o varias capas de gran flexibilidad (base y
subbase) que transmiten los esfuerzos al terreno de soporte o fundacin mediante un
mecanismo de disipacin de tensiones, las cuales van disminuyendo con la
profundidad. (Higuera, 2011)
Rgido: Son aquellos que fundamentalmente estn constituidos por una losa de
concreto hidrulico de gran rigidez, apoyada sobre la subrasante o una capa de
material seleccionado que se denomina subbase del pavimento rgido. Debido a la alta
rigidez del concreto hidrulico, la distribucin de esfuerzos se produce en una zona
muy amplia. (Higuera, 2011)
b) Terreno de fundacin: dependiendo el tipo de pavimento evaluado, se
considera
CBR en pavimento flexible, el cual se aplica para la evaluacin de la calidad
relativa de los suelos de subrasante y el ensayo mide la resistencia al corte (esfuerzo
cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. (Higuera,
2011)
Mdulo de Reaccin (K) para pavimento rgido: conocido tambin como
coeficiente de balasto o mdulo de Westergaard, el cual cuantifica la capacidad de
soporte de la subrasante mediante la relacin de presin necesaria para producir una
deformacin dada, que se obtiene de someter el suelo a diferentes ciclos de carga y
descarga. (Higuera, 2011).
c) Presin mxima permisible de los neumticos
d) Mtodo utilizado para la evaluacin del pavimento.
Para la determinacin de la condicin estructural del pavimento, se emplearon
ensayos no destructivos, definidos como: aquellos que emplean cualquier equipo para
la recoleccin y anlisis de informacin. En la mayora de los casos, la informacin, la
informacin se utiliza para evaluar la condicin estructural y funcional del pavimento,
sin realizar pruebas que impliquen intervenir de manera invasiva a la estructura. Los
ensayos no destructivos permiten (OACI, 1983).
Evaluar la capacidad de carga del pavimento existente
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Proveer las propiedades de los materiales de base, subbase y subrasante in
situ para el diseo de alternativas de rehabilitacin.
Permitir el seccionamiento homogneo de las zonas evaluadas.
Proveer informacin del comportamiento estructural como complemento al
ndice de condicin del pavimento (PCI).
Existen diferentes tipos de ensayos no destructivos, para la presente
investigacin emple el deflectmetro de impacto, el cual se define como: un equipo
ampliamente utilizado en el mundo para la evaluacin estructural de pavimentos. El
principio general de funcionamiento del Deflectmetro de Impacto se basa en la
generacin de una onda de carga sobre el pavimento. Esto se consigue por medio del
impacto provocado por la cada libre de una masa, impacto que es transmitido al
pavimento mediante un sistema de amortiguamiento elstico montado sobre una placa
de carga. La masa, el sistema de amortiguacin y la altura de cada pueden regularse
para obtener el impacto deseado sobre el pavimento.
Una serie de sensores miden las deflexiones verticales del pavimento bajo el
centro de la placa de carga y en diversas posiciones radiales a distintas distancias de
este centro. Normalmente slo se registran los valores mximos de la deflexin en
cada punto y de la carga aplicada, aunque es posible registrar todo el ciclo temporal de
carga y de deflexin en cada sensor. Estos datos de evolucin temporal pueden usarse
para la calibracin del equipo, y para la estimacin de factores correctores si ello es
necesario. Tambin se pueden emplear para realizar un anlisis dinmico (por ejemplo
espectro de frecuencias).
Los deflectmetros de impacto deben disponer de un nmero de sensores de
medida de deflexiones suficiente para proporcionar una buena descripcin de la forma
del cuenco de deflexiones, nmero tan amplio como requiera el objeto de las
mediciones. Las recomendaciones del grupo de estudio sobre deflectometra de
impacto COST336 proponen un nmero mnimo de seis sensores. (Higuera, 2012).
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2.2 Marco terico
En 1977 la OACI cre un grupo de estudio para desarrollar un mtodo
internacional nico para reportar la capacidad soportante de los pavimentos. El grupo
de trabajo desarroll y la OACI lo adopt el mtodo Aircraft Classification Number
Pavement Classification Number (ACN-PCN). Mediante este mtodo es posible
expresar el efecto de una aeronave individual en los diferentes pavimentos mediante un
nico nmero que vara de acuerdo con el peso del aeroplano y su configuracin (sea
presin de llantas, geometra del tren de aterrizaje, tipos de pavimentos y capacidad de
la subrasante). Este nmero se denomina Aircraft Classification Number (ACN)
(Nmero de Clasificacin de Aeronave). Por otra parte la capacidad para soportar
carga del pavimento puede ser expresada como un nico nmero, sin necesidad que
indicar una aeronave particular o informacin detallada de la estructura del pavimento.
Este nmero es el Pavement Clasification Number (PCN) (FAA, 2011)
Es preciso tener presente desde un principio que el nico objetivo del ACN-PCN
es la difusin de los datos sobre resistencia de los pavimentos en las publicaciones de
informacin aeronutica (AIP). Su finalidad no es el clculo ni la evaluacin de los
pavimentos, ni en l se prev que las autoridades aeroportuarias empleen un mtodo
determinado, ya sea para el clculo o para la evaluacin de los pavimentos. El mtodo
ACN-PCN permite que los responsables del mantenimiento utilicen cualquier mtodo
de clculo o evaluacin (OACI, 1983)
La utilizacin del mtodo estandarizado de reporte de resistencia de pavimentos
aplica solamente cuando estos poseen resistencias mayores a 12,500 lbs (5,700 kg).
La metodologa para reportar capacidades de pavimentos menores a 12,500 lbs (5,700
kg) permanece invariable. (FAA, 2011)
El sistema ACN-PCN solo se concibe como un mtodo para reportar la
resistencia relativa de los pavimentos de manera que los operadores de aeropuertos
puedan evaluar la operacin aceptable de los aeropuertos. No debe entenderse como
un procedimiento de diseo o evaluacin de pavimentos. Tampoco restringe la
metodologa utilizada para disear o evaluar una estructura de pavimento. (FAA, 2011)
Para el clculo del ACN-PCN, se emplean las siguientes variables:
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a) Categora del terreno de fundacin: En el mtodo se utilizan ocho valores
normalizados de terrenos de fundacin (es decir, cuatro valores K para pavimentos
rgidos y cuatro valores de CBR para pavimentos flexibles), en vez de una escala
continua de resistencias del terreno de fundacin. La concentracin de los terrenos de
fundacin con un valor normalizado en el trmino medio de cada grupo, se considera
un procedimiento totalmente adecuado para la notificacin. Las categoras del terreno
de fundacin se clasifican como alta, mediana, baja y ultrabaja. (OACI, 1983).
b) Frecuencia Operacional: La frecuencia operacional se define en trminos de
la interaccin (Coverage) la cual representa la aplicacin de la carga mxima sobre un
punto del pavimento. La palabra interaccin no debe confundirse con otros trminos
comunes utilizados en referencia al movimiento de aeronaves. Cuando un avin se
mueve a lo largo de una seccin del pavimento, a menudo lo hace con un patrn
perfectamente recto a la largo de la misma ruta que lo hizo anteriormente. Este taxeo
se asume que puede ser modelado como una distribucin normal estadstica. Cuando
una aeronave se mueve por una calle de rodaje o pista, puede pasar repetidamente
por un punto especfico que recibe la aplicacin de la carga mxima. Es fcil observar
el nmero de pasadas que una aeronave puede hacer sobre un pavimento, pero el
nmero de interacciones debe ser obtenido matemticamente con base en la relacin
pasada-interaccin para cada aeronave. (FAA, 2011).
c) Presin de los neumticos: Las conclusiones que se desprenden de las
investigaciones sobre pavimentos y la reevaluacin de los resultados de pasados
ensayos confirman que, salvo para la construccin de pavimentos fuera de lo comn
(pavimentos flexibles con una delgada cubierta de concreto asfltico o con capas
superiores dbiles), los efectos de la presin de los neumticos son secundarios con
respecto a la carga y a la separacin de las ruedas y, por lo tanto, la presin puede
clasificarse, a los fines de la notificacin, en cuatro categoras: altas, mediana, baja y
muy baja (OACI, 1983).
d) Clculo del ACN: Se calcula la carga para una rueda nica basada en una
derivacin matemtica que define la interaccin en aterrizaje de tren/pavimento,
utilizando los parmetros definidos para cada seccin del mismo. La carga para rueda
nica implica esfuerzos iguales en la estructura de pavimento y elimina la necesidad de
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especificar un espesor de pavimento para efectos comparativos. Esto se logra
igualando el espesor derivado para un tren de aterrizaje dado con el espesor derivado
de la carga de rueda nica a una presin de inflado estndar de 181 psi (1,25 Mpa)
(12,74 Kg/cm2). Se define el valor ACN como el doble de la carga para rueda nica
derivada (expresado en toneladas mtricas). El ACN se puede obtener mediante la
siguiente frmula (Garcia Prez & Quevedo Sotolongo, 2008).
Ecuacin 1. Determinacin del ACN Con CRSE en Kg
Donde:
CRSE: Carga por rueda simple equivalente del tren de aterrizaje principal de la
aeronave.
2/1000: Coeficiente que se seleccion para que los ACN queden entre 0 y 100.
e) Clculo del PCN: se puede obtener mediante la siguiente frmula ( (Garcia
Prez & Quevedo Sotolongo, 2008).
Ecuacin 2. Determinacin del PCN Donde:
e: Espesor equivalente en cm, a partir de convertir el pavimento en un material
homogneo equivalente de E = 500 MPa
CBR: CBR de la cimentacin en %
f) Mtodo de evaluacin: Cuando sea posible, la notificacin de la resistencia
del pavimento deber basarse en una evaluacin tcnica. Comnmente, la evaluacin
es la inversin de un mtodo de clculo. El clculo comienza con la carga de la
aeronave que ha de soportarse, la resistencia del terreno de fundacin resultante de la
preparacin del terreno local e indica el espesor necesario y la calidad de materiales
para la estructura del pavimento que se necesita. En la evaluacin se invierte este
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proceso. Comienza con la resistencia actual del terreno de fundacin, encuentra el
espesor y la calidad de cada componente de la estructura del pavimento y emplea un
tipo de procedimiento de clculo para determinar la carga de la aeronave que el
pavimento puede soportar. En los casos en que se disponga de los datos de clculo,
ensayo y construccin del terreno de fundacin y de los componentes de la estructura
del pavimento, con frecuencia se les puede utilizar para realizar la evaluacin. Por otro
lado, puede cavarse el pavimento para determinar el espesor de las capas, su
resistencia y la resistencia del terreno de fundacin para fines de evaluacin. Tambin
puede efectuarse una evaluacin tcnica con base en la medicin de la respuesta del
pavimento a las cargas. La deflexin de un pavimento bajo una placa esttica o la
carga del neumtico puede aprovecharse para predecir su comportamiento. Cuando
por razones econmicas o de otro tipo no sea factible una evaluacin tcnica, la
evaluacin puede basarse en la experiencia con las aeronaves usuarias. Un
pavimento que soporta satisfactoriamente las aeronaves que lo utilizan puede aceptar
otras aeronaves si las mismas no son ms exigentes que las aeronaves que no lo usan
normalmente (OACI, 1983).
Con lo anteriormente descrito, el cdigo a reportar se expresa como un cdigo de
cinco partes, separadas por barras, que describen el tipo de pavimento como por
ejemplo 90/R/B/W/T
El primer valor es un valor numrico que indica la resistencia calculada del
pavimento y, por tanto, el Nmero de Clasificacin de Aeronave (ACN) admisible.
El segundo valor es una letra: R o F y depende de si se trata de un
pavimento rgido o flexible.
El tercer valor es otra letra: de A a D en funcin de la resistencia de la
subrasante.
El cuarto valor es otra letra que indica la presin mxima de los neumticos
que puede soportar el pavimento.
El quinto valor describe el mtodo de clculo del primer valor del PCN, segn
si la evaluacin se ha realizado de forma tcnica (T) o emprica (U).
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3. METODOLOGA 3.1 Enfoque
El enfoque de esta investigacin es de carcter cuantitativo, toda vez que se
busca determinar el cdigo ACN/PCN para las plataformas evaluadas del Aeropuerto
Internacional El Dorado.
3.2 Tipo de investigacin
Esta investigacin es analtica, dado que se refiere a estudiar la condicin
estructural del pavimento y determinar las aeronaves que pueden circular por las
plataformas sin restriccin.
3.3 Tcnicas e instrumentos
Para el desarrollo del proyecto, las tcnicas e instrumentos de investigacin
utilizados fueron, el anlisis de informacin de campo, ya que a partir de mediciones,
se determinar la condicin estructural de las plataformas Norte y Sur del Aeropuerto El
Dorado.
3.4 Fases de la investigacin
Con el fin de desarrollar los objetivos planteados para el presente proyecto, se
determinaron cuatro fases: la fase de planeacin, la fase de ejecucin y la de
verificacin y control. En la primera fase se desarroll la propuesta y el anteproyecto los
cuales una vez fueron aprobados, dieron va a la segunda fase donde se consolid el
desarrollo de las tareas para cumplir cada uno de los objetivos planteados. La fase final
corresponde a la verificacin y mejora, la cual es una fase que se aplica desde la fase
de planeacin con el fin de tomar acciones correctivas sobre el desarrollo de las tareas
que as lo exijan.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 26
4. CARACTERSTICAS DE LA ZONA DEL PROYECTO
El presente capitulo describe caractersticas general del proyecto realizado.
4.1 Localizacin
El Aeropuerto El Dorado de Bogot, se encuentra ubicado en el permetro urbano
de la Ciudad de Bogot a 2,548 msnm, con latitud 4 42 54.74 N, longitud 74 8
49.01. La temperatura promedio del aeropuerto es de 19C (OPAIN, 2014). En la
Figura 1 se puede observa la localizacin de la zona del proyecto:
Figura 1. Localizacin del Proyecto.
Fuente: OPAIN S.A.
En la figura anterior se puede observar la localizacin de las plataformas norte y
sur, en las cuales se realiz la evaluacin estructural y que se describen con ms
detalle en el siguiente captulo.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 27
4.2 Sectores en estudio
Los sectores que hacen parte de esta evaluacin, se presentan en la Tabla 1,
donde se describe, Plataforma, posicin y tipo de pavimento.
Tabla 1. Sectores en Estudio PLATAFORMA POSICIN PAVIMENTO
82
83
84
85
86
Sur
87
Rgido
22
25
29
35
41
45
Norte
49
Rgido
22
25
29
35
41
45
Calle de Servicio
Plataforma Norte
49
Flexible
Fuente: Elaboracin Propia.
Las plataformas corresponden a estructuras de pavimento rgido y la calle de
servicio es de pavimento flexible.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 28
4.3 Informacin climtica
De acuerdo con la informacin disponible en los reportes de meteorologa de
IDEAM para el Aeropuerto El Dorado, se presentan en la tabla 2 los datos de
temperatura para la evaluacin de estructuras de pavimento, dado que los concretos
asflticos son materiales viscoelsticos susceptibles a las altas temperaturas, y los
materiales no ligados como las capas granulares y subrasante son susceptibles a los
cambios de humedad durante pocas de invierno y verano, razn por la cual resulta
valioso involucrar esta informacin dentro del anlisis estructural.
Tabla 2. Histrico de temperatura mensual.
Fuente: OPAIN S.A. Los resultados de temperatura promedio anual del proyecto varan desde 13.5
hasta 14.4 C con promedio de 14C; este ltimo ser el parmetro de entrada para el
anlisis estructural del pavimento.
La tabla 3 muestra los datos de precipitacin:
Tabla 3. Histrico de precipitacin mensual.
Fuente: OPAIN S.A
En cuanto a los resultados de precipitacin se tiene datos mensuales promedio
cercanos a 100 mm, con lo que puede clasificarse como una zona fra muy seca.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 29
5. TRNSITO DE AERONAVES
Uno de los insumos importantes en la determinacin del PCN corresponde a la
flota de aeronaves actuantes en las zonas del proyecto. A continuacin en la tabla 4 y
tabla 5, se describen los tipos de aeronaves, pesos y repeticiones.
Tabla 4. Trnsito plataforma sur.
TIPODEAERONAVE
NOMBRECOMERCIAL PESO(libras)TRENDE
ATERRIZAJESALIDASANUALES
100 FOKKER100 98,5 Doble 1
A318 AIRBUS318100 150,796 Doble 364
A319 AIRBUS319100 150,796 Doble 1,936
A320 AIRBUS320200 162,92 Doble 4,94
A321 AIRBUS321200 207,014 Doble 1
A322 AIRBUS330200 515,661 TndemDoble 14
73H BOEING737800 174,7 Doble 14
73W BOEING737700 155 Doble 2,888
B752 BOEING757200 256 Doble 5
B763 BOEING767300 413 TndemDoble 20
AT5 ATR42500 40,994 Doble 861
AT7 ATR72600 50,265 Doble 195
BE1 BEECHCRAFT1900D 10,647 Doble 65
CR7 REGIONALJET700 72,5 Doble 25
D38 FAIRCHILDDORNIERDo328 30,84 Doble 159
DH2 DEHAVILLANDCANADADHC8200 36,3 Doble 1,633
E70 EMBRAER170 85 Doble 163
E90 EMBRAER190 114 Doble 765
ER4 EMBRAERRJ145 48,5 Doble 82
F50 FOKKER50 45,9 Doble 142
J32 JETSTREAM32 15 Simple 1
J41 JETSTREAM41 25 Simple 5,672
L4T LET410 15 Simple 2
Fuente: OPAIN S.A.
Para la Plataforma Sur, las aeronaves crticas son: A320-200 y A330-200, el
primero debido a sus repeticiones y el segundo a su peso.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 30
Tabla 5. Trnsito plataforma norte. TIPODE
AERONAVENOMBRECOMERCIAL PESO(libras)
TRENDE
ATERRIZAJE
SALIDAS
ANUALES
100 FOKKER100 98,5 Doble 13
A318 AIRBUS318100 150,796 Doble 324
A319 AIRBUS319100 150,796 Doble 3941
A320 AIRBUS320200 162,92 Doble 5093
A321 AIRBUS321200 207,014 Doble 2
A332 AIRBUS330200 515,661 TndemDoble 3030
A342 AIRBUS340200 575,176 TndemDoble 77
A343 AIRBUS340300 611,552 TndemDoble 498
A346 AIRBUS340600 837,756 TndemDoble 685
B733 BOEING737300 140 Doble 15
73H BOEING737800 174,7 Doble 564
73W BOEING737700 155 Doble 3939
B752 BOEING757200 256 TndemDoble 689
B762 BOEING767200 396 TndemDoble 7
B763 BOEING767300 413 TndemDoble 1229
AT5 ATR42500 40,994 Doble 37
AT7 ATR72600 50,265 Doble 10
BE1 BEECHCRAFT1900D 10,647 Doble 6
CR7 REGIONALJET700 72,5 Doble 4
D38 FAIRCHILDDORNIERDo328 30,84 Doble 7
DH2 DEHAVILLANDCANADADHC8200 36,3 Doble 30
E90 EMBRAER190 114 Doble 2035
ER4 EMBRAERRJ145 48,5 Doble 7
F50 FOKKER50 45,9 Doble 1
J41 LET410 15 Simple 91
T20 TUPOLEVTu204 244,161 Doble 44
Fuente: OPAIN S.A.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 31
Las aeronaves crticas para la plataforma norte son: por repeticiones A320-200 y
por peso A340-600. Esta consideracin para ambas plataformas se validara a travs
del mtodo ACN/PCN que se describe ms adelante.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 32
6. ESTRATIGRAFA DEL PAVIMENTO
Las estructura de pavimento existente en las plataformas Norte y Sur, se
resumen en la Figura 2, Figura 3 y Figura 4, que se muestran a continuacin:
Figura 2. Pavimento plataforma norte.
Fuente: Elaboracin Propia.
La estructura de pavimento en la plataforma norte est compuesta por una losa
de concreto hidrulico MR 4.5 MPa de 45 cm, una base estabilizada con cemento tipo
P-304 de 41 cm y un granular existente de espesor variable.
Figura 3. Pavimento plataforma sur.
Fuente: Elaboracin Propia.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 33
El pavimento de la plataforma sur corresponde a una losa de concreto hidrulico
MR 4.5 MPa de 40 cm, 30 cm de base estabilizada tipo P-304 apoyada sobre un
granular existente de espesor variable de 100 cm a 150 cm.
Figura 4. Pavimento calle de servicio plataforma norte.
Fuente: Elaboracin Propia.
La estructura de pavimento de la calle de servicio de la plataforma norte est
compuesta por 10 cm de concreto asfltico modificado con polmeros, 30 cm de
concreto asfltico P-401, 45 cm de base estabilizada con cemento P-304 y un granular
existente de 38 cm.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 34
7. EVALUACIN ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO
Tomando como fundamento las mediciones de los desplazamientos verticales
que experimentan las estructuras de pavimento al aplicar cargas sobre estas, en el
presente captulo se presentan los resultados de la deflectometra, as como se
describe la tcnica del retro clculo de los mdulos de las capas existentes, y sus
resultados, lo cual es insumo importante para determinar el Nmero de Clasificacin
del Pavimento PCN.
7.1 Mediciones deflectomtricas con HFWD
Con el propsito de conocer la respuesta del pavimento ante la aplicacin de la
carga dinmica de referencia, se realizaron pruebas no destructivas con el
Deflectmetro de Impacto Pesado HFWD, dispositivo de carga dinmica remolcado por
una camioneta que satisface todos los requisitos estandarizados por la ASTM D 4694-
96 y el protocolo de calibracin de SHRP para equipos de este tipo.
Las deflexiones producidas por la carga aplicada con un plato circular de 0.45m
dimetro son medidas por un grupo de siete (7) sismmetros espaciados entre s
0.30m, permitiendo la obtencin de la curva completa del cuenco de deflexiones. Del
mismo modo, para el procesamiento de las mediciones, estas fueron estandarizadas a
cargas de 110kN, 130 kN y 150 kN, que son similares a las carga de diseo de las
aeronaves en estudio.
La evaluacin de las plataformas, se defini segn caractersticas de la
modulacin de cada una de la posiciones, tal como se muestra en la Figura 5:
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 35
Figura 5. Evaluacin de las posiciones en las plataformas.
Fuente: Elaboracin Propia.
Se definieron 5 lneas de medicin en cada una de las posiciones, con base en la
configuracin de las aeronaves y la disposicin de las losas: una (1) lnea central por
donde circula el neumtico delantero de la aeronave, dos (2) lneas ubicadas al lado
derecho y dos (2) lneas ubicadas al lado izquierdo, siempre en el centro de la losa. El
Apndice 1 muestra los valores de la deflectometra.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 36
7.2 Estimacin del mdulo de reaccin K
El mdulo de reaccin K es una caracterstica de resistencia de los suelos a una
deformacin determinada y considera como constante la elasticidad de los mismos. El
ensayo de placa se utiliza para determinar el mdulo de reaccin K y tiene por objetivo
determinar la presin que se debe ejercer sobre el suelo para que presente una
deformacin de 13 mm (Londoo, 2004).
La carga se aplica con un gato hidrulico apoyado en un camin o volqueta que
sirve como estructura de reaccin. La determinacin de la deflexin se obtiene
promediando las lecturas de los extensmetros utilizados en el ensayo.
El valor de K se puede obtener, paralelamente, por el retro clculo de los
resultados de deflectometra obtenidos con el HFWD, mediante las siguientes frmulas
propuestas por la AASHTO 1998.
Para la determinacin del Mdulo de Reaccin del Soporte de una losa de
concreto a partir de la mediciones con deflectmetro de impacto (HFWD), se requiere
conocer las deflexiones a las siguientes distancias a partir del punto de aplicacin de la
carga: 0, 8, 12, 18, 24, 36 y 60 pulgadas (0, 20.2, 30.5, 45.7, 61.0, 91.5 y 152.4 cm).
La carga recomendada es de 50 kN. El procedimiento de clculo es como sigue:
1. Como primera medida, debe calcularse el parmetro AREA para el cuenco de
deflexiones, a partir de la siguiente ecuacin:
+
+
+
+
+
+=
0
60
0
36
0
24
0
18
0
12
0
87 121896564 d
ddd
dd
dd
dd
ddAREA
Ecuacin 3. Parmetro AREA Donde:
d0: Deflexin en el centro del plato de carga, en pulgadas
di: Deflexin a 8, 12, 18, 24, 36 y 60 pulgadas (20.3, 30.5, 45.7 ,61.0, 91.5 y
152.4 cm) a partir del centro del plato de carga, en pulgadas.
2. A continuacin, se debe determinar el radio de rigidez relativa asumiendo una
losa de dimensiones infinitas, empleando la siguiente ecuacin:
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 37
566.27
698.0708.289
60ln
=
AREA
l
Ecuacin 4. Radio de rigidez relativa
3. A partir del resultado anterior, se determina el mdulo de reaccin dinmico,
asumiendo una losa de dimensiones infinitas:
20
*0
l
= ddPk
Ecuacin 5. Mdulo de reaccin dinmico
Donde:
k : Mdulo de reaccin dinmico retrocalculado, para losa infinita, en
psi/pulgada
P: Carga en libras
d0: Deflexin medida en el centro del plato de carga, en pulgadas
l : Radio de rigidez relativa para losa infinita determinado en el paso anterior, en
pulgadas *0d : Coeficiente de la deflexin bajo el centro del plato de carga, adimensional
( )[ ]l=
07565.014707.0*0 1245.0
eed
Ecuacin 6. Coeficiente de deflexin bajo el centro del plato de carga
4. Se calculan los factores de ajuste para la deflexin central (d0) y el radio de
rigidez relativa ( l ) para dimensiones de losa finitas. 80151.0
0
71878.015085.11
= lL
d eAF Ecuacin 7. Factor de ajuste para la deflexin central
04831.1
61662.089434.01
= llL
eAF
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 38
Ecuacin 8. Factor de ajuste para el radio de rigidez relativa
Donde, si la longitud de la losa es menor o igual a dos veces el ancho de la
misma, L es igual a la raz cuadrada del producto de la longitud de la losa y el ancho
(ambos en pulgadas); si la longitud de la losa es mayor que el doble del ancho, L es el
producto de la raz cuadrada de dos y la longitud de la losa, en pulgadas.
Si wlwl LLLLL = 2 Ecuacin 9. Factor L, chequeo 1
Si lwl LLLL => 22 Ecuacin 10. Factor L, chequeo 2
5. Finalmente, se ajusta el valor de k para una losa de dimensiones finitas, por
medio de la siguiente ecuacin:
0
2dAFAF
kk
= l
Ecuacin 11. Mdulo de reaccin efectivo
El valor del mdulo de reaccin esttico es aproximadamente la mitad del mdulo
dinmico calculado mediante el procedimiento anterior.
Estos resultados se pueden observar en el Apndice 2 Parmetros estructurales
en pavimento rgido.
A continuacin en la Tabla 6 y la Tabla 7, se presentan los resultados del K para
cada uno de los sectores estudiados en pavimento rgido, parmetro indispensable en
el clculo del PCN, que se detallar en captulos posteriores.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 39
Tabla 6. Mdulo de reaccin plataforma sur. MDULODEREACCIN(MPa/m) MDULODEREACCIN(PCI)
POSICIN LNEA110KN 130KN 150KN 110KN 130KN 150KN
Eje 127 122 137 469 448 506
1Der 123 119 148 452 439 544
2Der 104 142 123 382 523 452
1Izq 118 105 113 433 385 415
82
2Izq 99 112 144 365 413 530
Eje 179 186 167 661 686 617
1Der 125 154 130 460 569 480
2Der 83 91 83 305 335 304
1Izq 154 171 129 569 629 476
83
2Izq 147 136 146 542 500 537
Eje 139 138 161 510 509 595
1Der 159 169 150 587 622 551
2Der 140 141 139 515 521 513
1Izq 164 155 173 605 571 638
84
2Izq 145 111 137 534 410 506
Eje 161 171 207 593 631 761
1Der 189 189 190 697 697 699
2Der 160 156 165 590 576 606
1Izq 173 155 193 639 573 710
85
2Izq 147 165 216 543 608 796
Eje 145 197 218 534 727 803
1Der 181 197 247 666 725 910
2Der 159 197 194 587 725 715
1Izq 169 144 227 623 532 837
86
2Izq 162 142 213 598 525 785
Eje 125 110 120 460 406 441
1Der 133 141 140 489 519 516
2Der 134 148 134 495 544 494
1Izq 127 155 148 468 571 546
87
2Izq 120 127 134 442 469 494
Fuente: Elaboracin Propia.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 40
Para la plataforma Sur, los valores del mdulo de reaccin, se encuentran
generalmente superiores al 120 MPa/m, los cuales se consideran altos. Lo anterior
corresponde a que la fundacin del pavimento est compuesta por materiales de
adecuada capacidad de soporte y de espesores considerables.
Tabla 7. Mdulo de reaccin plataforma sur.
MDULODEREACCIN(MPa/m) MDULODEREACCIN(PCI)POSICIN LNEA
110KN 130KN 150KN 110KN 130KN 150KNEje 66 70 71 245 258 2611Der 65 84 72 240 311 2672Der 75 76 118 276 281 4351Izq 122 74 94 451 273 345
22
2Izq 75 63 76 276 232 280Eje 158 147 155 581 541 5701Der 91 105 103 337 385 3792Der 123 126 140 453 464 5181Izq 129 107 149 474 395 550
25
2Izq 133 125 146 490 462 537Eje 100 139 153 369 511 5651Der 114 140 142 421 516 5232Der 113 131 139 415 482 5111Izq 110 119 151 406 438 557
29
2Izq 104 109 98 384 403 363Eje 149 150 161 548 553 5931Der 125 144 146 461 531 5372Der 126 132 145 465 488 5351Izq 134 149 131 494 548 482
35
2Izq 123 136 141 453 500 520Eje 89 118 122 328 433 4511Der 108 93 103 398 342 3782Der 93 97 91 342 356 3351Izq 61 106 116 225 389 428
41
2Izq 90 99 121 332 364 446Eje 134 144 147 493 531 5401Der 106 116 144 391 428 5312Der 97 91 120 357 335 4401Izq 132 126 124 485 465 457
45
2Izq 80 97 110 296 359 40749 Eje 163 147 168 600 543 618
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 41
MDULODEREACCIN(MPa/m) MDULODEREACCIN(PCI)POSICIN LNEA
110KN 130KN 150KN 110KN 130KN 150KN1Der 160 154 199 590 568 7332Der 167 131 200 614 483 7361Izq 153 103 195 562 380 7182Izq 153 123 187 564 454 689
Fuente: Elaboracin Propia.
De la tabla anterior, se puede decir que los mdulos de reaccin varan entre 80
y 200MPa/m; estos valores se consideran altos (superiores a 120 MPa/m), lo cual es
correspondiente a que, al igual que en la plataforma Sur, la estructura est conformada
por materiales de alta capacidad de soporte y de espesores considerables. Se aclara
que en el caso de la posicin 22 se determin el mdulo de reaccin nicamente en la
zona del pavimento nuevo.
En la Tabla 8 se resumen los resultados del mdulo de reaccin para la calle de
servicio de la plataforma sur.
Tabla 8. Mdulo de reaccin calle de servicio plataforma sur.
POSICIN MDULO DE
REACCIN (Mpa/m) MDULO DE
REACCIN (PCI)
83 36 132
84 43 157
85 25 91
86 57 208
87 62 230
Fuente: Elaboracin Propia. Los valores encontrados para la pista de servicio se consideran bajos, con
resultados menores a 60 MPa/m.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 42
7.3 Retroclculo de mdulos calle de servicio plataforma norte
Para el clculo de mdulos de las distintas capas que conforman la estructura de
pavimentos, se utilizan programas basados en modelos multicapa de clculo regresivo
(Backcalculation Method); para lo cual, ha empleado el programa BAKFAA desarrollado
por la FAA, el cual se puede observar en la Figura 6:
Figura 6. Software BAKFAA.
Fuente: Elaboracin Propia.
Este programa permite la inclusin de diferentes capas con sus respectivas
caractersticas (espesor y relacin de Poisson) para, en funcin de las deflexiones
medidas con el HFWD, calcular en forma inversa los mdulos de los materiales. En el
Apndice 3 se encuentran las memorias tcnicas del procedimiento de retroclculo.
Teniendo en cuenta la sensibilidad del mdulo del concreto asfltico ante las
condiciones de temperatura, los valores de este parmetro han sido ajustados por
medio de la siguiente expresin (INVIAS, 2008).
FA : Factor de ajuste del mdulo del concreto asfltico por temperatura.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 43
Tr : Temperatura de trabajo de la mezcla, C; para este estudio se adopt,
19.5C, en funcin de la temperatura promedio anual de la zona de estudio y el espesor
de la capa asfltica.
Tm : Temperatura de ensayo, C;
La temperatura ambiente promedio utilizada fue de 14C.
De otra parte, se ha adoptado ajustar el mdulo de la subrasante a condiciones
de laboratorio, con un factor de 0.75 para un pavimento asfltico con presencia de base
estabilizada, segn la recomendacin de la Gua de Rehabilitacin de Pavimentos
Asflticos del INVIAS.
En la Tabla 9, se sintetizan los mdulos encontrados (percentil 85) para cada una
de las capas en las diferentes lneas de evaluacin definidas para la calle de servicio
de la plataforma norte:
Tabla 9. Mdulos dinmicos calle de servicio plataforma norte.
POSICINCARPETA
ASFLTICA(MPa)
BASE
ESTABILIZADA
(MPa)
GRANULARES
EXISTENTES(MPa)SUBRASANTE(MPa)
22 4,475 1,5 300 75
25 4,811 1,42 300 83
29 4,475 2 300 84
35 4,674 1,6 300 90
41 5,383 1 300 94
45 4,475 1 230 78
49 4,475 2 200 75
Fuente: Elaboracin Propia.
De la tabla anterior se puede observar que los valores de mdulos elsticos
encontrados para la carpeta asfltica son en su mayora, superiores a 4,000 MPa. Por
su parte, los mdulos obtenidos para la fundacin o subrasante, indican buena
capacidad de soporte.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 44
Para la determinacin del CBR a partir de los datos retrocalculados, se utiliza la
siguiente expresin de la AASHTO:
Ecuacin 12. Mdulo resiliente de la subrasante.
En la Tabla 10, se puede observar el valor de CRB obtenido por correlacin, el
cual ser un parmetro de entrada para la determinacin del ACN/PCN:
Tabla 10. CBR calle de servicio plataforma norte.
POSICINMDULORESILIENTEDELA
SUBRASANTE(MPa)CBR%
22 75 9.6
25 83 11.3
29 84 11.5
35 90 12.8
41 94 13.7
45 78 10.2
49 75 9.6
Fuente: Elaboracin Propia.
Lo valores de CBR obtenidos corresponden a valores entre 9% y 14%, los cuales
se consideran satisfactorios para el suelo de fundacin existente, en este caso una
capa de Rajn.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 45
8. DETERMINACIN DEL ACNPCN
Este mtodo hace posible expresar el efecto individual de una aeronave sobre
diferentes pavimentos a travs de un nico nmero, que vara de acuerdo al peso y la
configuracin de la aeronave (tipo de tren de aterrizaje, presin de neumtico, entre
otros), el tipo de pavimento y la resistencia de la sub-base. Ese nmero es llamado
Nmero de Clasificacin de Aeronave (ACN). Por otro lado, la capacidad de carga de
un pavimento tambin puede ser expresado por un nico nmero de Clasificacin de
Pavimento (PCN).
ACN : Un nmero el cual expresa el efecto estructural relativo de una
aeronave en diferentes tipos de pavimentos para una especificada resistencia de la
subrasante en trminos de una carga estandarizada de rueda simple.
PCN : Un nmero el cual expresa la capacidad de soporte relativa de un
pavimento, en trminos de una carga estandarizada de rueda simple.
8.1 ACNPCNMtodo FAA
Para facilitar el uso del mtodo ACN-PCN, la Federal Aviation Administration
(FAA) desarroll un software llamado COMFAA que calcula los valores de ACN-PCN.
Para el clculo del PCN se debe especificar lo siguiente:
Grupo, tipo y caracterstica de la aeronave.
Resistencia de la subrasante, en pavimentos flexibles se usa el ensayo (CBR)
y en pavimentos rgidos el mdulo de reaccin (K).
Espesor equivalente.
Para el caso de los pavimentos rgidos, las entradas necesarias son: mdulo de
reaccin k (debajo de la losa) y el espesor de la losa de concreto hidrulico.
Para el caso de pavimentos asflticos, se hace necesario definir el espesor
equivalente de acuerdo a la recomendacin del numeral 1.1 del apndice 2 de la
circular AC 150/5335-5B de la FAA; esta metodologa considera una estructura
estndar conformada por 6 de concreto asfltico P401 y 8 de base granular P209. Los
excesos de materiales P-401 y P 209 de la estructura existente respecto a la estndar,
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 46
se convierten en espesores de material subbase granular P154, empleando factores de
equivalencia de 1.5 y 1.2 correspondientemente. En el caso de la base tratada con
cemento tipo P-304, se utiliza un factor de equivalencia 1.2 en relacin a la P-209.
Teniendo en cuenta lo anterior, se obtiene un Espesor Equivalente de 67.6. Estos
clculos pueden consultarse en el Apndice 4.
8.1.1 Valor numrico del PCN
El valor numrico del PCN, se determina con la ayuda de la herramienta
COMFAA en funcin del espesor equivalente y la resistencia (CBR o K) del material de
conformacin de la subrasante (mejoramiento y subrasante).
Una ilustracin tipo del modelo del COMFAA se presenta a en la Figura 7:
Figura 7. Software COMFAA.
Fuente: Elaboracin Propia.
Como se puede observar en la figura anterior, para la computacin del ACN PCN, el
software contiene por defecto la configuracin de gran cantidad de aeronaves, a lo que
se le suman los parmetros estructurales obtenidos anteriormente. Los reportes del
software se pueden observar en el Apndice 5.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 47
8.1.2 Tipo de pavimento
Segn la metodologa, se utiliza el cdigo (R) para el pavimento rgido y (F) para
flexible.
8.1.3 Tipo de pavimento
La subrasante se categoriza usando la Tabla 11, de acuerdo al tipo de
pavimento.
Tabla 11. Categorizacin de la subrasante.
CATEGORA K(PCI) K(MN/m) CBR(%)LETRADE
DESIGNACINTIPODESUELO
Alta>de442
psi>de120 >de13 A GW,GP,GM
Media 221442 61120 ago13 B GC,SW,SM,SP
Baja 92221 2560 04ago C SC,ML,Cl,OL
Ultrabaja
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 48
Tabla 12. Categorizacin de la presin de inflado.
CategoraPresinde
Inflado(PSI)
Presinde
Inflado(MPa)
Cdigode
Designacin
Alto Ilimitado Ilimitado W
Medio 146217 1.011.50 X
Bajo 74145 0.511.0 Y
Ultrabajo 073 0.00.50 Z
Fuente: Federal Aviation Administration.
Como lo muestra la tabla anterior, para cada categora se emplea un cdigo de
designacin.
8.1.5 Tipo de evacuacin
Se reconocen dos mtodos, uno tcnico que se designa con la letra T, es cuando
se ha realizado una evaluacin tcnica a la estructura del pavimento. Con la letra U,
cuando se ha realizado una evaluacin al pavimento con base en la experiencia y al
tipo de aeronave que est utilizando la pista y para lo cual el pavimento no ha sufrido
deterioro.
8.2 Resultados ACNPCNplataforma sur
A continuacin en la Tabla 13 se presentan los resultados obtenidos para cada
posicin de la plataforma Sur, comparando el parmetro ACN de cada aeronave y el
mximo valor de PCN encontrado en cada unidad analizada. Es importante mencionar
que el valor de ACN, est en funcin de la resistencia de la subrasante.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 49
Tabla 13. ACN/PCN Plataforma Sur. POSICIN ACN PCN AVINCRTICO
82 62 110/R/B/X/T AIRBUS330200
83 54 126/R/A/X/T AIRBUS330200
84 54 117/R/A/X/T AIRBUS330200
85 54 127/R/A/X/T AIRBUS330200
86 54 132/R/A/X/T AIRBUS330200
87 54 109/R/A/X/T AIRBUS330200
Fuente: Elaboracin Propia.
En trminos generales, con base en la metodologa OACI, se puede decir lo
siguiente:
Para las posiciones 82, 83, 84, 85, 86 y 87 de la plataforma Sur, en un periodo de
20 aos, la flota proyectada para cada uno de los tipos de aeronaves analizadas,
cumplen con la metodologa, dado que el efecto estructural ejercido por estas sobre el
pavimento, es menor que la capacidad de soporte del mismo. Para la plataforma sur, el
avin crtico corresponde al AIRBUS 330-200.
8.3 Resultados ACNPCNplataforma norte
En la Tabla 14, se puede observar los resultados obtenidos para la plataforma
norte, comparando el parmetro ACN de cada aeronave y el mximo valor de PCN
encontrado en cada unidad analizada.
Tabla 14. ACN/PCN plataforma norte. POSICIN ACN PCN AVINCRTICO
22 95 98/R/B/X/T AIRBUS340600
25 95 117/R/A/X/T AIRBUS340600
29 79 132/R/A/X/T AIRBUS340600
35 79 119/R/A/X/T AIRBUS340600
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 50
POSICIN ACN PCN AVINCRTICO
45 94 123/R/B/X/T AIRBUS340600
41 94 123/R/B/X/T AIRBUS340600
49 79 123/R/A/X/T AIRBUS340600
Fuente: Elaboracin Propia.
Para la flota proyectada a 20 aos en la Plataforma Norte, las posiciones 22, 25,
29, 41, 45 y 49 cumplan con la metodologa de la OACI, indicando que la capacidad de
carga del pavimento es superior a las solicitaciones del trnsito.
Es importante anotar que los resultados del PCN pueden tener un intervalo de
10%, dado que este parmetro es un indicador global de las condiciones de resistencia
del pavimento, ms no es un parmetro de diseo estructural del pavimento.
8.4 Resultados ACNPCNcalle de servicio plataforma sur
El PCN obtenido para el sector evaluado es 98/R/C/X/T, y el Avin crtico
corresponde al AIRBUS 330-200 con un ACN de 74.
8.5 Resultados ACNPCNcalle de servicio plataforma norte
Siguiendo lo descrito en la metodologa, se reporta un PCN para este sector de
>200/R/B/X/T. Este valor alto corresponde a que la estructura existente, tiene
espesores considerables de capa asfltica y base estabilizada con cemento, en
comparacin con la estructura estndar de 5 de P-401/403 y 8 de P-209 requerida
para este tipo de trnsito.
En el Apndice 6, se puede consultar las tablas con los reportes del PCN, y en el
Apndice 7, se muestra grficamente el resultado del ACN-PCN para cada una de las
posiciones evaluadas.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 51
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo a la informacin de construccin, el pavimento existente en las
plataformas norte y sur del Aeropuerto El Dorado, corresponde a una losa de concreto
hidrulico de 40 cm de espesor y Mdulo de Rotura de 5.0 MPa, apoyado sobre una
capa de Base Estabilizada con Cemento Tipo P-304 de 41 cm para la plataforma norte
y 30 cm para la plataforma sur. La fundacin del pavimento corresponde a materiales
granulares y mejoramientos con Rajn de espesor variable en 100 cm y 150 cm.
Los resultados de la evaluacin deflectomtrica HFWD, indican que los Mdulos
de Reaccin K (materiales bajo la losa) son generalmente elevados, concluyentes de
una buena capacidad de soporte (K superiores a 100 MPa/m). Estos resultados
guardan correspondencia con los espesores y tipo de materiales que constituyen la
estructura de pavimento. De igual manera se encontr que los resultados del mdulo
de reaccin, cumplen con las hiptesis del diseo y las especificaciones de la FAA para
este tipo de pavimentos. Se aclara que en el caso de la posicin 22, el mdulo de
reaccin se evalu nicamente en la zona del pavimento nuevo.
En cuanto a los resultados del PCN, determinado a travs de las mediciones
deflectomtricas HFWD, se encontraron resultados altos (superiores a 100), lo cual nos
indica que la capacidad de carga del pavimento es superior a las cargas producidas por
las aeronaves y pueden operar sin restricciones. Teniendo en cuenta la flota de
aeronaves, se ha encontrado que el avin crtico es: para la plataforma sur el AIRBUS
330-200 de aproximadamente 515,661 libras de peso bruto; y para la plataforma norte
el avin crtico es el AIRBUS 340-600 con un peso bruto de 837,756 libras.
En la Tabla 15 y la Tabla 16, se resumen los resultados de ACN/PCN para cada
una de las posiciones:
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 52
Tabla 15. Parmetro ACN/PCN plataforma sur. POSICIN ACN PCN AVINCRTICO
82 62 110/R/B/X/T AIRBUS330200
83 54 126/R/A/X/T AIRBUS330200
84 54 117/R/A/X/T AIRBUS330200
85 54 127/R/A/X/T AIRBUS330200
86 54 132/R/A/X/T AIRBUS330200
87 54 109/R/A/X/T AIRBUS330200
Fuente: Elaboracin Propia.
Tabla 16. Parmetro ACN/PCN plataforma norte. POSICIN ACN PCN AVINCRTICO
22 95 98/R/B/X/T AIRBUS340600
25 79 117/R/A/X/T AIRBUS340600
29 79 132/R/A/X/T AIRBUS340600
35 79 119/R/A/X/T AIRBUS340600
45 94 123/R/B/X/T AIRBUS340600
41 94 123/R/B/X/T AIRBUS340600
49 79 123/R/A/X/T AIRBUS340600
Fuente: Elaboracin Propia.
Para las calles de servicio tanto de la plataforma sur y norte, se realiz la
evaluacin en el sector correspondiente de cada posicin que se describen en las
tablas anteriores. Los resultados de PCN obtenidos fueron de 99/R/C/X/T y de
>200/R/B/X/T respectivamente. En el caso de la calle de servicio, el valor obtenido, el
cual se considera alto, alto corresponde a que la estructura existente, tiene espesores
considerables de capa asfltica y base estabilizada con cemento, en comparacin con
la estructura estndar de 5 de P-401/403 y 8 de P-209 requerida para este tipo de
trnsito segn la metodologa de la FAA.
Se recomienda en el caso de las calles de servicio, realizar la evaluacin en la longitud total de estas, para de esta manera tener un resultado ms representativo.
EVALUACIN ESTRUCTURAL PAVIMENTO PLATAFORMAS NORTE Y SUR EL DORADO 53
BIBLIOGRAFA
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Apndice 1. Deflectometra
POSICION22EJEK0+000.fwdIKUABFWDFILE:POSICION22EJEK0+000.fwdHCALZADA:HCARRIL:EJEHTRAMO:POSICION22
IDropHeight:1234IImpactLoad:20.040.050.0100.0kNISensorNumber:0123456ISensorDistance:0.030.060.090.0120.0150.0180.0(cm)ISensorPosition:CENTERFRONTFRONTFRONTFRONTFRONTFRONT
IReferenceOffset:0mITestpointspacing:0m
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