acn-pcn

7/15/2019 ACN-PCN

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Red de Revistas Cientficas de Amrica Latina, el Caribe, Espaa y Portugal

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LETICIA GARCA PREZ, GILBERTO QUEVEDO SOTOLONGOInterpretacin Geotcnica del Mtodo ACN - PCN

Revista de la Construccin, vol. 7, nm. 1, 2008, pp. 84-93,

Pontificia Universidad Catlica de Chile

Chile

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Revista de la Construccin,

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7/15/2019 ACN-PCN

2/11Revista de la ConstruccinVolumen 7 No 1 - 2008

84 ]

Geotechnical Interpretation

o the Method ACN PCN

Interpretacin Geotcnicdel Mtodo ACN PCN

Autores

LETICIA GARCA PREZ Ingeniera Civil, Proesora e Investigadora del Centro de Investigaciones dEstructuras y los Materiales (CIDEM), de la Facultad de Construcciones Universidad Central de las Villas. Cuba

email: [email protected]

DR. GILBERTO QUEVEDO SOTOLONGO Director del Centro de Investigaciones de las Estructuras y los Mate(CIDEM), de la Universidad Central de las Villas. Cuba

email: [email protected]

Fecha de recepcin

Fecha de aceptacin

15/04/08

06/05/08

7/15/2019 ACN-PCN

3/11pginas: 84 - 93 [Revista de la Construccin

Volumen 7 No 1 - 2008[Leticia Garca P. - Gilberto Quevedo S.]

En el presente trabajo se exponen las ca-ractersticas del mtodo de evaluacin depistas de aeropuertos (ACN PCN) esta-blecido por la OACI. Adems se estableceuna relacin entre el mtodo ACN PCNy los anlisis por deormacin y capacidad

resistente de la estructura de pavimento,determinndose qu signica desde ambospuntos de vista, que exista la condicinPCN = ACN. Se demuestra que la condicin

Presently work the characteristics of themethod of evaluation of hints of airports

(ACN PCN), settled down by the OACI are ex-posed. Also a relations hip settles down amongthe method ACN PCN and the analyses ordeformation and resistant capacity of the pave-ment, you being determined that it means fromboth points o view that the condition existsPCN = ACN. it is demonstrated that the design

de diseo por capacidad de carga se cuo est muy cerca de la condicin lmque la deormacin (para una repeticicarga) se encuentra entre valores perbles, siempre que estemos en la condACN = PCN. De orma general se encu

un procedimiento equivalente al ACN pero basado en los diseos por deormy capacidad de carga, los cuales son mmenos empricos.

condition or load capacity is completit is very near the condition limit and

the deormation (or a load repetitionamong permissible values, whenever win the condition ACN = PCN, in a geway he/she is an equivalent proceduthe ACN PCN, but based on the deby deformation and load capacity, whicmuch less empiric.

Abstract

Key words: method ACN PCN, OACI, load capacity, deformation, lineal establishmnon lineal establishment, CBR, evaluation o air hints, hint aeroportuaria, number cfcation airship, number classifcation pavement.

Palabras clave: Mtodo ACN PCN, OACI, capacidad de carga, deormacin, asemiento lineal, asentamiento no lineal, CBR, evaluacin de pistas areas, pista aeroportunmero clasicacin aeronave, nmero clasicacin pavimento.

Resumen

7/15/2019 ACN-PCN

4/11[86 ] Revista de la ConstruccinVolumen 7 No 1 - 2008

pginas: 84 - 93Leticia Garca P. - Gilberto Quevedo S.]

Introduccin

En este trabajo se expone el mtodo de evaluacin depistas areas establecido por la Organizacin de Aero-nutica Civil Internacional ACN PCN, analizando cadaparmetros que lo conorman.

Con el objetivo de elaborar una metodologa generalpara la evaluacin y posible certicacin de pistas a-reas, que incluya el mtodo antes mencionado y anlisisgeotcnicos, se realiza un estudio de la capacidad decarga y deormacin en los suelos de cimentacin de la

estructura de pavimento de una pista area partiendode la hiptesis de que el actor de seguridad global (k)y la deormacin en estos suelos se corresponde convalores lgicos y permisibles obtenidos en cimientos,simulando el eecto de dos gomas del avin como uncimiento circular situado en la supercie de la pista.

Mtodo ACN PCN

Como es conocido el mtodo ACN PCN, es el mtodovigente establecido por la OACI (Organizacin de Avia-

cin Civil Internacional) para la evaluacin de pistas enaeropuertos, despus de aplicado el mismo sobre unpavimento, es muy cil determinar la aeronave crticaque aecta el pavimento de la pista, el mismo constituyeuna herramienta indispensable para la adecuada admi-nistracin de los bienes que ellos representan.

El ACN, Air Crat Clasication Number (Nmero declasicacin aeronaves), es un nmero que expresa eleecto relativo de una aeronave de peso dado sobre unpavimento con una categora del terreno de cimentacinespecicada.

El PCN, Paviment Clasication Number (Nmero de

clasicacin de pavimentos) es el nmero que expresala capacidad de carga de un pavimento para un nmeroilimitado de operaciones

(Varios PCN podran obtenerse si la resistencia delpavimento depende de importantes variaciones esta-cionales).

El nmero de clasicacin del pavimento (PCN) indicaque una aeronave cuyo nmero de clasicacin (ACN)es menor o igual a dicho PCN podr utilizar el pavimento

nicamente sujeta a restricciones relativas a la presinde neumticos.

El ACN se podr obtener mediante la ormula siguien-te:

[1]

Con CRSE en (kg)

Donde:CRSE: carga por rueda simple equivalente del tren de

aterrizaje principal de la aeronave en cuestin(depende de la distribucin de las ruedas)

2/1000: Coeciente que se seleccion para que losACN de la mayora de las aeronaves quedenentre 0 y 100

El PCN para pavimentos fexibles se podr obtenermediante la rmula:

[2]

Donde:e: Espesor equivalente en cm, a partir de convertir elpavimento en un material homogneo equivalentede E = 500 MPa

CBR: CBR de la cimentacin en %

A la hora de determinar el espesor equivalente y elCBR de la cimentacin se utilizaron las rmulas con lasmodicaciones hechas, tomando en cuenta las tensio-nes y los dierentes CBR en los suelos de cimentacin(Garca, 2007).

Espesor equivalente modicado

[3]

Donde:h

i: Espesor de las dierentes capas

Ei: Mdulo del material de cada capa

zpi: Tensin media en cada capa

zppromedio

: Promedio de las tensiones medias de cadacapa

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CBR promedio para los suelos de cimentacin

[4]

Donde:h

i: espesor de la capa de cada suelo

zpi: tensin media en cada suelo

CBRi: CBR de cada suelo

Interpretacin geotcnica del mtodoACN PCN

Con vistas a interpretar de orma ms cil el mtodoACN PCN, veremos la relacin que tiene el mtodoACN PCN con el anlisis por capacidad de carga ydeormacin, tratando de determinar qu signicadesde ambos puntos de vista que exista la condicinACN = PCN.

Anlisis de la capacidad de carga

(ACN = PCN)

El siguiente modelo (Figura 1a y 1b) representa la es-tructura de pavimento de una pista area, con la cargaperteneciente a la pata de una aeronave con distribucinde sus gomas dobles. El mismo se corresponde con uncimiento cticio de rea de la base igual al rea de lashuellas de las dos gomas de la aeronave. Para el anlisisde la capacidad de carga, se parte de la hiptesis quelas dos primeras capas (supercie y base) no allan porcapacidad de carga, sino que trasmiten carga a los

suelos, por ser dichas capas de materiales resistense analiza entonces, en los puntos superiores de suelo, la capacidad de carga.

Para denir el ancho de la cimentacin (rea de la se considera la distribucin de presiones en proundsegn la ley distribucin de presiones por carga impcon una pendiente 2:1, siendo el lado de la base cimentacin (sobre los suelos) el lado del rea dneumticos en la supercie ms los espesores dcapas de supercie y base. Figura 1a.

La carga actuante se dene tal y como se muestra

Figura 1b. La tensin en los puntos superiores de suelo es zp + zg, esta se compara con la capacde carga de ese estrato, para determinar el actoseguridad global de cada estrato (k) en este puncompararlo con los valores lgicos que existen para actores en cimentaciones. Para plantear la ecuade equilibrio de capacidad de carga se hace a partmtodo del actor de seguridad global quedanmisma de la siguiente orma:

P = zp + zg qbr/k

Donde:k actor de seguridad global.

Segn la Norma la carga bruta de trabajo resistela estabilidad se determina:

qbr

= 0,52BN

S

id

g

+CN

cS

ci

cd

cg

c+qN

qS

qi

qd

Donde:

2: peso especco minorado por debajo del niv

cimentacinB: lado menor entre l y bq: presin a nivel de solera alrededor del cimien

Figura 1Modelo para el anlisis de la capacidad de carga

1: Cimiento apoyado soprimer suelo. rea de laI1

= b1

2: Cimiento apoyado sosegundo suelo. rea base I

2= b

2

a) b)

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N, N

c, N

q: actores de capacidad de carga

S, S

c, S

q, i

, i

c, i

q, d

, d

c, d

q, g

, g

c, g

q: Factores de infu-

encia

En este caso se analiza el eecto de una pata de unaaeronave sobre la estructura de pavimento y el reade los neumticos de una pata se convierte en un reaequivalente cuadrada de lado l = b. La carga se consi-dera como una carga vertical centrada proveniente dela presin que ejercen los neumticos del avin sobreel pavimento debido a esto los actores de inclinacinde la carga (i) son iguales a 1.

No existe proundidad del estrato resistente, ni inclina-cin del terreno por lo que los actores (d) y (g) tambinson iguales a 1.

Teniendo en cuenta lo anterior la rmula quedara dela siguiente orma:

qbr

= 0,2BN

S

+ CN

cS

c+

1dN

qS

q[7]

Ejemplo 1

Chequeo de la capacidad de carga para la estructura depavimento sealada en la Figura 2 y considerando losdatos que se muestran en las Tablas 1 y 2.

El CBR promedio y el PCN se determinaron segn loestablecido (Garca, 2007).

Luego, aplicando la rmula de capacidad de carga y laecuacin de diseo:

En el punto superior del suelo 1l = b = 0,44 + h.asalto + h.suelocemento = 0,64mq

br=3075 kPa, zp + zg =1.290 kPa. k = 2,38

En el punto superior del suelo 2l = b = 0,44 + h.asalto + h.suelocemento + hsuelo1

= 0,79mq

br= 1.836 kPa; zp + zg = 790,85 kPa; k = 2,32

El valor de k resulta entre 2 y 3, lo cual nos puede in-dicar que la condicin mencionada (ACN = PCN) estrelacionada con un correcto diseo por capacidad decarga del suelo del cimiento.

Los resultados del ejemplo anterior se resumen en laTabla 3

Tabla 1Datos de la estructura de pavimento analizada

CBR promedio PCN ACN Aeronaverea equivalente

m2N; kN

16,9 40,6 40 A300 B2 0,2; l = b = 0,44 m 333,7

Capa c E (Mpa) g (KN/m3) CBR m

A6 30 36 37 17,5 30 0,32

A76 70 22 28 16,0 15 0,37

Asalto 1.000 23,0 0,40

Suelo cemento 1.000 20,0 0,25

Tabla 2Caractersticas de los materiales que componen la estructura de pavimento

Figura 2Estructura de pavimento de una pista area

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Anlisis de la deformacin(Para la condicin ACN = PCN)

En el anlisis de la deormacin, Figuras 3a y 3b, setoman las mismas simplicaciones para determinarel rea de la base y la distribucin de tensiones ac-tuantes en los puntos superiores de cada suelo quepara el caso del anlisis de la capacidad de carga,adems se considera que las capas de supercie ybase de la estructura de pavimento conorman unelemento que tiene comportamiento lineal por lascaractersticas de los materiales que lo componen.En el caso de los suelos se determina la tensinlmite de linealidad en sus puntos superiores compa-rndola con las tensiones que se generan en dichospuntos, dando la posibilidad de calcular los asientoslineales en los suelos siempre que se cumpla que

(zp + zg) R, y de calcular el asentamiento de igualorma pero sumndole una componente no linealpara el caso que no se cumpla la condicin antesmencionada. Estos valores de deormacin debenencontrarse entre los valores lgicos y permisiblesde una cimentacin.

Linealid

La presin lmite de linealidad R se determina com

expone a continuacin segn (Quevedo, 1989). Estapermite conocer qu tipo de asentamiento es necedeterminar (lineal o no lineal)

R =

C1,

C2 (M Kz b 2

+ Mq q + Mc C)K

Donde:

C1,

C2: coecientes que dependen de las condic

de trabajo del suelo y del tipo de estructuK: coeciente de abilidad que depende del m

para determinar las caractersticas de clcusuelo

Kz: coeciente que toma en cuenta, en cierta me

la infuencia de la longitud de la cimentacb: ancho de la cimentacind: proundidad de cimentacinq: presin eectiva, a nivel de solera, alrededo

cimiento

1,

2: peso especco minorado por encima y

debajo del nivel de cimentacinM

, M

C, Mq: coecientes adimensionales que depe

del ngulo de riccin interna (*) del teque yace bajo la solera de cimentacinvalores aparecen en Tablas

Suelo qbr

(kPa) zp + zg(kPa) k PCN ACN P(kN/m2) Aerona

A 6 3075 1290,00 2,38 40,6 40 1.668,5 A300

A 7 6 1836 790,85 2,32

Tabla 3Resultados del ejemplo 1

Figura 3Modelo para el anlisis de la deormacin. Estructura de pavimento de una pista area

1: Cimiento apoyado soprimer suelo. rea de laI1

= b1

2: Cimiento apoyado sosegundo suelo. rea base I

2= b

2

a) b)

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Ejemplo 2Clculo de la tensin lmite de linealidad (R) parala misma estructura de pavimento del ejemploanterior.

K = 1; KZ

= 1Los dems actores se determinan por tablas en uncinde c y Suelo

c1

c2

A 6 1,15 1,1A 7 6 1,1 1,0

En el punto superior del suelo 1l = b = 0,44 + h.asalto + h.suelocemento = 0,64m.R = 450,34 kPa; zp +zg = 1.290,0 kPa. ComponenteNo lineal

En el punto superior del suelo 2l = b = 0,44 + h.asalto + h.suelocemento + h suelo1

= 0,79m.R = 454,57 kPa; zp +zg = 790,85 kPa. ComponenteNo lineal

En todos los casos la tensin actuante supera la tensinR, por tanto debe determinarse en cada uno de estospuntos asentamiento no lineal.

Es evidente en este caso y ha quedado demostrado entrabajos precedentes [Gonzlez Cueto, 2000] que a lahora de determinar los asentamientos se debe realizar demanera que se permita un mejor aprovechamiento de lascaractersticas tensodeormacionales de los suelos. Estose lograr con la introduccin y aplicacin de mtodosno lineales en el clculo de los asentamientos.

Se propone tomar un comportamiento lineal del suelohasta que este se encuentre trabajando a la tensin lmitede linealidad y para este valor de tensin calcular losasentamientos lineales que se producen, considerandoentonces que a partir de este punto el suelo se va acomportar como un medio no lineal (como sucede en

la realidad). A partir de este punto, los asentamientosse calcularn por la expresin [8] para cualquier valorde P actuante, superior a la tensin de linealidad y a loscuales se les sumarn los asentamientos lineales que seproducen en la zona de linealidad. Con esta expresinse pretende simular el comportamiento no lineal delsuelo, partiendo del propio mdulo de deormacindel suelo E

0y teniendo en cuenta dierentes actores

que infuyen en el comportamiento del mismo, comose mostrar ms adelante.

Asentamiento lineal(Gonzlez Cueto, 2000)

El asentamiento en los suelos se determina mediante lasiguiente rmula:

[9]

Donde:NE: Cantidad de estratos por debajo del nivel de solera

hasta una proundidad igual a la potencia activa(Ha).

Hi: Espesor del estrato iexistente por debajo del nivelde solera hasta una proundidad igual a la potenciaactiva.

is: Variacin de la deormacin unitaria vertical en un

punto de la rontera superior del estrato icalculada enuna vertical que pasa por el punto caracterstico.

ic: Igual, pero en el centro del estrato i.

iI: Igual, pero en la rontera inerior del estrato i.

Figura 4Distribucin de tensiones en el suelo

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Asentamiento no lineal(Gonzalez Cueto, 2000)

[10]

Donde:P1: Valor de la presin crtica inerior, puede estar

dada por R, 1.2 R o por otro valor predetermi-nado, que preje un lmite de comportamiento

lineal del suelo.P2: Valor de la presin crtica superior, y va a estardada por la expresin de capacidad de carga(qbr) evaluada para los valores medios de lascaractersticas sico mecnicas del suelos.

q1, q2: Componentes de la tensin de connamientolateral del suelo. q1 que representa la tensinmnima y q2 como la tensin mxima actuantelateralmente.

hm: Proundidad media para la cual se considera seproducirn los asentamientos determinados.

P: Presin media real actuante en el suelo, para lacual se van a determinar los asentamientos NoLineales.

E: Mdulo General de Deormacin del suelo.m: Coeciente de Poisson del suelo.

De orma resumida puede decirse que partiendo delMdulo General de Deormacin (Eo) del suelo, sepueden calcular los asentamientos No Lineales, porla expresin [10] que se producen en una potencia desuelo (hm) para cualquier P actuante, que se encuentre

comprendida entre los lmites establecidos por P1 es decir mayor a la Tensin Lmite de Linealidad e rior a la resistencia de rotura del suelo. Debe seaque en el clculo de los asentamientos no linealeencuentran incluidos los asentamientos lineales qproducen en el suelo para el estado tensional actuy los cuales pueden ser determinados por [9]

Este mtodo de clculo de deormaciones no lineales,que parte del Mdulo de Deormacin General (Eo) cparmetro deormacional del suelo, no se compromeningn aspecto con modelos lineales, ya que el mismtrabaja con el grco de tensiones por carga impuest

suelo, y no necesita por tanto de una discretizacimismo, ya que el enoque de este mtodo va dirigreproducir el comportamiento tensodeormacionadel suelo entre los puntos de tensiones P1 y P2, a tde la expresin matemtica desarrollada.

Luego el asiento total quedara de la siguiente or

Stotal

= Slineal asalto

+SLineal suelo cemento

+Slineal suelo A6

+Sline

A76+ Sno

linealsuelo A6+Sno

lineal suelo A76

Ejemplo 3Clculo de asentamiento para el ejemplo anteri

Con los datos de la estructura de pavimento en esty utilizando las rmulas de asentamientos antes reciadas, se resumen los resultados en la Tabla 4.

Se puede ver que el asentamiento total es muchonor que el que se considera admisible en un cimequivalente a la estructura de pavimento analizDebe tenerse en cuenta que los estados tensioque provocan la aeronave en los suelos de dichtructura de pavimento hacen que los mismos tengacomportamiento no lineal y a su vez deormacionelineales, lo cual indica que para varias repeticionescarga (cosa que no sucede en los cimientos corrie

Capa en la estructura depavimento

S lineal; m S no lineal; m S total; m

Asalto 2,45.103 _

0,015Base 6,89.104 _

Suelo 1 (A6) 1,09.103 4,021.103

Suelo 2 (A76) 4,62.103 1,647.103

Tabla 4Resultados del ejemplo 3

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el asentamiento sera un poco mayor ya que en cadarepeticin de la carga queda una deormacin remanente.Por lo tanto se debe limitar y ser ms estricto el valor dela deormacin permisible en pistas areas.

En la curva de P (kPa) vs. Deormacin Figura 5,con lacondicin ACN = PCN, podemos ver como el aporteundamental en la estructura de pavimento analizadaes el de los suelos de cimentacin.

Procedimiento de evaluacin

(Anlisis geotcnico)

1. Datos necesarios de la pista del aeropuerto: Caracterizacin Ingenieril de los materiales de la

pista. De donde se pueda extraer: Mdulos (E) de los suelos que sustentan el pavi-

mento de la pista. Pesos especcos de cada uno de ellos. CBR.

Caractersticas de los suelos (c y ). Perl longitudinal de la pista. Calas (descripcin de

las capas) y geometra. Plano de planta de la pista. En caso de existir deterioros (dar identicacin de

zonas daadas).

2. Chequeo de la capacidad de carga en los suelos Presin actuante debido a la carga de la aeronave

de diseo, con el rea de contacto de sus neum-ticos. Levarla a un rea equivalente pero cuadrada(l = b)

Determinar el rea del cimiento cticio, segn laley de distribucin de presiones simplicada conpendiente 2:1

Clculo de tensiones en los puntos superiores,medios e ineriores de cada suelo.

Determinar la qbr y calcular el actor de seguridadglobal k.

3. Clculo de asentamiento Determinar la condicin lmite de linealidad. Clculo del asentamiento lineal en las capas de

Supercie y de Base. Clculo de asentamiento lineal de los suelos. Clculo de asentamiento no lineal de los suelos Clculo del asentamiento total

4. Anlisis de resultados

Conclusiones

Se realiz toda la ormulacin y adaptacin de losprocedimientos de capacidad de carga y asentamien-

to, para ser utilizados en el anlisis de la capacidadresistente de las pistas a partir de su relacin con elmtodo ACNPCN.

La hiptesis de que el mtodo ACNPCN se puedeinterpretar como un correcto diseo por capacidadde carga y deormacin es vlida, se pudo justicara partir de un ejemplo.

El valor del actor de seguridad global (k) se encuentraentre 2 y 3, lo cual resulta un valor lgico y permisibleen comparacin con los valores comunes para dichoactor. Esto indica un diseo racional por capacidadde carga, cuando ACN=PCN.

La deormacin result entre 1 y 3 cm, lo cual indicaque estamos rente a un diseo racional, desde elpunto de vista deormacional, cuando ACN=PCN.

Se obtuvo una metodologa general que incluye elmtodo de evaluacin de pistas areas establecidopor la OACI y los anlisis geotcnicos de capacidadde carga y deormacin para un procedimiento deevaluacin de pistas areas.

Figura 5Grfco de la presin que ejerce la pata dela la aeronave vs. asentamiento en la estructura de

pavimento

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Bibliografa

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