diseño de la ampliación de la pista del aeropuerto gustavo
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2019
Diseño de la ampliación de la pista del aeropuerto Gustavo Diseño de la ampliación de la pista del aeropuerto Gustavo
Artunduaga Paredes de Florencia Caquetá Artunduaga Paredes de Florencia Caquetá
Jorge Alberto Jara Marlés Universidad de La Salle, Bogotá
Jazmín Lizeth Ordóñez Sandoval Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Jara Marlés, J. A., & Ordóñez Sandoval, J. L. (2019). Diseño de la ampliación de la pista del aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes de Florencia Caquetá. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/527
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DISEÑO DE LA AMPLIACIÓN DE LA PISTA DEL AEROPUERTO GUSTAVO
ARTUNDUAGA PAREDES DE FLORENCIA (CAQUETÁ).
JORGE ALBERTO JARA MARLÉS
JAZMÍN LIZETH ORDÓÑEZ SANDOVAL
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2019
Diseño de la ampliación de la pista del aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes de
Florencia (Caquetá).
Jorge Alberto Jara Marlés
Jazmín Lizeth Ordóñez Sandoval
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil
Director temático
Ing. Álvaro Enrique Rodríguez Páez
Mag. Gestión del riesgo y desarrollo
Universidad de La Salle
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Civil
Bogotá D.C.
2019
Agradecimientos
Los autores expresan su agradecimiento a:
Ing. Álvaro Enrique Rodríguez Páez director del trabajo de investigación por la
colaboración y apoyo prestado a la culminación de este.
Marlene Cubillos Romero magister en Lingüística Hispánica por su asesoría constante
en la organización metodológica del trabajo de investigación.
Arquitecto Juan Carlos Valencia Riveros, coordinador grupo aeropuertos no
concesionados UAEAC, por su diligencia y recomendaciones sobre el enfoque del trabajo
de investigación.
Sandra Milena López Horta por su gestión para facilitar el acceso a la zona donde se
realizó la investigación.
Dedicatoria
Este trabajo resultado de 20 años de formación académica lo dedico a Dios que en su
inefable sabiduría me entregó como hijo a Yolanda Marlés Aguilar, quien todo daría por
mí, así como yo por ella; a la Divina Providencia por haberme puesto junto a Alberto Jara
Rubio de quien adquirí el gusto por los números, a la entropía de la vida por quien junto
conmigo es caos y equilibrio Daniela Jara Marlés.
También, a la memoria de A.D.Q.M. y S.M.A. por los gratos recuerdos.
A M.M.R. por los mejores días.
Jorge A. Jara Marlés
Dedicatoria
En primer lugar, agradezco a Dios por la vida y por la bendición de contar con una
familia unida y emprendedora. Dedico el presente trabajo a: mi padre Jairo Ordóñez por su
esfuerzo y dedicación para brindarme siempre lo mejor y por ser un ejemplo a seguir; mi
madre Neida Sandoval por su paciencia, sencillez, amor incondicional y esfuerzo por
orientarme a lo largo de mi vida; mi hermano Jairo Andrés Ordóñez Sandoval, por sus
palabras de apoyo para seguir adelante con el presente trabajo; mi querida amiga Ana María
Espitia por sus importantes consejos; mi amiga Isabel Nuñez por su sabiduría y experiencia
en un momento fundamental en mi vida; mis adoradas abuelas Clara Jiménez y Belarmina
Sandoval; mi abuelo Jairo Manuel Ordóñez (Q.E.P.D) por su inolvidable compañía.
Jazmín L. Ordóñez S.
Tabla de contenido
Introducción ................................................................................................................... 13
Descripción del problema .............................................................................................. 15
Objetivos ........................................................................................................................ 16
Objetivo general ......................................................................................................... 16
Objetivos específicos ................................................................................................. 16
Marco referencial ........................................................................................................... 17
Antecedentes teóricos (estado del arte) ...................................................................... 17
Nuevo Aeropuerto Internacional de la ciudad de México (NAIM). ...................... 17
Aeropuerto internacional de Madeira. ................................................................... 18
Aeropuerto internacional Alfredo Vásquez Cobo de Leticia. ................................ 19
Marco teórico ............................................................................................................. 20
Cimentación con pilotes. ........................................................................................ 20
Mejoramiento geotécnico del suelo. ...................................................................... 24
Reglamento Aeronáutico de Colombia (RAC) 14 sobre aeródromos. .................. 25
Clasificación de aeródromos. ................................................................................ 25
Marco Conceptual ...................................................................................................... 36
Marco Legal ............................................................................................................... 38
Materiales y metodología ............................................................................................... 40
Ensayos de laboratorio ............................................................................................... 44
Contenido de agua (humedad). .............................................................................. 44
Límite líquido. ........................................................................................................ 45
Límite plástico. ...................................................................................................... 48
Granulometría. ....................................................................................................... 49
CBR. ....................................................................................................................... 50
Peso específico ....................................................................................................... 51
Contenido de materia orgánica .............................................................................. 52
Resultados ...................................................................................................................... 54
Diseño de la geometría de la ampliación de la pista .................................................. 54
Clave de referencia del aeródromo ............................................................................ 59
Características físicas ................................................................................................. 59
Ancho de la pista. ................................................................................................... 59
Pendiente longitudinal. .......................................................................................... 59
Márgenes. ............................................................................................................... 60
Franja de pista. ....................................................................................................... 60
Área de seguridad de extremo de pista. ................................................................. 60
Ayudas visuales para la navegación aérea. ............................................................ 60
Cálculo de las distancias declaradas del aeródromo .............................................. 61
Perfil estratigráfico ..................................................................................................... 63
Estabilización de la subrasante .................................................................................. 67
Diseño del pavimento para la ampliación de la pista ................................................. 72
Método de diseño de la Administración Federal de Aviación FAA de los Estados
Unidos. .......................................................................................................................... 72
Diseño del pavimento mediante el uso del software FAARFIELD. ...................... 80
Determinación de los espesores adoptados para el pavimento. ............................. 87
Diseño del drenaje superficial .................................................................................... 90
Conclusiones ................................................................................................................ 100
Recomendaciones ........................................................................................................ 102
Referencias ................................................................................................................... 103
Lista de tablas
p.
Tabla 1. Métodos para mejorar la resistencia del suelo. ............................................... 24
Tabla 2. Clave de referencia de aeródromos ................................................................. 25
Tabla 3. Claves para identificar la estructura del pavimento ........................................ 27
Tabla 4. Claves para identificar la resistencia de la subrasante .................................... 27
Tabla 5. Claves para identificar la presión máxima permisible en los neumáticos ...... 27
Tabla 6. Claves para identificar el método de evaluación ............................................ 28
Tabla 7. Anchura de la pista según la letra de clave del aeropuerto ............................. 29
Tabla 8. Espaciamiento y profundidad típicos de perforación subsuperficial .............. 32
Tabla 9. Profundidad y número de golpes en el sondeo 3 ............................................ 40
Tabla 10. Profundidad y número de golpes en el sondeo 4 .......................................... 42
Tabla 11. Profundidad y número de golpes en el sondeo 1 .......................................... 42
Tabla 12. Profundidad y número de golpes en el sondeo 2 .......................................... 43
Tabla 13. Datos del Aeródromo Gustavo Artunduaga Paredes .................................... 54
Tabla 14. Características de la aeronave Airbus A320 ................................................. 55
Tabla 15. Perfil estratigráfico del sondeo 1 .................................................................. 63
Tabla 16. Perfil estratigráfico del sondeo 2 .................................................................. 64
Tabla 17. Perfil estratigráfico del sondeo 3 .................................................................. 65
Tabla 18. Perfil estratigráfico del sondeo 4 .................................................................. 66
Tabla 19. Espesores recomendados de sustitución de subrasante para alcanzar CBR de
plataforma mínimo de 5% .................................................................................................... 67
Tabla 20. Requisitos de los materiales para terraplenes. .............................................. 68
Tabla 21. Requisitos del material de sello en la capa estabilizada con rajón ............... 69
Tabla 22. Granulometría de las capas granulares de base y subbase ............................ 70
Tabla 23. Factores para la conversión de ejes ............................................................... 74
Tabla 24. Recommended equivalency factor range stabilized sub-base ....................... 79
Tabla 25. Recommended equivalency factor range stabilized base .............................. 80
Tabla 26. Coarse Aggregate Requirements ................................................................... 82
Tabla 27. Fine Aggregate Requirements ....................................................................... 83
Tabla 28. Aggregate – Asphalt Pavements ................................................................... 83
Tabla 29. Cement Treated Aggregate Base Material Requirements ............................. 84
Tabla 30. Aggregate Gradation for CTB Material ........................................................ 85
Tabla 31. Cement Requirements of AASHTO Soil Groups ......................................... 85
Tabla 32. Cement Treated Aggregate Base Material Requirements ............................. 86
Tabla 33. Gradation of Aggregate Base ........................................................................ 86
Tabla 34. Requerimientos del geotextil de separación ................................................. 87
Tabla 35. Coeficientes de escorrentía para la fórmula del método racional ................. 91
Tabla 36. Cobertura del suelo en el costado derecho .................................................... 92
Tabla 37. Cobertura del suelo en el costado izquierdo ................................................. 92
Tabla 38. Taludes recomendados para canales ........................................................... 960
Tabla 39. Propiedades geométricas de la sección trapezoidal. ..................................... 96
Tabla 40. Coeficientes de rugosidad de Manning (n). .................................................. 97
Tabla 41. Dimensiones del canal de sección trapezoidal .............................................. 99
Tabla 42. Cuantías mínimas de retracción de fraguado y variación de temperatura .... 99
Lista de figuras
p.
Figura 1. Capacidad de soporte de carga última de un pilote. ...................................... 21
Figura 2. Grupo de pilotes. ........................................................................................... 23
Figura 3. Estructura típica del pavimento. .................................................................... 30
Figura 4. Localización de los sondeos en la imagen satelital del sitio de la ampliación.
.............................................................................................................................................. 44
Figura 5. Procedimiento realizado para determinar el contenido de humedad. ............ 45
Figura 6. Preparación de la muestra. ............................................................................. 46
Figura 7. Ubicación de la muestra en la cazuela de bronce. ......................................... 46
Figura 8. Delimitación con el ranurador. ...................................................................... 47
Figura 9. Registro del peso de la muestra y secado en el horno. .................................. 47
Figura 10. Muestrtas de suelo obtenidas del ensayo. .................................................... 48
Figura 11. Preparación del espécimen de ensayo. ........................................................ 49
Figura 12. Análisis granulométrico mediante tamizado. .............................................. 49
Figura 13. Ensayo de CBR en el laboratorio. ............................................................... 51
Figura 14. Extracción del aire mediante la bomba de vacío. ........................................ 52
Figura 15. Muestra dentro de la mufla. ......................................................................... 53
Figura 16. Take-Off Weight Limitation - ISA Conditions. CFM56 Series Engine. ..... 56
Figura 17. Landing Field Length - ISA Conditions. CFM56 Series Engine. ............... 58
Figura 18. Delimitación del humedal y canales de drenaje superficial. ....................... 72
Figura 19. Dimensiones de la aeronave C-130 Hercules. ............................................. 75
Figura 20. Carta de diseño del espesor total del pavimento flexible para aeronaves con
configuración de tren de aterrizaje principal tipo tándem. ................................................... 76
Figura 21. Carta de diseño del espesor del conjunto base y superficie bituminosa del
pavimento flexible para aeronaves con configuración de tren de aterrizaje principal tipo
tándem. ................................................................................................................................. 77
Figura 22. Carta de verificación del espesor mínimo de base para pavimento flexible.
.............................................................................................................................................. 78
Figura 23. Estructura del pavimento calculada con nomogramas. ............................... 79
Figura 24. Estructura del diseño del pavimento. .......................................................... 81
Figura 25. Estructura de cada diseño del pavimento. ................................................... 88
Figura 26. Interfaz del software ICAO-ACN con los datos del C-130 Hercules. ........ 89
Figura 27. Interfaz del software ICAO-ACN con los datos del Airbus 320-200. ........ 90
Figura 28. Borde libre y altura de las bancas recomendados para canales revestidos
(U.S. Bureau of Reclamation). ............................................................................................. 94
Figura 29. Curvas empíricas que muestran el ancho en el fondo y la profundidad en
canales revestidos (U.S. Bureau of Reclamation). ............................................................... 95
Lista de apéndices
p.
Apéndice A. Registro fotográfico sobre algunas muestras analizadas en el
laboratorio……………………………………………………………………...........
Apéndice B. Planos de la ampliación del aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes.
108
110
Apéndice C. Aeronaves tenidas en cuenta para el diseño del pavimento…………..
Apéndice D. Información generada por el software al realizar el diseño de la
estructura del pavimiento…………………………………………………………
Apéndice E. Curva de Intensidad Duración y Frecuencia (IDF) del Aeropuerto
Gustavo Artunduaga Paredes……………………………………………………..
Apéndice F. Registro fotográfico de la condición actual de la carpeta asfáltica de
la pista suministrado por la Aerocivil……………………………………………….
111
112
113
114
13
Introducción
El crecimiento económico de los centros urbanos es un tema que está muy ligado a la
eficiencia de sus vías de acceso. Respecto a esto, la ciudad de Florencia en el departamento
del Caquetá cuenta con vías terrestres en condiciones regulares y con una terminal aérea
que no ofrece garantías de seguridad suficientes para la operación de las aeronaves actuales
y que necesita de una ampliación que permita movilizar el creciente tráfico aéreo que se da
en el país.
La importancia de tal ampliación radica en el hecho de ofrecer una mejora a las
condiciones de operación en tierra de las aeronaves que utilizan el aeropuerto Gustavo
Artunduaga Paredes a la vez que se procura la alteración mínima de las condiciones
naturales de la zona de la ampliación, hecho que toma importancia dada la falta de claridad
sobre el uso del suelo en la zona y la catalogación de esta como determinante ambiental por
la autoridad de manejo ambiental competente.
Hay existencia de varias situaciones en las que se ha requerido la ampliación de
aeropistas que están circundadas por cuerpos de agua o por suelos de baja calidad, a nivel
internacional se resalta el caso del aeropuerto de Madeira en Portugal, que le sustrajo
espacio al mar gracias a la implementación de pilotes que permitieron la ampliación de la
pista, y a nivel nacional el aeropuerto Alfredo Vásquez Cobos en el que se desarrolló un
mejoramiento geotécnico del suelo.
De acuerdo con esto, se pretende con esta investigación diseñar la ampliación de la
pista del aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes, en cuanto a los aspectos de geometría,
mejoramiento del suelo, estructura del pavimento y obras hidráulicas dada la existencia de
un paleocauce del río Hacha y de grupos de árboles en las proximidades de la cabecera 12
de la pista del aeropuerto Gustavo Artunduaga, junto a las implicaciones de riesgo que estas
características constituyen en la zona.
14
Para esto, se realizó la investigación a través de la recolección de información oficial,
toma de muestras del suelo de la zona, análisis de las muestras y diseño de la ampliación,
esto último a través de la remisión a documentos rectores de la aviación civil como el
Reglamento Aeronáutico Colombiano XIV, disposiciones de la Federal Aviation
Administration FAA, y de la Organización de Aviación Civil Internacional, así mismo, se
tiene en cuenta la teoría de pilotes de Braja M. Das y los mejoramientos geotécnicos
propuestos por el profesor Jaime Suárez para lo pertinente a mejora del suelo.
Este trabajo de investigación se encamina únicamente al diseño de la pista del
aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes de Florencia, y dadas las condiciones particulares
de la zona, no pretende ser una solución a otras situaciones ingenieriles; igualmente, esta
investigación no busca intervenir en la adecuación del lado tierra de la terminal, así como
tampoco en calles de rodaje, plataforma ni posiciones de parqueo.
Esta investigación tiene como limitante la falta de conocimiento de las entidades
estatales sobre las condiciones del sitio, así como la presencia en medio de la zona de una
depresión cubierta parcialmente por un humedal de considerable profundidad que impiden
el fácil conocimiento acerca de las propiedades del suelo, así como obligan un estudio que
se sale del alcance por lo vasto y complejo del terreno, así como por los equipos que se
necesitan para tal fin.
Con esta investigación se logró determinar que la propuesta del organismo rector de la
aviación en Colombia es insuficiente para garantizar la operación segura de aeronaves de
medio porte y se conoció que se necesita un tratamiento de mejora física para el suelo que
va a servir de soporte a la estructura del pavimento de la pista.
15
Descripción del problema
Actualmente, la Aerocivil tiene un diseño preliminar para la ampliación de la pista del
Aeropuerto Gustavo Artunduaga, pero dada la cercanía del terreno a intervenir con un
paleocauce del río Hacha (REDACCIÓN EL TIEMPO, 1995) se encuentran suelos de baja
calidad para servir como soporte a la estructura del pavimento, además, hay existencia de
niveles freáticos elevados, flujos por agua infiltrada de la escorrentía del sector y una
depresión en la que se forma un humedal que constituyen un inconveniente para la
continuidad del proyecto.
En caso de mantenerse las condiciones actuales del aeropuerto, se prevé la
imposibilidad de permitir el crecimiento del transporte aéreo en la ciudad de Florencia, así
como la constante incertidumbre de riesgo al no ofrecerse condiciones de seguridad para la
operación de las aeronaves.
Al tener en cuenta esto, se llega a la siguiente afirmación: se necesita una ampliación
de la aeropista para garantizar la operación de aeronaves de mayor envergadura, hecho que
requiere de un diseño de la geometría de la ampliación, el conocimiento del suelo para su
mejora y cumplimiento de la función de soporte a una estructura de pavimento acorde con
la aeronave de diseño y el diseño de obras que mitiguen el riesgo que representa la cercanía
con el paleocauce del río Hacha, así como con el cauce principal de este.
16
Objetivos
Objetivo general
Diseñar la ampliación de la pista del Aeropuerto Gustavo Artunduaga de Florencia-
Caquetá
Objetivos específicos
Diseñar la geometría de la ampliación de la pista.
Diseñar una propuesta adecuada para el mejoramiento de la subrasante.
Diseñar las capas de la estructura del pavimento, de acuerdo con la propuesta para
mejorar la subrasante y con la carga de la aeronave de diseño.
Diseñar las obras hidráulicas que permitan mantener el cuerpo de agua del humedal
alejado de la pista.
17
Marco referencial
Antecedentes teóricos (estado del arte)
A continuación, se presentan los casos correspondientes a la construcción del nuevo
aeropuerto de la ciudad de México y la ampliación del aeropuerto de Madeira en el ámbito
internacional. Por otro lado, a nivel nacional se indica la obra relacionada con la ampliación
de la infraestructura del aeropuerto de Leticia, en la cual, se realizó el mejoramiento del
suelo por medio de la estabilización con cemento.
Nuevo Aeropuerto Internacional de la ciudad de México (NAIM).
La descripción del proyecto es mencionada por el sitio web del gobierno de la ciudad
de México, corresponde a una obra de gran magnitud donde se realiza la estabilización del
suelo mediante diferentes alternativas de cimentación, con relación a la compactación del
suelo se utilizan drenes verticales, tal como afirma el Grupo Aeroportuario de la Ciudad de
México:
El NAIM será el primer aeropuerto fuera de los Estados Unidos de América que contará con 3
pistas que operarán en forma simultánea -la 2 y la 3 para uso comercial y la 6 para uso
gubernamental; en la máxima expansión del aeropuerto, serán construidas las pistas 1, 4 y 5-, que
aunado a su capacidad para recibir a los aviones comerciales más grandes del mundo, será un
aeropuerto de operación triple simultánea, categoría 4F. En el actual aeropuerto, únicamente puede
operar una pista a la vez, lo cual limita de manera importante su capacidad.
La longitud de los drenes verticales usados para compactar el suelo de las 3 pistas, es de 98.4
millones de metros lineales, lo que equivale a 2.5 veces la circunferencia de la Tierra (2017, s.p.).
El diseño de las pistas 2 y 3 del NAIM corresponde a 5 kilómetros de largo, por 60
metros de ancho, lo anterior permite la operación de aeronaves cada vez de mayor tamaño.
Por otra parte, la longitud de la pista 6 será de 4.5 km,y el ancho de 60 m (Grupo
aeroportuario de la Ciuidad de México, 2017, s.p.).
El proceso constructivo inició por las obras preliminares, entre estas se encuentra el
drenaje pluvial temporal que favorece la construcción en la temporada de lluvias (Grupo
aeroportuario de la Ciuidad de México, 2017, s.p.).
18
El drenaje pluvial de dicha pista está compuesto por tubería de concreto reforzado y
preforzado a profundidades de 2 m a 7 m. La estructura del pavimento se conforma por la
capa de sub-base, la base tratada con cemento, la base asfáltica y la carpeta asfáltica
modificada con polímeros (Grupo aeroportuario de la Ciuidad de México, 2017, s.p.).
Aeropuerto internacional de Madeira.
Según Vidaud & Vidaud (2014) también conocido como Aeropuerto de Funchal o de
Santa Catarina, fue inaugurado el 8 de julio de 1964 y contaba con una corta pista de
aterrizaje de tan solo 600 metros, además estaba rodeada por altas montañas en un extremo
y por el otro el mar, por consiguiente, eran bastante difíciles los aterrizajes; se han realizado
diversas obras de ampliación del aeropuerto sin cambiar su localización. La obra más
significativa corresponde al proyecto del Ing. Segadães finalizado en el año 2000, en el
cual, se amplió la pista hasta los 2,871 metros; por lo tanto, empezaron a operar aeronaves
tipo Boeing 747, Airbus A-340 y eventualmente A-380 (p. 20-21).
Por lo tanto, surgió la necesidad de ampliar la pista y se planteó la siguiente solución:
Debido a la falta de espacio físico en la isla, la construcción de la extensión de la pista tuvo
entonces que adentrarse océano adentro, lo que distinguió la obra por el espectacular movimiento de
tierras y los 480 mil metros cúbicos de concreto usados en su construcción, con casi 42 mil toneladas
de acero de refuerzo.
Para solucionar el problema del terreno ganado al mar fue necesario soportar los casi mil
metros de ampliación de la pista sobre 180 pilas de concreto de 70 m de altura, (presentada en la
figura 3) en un proceso constructivo complejo e ingenioso que costó más de 500 millones de euros.
(...) en la construcción se usaron casi 25 kilómetros de pilotes; utilizándose pilotes de 1.2 m y de 1.5
m de diámetro.
Figura 3. Pilas de apoyo en la ampliación de la pista del aeropuerto de
Madeira.
Fuente: Vidaud, E., &Vidaud, I. (Noviembre de 2014). Aeropuerto de
Madeira. Maravilla de la ingeniería aeroportuaria. Construcción y tecnología
en concreto, 20-23. Recuperado el 5 de Agosto de 2018, de
http://www.revistacyt.com.mx/pdf/noviembre2014/ingenieria.pdf. p. 22.
19
El proceso constructivo de la ampliación de la pista consistió en primer lugar en
un engorroso movimiento de tierra, de 3.5 millones de metros cúbicos de
excavaciones y 3.4 millones de metros cúbicos de rellenos. Posteriormente se
construyeron los pilotes de la cimentación; sobre los cuales se apoyaron las pilas,
que a su vez soportan el tablero de la superestructura.
Las solicitaciones de cargas más importantes consideradas fueron: como cargas
permanentes: el peso propio de los elementos estructurales y otros elementos fijos,
como la barrera de seguridad. (...) Entre las cargas variables se tuvo en cuenta la
sobrecarga aérea característica impuesta según el peso máximo de un BOEING 747-
400, con un tren de aterrizaje que descarga cerca de 400 toneladas. Por la
importancia de la obra, también se consideraron la acción del sismo y del viento, del
presfuerzo, así como de la retracción y de la fluencia del concreto, las variaciones
de temperatura y los asentamientos diferenciales (Vidaud & Vidaud, 2014, p. p.22-
23).
Aeropuerto internacional Alfredo Vásquez Cobo de Leticia.
En primer lugar, hasta el año 2017 el aeropuerto contaba con una pista de aterrizaje de
2.100 m de longitud y 40 m de ancho, orientada en dirección Norte – Sur (Unidad
Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2014, p. 11). Posteriormente, se realizó la
contratación por medio de licitación pública para “(…) la construcción del terminal, torre
de control, cuartel de bomberos y obras de infraestructura complementarias del aeropuerto
"Alfredo Vásquez Cobo" de la ciudad de Leticia – Amazonas” (Unidad Administrativa
Especial de Aeronáutica Civil, 2014, p. 1), por lo tanto, en la ejecución del contrato hasta
Enero de 2018, se han realizado obras con el propósito de modernizar este aeropuerto, las
cuales, cuentan con un avance del 60% a dicha fecha (Presidencia de la República, 2018,
s.p.). Asimismo, “las inversiones del Gobierno ascienden a $152.000 millones y será el más
importante del Amazonas, con lo que facilitará la conectividad de Colombia con Brasil y
Perú” (Presidencia de la República, 2018, s.p.). Además, se ejecutan las labores en: la
terminal de pasajeros, la terminal de carga, ampliación de la plataforma y de la pista
(correspondiente a 300 m), torre de control y vías de acceso. Esta intervención “mejorará la
comunicación y acceso con otras ciudades y países (…), permitirá la llegada de nuevas
compañías aéreas y la implementación de más vuelos diarios” (MAB INGENIERÍA DE
VALOR S.A., 2017, s.p.).
La estructura del pavimento está compuesta por “una capa de transición constituida en
porcentajes de (70% arena, 30% grava), un suelo mejorado con cemento en una proporción
(70% arena, 30 % grava y 8% cemento) y dos carpetas asfálticas con normas FAA- (P-
20
401)” (MAB INGENIERÍA DE VALOR S.A., 2017, s.p.). Además, el espesor de la base
estabilizada con cemento corresponde a 32 cm (MAB INGENIERÍA DE VALOR S.A.,
2017).
Por otro lado, según la Publicación de Información Aeronáutica (AIP) del aeropuerto
de la ciudad de Leticia, indica que la superficie de la pista es en asfalto y la resistencia
según el método ACN-PCN equivale a la siguiente clasificación: 43,83 F/B/X/T (Unidad
Administrativa Especial de Aeronáutica civil, 2018b, s.p). En este sentido, la tabla 4 indica
la clave para identificar la resistencia de la subrasante, la cual, se encuentra en el rango de
CBR entre 8 y 13.
Finalmente, el proyecto logra favorecer en los siguientes aspectos:
o Altos índices de conectividad, movilidad y competitividad para este aeropuerto.
o Servicios de navegación aérea y aeroportuarios seguros y eficientes.
o Operaciones aéreas sin contratiempos.
o Optimización de recursos de capacidad operacional.
o Mejoramiento en la presentación del servicio a los pasajeros.
o Aumento del turismo, de las operaciones de carga y del transporte de pasajeros.
Mejorará la calidad de la prestación del servicio aéreo a la población existente (Unidad
Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2014, p. 15).
Marco teórico
A continuación, se presentan los tipos de cimentación que serán analizados para la
ampliación de la pista:
Cimentación con pilotes.
Los pilotes son elementos estructurales que están hechos de acero, concreto o madera (Braja,
2012, p. 535). Existen diferentes tipos de pilotes, dependiendo del tipo de carga que soportarán, de
las condiciones del subsuelo y de la ubicación del nivel freático. Los pilotes se pueden dividir en las
categorías siguientes: a) de acero, b) de concreto, c) de madera y d) compuestos (Braja, 2012, p.
537).
Adicionalmente, Braja (2001) menciona que los pilotes se dividen en tres categorías de
acuerdo de sus longitudes y el mecanismo de transferencia de carga al suelo, tales como:
○ Carga de punta. Si los registros de perforación establecen la presencia de lechos de roca o
de material rocoso a una profundidad razonable, los pilotes se extienden hasta la superficie
de la roca [por lo tanto] la capacidad última de los pilotes depende por completo de la
capacidad de carga del material subyacente (...) Si en vez de un lecho rocoso se encuentra
21
un estrato de suelo bastante compacto y duro a una profundidad razonable, los pilotes se
prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro.
○ Pilotes de fricción. Se utilizan cuando no se tiene una capa de roca o material compacto a
una profundidad razonable, por consiguiente, los pilotes se hincan en el material más blando
a profundidades determinadas. (Por otro lado,) la longitud de los pilotes se relaciona con la
resistencia cortante del suelo, la carga de los pilotes y el tamaño del pilote.
○ Pilotes de compactación. Este grupo de pilotes son utilizados en suelos granulares para
obtener la compactación apropiada del suelo cercano a la superficie del terreno (p. 574).
Por otro lado, Crespo (2004) expone que existen dos métodos básicos para calcular la
carga última y por consiguiente la carga de trabajo que puede soportar un pilote, el método
estático, el cual, “considera la resistencia por apoyo de la punta y la resistencia por fricción
en la superficie lateral del pilote” (p. 462 ) y el método dinámico, “se basa en el trabajo que
se requiere para hincar el pilote por los golpes de un martinete (...) los factores que
intervienen (...) son muy diversos y muy complejos, (se presentan) un gran número de
fórmulas semiempíricas” (p.465). Por lo tanto, para el diseño de los pilotes se va a
desarrollar el método estático, debido a que es de menor complejidad que el método
dinámico.
En este sentido, Braja (2012) expresa que la ecuación 1 se utiliza para calcular la
capacidad de soporte de carga última (Qu) de un pilote:
𝑄𝑢 = 𝑄𝑝 + 𝑄𝑠 (1)
“Qp = capacidad de soporte de carga de la punta del pilote (y) Qs = resistencia por
fricción (fricción superficial) derivada de la interfaz suelo-pilote (indicada en la figura 1)”
(p. 554).
Figura 1. Capacidad de soporte de carga última de un pilote.
22
Fuente: Braja, D. (2012). Fundamentos de ingeniería de cimentaciones (Séptima
ed.). Cengage Learning Editores.
Capacidad de carga de la punta (Qp).
Sucesivamente, Braja (2012) menciona que la capacidad de soporte de carga última se
calcula mediante la ecuación 2:
(2)
Donde son los factores de capacidad de carga que incluyen los factores de
forma y profundidad necesarios.
Debido a que el ancho D de un pilote es relativamente pequeño, el término se
puede omitir en el lado derecho de la ecuación anterior sin introducir un error considerable
(p. 555).
Lo anterior se representa en la ecuación 3:
(3)
Por tanto, “el término q se reemplazó por 𝑞′ en la ecuación 3, para denotar el esfuerzo
vertical efectivo (y) la capacidad de punta de los pilotes (se presenta en la ecuación 4)
(Braja, 2012, p. 556):
(4)
Donde:
𝐴𝑝 = área de la punta del pilote
𝑐′ = cohesión del suelo que soporta la punta del pilote
𝑞𝑝 = resistencia unitaria de punta
𝑞′ = esfuerzo vertical efectivo al nivel de la punta del pilote
𝑁𝑐∗, 𝑁𝑞
∗ son factores de capacidad de carga
Resistencia por fricción (Qs).
Según Braja (2012), la resistencia por fricción, o superficial, de un pilote se calcula
mediante la ecuación 5:
23
(5)
Donde, p, es el perímetro de la sección del pilote; ∆L es la longitud incremental del
pilote sobre la cual p y f se consideran constantes; y f corresponde a la resistencia unitaria
por fricción a cualquier profundidad z (p. 556).
Grupo de pilotes.
Generalmente, los pilotes se utilizan en grupos, tal como afirma Braja:
En la mayoría de los casos los pilotes se usan en grupos, (figura 2), para transmitir la carga
estructural al suelo. Un capuchón se construye sobre un grupo de pilotes. El capuchón debe estar en
contacto con el terreno (figura 1a), o bien arriba del mismo como en el caso de las plataformas fuera
de la costa (figura 2b).
Cuando los pilotes se colocan cerca uno de otro, una suposición razonable es que los esfuerzos
transmitidos por los pilotes al suelo se traslaparán (figura 2c), reduciendo la capacidad de carga de
los pilotes. Idealmente, deberían espaciarse de manera que la capacidad de carga del grupo no fuese
menor que la suma de las capacidades de carga de los pilotes individuales. En la práctica, el
espaciamiento, d, mínimo de centro a centro es de 2.5D y en situaciones ordinarias, es
aproximadamente de 3 a 3.5D (2001, p. p. 648-650).
Figura 2. Grupo de pilotes.
Fuente: Braja, D. (2001). Principios de ingeniería de cimentaciones.
(Cuarta ed.). International Thomson Editores.
Adicionalmente, Braja (2001) afirma que la eficiencia de un grupo de pilotes (𝜂) es
igual a la capacidad última de carga del grupo de pilotes (𝑄𝑔(𝑢)) dividido entre la capacidad
24
última de carga de cada pilote sin el efecto del grupo (Qu) (p. 650). Lo anterior se presenta
en la ecuación 6:
(6)
También, Braja (2001) expresa algunas ecuaciones para la eficiencia de grupos de
pilotes de fricción. Por tanto, se utiliza para la presente investigación, la ecuación 7 de
Converse-Labarre:
(7)
Según Pérez (2010) aclara que “𝑛1 corresponde a el número de pilotes por fila; 𝑛2
equivale al número de filas del grupo; θ es el ángulo en grados cuya tangente es la relación
entre el diámetro del pilote D y el espaciamiento S” (p. 206).
Mejoramiento geotécnico del suelo.
Existen diversas técnicas para el mejoramiento del suelo, los principales métodos de
mejora del suelo son: “compactación profunda “in situ”, precarga, inyecciones, adiciones,
tratamiento térmico y refuerzo de tierras” (López, 1983, p. 40).
Adicionalmente, Suárez (1998) menciona ciertos métodos para incrementar la
resistencia del suelo, los cuales relacionan procesos físicos y químicos que aumentan la
cohesión y/o la fricción de la mezcla suelo-producto estabilizante o del suelo modificado;
dichos métodos se mencionan en la tabla 1.
Tabla 1.
Métodos para mejorar la resistencia del suelo.
Método Ventajas Desventajas
Inyecciones
uso de químicos.
Endurecen el suelo y pueden
cementar la superficie de falla.
La disminución de
permeabilidad puede ser un
efecto negativo.
Magmaficación Convierte el suelo en roca
utilizando rayos espaciales
desarrollados por la industria
espacial.
Su utilización en la
actualidad es solamente para
uso experimental.
Congelación Endurece el suelo al
congelarlo
Efectos no permanentes.
25
Método Ventajas Desventajas
Electro-
osmosis
Reducen el contenido de agua Utilización para
estabilización no permanente.
Explosivos Fragmenta la superficie de
falla
Su efecto es limitado y
puede tener efectos negativos Fuente: Suárez, J. (1998). Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales. Capítulo 12.
Prevención, estabilización y diseño. Bucaramanga: Instituto de Investigaciones sobre Erosión y
Deslizamientos, Ingeniería de Suelos Ltda. Recuperado el 5 de Agosto de 2018, de
http://www.erosion.com.co/presentaciones/category/14-libro-deslizamientos-y-estabilidad-de-taludes-en-
zonas-tropicales-jaime-suarez.html?download=142:191-12-prevencionestabilizacionydiseno. p. 390.
Reglamento Aeronáutico de Colombia (RAC) 14 sobre aeródromos.
A continuación, se indican algunas generalidades y datos con relación a los aeródromos
en el país.
Generalidades.
Clasificación de aeródromos.
Los aeródromos se clasificación por su destinación en públicos y privados, según el
artículo 1810 del Código de Comercio. Aquellos denominados públicos son de propiedad
del Estado, “(…) y los que aun siendo de propiedad privada, están destinados al uso
público, para la operación de aeronaves destinadas a prestar servicios bajo remuneración a
personas distintas al propietario. Los demás son privados” (Unidad Administrativa Especial
de Aeronáutica Civil, 2007, p. 24).
Clave de referencia.
Se define en el numeral 14.3.1.6., el cual, la Unidad Administrativa Especial de
Aeronáutica Civil (UAEAC o Aerocivil) “(…) determinará una clave de referencia para el
aeródromo (Número y Letra) que se seleccione para fines de planificación del aeródromo
de acuerdo con las características de los aviones para los que se destine el mismo” (Unidad
Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p. 25). Por lo tanto, en la tabla 2 se
indica la clave de referencia.
Tabla 2.
26
Clave de referencia de aeródromos.
Elemento 1 de la clave (número)
Elemento 2 de la clave
(letra)
Núm. De
clave (1)
Longitud de campo
de clave de referencia
del avión (2)
Letra
de la clave
(3)
Envergadura
(4)
Anchura exterior entre
ruedas del tren de aterrizaje
principal* (5)
1 Menos de 800 m A Hasta 15 m
(exclusive) Hasta 4,5 m (exclusive)
2 Desde 800 m hasta 1
200 m (exclusive) B
Desde 15 m
hasta 24 m
(exclusive)
Desde 4,5 m hasta 6 m
(exclusive)
3 Desde 1 200 m hasta
1 800 m (exclusive) C
Desde 24 m
hasta 36 m
(exclusive)
Desde 6 m hasta 9 m
(exclusive)
4 Desde 1 800 en
adelante
D
Desde 36 m
hasta 52 m
(exclusive)
Desde 9 m hasta 14 m
(exclusive)
E
Desde 52 m
hasta 65 m
(exclusive)
Desde 9 m hasta 14 m
(exclusive)
F
Desde 65 m
hasta 80 m
(exclusive)
Desde 14 m hasta 16 m
(exclusive)
Nota: * Distancia entre los bordes exteriores de las ruedas del tren de aterrizaje principal.
Fuente: Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil. (13 de marzo de 2007). Aerocivil. RAC 14.
Aeródromos, aeropuertos y helipuertos. Recuperado el 4 de Agosto de 2018, de
http://www.aerocivil.gov.co/normatividad/RAC/RAC%20%2014%20-
%20Aer%C3%B3dromos,%20Aeropuertos%20%20y%20Helipuertos.pdf. p.p. 25-26.
Datos sobre aeródromos.
Resistencia del pavimento.
La resistencia del pavimento se define en el numeral 14.3.2.6.2. del RAC 14, donde se
indica:
La resistencia de un pavimento destinado a las aeronaves de masa en la plataforma (rampa)
superior a 5700 Kg., se obtendrá mediante el método del número de clasificación de aeronaves -
Número de clasificación de pavimentos (ACN/PCN)- notificando la siguiente información:
a. El número de clasificación de pavimentos (PCN);
b. El tipo de pavimento para determinar el valor ACN / PCN;
c. La categoría de resistencia del terreno de fundación;
d. La categoría o el valor de la presión máxima permisible de los neumáticos; y
e. El método de evaluación (p. 29).
Además, en el RAC 14 se establece 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 (…)” (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p.
29). Sucesivamente, el valor del ACN se obtiene con base en las operaciones
27
estandarizadas del método ACN-PCN (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica
Civil, 2007, p. 29).
En este sentido, el RAC 14 relaciona las siguientes claves para identificar “el tipo de
pavimento para determinar el ACN-PCN (…) la resistencia del terreno de fundación, (…)
presión máxima permisible de los neumáticos y el método de evaluación” (p. 30):
o Tipo de pavimento para determinar el ACN – PCN, en la tabla 3 se indica el método
para reconocer si es un pavimento rígido o flexible.
Tabla 3.
Claves para identificar la estructura del pavimento.
Clave
Pavimento rígido R
Pavimento flexible F
Fuente: Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil. (13 de marzo de 2007).
Aerocivil. RAC 14. Aeródromos, aeropuertos y helipuertos. Recuperado el 4 de Agosto de 2018, de
http://www.aerocivil.gov.co/normatividad/RAC/RAC%20%2014%20-
%20Aer%C3%B3dromos,%20Aeropuertos%20%20y%20Helipuertos.pdf. p. 30.
o Categoría de resistencia del terreno de fundación, la cual, se anuncia en la tabla 4.
Tabla 4. Claves para identificar la resistencia de la subrasante.
Clave
Resistencia alta: Para los pavimentos rígidos, el valor tipo es K = 150 MN/m³ y
comprende todos los valores de K superiores a 120 MN/m³; para los pavimentos flexibles,
el valor tipo es CBR = 15 y comprende todos los valores superiores a 13.
A
Resistencia mediana: Para los pavimentos rígidos, el valor tipo es K = 80 MN/ m³ y
comprende todos los valores K entre 60 y 12OMN/ m³; para los pavimentos flexibles, el
valor tipo es CBR = 10 y comprende todos los valores CBR entre 8 y 13.
B
Clave
Resistencia baja: Para los pavimentos rígidos, el valor tipo es K = 40 MN/ m³ y
comprende todos los valores K entre 25 y 60 MN/ m³; para los pavimentos flexibles, el
valor tipo es CBR = 6 y comprende todos los valores CBR entre 4 y 8.
C
Resistencia ultra baja: Para los pavimentos rígidos, el valor tipo es K = 20 MN/ m³ y
comprende todos los valores K inferiores a 25 MN/ m³; para los pavimentos flexibles, el
valor tipo es CBR = 3 y comprende todos los valores CBR inferiores a 4.
D
Fuente: Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil. (13 de marzo de 2007). Aerocivil. RAC 14.
Aeródromos, aeropuertos y helipuertos. Recuperado el 4 de Agosto de 2018, de
http://www.aerocivil.gov.co/normatividad/RAC/RAC%20%2014%20-
%20Aer%C3%B3dromos,%20Aeropuertos%20%20y%20Helipuertos.pdf. p. 30.
o Categoría de presión máxima permisible de los neumáticos, la clasificación se
presenta en la tabla 5.
Tabla 5. Claves para identificar la presión máxima permisible en los neumáticos.
28
Clave
Alta - Sin límite de presión W
Mediana - Presión limitada a 1,50 MPa X
Baja - Presión limitada a 1,00 MPa Y
Muy baja - Presión limitada a 0,50 MPa Z
Fuente: Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil. (13 de marzo de 2007). Aerocivil.
RAC 14. Aeródromos, aeropuertos y helipuertos. Recuperado el 4 de Agosto de 2018, de
http://www.aerocivil.gov.co/normatividad/RAC/RAC%20%2014%20-
%20Aer%C3%B3dromos,%20Aeropuertos%20%20y%20Helipuertos.pdf. p. 30.
o Método de evaluación, el cual, se indica en la tabla 6.
Tabla 6.
Claves para identificar el método de evaluación.
Clave
Evaluación técnica: Consiste en un estudio específico de las
características de los pavimentos y en la aplicación de tecnología
del comportamiento de los pavimentos. T
Aprovechamiento de la experiencia en la utilización de
aeronaves: Comprende el conocimiento del tipo y masa
específicos de las aeronaves que los pavimentos resisten
satisfactoriamente en condiciones normales de empleo.
U
Fuente: Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil. (13 de marzo de 2007). Aerocivil.
RAC 14. Aeródromos, aeropuertos y helipuertos. Recuperado el 4 de Agosto de 2018, de
http://www.aerocivil.gov.co/normatividad/RAC/RAC%20%2014%20-
%20Aer%C3%B3dromos,%20Aeropuertos%20%20y%20Helipuertos.pdf. p. 31.
Emplazamiento del umbral.
Se define en el numeral 4.3.3.1.5.1. del RAC 14:
El umbral estará localizado normalmente en el extremo de la pista, a menos que consideraciones
de carácter operacional justifiquen la elección de otro emplazamiento. (…) Cuando sea necesario
desplazar el umbral de una pista, ya sea de manera permanente o temporal, el explotador del
aeropuerto, debe tener en cuenta los diversos factores que pueden incidir sobre el emplazamiento del
mismo. Cuando se requiera desplazar el umbral porque una parte de la pista esté fuera de servicio,
debe proveerse un área despejada y nivelada de una longitud de 60 m por lo menos entre el área
inutilizable y el umbral desplazado. Igualmente debe proporcionarse también, según las
circunstancias, una distancia suplementaria correspondiente a los requisitos del área de seguridad de
extremo de pista (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p. 35).
Pista principal.
La longitud de la pista depende del tipo de avión para el cual se diseña la pista, por lo
tanto, se especifica este criterio en el numeral 14.3.3.1.9. del RAC 14:
(…) la longitud total de toda pista principal debe ser adecuada para satisfacer los requisitos
operacionales de los aviones para los que se proyecte la pista y no podrá ser menor que la longitud
más larga determinada por la aplicación a las operaciones de las correcciones correspondientes a las
condiciones locales y a las características de performance de los aviones que van a utilizarla (Unidad
Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p.p. 35-36).
29
Pistas con zonas de parada o zonas libres de obstáculos.
Se define en el numeral 14.3.3.1.9. del RAC 14, el cual, estable que “toda combinación
de pista, zona de parada y zona libre de obstáculos, debe permitir el cumplimiento de los
requisitos de operación para despegue y aterrizaje de los aviones para los que esté prevista
la pista(…) la anchura de toda pista no podrá ser menor de la dimensión apropiada
especificada en la (tabla 7)” (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007,
p. 36).
Tabla 7.
Anchura de la pista según la letra de clave del aeropuerto.
Núm. de
clave
Letra de clave
A B C D E F
1ª* 18 m 18 m 23 m - - -
2ª 23 m 23 m 30 m - - -
3 30 m 30 m 30 m 45 m - -
4 - - 45 m 45 m 45 m 60 m
Notas: a La anchura de toda la pista de aproximación de presión no deberá ser menor de 30 m, cuando el
número de clave sea 1 ó 2.
* El ancho mínimo para aeródromos de fumigación será de diez (10) metros.
Fuente: Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil. (13 de marzo de 2007). Aerocivil. RAC 14.
Aeródromos, aeropuertos y helipuertos. Recuperado el 4 de Agosto de 2018, de
http://www.aerocivil.gov.co/normatividad/RAC/RAC%20%2014%20-
%20Aer%C3%B3dromos,%20Aeropuertos%20%20y%20Helipuertos.pdf. p. 36.
Pendientes de las pistas.
Se define la pendiente longitudinal en el numeral 14.3.3.1.13.1. del RAC 14, la cual, se
obtiene “al dividir la diferencia entre la elevación máxima y la mínima a lo largo del eje de
la pista, por la longitud de ésta (…)” (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica
Civil, 2007, p. 38), por consiguiente, no puede ser mayor al “1% cuando el número de clave
sea 3 ó 4; y 2% cuando el número de clave sea 1 ó 2” (Unidad Administrativa Especial de
Aeronáutica Civil, 2007, p. 38).
Por el contrario, en el numeral 14.3.3.1.13.7. del RAC 14 se definen las características
de las pendientes transversales, las cuales, cumplen la función de evacuar el agua y se
recomienda que “la superficie de la pista (…) deberá ser convexa, excepto en los casos en
que una pendiente transversal única que descienda en la dirección del viento que acompañe
a la lluvia con mayor frecuencia, asegure el rápido drenaje de aquélla” (Unidad
Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p. 39). Por lo tanto, la pendiente
transversal ideal puede ser igual al:
30
o 1.5% cuando la letra de clave sea C, D, E o F; y
o 2% cuando la letra de clave sea A o
En todo caso, no podrá exceder del 1.5% o del 2%, según corresponda, ni ser inferior al 1%, salvo
en las intersecciones de pistas o de calles de rodaje en que se requieran pendientes más aplanadas. En el
caso de superficies convexas, las pendientes transversales deberían ser simétricas a ambos lados del eje
de la pista (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p. 39).
Especificaciones según la Federal Aviation Administration (FAA).
Estructura del pavimento.
Según la circular AC 150/5300-13A emitida por la (FAA), menciona que el pavimento
del aeródromo suministra el soporte para las cargas impuestas por las aeronaves que usan el
aeropuerto, y aporta la resistencia ante la acción abrasiva del tráfico y el deterioro de las
condiciones climáticas adversas y otras influencias (2014a, p.40).
En adición, se establece una orientación para el diseño del pavimento en la circular AC
150/5320-6F de la FAA, en el numeral 1.3.4 se define que la estructura del pavimento está
compuesta por, la superficie, la base, la subbase y la subrasante, las cuales se presentan en
la figura 3 y se describen a continuación:
o Superficie. La capa está compuesta típicamente por concreto de cemento
Portland (PCC) y por la mezcla de asfalto (HMA).
o Base. Se clasifica en dos tipos: no estabilizada, la cual, se conforma por
agregados triturados y sin triturar; y estabilizada, se caracteriza por la presencia
de agregados estabilizados con cemento o asfalto.
o Subbase. Se forma por material granular, que puede ser estabilizado o sin
estabilizar.
o Subrasante. Se constituye por el suelo natural o modificado (2016, p. p. 1-4, 1-5).
Figura 3. Estructura típica del pavimento.
31
Fuente: Federal Aviation Administration. (2016, October11). US Deparment of
Transportation. Federal Aviation Administration (FAA).Retrieved September 16,
2018, from https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/150-
5320-6F.pdf. p. 1-5.
Por otro lado, en la circular AC 150/5320-6F de la FAA, se expresa que el suelo está
compuesto por "todos los depósitos naturales que se pueden mover y manipular con
equipos de movimientos de tierra” (2016, p. 2-1), sin la necesidad de utilizar explosivos.
La subrasante aporta el soporte definitivo para el pavimento y las cargas de diseño, por
lo tanto, para asegurar la estabilidad de esta capa, se enuncia en la circular AC 150/5320-
6F:
(…) la FAA recomienda seleccionar valores que son una desviación estándar por debajo de la media.
Donde la resistencia media de la subrasante es menor que la relación de soporte California (CBR) -por sus
siglas en inglés- de 5, se deben realizar procesos de estabilización u otros métodos para facilitar la
compactación de la subbase (FAA, 2016, p. 2-1).
Sin embargo, al tener en cuenta lo establecido por la FAA (2016), se puede realizar un
mejoramiento químico, o mecánico o mediante el reemplazo de la subrasante con material
adecuado, cuando la resistencia de la subrasante es menor que el módulo de 7 500 psi, el
cual, equivale a un CBR=5. Por el contrario, si el módulo de diseño es menor que 4 500 psi,
es decir, con un CBR menor que 3, es necesario estabilizar la subrasante o reemplazar con
material apropiado. Se debe aclarar que el remplazo del material de la subrasante solo se
realiza si la estabilización química o mecánica no es posible (p. 2-1).
Además, se debe estabilizar si existen algunos de los siguientes escenarios: “drenaje
deficiente, drenaje superficial adverso o la necesidad de estabilizar la plataforma de
trabajo” (Federal Aviation Administration, 2016, p. 2-8).
En el numeral 2.6.2 de la circular AC 150/5320-6F de la FAA, agrega que “la capa
estabilizada de ser de 12 pulgadas (300 mm) o si no recomendada por el ingeniero
geotécnico” (2016, p. 2-8).
En este orden de ideas, los tipos de estabilización consisten en:
o Estabilización química. Se utiliza para mejorar el suelo mediante agentes
estabilizadores. Por tal motivo, la FAA recomienda revisar algunas
publicaciones para determinar el tipo y la cantidad de agentes químicos, entre
32
estas se encuentra la circular AC 150/5370-10 en los Ítems P-155, P-157 (2016,
p. 2-9)
o Estabilización mecánica. Se realiza cuando la estabilización química no es
efectiva, debido a la presencia de suelos tan blandos, en el cual, los materiales
estabilizados no se pueden mezclar y compactar sobre el suelo subyacente sin
fallar en los suelos blandos. Por tal motivo, se plantea el uso de capas de rocas
con un espesor entre 2 a 3 pies (600 – 900 mm); o capas gruesas de hormigón
pobre o el uso de geosintéticos, que pueden ser usadas como la primera capa de
estabilización en suelos blandos de grano fino (FAA, 2016, p. 2-9). Por tanto, se
usan geosintéticos si se presentan las siguientes situaciones:
o La FAA (2016) indica que los geosintéticos se emplean para solucionar
problemas geotécnicos, se identifican cuatro productos principalmente:
geotextiles, geomallas, geomembranas y geocompuestos. La decisión de
usar geosintéticos depende las condiciones de la subrasante, la presencia
de agua subterránea y el tipo de agregado superpuesto. El uso más
frecuente en la construcción de aeródromos corresponde a una capa de
separación que ayuda a prevenir la migración de finos (p. 2-9).
Espaciamiento y profundidad de sondeos.
Al tener en cuenta lo establecido en la circular AC 150/5370-10 de la FAA, indica que
la ubicación, profundidad y cantidad de perforación debe ser suficientes para caracterizar el
suelo. En la tabla 8 se presentan los lineamientos de la FAA para determinar las
características de los sondeos según el área de estudio. Sin embargo, si la estabilidad en
áreas de relleno profundo puede ser un problema, o si el ingeniero geotécnico considera
necesario realizar un mayor número de sondeos y/o mayor profundidad o ubicación de
estos, los parámetros presentados en la tabla 8 pueden cambiar; es decir, los criterios para
realizar los sondeos dependen de las condiciones locales (FAA, 2016, p. 2-3).
Tabla 8. Espaciamiento y profundidad típicos de perforación subsuperficial1.
33
Área Espaciamiento Profundidad
Pistas, pistas de rodaje y
calles de acceso.
Aleatorio a través del
pavimento a intervalos de 200
pies (60 m).
Áreas de corte - 10 '(3 m)
debajo del nivel final
Áreas de relleno - 10' (3 m)
debajo del suelo existente.
Otras áreas del pavimento. 1 perforación por 10,000
pies cuadrados (930 metros
cuadrados) de área.
Áreas de corte - 10' (3 m)
debajo del nivel final
Áreas de relleno - 10' (3 m)
debajo del suelo existente.
Áreas prestadas. Pruebas suficientes para
definir claramente el material.
A la profundidad de la
excavación de préstamos.
Nota: 1Las profundidades de perforación deberían ser suficientes para determinar si la consolidación y / o
ubicación de los planos de deslizamiento afectarán la estructura del pavimento (FAA, 2016, p. 2-4).
Fuente: Federal Aviation Administration. (2016, October11). US Deparment of Transportation. Federal
Aviation Administration (FAA).Retrieved September 16, 2018, from
https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/150-5320-6F.pdf. p. 2-4. Translation ours.
Ensayos de laboratorio.
Sucesivamente, se presentan los ensayos de laboratorio que se deben realizar: de
acuerdo a la circular AC 150/5320-6F de la FAA, el ingeniero geotecnista debe identificar
las pruebas necesarias para caracterizar las propiedades del suelo para el proyecto. Se
recomienda realizar las siguientes pruebas:
o De acuerdo con la norma ASTM D 421, se indica la preparación en seco de
muestras de suelo para el análisis del tamaño de partícula y la determinación de las
constantes del suelo.
o Método de prueba estándar ASTM D 422 para el análisis del tamaño de partículas
de los suelos.
o Métodos de prueba estándar ASTM D 4318 para determinar el límite líquido, el
límite plástico y el índice de plasticidad de los suelos (2016, p. 2-5).
Por otro lado, se recomienda aplicar los siguientes ensayos para determinar las
relaciones de humedad y densidad del suelo:
o Pavimentos con cargas de 60,000 libras (27 216 kg) o más. Se basa en la norma
ASTM D 1557, que corresponde a la prueba estándar para las características de
compactación de laboratorio del suelo usando esfuerzo modificado (56 000 ft-lbf/ft3
(2 700 kN-m/m3)) (FederealAviationAdministration, 2016, p. 2-5).
o Cargas en el pavimento menores que 60 000 libras (27 216 kg). Se realiza la prueba
con base al método de prueba estándar ASTM D 698, para las características de
34
compactación de laboratorio del suelo usando esfuerzo estándar (12 400 ft-lbf/ft3
(600 kN-m / m3)) (FederealAviationAdministration, 2016, p. 2-6).
Además, la circular AC 150/5320-6F de la FAA hace referencia al diseño del
pavimento mediante el programa de computador FAARFIELD, en el cual, es necesario
ingresar el módulo de elasticidad (E) que caracteriza la calidad del suelo. Generalmente, la
resistencia de la subrasante se determina mediante pruebas de CBR. Por tanto, el módulo de
elasticidad (E) se puede estimar a partir de CBR usando las ecuaciones 8 y 9 (2016, p. 2-6):
𝐸 (𝑝𝑠𝑖) = 1 500 × 𝐶𝐵𝑅 (8)
𝐸 (𝑀𝑃𝑎) = 10 × 𝐶𝐵𝑅 (9)
Posteriormente, se presentan las generalidades sobre el diseño de la estructura del
pavimento:
Generalidades del diseño de la estructura del pavimento según la Administración
Federal de Aviación (FAA).
Quintero (2010) expresa que la metodología para determinar los espesores de la
estructura del pavimento requiere el conocimiento de los siguientes factores:
(…) la capacidad de soporte del suelo de subrasante, la geometría del tren de aterrizaje de la
flota de aeronaves que componen el tránsito, el número de decolajes anuales equivalentes para una
aeronave de diseño y el peso bruto máximo para el decolaje PBMD” (p.18).
A continuación, se definen dichos factores:
Tren de aterrizaje.
De acuerdo con Quintero, la configuración geométrica del tren de aterrizaje establece la
distribución de las cargas transmitidas por las aeronaves. Además, dicha configuración
según la FAA puede ser de: “rueda simple (por ejemplo, el Dc3), de rueda doble (por
ejemplo el DC4, DC6, DC9, B727 y B737) o de rueda tándem doble (por ejemplo el DC8,
B707, B720 y B767)” (Quintero, 2010, p.19).
Número de decolajes anuales equivalentes para una aeronave de diseño.
Se establece con base en el “(…) número de decolajes anuales de los diferentes tipos de
aviones que conforma la flota de aeronaves, y que efectúan sus operaciones en un
aeropuerto y en una pista de aterrizaje determinados” (Quintero, 2010, p.19).
35
Peso bruto máximo para el decolaje PBMD.
Quintero expone que dicho factor dependede cada aeronave, “(…) de las
especificaciones técnicas y de diseño establecidas por los constructores, de su capacidad de
carga y de las regulaciones vigentes para su operación” (2010, p.19).
Por tanto, la circular AC 150/5300-13A expresa que el peso máximo de despegue para
la aeronave A320 corresponde a 171961 lb (78000 kg) (Federal Aviation Administration,
2014a, p. 222).
Por último, se debe considerar el sistema de drenaje como parte fundamental de la
operación del aeropuerto:
Drenaje
El sistema de drenaje del aeropuerto es primordial para garantizar la eficiencia y seguridad
operacional del aeropuerto, la estabilidad del pavimento. Las instalaciones inadecuadas del drenaje
pueden generar daños cuantiosos, debido a que podrían ocasionar la inundación de las pistas y del
propio aeropuerto, así como interrumpir el tráfico aéreo.
El método más usual para el diseño del drenaje es el método racional y los factores que influyen
en la magnitud del escurrimiento de superficie.
o Coeficiente de escurrimiento.
o Intensidad de precipitación, duración y frecuencia.
El gasto de escurrimiento se calcula mediante la ecuación 10:
𝑄 = 𝐶𝐼𝐴 Ecuación (10)
Donde: 𝑄es el gasto de escurrimiento, 𝐼 es la intensidad de la lluvia, 𝐶 es el coeficiente de
escurrimiento, 𝐴 es el área (Universidad Nacional Autónoma de México, s.f., p. 25)
Diseño de canales.
Las zanjas o canales abiertos, generalmente constituyen una parte importante de un sistema de
drenaje total del aeropuerto. El tamaño, forma e inclinación de estos deben determinarse
cuidadosamente para evitar inundaciones, erosión y aislamiento.
Los sistemas para recolectar el agua superficial o subterránea, lo componen drenajes
combinados o separados.
El drenaje superficial abarca toda el área del aeropuerto, el subsuelo adyacente a las pistas,
plataformas, calles de rodaje, zonas de seguridad, etc. (Universidad Nacional Autónoma de México,
s.f., p. 26).
Drenaje pluvial.
Cuando el sitio donde se ubica el aeropuerto está formado por suelos de alta permeabilidad o
autodrenantes, se evita un sistema extenso de drenaje superficial. Si por el contrario el sistema es
impermeable y las filtraciones del agua superficial son despreciables, se requiere de un sistema que
drene satisfactoriamente el volumen de agua que se haya estimado.
36
El agua superficial de las pistas, se encauzan hacia los colectores por medio de una pendiente
transversal con lo que se evita que el agua erosione las superficies de rodamiento, origine fallas y por
consecuencia la interrupción del tránsito (Universidad Nacional Autónoma de México, s.f, p.26).
Construcción del subdrenaje.
Para captar el agua subterránea se pueden construir subdrenes interceptores, con lo que se
drenan las capas saturadas y se controla el contenido de agua. Estos drenes se colocan paralelos a las
pistas y bordes, su misión es captar y facilitar la salida de las aguas que se filtran (Universidad
Nacional Autónoma de México, s.f., p. 26).
Marco Conceptual
Aeródromo: Según lo estipulado en la resolución N° 01092, se define como: “área
definida de tierra o de agua (que incluye todas sus edificaciones, instalaciones y equipos)
destinada total o parcialmente a la llegada, salida y movimiento en superficie de aeronaves.
Un aeródromo está integrado por el lado aire y lado tierra” (Unidad Administrativa
Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p. 2-3).
Aeródromo nacional: Se estipula en la resolución N° 01092 (2007):
Es todo aeródromo designado por la Autoridad Aeronáutica exclusivamente para operaciones
aéreas con origen y destino entre puntos situados dentro del territorio Nacional. Salvo permiso
especial de la Autoridad Aeronáutica, ninguna operación internacional, podrá tener como origen o
destino un aeropuerto nacional, dentro del territorio colombiano (Unidad Administrativa Especial de
Aeronáutica Civil, p. 18).
Aeropuerto: De acuerdo a la resolución N° 01092 (2007) corresponde a “todo
aeródromo especialmente equipado y usado regularmente para pasajeros y/o carga y que a
juicio de la UAEAC, posee instalaciones y servicios de infraestructura aeronáutica
suficientes para ser operado en la aviación civil” (Unidad Administrativa Especial de
Aeronáutica Civil, p. 2).
Capacidad portante del suelo: “Capacidad del suelo para soportar las cargas
aplicadas sobre él [...] es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el
suelo, tal que no se produzca un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial
excesivo” (Naranjo & Dranichnikov, 2012, p. 15).
Distancias declaradas:
(Se deben indicar) las siguientes distancias redondeadas al metro o pie más próximo para una
pista destinada a servir al transporte aéreo comercial regular:
○ Recorrido de despegue disponible TORA;
○ Distancia de despegue disponible TODA;
○ Distancia de aceleración-parada disponible ASDA; y
○ Distancia disponible de aterrizaje LDA (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica
Civil, 2007, p. 31).
37
Distancia disponible aceleración-parada (ASDA): “La distancia declarada como
disponible para el recorrido de despegue más la distancia de parada en caso de descontinuar
el despegue” (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2018a, p. 12).
Distancia de aterrizaje disponible (LDA): “La longitud de la pista declarada como
disponible y adecuada para el recorrido en tierra de un avión que aterrice” (Unidad
Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2018a, p. 12).
Distancia de despegue disponible (TODA): “La longitud de la pista declarada como
disponible para el recorrido de despegue más la longitud de la zona de libre de obstáculos,
si la hubiera” (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2018a, p. 12).
Lado aire: Según lo establecido en la resolución N° 01092 (2007):
Está compuesto por el área de movimiento de aeronaves, pistas, calles de rodaje, taxeos,
hangares y plataformas, cuyo objeto es facilitar la operación de aeronaves y que por su naturaleza el
ingreso a esas áreas está sujeto a restricción y/o control del explotador del aeródromo (p. 3).
Lado tierra: Se define en la resoluciónN° 01092 (2007) que:
Está compuesta por los edificios, parqueaderos, instalaciones, dispuestos para los usuarios
internos o externos del aeropuerto, se dividen en:
o Áreas públicas: Son edificios, instalaciones y servicios dispuestos para el uso del público
en general sin restricción en su ingreso.
o Área restringida: Son edificios, instalaciones y servicios exclusivas a aquellas personas,
mercancías y/o vehículos que dispongan de autorización otorgada por el explotador del
aeropuerto que habilite su ingreso (p. 3).
Número de clasificación de aeronaves (ACN):“Cifra que indica el efecto relativo de
una aeronave sobre un pavimento, para determinada categoría normalizada del terreno de
fundación” (Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2018a, p. 6).
Número de clasificación de pavimentos (PCN). “Cifra que indica la resistencia de un
pavimento para utilizarlo sin restricciones” (Unidad Administrativa Especial de
Aeronáutica Civil, 2018a, p. 6).
Pista: En conformidad a la resolución N° 01092 (2007) equivale a el “área rectangular
definida en un aeródromo terrestre preparada para el aterrizaje y el despegue de las
aeronaves” (p. 4).
Plataforma: Según lo menciona la resolución N° 01092 (2007) es el “área definida, en
un aeródromo terrestre, destinada a dar cabida a las aeronaves para los fines de embarque o
desembarque de pasajeros, correo o carga, abastecimiento de combustible, estacionamiento
o mantenimiento” (p. 5).
38
Recorrido de despegue disponible (TORA): “La longitud de la pista que se ha
declarado disponible y adecuada para el recorrido en tierra del avión que despegue”
(Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2018a, p. 25).
Umbral: Se define en la resolución N° 01092 (2007) como el “comienzo de la parte de
pista utilizable para el aterrizaje” (p. 6).
Umbral desplazado: Según lo afirma la resolución N° 01092 (2007) es el “umbral que
no está situado en el extremo de la pista” (p. 6).
Zona de parada: “Área rectangular definida en el terreno situado a continuación del
recorrido de despegue disponible, preparada como zona adecuada para que puedan pararse
las aeronaves en caso de despegue interrumpido” (Unidad Administrativa Especial de
Aeronáutica Civil, 2007, p. 10).
Zona libre de obstáculos: “Área rectangular definida en el terreno o en el agua y bajo
control de la Autoridad Aeronáutica, designada o preparada como área adecuada sobre la
cual un avión puede efectuar una parte del ascenso inicial hasta una altura especificada”
(Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p. 11).
Marco Legal
En el numeral 2.1 del adjunto A del Reglamento Aeronáutico de Colombia (RAC) 14,
correspondiente a las zonas libres de obstáculos y zonas de parada se establece:
2.1. La decisión de proporcionar una zona de parada, o una zona libre de obstáculos, como una
solución al problema de prolongar la longitud de pista, dependerá de las características físicas de la
zona situada más allá del extremo de la pista y de los requisitos de performance de los aviones que
utilicen la pista. La longitud de la pista, de la zona de parada y de la zona libre de obstáculos, se
determinan en función de la performance de despegue de los aviones, pero deberá comprobarse
también la distancia de aterrizaje requerida por los aviones que utilicen la pista, a fin de asegurarse
de que la pista tenga la longitud adecuada para el aterrizaje. No obstante, la longitud de una zona
libre de obstáculos no puede exceder de la mitad de la longitud del recorrido de despegue disponible
(Unidad Administrativa Especial de Aeronáutica Civil, 2007, p. 315).
Se debe tener en cuenta, la reglamentación para reducir los peligros ocasionados por la
fauna y las aves, haciendo énfasis en los numerales 14.3.9.4.1 y 14.3.9.4.2 presentes en el
Reglamento Aeronáutico de Colombia 14:
14.3.9.4.1. El peligro de choques con aves en un aeropuerto abierto a la operación pública o en
sus cercanías, será evaluado por su explotador mediante:
a. El establecimiento de un procedimiento para registrar y notificar los choques de aves con
aeronaves; y
39
b. La recopilación de información proveniente de los explotadores de aeronaves, del personal
de los aeropuertos, etc., sobre la presencia de aves en el aeródromo o en las cercanías que
constituye un peligro potencial para las operaciones aeronáuticas.
14.3.9.4.3. Cuando se identifique un peligro de choque con aves en un aeródromo, el
explotador del mismo tomará medidas más apropiadas para disminuir el número de aves que
constituyen un posible peligro para las operaciones de las aeronaves, utilizando medios para
ahuyentarlas de los aeródromos o de sus proximidades (Unidad Administrativa Especial de
Aeronáutica Civil, 2007, p. 166).
Por otro lado, es necesario cumplir con los requisitos ambientales para la ampliación de
la pista, donde se especifica en el numeral 4 correspondiente al marco jurídico ambiental,
de la guía ambiental para la construcción o ampliación de pistas plataformas y calles de
rodaje. El análisis legal cobija los siguientes aspectos:
○ La licencia ambiental.
○ Los permisos para el uso, aprovechamiento o afectación de los recursos naturales
renovables.
○ Las restricciones existentes.
○ Otras disposiciones que es necesario cumplir y tener en cuenta.
○ Formatos para el análisis de la legislación ambiental (2001, p. 14).
Además, la licencia ambiental se requiere en el proyecto de la ampliación del
aeropuerto tal como se afirma a continuación:
Según el artículo 8, numeral 7 y parágrafo 6 del Decreto 1753 de 1994, la ampliación,
modificación y adecuación de aeropuertos nacionales también es susceptible de requerir
licencia ambiental. En este caso es necesario solicitar el pronunciamiento de la autoridad
ambiental competente sobre la necesidad o no de obtenerla (Guía ambiental para la
construcción o ampliación de pistas, plataformas y calles de rodaje, 2001, p.14).
40
Materiales y metodología
El trabajo de campo de la investigación consistió en una visita a la zona adyacente al
aeropuerto Gustavo Artunduaga los días 03 y 04 de enero del año 2019 para la extracción
de muestras del suelo del sector, se daba en el sitio una temperatura de 31° C y no se había
presentado lluvias en la zona en una semana.
El sondeo N°3 se realizó a las 11 horas del día 03 de enero, en las coordenadas
1°35'32.62"N; 75°34'15.02"O tomadas en WGS 84, para tal perforación, se inició con la
extracción de la capa vegetal con pala y posteriormente con la ayuda de una barra de 12
libras, se realizó un apique de 0,5m * 0,5m hasta alcanzar una profundidad de 0,5m a la que
se hincó el anillo de corte para el ensayo CBR. Este anillo, fue hincado con una pesa de
140lbf, usando fuerza hombre y dos listones de madera de 0,05m * 0,05m dispuestos entre
el anillo de corte y la pesa de hincado. Después de retirar el anillo, se prosiguió la
excavación hasta alcanzar una profundidad de 0,8m mediante el uso de hoyadora. A esta
profundidad se inició la extracción de muestra de suelo con cuchara partida de 1” de
diámetro y 0,5m de longitud. En el primer hincado se avanzó hasta una profundidad de
0,95m, tras tres golpes con la pesa de 140lbf dispuesta en el equipo de perforación. En el
segundo hincado se alcanzó una profundidad de 1,10m después tres golpes, finalmente se
hincó la cuchara partida hasta alcanzar una profundidad de 1,25m tras cinco golpes.
A continuación, en la tabla 9 se presenta la cantidad de golpes necesarios para hincar el
equipo de perforación manual con sus respectivas profundidades:
Tabla 9.
Profundidad y número de golpes en el sondeo 3.
41
Ensayo de penetración normal (SPT) y muestreo de suelos con tubo partido
(INV E - 111 – 13)
SPT de 0,80 m a 1,25 m
Profundidad
(cm) Número de golpes
15 3
30 3
45 5
SPT de 1,70 m a 2,15 m
Profundidad
(cm) Número de golpes
15 3
30 3
45 2
Fuente: Elaboración propia
El sondeo N°4 se realizó a las 13 horas del día 03 de enero, en las coordenadas
1°35'33.34"N; 75°34'15.41"O, para tal perforación, se inició con la extracción de la capa
vegetal con pala y posteriormente con la ayuda de una barra de 12 libras, se realizó un
apique de 0,5m * 0,5m hasta alcanzar una profundidad de 0,5m a la que se hincó el anillo
de corte para el ensayo CBR. Este anillo, fue hincado con una pesa de 140lbf, usando
fuerza hombre y dos listones de madera de 0,05m * 0,05m dispuestos entre el anillo de
corte y la pesa de hincado. Después de retirar el anillo, se prosiguió la excavación hasta
alcanzar una profundidad de 0,75m mediante el uso de hoyadora. A esta profundidad se
inició la extracción de muestra de suelo con cuchara partida de 1” de diámetro y 0,50m de
longitud. En el primer hincado se avanzó hasta una profundidad de 0,90m, luego de cuatro
golpes con la pesa de 140lbf dispuesta en el equipo de perforación. En el segundo hincado
se alcanzó una profundidad de 1,05m, después de seis golpes, finalmente se hincó la
cuchara partida hasta alcanzar una profundidad de 1,20m tras siete golpes.
En la tabla 10 se presentan los datos registrados en campo acerca del número de golpes
y la profundidad en el ensayo SPT en el sondeo 4.
42
Tabla 10.
Profundidad y número de golpes en el sondeo 4.
Ensayo de penetración normal (SPT) y muestreo de suelos con tubo partido
(INV E - 111 – 13)
SPT de 0,75 m a 1,20 m
Profundidad
(cm) Número de golpes
15 4
30 6
45 7
SPT de 1,20 m a 1,65 m
Profundidad
(cm) Número de golpes
15 4
30 3
45 2
Fuente: Elaboración propia
El sondeo N°1 fue realizado a las 06 horas del día 04 de enero en las coordenadas
1°35'31.83"N; 75°34'14.12"O, que se ubican dentro del predio del aeropuerto. Se inició con
la extracción de la capa vegetal con una pala, y se procedió a realizar un apique de 0,5m *
0,5m y 0,4m de profundidad, se continuó el avance con hoyadora y se desistió de tomar la
muestra para el ensayo CBR dada la alta presencia de gravas producto del relleno para la
adecuación del suelo de la actual pista. Mediante el uso de la hoyadora se alcanzó una
profundidad de 0,65m y posterior a esto se extrajeron las muestras de suelo mediante el
hincado de una cuchara partida de 1” de diámetro y 0,50m de longitud
En la tabla 11, se presentan el número de golpes necesarios para avanzar el
muestreador cada 0.15 m (6”) de penetración, al utilizar una pesa de 623 ± 9N (140 ± 2
lbf), la cual, genera el impacto al levantarla y soltarla sucesivamente.
Tabla 11.
Profundidad y número de golpes en el sondeo 1.
Ensayo de penetración normal (SPT) y muestreo de suelos con tubo partido
(INV E - 111 – 13)
SPT de 0,65 m a 1,10 m
Profundidad
(cm) Número de golpes
43
Ensayo de penetración normal (SPT) y muestreo de suelos con tubo partido
(INV E - 111 – 13)
15 4
30 7
45 8
SPT de 1,10 m a 1,55 m
Profundidad
(cm) Número de golpes
15 9
30 9
45 12
Fuente: Elaboración propia
El sondeo N°2 fue realizado a las 07 horas del día 04 de enero en las coordenadas
1°35'32.51"N; 75°34'14.22"O, que se ubican dentro del predio del aeropuerto. Se inició con
la extracción de la capa vegetal con una pala, y se procedió a realizar un apique de 0,5m *
0,5m y 0,4m de profundidad, se continuó el avance con hoyadora y se desistió de tomar la
muestra para el ensayo CBR dada la alta presencia de gravas producto del relleno para la
adecuación del suelo de la actual pista. Mediante el uso de la hoyadora se alcanzó una
profundidad de 0,8m y posterior a esto se extrajeron las muestras de suelo mediante el
hincado de una cuchara partida de 1” de diámetro y 0,5m de longitud.
En la tabla 12, se presentan el número de golpes necesarios para avanzar el
muestreador cada 0.15 m (6”) de penetración, al utilizar una pesa de 623 ± 9N (140 ± 2
lbf), la cual, genera el impacto al levantarla y soltarla sucesivamente.
Tabla 12.
Profundidad y número de golpes en el sondeo 2.
Ensayo de penetración normal (SPT) y muestreo de suelos con tubo partido
(INV E - 111 – 13)
SPT de 0,80 m a 1,25 m
Profundidad
(cm) Número de golpes
15 5
30 10
45 9
SPT de 1,25 m a 1,70 m
Profundidad
(cm) Número de golpes
15 9
30 10
45 8
Fuente: Elaboración propia
44
Cada una de las muestras tomadas se protegió con papel aluminio y film plástico
estirable (vinipel), y se rotuló y empacó por separado para ser almacenadas en contenedores
de poliestireno expandido, en este sentido, en el apéndice A se presentan algunas de las
muestras analizadas en el laboratorio.
En la figura 4 se presenta la localización de los sondeos en la proyección conforme de
Gauss.
Figura 4. Localización de los sondeos en la imagen satelital del sitio de la ampliación.
Fuente: Elaboración propia con base en Google Earth.
Ensayos de laboratorio
Contenido de agua (humedad).
Se determina el contenido de agua (humedad) de las muestras de suelo con base en la
norma Invías INV E – 122 -13; en primer lugar, se determina y registra la masa de un
recipiente limpio y seco, luego se escoge la muestra representativa para el ensayo y se ubica
en dicho recipiente, posteriormente, se registra el peso del recipiente con la muestra de
material húmedo; sucesivamente, se coloca el recipiente con dicho material en el horno a
una temperatura de 110 ± 5°C, se deja el material en el horno de un día para otro.
45
Finalmente, se retira el recipiente del horno, se deja enfriar a temperatura ambiente y
registra el peso del material seco, lo anterior se presenta en la figura 5.
Límite líquido.
Ahora, se menciona el procedimiento realizado para determinar el límite líquido del
suelo indicado en la norma Invías INV E – 125 – 13, el cual, el método descrito solo se
aplica para la fracción de suelo que pasa el tamiz No. 40. El material representativo para el
ensayo se prepara por vía húmeda. Por otro lado, se emplea un aparato del límite líquido,
compuesto por una cazuela de bronce (Invías, 2012, p. E 125-1 – E 125-2). El
procedimiento realizado es:
o Se ajusta el contenido de agua de la muestra (ver figura 6) hasta lograr la
consistencia adecuada, para obtener entre 20 y 30 golpes de la cazuela para
cerrar la ranura de suelo en la base de esta (Invías, 2012, p. E 125 – 10).
Figura 5. Procedimiento realizado para determinar el contenido de humedad.
Fuente: Elaboración propia
46
Figura 6. Preparación de la muestra.
Fuente: Elaboración propia
o Se coloca parte de la muestra en la cazuela (presentado en la figura 7) sobre el
punto donde esta se apoya, se extiende con la espátula para nivelarla (Invías,
2012, p. E 125 – 14).
Figura 7. Ubicación de la muestra en la cazuela de bronce.
Fuente: Elaboración propia.
o Se divide la muestra de la cazuela con un ranurador, el cual, traza una línea
desde el punto más alto hasta el más bajo y se presenta el anterior
procedimiento en la figura 8 (Invías, 2012, p. E 125 – 14).
47
Figura 8. Delimitación con el ranurador.
Fuente: Elaboración propia
o Se levanta y golpea la cazuela mediante una manija a una velocidad de 1.9 a 2.1
revoluciones por segundo, hasta que las dos mitades de la muestra del suelo se
encuentren en contacto en el fondo de la ranura a lo largo de ½ ” (Invías, 2012,
p. E 125 – 15)
o Se registra el número de golpes (N) necesario para cerrar la ranura mencionada
anteriormente. Luego, se toma una parte de la muestra con la espátula, al
recolectar parte de uno y el otro lado de la ranura. Se ubica en un recipiente de
masa conocida, se registra el peso de la muestra con el recipiente, se coloca en
el horno de un día para otro (tal como se presenta en la figura 9), se registra el
peso seco (Invías, 2012, p. E 125 – 16).
Figura 9. Registro del peso de la muestra y secado en el horno.
Fuente: Elaboración propia.
o Sin embargo, al extraer la muestra con la espátula, se agrega un poco de la
muestra para recuperar la porción que se extrajo, después, se repite el anterior
48
procedimiento, en el cual, se deben obtener como máximo 2 golpes de
diferencia (Invías, 2012, p. E 125 – 17).
o Finalmente, el límite líquido representa el contenido de agua en la intersección
de la curva de fluidez con la abscisa de 25 golpes (Invías, 2012, p. E 125 – 17).
Límite plástico.
Adicionalmente, se determinan el límite plástico e índice de plasticidad según el
procedimiento descrito en la norma Invías INV E – 126 – 13. En resumen, el ensayo
consiste en realizar rollos de 3.2 mm (1/8”) de diámetro de una fracción de suelo húmedo
(corresponde al mismo material preparado en el ensayo del límite líquido), hasta que se
reduce el contenido del agua y se observa el agrietamiento de dichos rollos (Invías, 2012, p.
E 126-2). La formación de los rollos se realiza con 2.0 g de la muestra, al hacer rodar dicha
muestra con la palma de la mano y una superficie plana, en un tiempo no mayor a 2
minutos. Después, se recolectan al menos 6 g de las porciones de suelo desmoronado y se
ubican en un recipiente de masa conocida (presentados en la figura 10). Se determina el
contenido de humedad y se registran los resultados (Invías, 2012, p. E 126-5).
Figura 10. Muestrtas de suelo obtenidas del ensayo.
Fuente: Elaboración propia.
Finalmente, “el límite plástico es la humedad más baja con la cual se pueden formar
rollos de suelo de 1/8” de diámetro, sin que se desmoronen” (Invías, 2012, p. E 126-2); y el
índice de plasticidad es la diferencia entre el límite plástico y el límite líquido.
49
Granulometría.
Se determina el tamaño de las partículas del suelo mediante la norma Invías INV E –
123 – 13; la distribución de las partículas con tamaños superiores de 75µm, es decir,
retenidas hasta el tamiz No. 200 se establece mediante tamizado; y aquellas partículas
menores de 75 µm se determina al utilizar un hidrómetro (Invías, 2012, p. 123-1). Se
realiza el lavado del material tal como se presenta en la figura 11, al utilizar una serie de
tamices, se seca en el horno estas fracciones del material; al día siguiente, se registra el
peso seco y se procede a realizar el proceso de tamizado empleando desde el tamiz de 3”
hasta el tamiz No. 200 (presentado en la figura 12); por último, se determina el peso
retenido en cada tamiz.
Figura 11. Preparación del espécimen de ensayo.
Fuente: Elaboración propia
Figura 12. Análisis granulométrico mediante tamizado.
50
Fuente: Elaboración propia
CBR.
Se determina la relación California de Soporte del Suelo (CBR) en el laboratorio con
base en la norma Invías INV E – 148 – 13; en primer lugar, se une el collar de extensión al
molde (corresponde a un cilindro de 6 ± 0.026” de diámetro interior y de 7 ± 0.018” de
altura, con un collar de 2.0” de altura), se compacta la muestra, se enrasa la muestra con la
regla metálica, se ajusta el molde a la placa de base (una placa de base de 3/8” de espesor,
la cual se ajusta al extremo del molde), y se une al collar de extensión, a continuación, se
sitúa la placa perforada con vástago ajustable sobre la superficie de la muestra, y sobre ésta
las pesas de carga necesarias. Luego, se lleva el molde a la prensa, se coloca una pesa
anular y el pistón de penetración por medio del orificio de la pesa. Se aplica una carga de
44 N para que el pistón se asiente, luego, se ubica el dial medidor para medir la penetración
del pistón. Se aplica la carga en la prensa a una velocidad constante de 0.05” por minuto. Se
registra las lecturas de carga para las siguientes penetraciones: 0.025”, 0.050”, 0.075”,
0.100”, 0.125”, 0.150”, 0.175”, 0.200”, 0.300”, 0.400” y 0.500” (Invías, 2012, p. E 48-12).
Luego, se sumerge el molde en el tanque con las pesas de sobrecarga para registrar la
expansión de la muestra, se registra la lectura inicial; se deja en inmersión durante 96 horas
y se lee el deformímetro para medir el hinchamiento y posteriormente calcular el porcentaje
de expansión con base en la altura inicial del espécimen (Invías, 2012, p. p. E 148-5 - E
148-10). Finalmente, se repite el ensayo para la muestra con inmersión.
El anterior procedimiento se presenta en la figura 13. En síntesis, el CBR representa la
“relación porcentual entre el esfuerzo requerido para que el pistón penetre entre (0.1 o 0.2”)
dentro d la muestra de ensayo” (Invías, 2012, p. E 148 – 3).
51
Sondeo 3, muestra 1. Sondeo 4, muestra 1.
Figura 13. Ensayo de CBR en el laboratorio.
Fuente: Elaboración propia.
Peso específico
Se determina el peso específico con base en la norma Invías INV E – 128-13, se
utilizan muestras que pasan el tamiz No.4 empleando un picnómetro. Se aplica el método A
para el ensayo de muestras húmedas. Posterior a la calibración del picnómetro, se registra la
masa del picnómetro. Luego, se agrega 1000 ml de agua dentro del recipiente de mezclado,
se vierte el suelo (según lo indicado en la norma con relación al volumen del picnómetro
empleado en el ensayo) y se mezcla. Se vierte dicha mezcla en el picnómetro, después, se
agrega agua al hasta que su nivel esté entre 1/3 y 1/2 de la profundidad del cuerpo principal
del picnómetro. Se agita hasta formar una lechada. Sucesivamente, se extrae el aire
atrapado usando una bomba de vacío (tal como se presenta en la figura 14). Se registra la
52
temperatura y la masa del picnómetro con suelo y agua. Además, se transfiere la lechada a
un recipiente de peso conocido, se seca el espécimen y se anota la masa del suelo seco
(Invías, 2012, p. E 128-1 – E 128-11).
Figura 14. Extracción del aire mediante la bomba de vacío.
Fuente: Elaboración propia
Contenido de materia orgánica
Se realiza el ensayo para determinar el porcentaje de materia orgánica mediante el
método de pérdida por ignición, expuesto en la norma Invías INV E – 121 – 12. La muestra
se selecciona a partir del material que pasa el tamiz No. 10, se toma una masa mínima de
100 g. Después, se ubica dicha muestra en un recipiente y se lleva al horno a 110 ± 5°C, al
día siguiente, se retira del horno y se lleva al desecador para su enfriamiento.
Sucesivamente, se seleccionan de 10 a 40 g como espécimen de ensayo, se ubica en un
crisol tarado y se determina su masa. Luego, se sitúa el crisol con la muestra dentro de la
mufla durante 6 horas a 445 ± 10°C (presentado en la figura 15). Finalmente, se retira la
muestra de la mufla, se deja enfriar y se determina su masa (Invías, 2012, p. E 121 – 2).
53
Figura 15. Muestra dentro de la mufla.
Fuente: Elaboración propia
54
Resultados
Diseño de la geometría de la ampliación de la pista
De acuerdo con información obtenida de la Aeronáutica Civil, el proyecto de
ampliación contemplado por esta entidad, utiliza como aeronave de diseño el Airbus 320.
Los datos del aeródromo y la aeronave de diseño se presentan en la tabla 13:
Tabla 13. Datos del Aeródromo Gustavo Artunduaga Paredes.
Datos del aeródromo
Elevación 246 m / 807 ft
Temperatura de referencia del aeródromo 33 °C
Pendiente de la pista 0,07%
Datos de la aeronave de diseño
Aeronave de diseño Airbus 320-200
Motores CFM56 Series Engine
Fuente: Elaboración propia con base en los datos del AIP de Florencia-Caquetá publicado por la
Aerocivil y la aeronave de diseño.
A continuación, se realiza el cálculo de la temperatura estándar del aeródromo a partir
de la interpolación de valores de la tabla 3-1 Table of Standard Atmosphere Values del
Aerodrome Design Mannual de la Organización de Aviación Civil Internacional parte 1
(1984, p. 3-5):
𝑇𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 = 15°𝐶 −246 𝑚 ∗ 3,25°𝐶
500 𝑚 (11)
𝑇𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 = 15°𝐶 − 1,599°𝐶 (12)
𝑇𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 = 13,4°𝐶 (13)
Al tener en cuenta como base el documento A320 AIRCRAFT
CHARACTERISTICS AIRPORT AND MAINTENANCE PLANNING se determina la
longitud requerida para que una aeronave de tipo A320-200 equipada con motores CFM56
55
Series Engine pueda operar de forma segura a partir de las cartas de longitud de campo de
aterrizaje en condiciones atmosféricas estándar y peso máximo de despegue en condiciones
atmosféricas estándar.
A continuación, se presenta la tabla 14 desde donde se extraen los pesos máximos de
despegue y aterrizaje (MTOW) y (MLW) respectivamente, para la aeronave de diseño.
Tabla 14. Características de la aeronave Airbus A320.
Fuente: AIRBUS S.A.S. (December 1, 2018). Airbus S.A.S. Aircraft characteristics airport and
maintenance planning. Retrieved November 12, 2018, from
https://www.airbus.com/content/dam/corporate-
topics/publications/backgrounders/techdata/aircraft_characteristics/Airbus-Commercial-
Aircraft-AC-A320.pdf. (p. 2-1-1).
Posteriormente, en la figura 16 se presenta la carta de peso límite de despegue en la que
se parte de un peso de despegue de la aeronave de 73000 kg hasta intersectar la curva de
altitud 0 metros sobre el nivel medio del mar y se desciende hasta leer una longitud de 1675
metros.
56
Figura 16. Take-Off Weight Limitation - ISA Conditions. CFM56 Series Engine.
Fuente: Elaboración propia con base en la figura-3-3-1-991-005-A01, que relaciona el peso de
despegue en condiciones atmosféricas estándar y el motor de la serie CFM56 (AIRBUS S.A.S.,
2018, p. 3-3-1).
Consecutivamente, se realizan correcciones por elevación, temperatura y pendiente al
valor encontrado en la carta de 1675 metros como longitud de despegue en condiciones
atmosféricas estándar.
De acuerdo con el manual de diseño de aeródromos de la OACI, se indica que “la
longitud básica seleccionada para la pista debería aumentarse a razón del 7% por cada 300
m de elevación” (2006, p. 3-5).
Del mismo modo, dicha longitud corregida por elevación debe aumentarse de la
siguiente manera:
“a razón del 1% por cada 1°C en que la temperatura de referencia del aeródromo
exceda a la temperatura de la atmósfera tipo correspondiente a la elevación del aeródromo”
(OACI, 2006, p. 3-5).
57
La corrección por elevación se da como un incremento del 7% a la longitud encontrada
en la carta por cada 300 metros de elevación que tenga el aeródromo.
[1675𝑚 ∗ 0,07 ∗246𝑚
300𝑚] + 1675𝑚 = 1771𝑚 (14)
Al valor de 1771 metros se le realiza la corrección por temperatura, de acuerdo con la
OACI (2006), representa un incremento de 1% por cada grado centígrado de diferencia
entre la temperatura de referencia del aeródromo y la temperatura estándar para la
elevación en la que este se encuentra (p. 3-5).
[1771𝑚 ∗ 0,01 ∗19,6°𝐶
1°𝐶] + 1771𝑚 = 2118𝑚 (15)
Finalmente, se realiza la corrección por pendiente al valor de 2118 metros,
incrementando esta longitud en un 10% por cada 1% de pendiente que tenga el aeródromo
(OACI, 2006, p. 3-5).
[2118𝑚 ∗ 0,1 ∗0,07%
1%] + 2118𝑚 = 2132𝑚 (16)
De esta forma, se determina que la aeronave de tipo Airbus 320-200 equipada con
motores CFM56 Series Engine, necesita una longitud de 2132 metros para despegar de
forma segura, en un sitio con elevación de 246 metros sobre el nivel medio del mar,
temperatura de referencia de 33 ° centígrados y pendiente del 0,07%.
A continuación, en la figura 17 se presenta la carta de longitud de campo de aterrizaje
en la que se parte de un peso máximo de aterrizaje de 66000 kg hasta intersectar la curva de
altitud 0 metros sobre el nivel medio del mar y se lee en el eje de las ordenadas el valor de
este punto, el cual es de 1950 metros.
58
Figura 17. Landing Field Length - ISA Conditions. CFM56 Series Engine.
Fuente: Elaboración propia con base en la figura -3-4-1-991-005-A01, que relaciona el peso
de aterrizaje en condiciones atmosféricas estándar y el motor de la serie CFM56 (AIRBUS
S.A.S., 2018, p. 3-4-1).
Posteriormente, se realiza la corrección por elevación al valor encontrado en la carta de
1950 metros como longitud necesaria para el aterrizaje en condiciones atmosféricas
estándar.
La corrección por elevación se da como un incremento del 7% a la longitud encontrada
en la carta por cada 300 metros de elevación que tenga el aeródromo.
[1950𝑚 ∗ 0,07 ∗246𝑚
300𝑚] + 1950𝑚 = 2057𝑚 (17)
Adicionalmente, dado que el fabricante de la aeronave proporciona cartas de longitud
de campo para aterrizaje y despegue en las que se incluyen las curvas para el cálculo de las
longitudes requeridas por la aeronave a 2000, 4000, 6000 y 8000 pies de elevación sobre el
nivel medio del mar, se realiza una comprobación gráfica de la corrección por elevación
encontrándose que para el despegue se requieren 1765 metros de pista a una elevación de
59
800 pies y para aterrizaje 2000 metros de pista a esta misma elevación sobre el nivel medio
del mar.
Al continuar con las correcciones por temperatura y pendiente para la longitud
requerida para el despegue, se encuentra una distancia de 2126 metros, por esto, se hace
evidente que la longitud crítica es la de despegue para este caso particular.
De esta forma se concluye que la longitud de pista requerida para que una aeronave de
tipo Airbus 320-200 equipada con motores CFM56 Series Engine pueda operar en el
aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes de Florencia, Caquetá es de 2135 metros.
Clave de referencia del aeródromo
Dado que la geometría de la aeronave de diseño en cuanto a envergadura es de 35,80 m
para un A320-200 con sharklets, y que la anchura exterior entre las ruedas del tren de
aterrizaje principal es de 8,95 m (AIRBUS, 2019, p. 2-2-0) el elemento 2 de la clave
corresponde a la letra C. En cuanto al elemento 1 de la clave, se tiene en cuenta la
indicación del fabricante de la aeronave que indica que si el peso máximo de despegue es
menor o igual a 73500 kg se asigna el número de clave 3 (AIRBUS, 2019, p. 3-3-3). De
esta forma, la clave de referencia del aeródromo atendiendo a la aeronave de diseño es 3C.
Características físicas
Ancho de la pista.
De acuerdo con la tabla 5-1 del Manual de diseño de aeródromos de la OACI, un
aeródromo con clave de referencia 3C debe contar con una pista de al menos 30 m de ancho
(Organización de Aviación Civil Internacional, 2006, p. 5-1). Este criterio ya se cumple
actualmente puesto que se cuenta con una pista de 30 m de ancho.
Pendiente longitudinal.
Al atender al inciso 5.1.4 del Manual de diseño de aeródromos de la OACI, un
aeródromo con número de clave 3, debe tener una pendiente longitudinal que no exceda el
1% (Organización de Aviación Civil Internacional, 2006, p. 5-2). A continuación, se
presenta el chequeo de este aspecto.
𝑠 < 1% (18)
60
𝑠 =246,42 𝑚 − 245 𝑚
2135 𝑚∗ 100% (19)
𝑠 = 0,07% (20)
Márgenes.
Al tener en cuenta el inciso 5.2.2 del Manual de diseño de aeródromos de la OACI, en
un aeródromo con letra de clave C no es necesaria proveer margen (Organización de
Aviación Civil Internacional, 2006, págs. 5-8).
Franja de pista.
De acuerdo con la OACI, debe proveerse una franja de por lo menos 60 m de longitud
y 150 m de ancho para aeródromos con número de clave 3 (Organización de Aviación Civil
Internacional, 2006, págs. 5-9)
Área de seguridad de extremo de pista.
Al atender al inciso 5.4.2 del Manual de diseño de aeródromos de la OACI, en un
aeródromo con número de clave 3 debe proveerse un área de seguridad de extremo de pista
de por lo menos 90 m de longitud y de un ancho de por lo menos el doble de la anchura de
pista correspondiente, para este caso 60 m (Organización de Aviación Civil Internacional,
2006, págs. 5-14).
Ayudas visuales para la navegación aérea.
En el plano 2 del apéndice B, se presenta un plano del aeropuerto que cumple con los
lineamientos del inciso 14.3.5 respecto a las ayudas visuales para la navegación del
documento Reglamentos Aeronáuticos de Colombia 14 de la Unidad Administrativa
Especial de Aeronáutica Civil en cuanto a señales designadoras de pista, franjas y
disposición del umbral, punto de visada, señal de zona de toma de contacto, señal de faja
lateral de pista y señal de plataforma de viraje en la pista.
61
Cálculo de las distancias declaradas del aeródromo
Cabecera 12
Recorrido de despegue disponible: Para un decolaje en el que su utilice la cabecera 12,
se cuenta con 2135 metros para la carrera de despegue.
Distancia de despegue disponible: Al realizar un decolaje por la cabecera 12, se cuenta
con 2135 metros de pista, y 150 metros de zona libre de obstáculos (60 metros de zona de
parada y 90 metros de área de seguridad de extremo de pista) para un total de 2285 metros.
Distancia de aceleración parada disponible: Al abortar un decolaje que se realice por la
cabecera 12, se cuenta con 2135 metros de pista y 60 metros de zona de parada para un
total de 2195 metros.
Distancia disponible para el aterrizaje: Al realizar la maniobra de toma de tierra por la
cabecera 12 se cuenta con 2135 metros de pista.
Cabecera 30
Recorrido de despegue disponible: Para un decolaje en el que su utilice la cabecera 30,
se cuenta con 2135 metros para la carrera de despegue.
Distancia de despegue disponible: Al realizar un decolaje por la cabecera 30, se cuenta
con 2135 metros de pista, y 90 metros de zona libre de obstáculos estos últimos
correspondientes al de área de seguridad de extremo de pista para un total de 2225 metros
Distancia de aceleración parada disponible: Al abortar un decolaje que se realice por la
cabecera 30, se cuenta con 2135 metros de pista.
Distancia disponible para el aterrizaje: Al realizar la maniobra de toma de tierra por la
cabecera 30 se cuenta con 2135 metros de pista.
Zona de parada
Dada la condición de proximidad de un cauce y de grupos de árboles con el aeropuerto
Gustavo Artunduaga Paredes antes del umbral de la cabecera 30, se plantea un
desplazamiento de este umbral de 60 metros que permite a las aeronaves flanquear con más
facilidad estos obstáculos durante la aproximación, y además ofrece una mayor distancia de
62
frenado en caso de un despegue abortado por la cabecera 12, lo que reduce el riesgo de que
la aeronave se siniestre al caer en el rio.
Plataforma de viraje
Ya que este aeródromo no cuenta con una calle de rodaje que discurra paralela a la
pista, se requiere una plataforma de viraje junto a la cabecera 12 para facilitar el giro de
180° que una aeronave proveniente de la plataforma de parqueo necesita realizar para
despegar usando esta cabecera, o en el caso que se aterrice por la cabecera 30 para poder
dirigirse a la plataforma de parqueo.
El diseño de esta plataforma se da bajo la premisa que en ningún momento de la
maniobra de viraje de 180° en tierra, una rueda del tren de la aeronave pueda estar a menos
de tres metros del borde de la pista, además el ángulo que forma la plataforma de viraje en
su parte inicial con el eje de la pista no debe superar los 30° (Organización de Aviación
Civil Internacional, 2006, págs. A4-1), en adición, la parte de la plataforma de viraje en la
que su eje es paralelo al eje de la pista debe ser suficientemente larga para que la aeronave
quede acomodada de forma paralela al eje de la pista.
Dado que la aeronave de diseño que es el Airbus 320-200 cuenta con una base de
ruedas de 12,64 metros (AIRBUS, 2019, págs. 2-2-0), es decir, menor a 18 metros se toma
la restricción de separación de tres metros mínimo de las ruedas con el borde de la pista.
Respecto al ancho de la plataforma de viraje, se tiene en cuenta que la aeronave de
diseño tiene una separación entre el centro del tren de proa y el borde exterior del tren
principal de 4,48 metros, a esta separación hay que añadirle los tres metros de separación
mínima de cualquier rueda con el borde, hecho que resulta en que el eje de la plataforma de
viraje esté a 7,5 metros del borde de esta.
En cuanto a la longitud de plataforma de viraje, esta debe permitir hacer la transición
de la parte en que su eje forma un ángulo de 30° con el eje de la pista a la zona en la que el
eje es paralelo al de la pista con un radio para este caso de 22,7 metros que permite
desarrollar de forma segura una velocidad de giro de 30 km/h, sumado a esto debe permitir
a la aeronave posicionarse completamente en forma paralela al eje de la pista.
63
Perfil estratigráfico
Por otro lado, se presentan en las tablas 15, 16, 17 y 18, los resultados de los ensayos de laboratorio sintetizados en los perfiles
estratigráficos.
Tabla 15.
Perfil estratigráfico del sondeo 1.
Fuente: Elaboración propia.
64
Tabla 16.
Perfil estratigráfico del sondeo 2.
Fuente: Elaboración propia.
65
Tabla 17.
Perfil estratigráfico del sondeo 3.
Fuente: Elaboración propia.
66
Tabla 18.
Perfil estratigráfico del sondeo 4.
Fuente: Elaboración propia.
67
Estabilización de la subrasante
De acuerdo con los resultados de laboratorio, se aprecia que en el sondeo 3, se obtiene el valor menor de
CBR correspondiente a 1.40, en condición sumergida. Por tal motivo, se debe realizar la estabilización de la
subrasante, debido a que el valor del CBR es menor que 3, según la recomendación de la FAA.
Por consiguiente, se presenta en la tabla 19 los espesores recomendados de material de conformación, se
recomienda usar rajón para obtener un CBR del 5%. Por tal razón, se requiere un espesor de 55 cm como capa de
mejoramiento de la subrasante (Rondón & Reyes, p.522).
Tabla 19.
Espesores recomendados de sustitución de subrasante para alcanzar CBR de plataforma mínimo de 5%.
CBR de subrasante (%) Espesor de sustitución (cm)
<1 Mínimo 60
1 55
2 35
3 25
4 15
Fuente: Rondón, Hugo & Reyes, Fredy. (2015). Pavimentos: materiales, construcción y diseño. Ecoe Ediciones.
ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/bibliounisallesp/detail.action?docID=4422274.
Sin embargo, se verifica el espesor de la capa mejorada con rajón para obtener un CBR
de 5, se utiliza la relación de Ivanov para este propósito, presentada en la siguiente
ecuación:
𝐸1−2 =𝐸2
1 − 2𝜋
(1 −1
𝑛3.5) arctan (𝑛ℎ1
2𝑎)
(21)
Donde,
𝑛 = √𝐸1
𝐸2
2.5
(22)
𝐸1−2 (%): CBR de las capas.
𝐸2 (%): Módulo de la capa inferior, es decir, la subrasante, cuyo CBR es igual a 1.4%.
𝐸1 (%): Módulo de la capa superior, es decir, la capa estabilizada con rajón, con un CBR de 10%.
ℎ1 (m): Espesor de la capa superior, es decir, de la capa estabilizada.
a (m): Radio de carga que se asume (mitad del ancho de la llanta = 0,228 m) (Ortega, 2014, p. 12).
68
Por lo tanto, el espesor de la capa estabilizada con rajón es igual a 60 cm, para obtener
un CBR de las capas de 5.34%. En este sentido, se utiliza un material seleccionado que
cumpla con las características expuestas en el artículo 220 de las especificaciones generales
de construcción de carreteras del Invías y en la sección 321-11 correspondiente a la
especificación técnica sobre el mejoramiento de la subrasante con rajón expuesta por el
Instituto de Desarrollo Urbano.
De acuerdo con el IDU (2011a) se conforma el mejoramiento de la subrasante con
rajón cuando se presentan “suelos indeseables que sea necesario reemplazar con el fin de
mitigar problemas de hundimientos y/o de deformaciones plásticas” (p.1). Por lo tanto, las
especificaciones técnicas que debe cumplir este material seleccionado se presentan en la
tabla 20:
Tabla 20.
Requisitos de los materiales para terraplenes.
Característica Suelos
seleccionados Suelos adecuados Suelos tolerables
Tamaño máximo (mm) 75 100 150
Porcentaje que pasa el tamiz de 2 mm
(No. 10) en masa, máximo 80 80 -
Porcentaje que pasa el tamiz de 75µm
(No. 200) en masa, máximo 25 35 35
CBR de laboratorio mínimo (%) 10 5 3
Expansión en prueba CBR, máximo (%) 0.0 2.0 2.0
Contenido de materia orgánica (%)
Límite líquido, máximo (%) 30 40 40
Índice plástico, máximo (%) 10 15 -
Fuente: Invías. (2013b). Instituto Nacional de Vías. Especificaciones generales de construcción de
carreteras. Artículo 220-13. Terraplenes. Recuperado el 4 de marzo de 2019, de
https://www.invias.gov.co/index.php/informacion-institucional/139-documento-tecnicos/1988-
especificaciones-generales-de-construccion-de-carreteras-y-normas-de-ensayo-para-materiales-de-carreteras
Por otro lado, se debe utilizar un agregado de subbase granular como material de sello
en la capa estabilizada con rajón, según lo establecido por la norma IDU 321-11, en la cual,
se recomienda utilizar el material catalogado como SBG-C, presentado en la tabla 21. (IDU,
2011a, p. 2).
69
Tabla 21.
Requisitos del material de sello en la capa estabilizada con rajón.
Ensayo
Clase de subbase granular
SBG_C
Dureza
Desgaste Los Ángeles -En seco, 500 revoluciones, %
máximo 45
Micro Deval, % máximo -Agregado grueso 35
10% de finos -Valor en seco, kN mínimo
-Relación húmedo/seco, % mínimo
40
65
Durabilidad
Pérdidas en ensayo de solidez en
sulfatos, % máximo
-Sulfato de magnesio 18
Limpieza
Límite líquido, % máximo 25
Índice de plasticidad, % máximo 6
Equivalente de arena, % mínimo (1) 18
Valor de Azul de Metileno, máximo 10
Terrones de arcilla y partículas deleznables, % máximo 2
Geometría de las partículas
Partículas Fracturadas
Mecánicamente, % mínimo
- 1 cara
- 2 caras NA
Índice de Aplanamiento, % máximo (2) NA
Índice de Alargamiento, % máximo (3) NA
Angularidad del Agregado Fino, % mínimo (RO) NA
Capacidad de soporte
CBR, % mínimo - Referido al 95 % de la densidad seca máxima, según el
ensayo INV E-142 -07 (AASHTO T 180), método D, después de 4 días de
inmersión.
30
Notas: NA = No Aplica.
(1) En caso de que el equivalente de arena sea inferior pero se cumpla plasticidad y azul de metileno, se
aceptará el material con un concepto del desempeño por parte del especialista de geotecnia y/o
pavimentos.
(2) Partículas planas son aquellas cuya dimensión mínima (espesor) es inferior a 3/5 de la dimensión media
de la fracción.
(3) Partículas alargadas son aquellas cuya dimensión máxima (longitud) es superior a 9/5 de la dimensión
media de la fracción.
Fuente: IDU. (2011a). Instituto de Desarrollo Urbano. IDU 321-11. Mejoramiento de la subrasante con
rajón. Recuperado el 4 de marzo de 2019, de https://www.idu.gov.co/web/content/7604/321-11.pdf
Además, se recomienda la granulometría tipo SB-Gr-1 (tamaño máximo 2”),
presentada en la tabla 22 (IDU, 2011a, p. 2).
70
Tabla 22.
Granulometría de las capas granulares de base y subbase.
Tipo de capa
Tamiz (mm/U.S. Standard)
50.0 37.5 25.0 19.0 9.5 4.75 2.00 0.425 0.075
2” 1 ½” 1” 3/4” 3/8” No. 4 No.
10
No.
40
No.
200
% pasa
Base BG_Gr1 - 100 75-95 60-90 40-70 28-50 15-35 6-20 2-10
BG_Gr2 - - 100 75-95 50-80 35-60 20-40 8-22 2-10
Subbase
SB_Gr1 100 80-95 60-90 - 36-68 25-50 15-35 6-20 0-10
SB_Gr2 - 100 75-95 62-88 42-78 28-55 16-40 6-22 0-12
SBG_pea 100 75-98 60-90 - 36-66 25-52 15-40 6-25 0-14
Fuente: IDU. (2011b). Instituto de Desarrollo Urbano. Sección 400-11. Capas granulares de base y subbase.
Recuperado el 1 de Abril de 2019, de https://www.idu.gov.co/web/content/7610/400-11.pdf
De acuerdo con las especificaciones para la construcción de terraplenes, cuando se
construye sobre zonas pantanosas, se agrega una capa de material hasta la elevación
mínima, en la cual, pueden trabajar los equipos necesarios. Además, se menciona que el
valor promedio del grado de compactación es mayor o igual al 95.0% en el cimiento y el
núcleo, por el contrario, la corona debe tener un grado de compactación mayor o igual al
100% (Invías, 2013b, p. p. 220-6 - 220-14).
Por último, se decide realizar el relleno del humedal El Vaticano en la zona de la
ampliación de la pista por la cabecera 12, dicho volumen con material adecuado
corresponde a 20988 m3, esta intervención representa el 8% del área total del humedal1. Por
otra parte, el volumen de material de la capa de rajón de 0,60 m de espesor, corresponde a
12114 m3. La anterior propuesta se realiza porque se presentan procesos de eutrofización:
“El Humedal la Madrevieja El Vaticano presenta una perturbación en el equilibrio natural,
correspondiendo a niveles de aguas en estado de mesotrofia con tendencia a la
eutrofización” (Jaramillo y Peláez, 2004). Además, de acuerdo con Dorado y Castro (2003)
citado en Jaramillo y Peláez (2004) el predominio de macroinvertebrados en el humedal
genera una baja de concentración de oxígeno y nutrientes, producido por aguas
contaminadas, lo anterior se expresa a continuación:
Los valores de los parámetros físicos y químicos, riqueza y densidad poblacional de los organismos
estudiados en este cuerpo de agua, indican que la Madrevieja está sometida al ingreso de aguas
contaminadas producto del material alóctono aportado por las zonas aledañas, factor negativo para la
1 De acuerdo con el POMCA del río Hacha, el humedal el Vaticano tiene un área de 150747,49 m2 y un
perímetro de 7185,16 m (Gómez, 2017, p. 35).
71
vida de los organismos acuáticos ya que interviene en su proceso respiratorio; además, reduce la
penetración de luz afectando la productividad primaria y el flujo de energía dentro del ecosistema
(Jaramillo & Peláez, 2004).
Adicionalmente, se considera la respuesta generada por la Corporación para el Desarrollo
Sostenible del Sur de la Amazonía (CORPOAMAZONÍA) mediante el oficio DTC-2936 del 14 de
Septiembre de 2018, en el cual, los autores solicitan un concepto técnico y viabilidad ambiental
sobre el diseño preliminar de la ampliación de la pista del aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes,
planteado por la Aerocivil; a partir de esta se conoce que el área junto a la cabecera 12 de la pista
corresponde a un ecosistema de humedal establecido en la planicie aluvial del río Hacha y que se
requieren una serie de documentos sobre el proyecto para su ejecución.
Es necesario aclarar que la Madre Vieja surge en el año 1963 con el propósito de
proteger la pista del aeropuerto (Infante, 1995, citado en Jaramillo & Peláez 2004) y
presenta “el influjo de las crecientes del río en la época de lluvias y prácticamente se separa
del mismo en la época seca (Jaramillo & Pérez, 2004, s.p.). En este sentido, se analiza la
posibilidad de ubicar un sistema de drenaje por debajo de la pista, pero se ocasiona el flujo
de agua subterránea del humedal y puede generar su expansión hacia el costado opuesto de
la pista. Además, si se ubica dicho sistema subterráneo de tuberías, se conectaría con los
canales del drenaje superficial que alcanzan una profundidad de 2,7 m y se estaría drenando
parte del caudal del humedal hacia el río, por consiguiente, se cambiaría el cauce del
humedal, el caudal de diseño y las dimensiones de este canal. Por tales motivos, no se
plantea este sistema de tuberías. En la figura 18 se representa la delimitación del humedal
en la zona donde interviene con la ampliación de la pista y los respectivos canales de
drenaje superficial.
72
Delimitación del humedal Canales de drenaje superficial
Figura 18. Delimitación del humedal y canales de drenaje superficial.
Fuente: Elaboración propia.
Diseño del pavimento para la ampliación de la pista
Método de diseño de la Administración Federal de Aviación FAA de los Estados
Unidos.
Consideraciones iniciales: el método de la FAA adopta la relación CBR y el Sistema
Unificado de Clasificación de Suelos (SUSC) para el diseño de pavimentos flexibles para
instalaciones aeroportuarias. Este método permite diseñar un pavimento en términos del
peso bruto de cada aeronave, para cada tipo de tren de aterrizaje. En orden de asegurar la
consideración de condiciones reales, la FAA recomienda que una investigación para el
diseño de un pavimento debe incluir un mapeo preciso y diferenciado de fallas por sus
causas en pavimentos ya existentes, una inspección del suelo para identificar variaciones en
la estructura, humedad, nivel freático y otras consideraciones, ensayos idóneos de campo y
de laboratorio a la cimentación y los componentes del pavimento, análisis de las
condiciones de drenaje, del histórico de operaciones así como de la calidad de los
materiales del pavimento y los métodos de construcción (ICAO, 1983, p. 131).
Filosofía del diseño: la FAA realiza hincapié en que a pesar de la gran investigación
que se ha hecho sobre el tema, aun no hay una forma que permita llegar a una solución
Posible
área de
expansión
del
humedal
73
matemática directa a los requerimientos de espesor de un pavimento, por esto, la
determinación de espesores de pavimento debe estar basada en el análisis teórico de la
distribución de cargas a través del pavimento y del suelo, el análisis de información
experimental de pavimentos y el estudio del desempeño de los pavimentos bajo condiciones
reales de servicio. Las curvas que contempla este método fueron desarrolladas con base en
correlaciones de información obtenida de estas fuentes. De acuerdo con este método, se
diseñan pavimentos que soporten una vida útil de 20 años sin necesidad de mantenimientos
mayores y bajo la ausencia de grandes cambios en las predicciones del comportamiento de
las operaciones que en él se realizan (ICAO, 1983, p. 145).
El diseño de la estructura de pavimentos para aeropuertos consiste en la determinación
del espesor total del pavimento, y del espesor de cada una de sus partes. Varios factores
influyen en la determinación de un espesor que provea un servicio satisfactorio, entre estas,
la magnitud y carácter de las cargas de las aeronaves a soportar, el volumen del tráfico, la
concentración del tráfico en ciertas áreas y la calidad del suelo de subrasante (ICAO, 1983,
p. 146).
El método se basa en el peso bruto de la aeronave, y en la consideración de que el 95%
de este peso reposa sobre el tren de aterrizaje principal. El tipo de tren de aterrizaje y su
configuración dictamina la distribución del peso en el pavimento y la respuesta de este. El
método toma en cuenta suposiciones razonables que hacen más práctico el desarrollo de
curvas para el diseño de espesores. Para el caso de aeronaves con configuración de rueda
tándem en el tren de aterrizaje principal se asume que la separación entre centros de las
ruedas está entre 0,51 m y 1,14 m para las aeronaves más ligeras y pesadas
respectivamente, y una separación del tándem entre 0,76 m y 1,40 m para las aeronaves
más ligeras y más pesadas respectivamente (ICAO, 1983, p. 146).
Determinación de la aeronave de diseño: se selecciona sobre la base de ser la aeronave
que requiere un mayor espesor de pavimento, sin que esto implique que sea la aeronave
más pesada de las que se encuentran en las proyecciones de tráfico (ICAO, 1983, p. 147).
Determinación de las salidas anuales equivalentes por aeronave de diseño: para este fin,
todas las aeronaves contempladas en las predicciones de tráfico son convertidas al mismo
tipo de tren de aterrizaje de la aeronave de diseño con el fin de tener en cuenta los efectos
74
de aeronaves con diferentes pesos y diferentes tipos de tren de aterrizaje. Para esto, se tiene
en cuenta los factores presentados en la tabla 23 (ICAO, 1983, p. 147).
Tabla 23.
Factores para la conversión de ejes.
Desde a Multiplicar por
Rueda simple Tándem 0,5
Rueda doble Tándem 0,6
Fuente: Elaboración propia con base en la tabla de conversión de ejes de (ICAO, 1983, pág. 147)
Posterior a esto, se realiza la conversión a salidas anuales equivalentes de la aeronave
de diseño a través de la siguiente fórmula:
log10 𝑅1 = log10 𝑅2 ∗ (𝑊2
𝑊1)
12 (23)
En donde:
𝑅1 = 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑛𝑎𝑣𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
𝑅2 = 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑒𝑟𝑟𝑖𝑧𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
𝑊1 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑛𝑎𝑣𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
𝑊2 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑛𝑎𝑣𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑒𝑠𝑡𝑖ó𝑛
La sumatoria de cada una de las salidas anuales equivalentes de la aeronave de diseño
es uno de los valores que se tienen en cuenta al utilizar las cartas de diseño (ICAO, 1983, p.
148).
Para esto, se toma en cuenta el reporte oficial de operaciones en el Aeropuerto Gustavo
Artunduaga Paredes suministrado por la Aeronáutica Civil, y se contemplan datos desde el
01 de enero de 2010 hasta 31 de diciembre de 2017. Dichas operaciones se proyectan
durante un periodo de diseño de 20 años mediante el uso del método estadístico presentado
en el manual de pavimentos asfálticos para vías de bajos volúmenes de tránsito del Invías,
dadas las particularidades de las operaciones en este aeródromo.
Respecto a las aeronaves que actualmente no operan en el aeródromo, se toma en
cuenta la recomendación del Grupo de Aeropuertos No Concesionados de la Aeronáutica
Civil en el sentido de asumir una operación diaria de la aeronave de diseño.
75
En el apéndice C se presentan las aeronaves tenidas en cuenta para el diseño del
pavimento.
La carta de diseño a utilizar es la que agrupa a las aeronaves con configuración tándem
en el tren de aterrizaje principal.
A continuación, en la figura 19 se presenta el esquema de disposición del tren de
aterrizaje de tipo tándem de la aeronave de diseño para el pavimento C-130 Hercules.
Figura 19. Dimensiones de la aeronave C-130 Hercules.
Fuente: Elaboración propia con base en la figura Typical C-130 Cargo Dimensions, de la
sección Design Features que da detalles sobre la aeronave C-130 Hercules (Military Analysis
Network, s.f.).
76
En la vista lateral presentada en la figura 19, se puede observar la geometría del tren de
aterrizaje principal del C-130 Hercules, el cual tiene una base de ruedas de 29,625 pies, una
separación entre los centros de las ruedas en configuración tándem de 5 pies y un
espaciamiento de 14,25 pies entre los bordes externos de las ruedas del tren de aterrizaje
principal.
El cálculo del espesor total del pavimento se realiza ingresando a la carta de diseño
(presentada en la figura 20) con el valor de CBR de la subrasante que en este caso es de 5,
se realiza una proyección vertical hasta interceptar la curva adecuada del peso bruto de la
aeronave de diseño, 155000 lb en este diseño, posterior a esto, se hace desde este punto una
proyección horizontal hasta interceptar la curva de salidas anuales equivalentes que es
25754. Y finalmente se realiza una proyección vertical hacia abajo para leer el espesor total
del pavimento de 87 cm.
Figura 20. Carta de diseño del espesor total del pavimento flexible para aeronaves con
configuración de tren de aterrizaje principal tipo tándem.
Fuente: ICAO. (1983). Aerodrome Design Manual. Part 3: Pavements (Second
Edition 1983 ed.). p. 152.
77
El cálculo de las capas que están por encima de la sub-base, se realiza de forma análoga
al procedimiento anterior con el uso de la misma carta, pero se tiene en cuenta que el valor
de CBR con el que se ingresa a la carta es el correspondiente al de la sub-base que para este
caso se propone sea de 20, dando como resultado un espesor del conjunto superficie
bituminosa y base de 35 cm, el anterior procedimiento se presenta en la figura 21.
Figura 21. Carta de diseño del espesor del conjunto base y superficie bituminosa del
pavimento flexible para aeronaves con configuración de tren de aterrizaje principal
tipo tándem.
Fuente: ICAO. (1983). Aerodrome Design Manual. Part 3: Pavements (Second
Edition 1983 ed.). p. 152.
El método indica un espesor de 4 pulgadas para la carpeta asfáltica, así como la
verificación de un espesor mínimo para la base. En este apartado de verificación del
mínimo de la base se ingresa a la carta por el lado izquierdo de las ordenadas con el valor
del total del espesor del pavimento, (presentado en la figura 22) se hace una proyección
horizontal hasta interceptar la curva de CBR de la subrasante, y desde este punto se traza
78
una proyección vertical para leer en las abscisas el espesor mínimo de la base. En este caso,
que el espesor de la base según la carta es mayor al calculado mediante los procedimientos
anteriores, el método indica tomar el valor determinado por la carta, y descontar la cantidad
aumentada a la base al total del espesor de la sub-base para mantener un mismo espesor
total.
Figura 22. Carta de verificación del espesor mínimo de base para pavimento flexible.
Fuente: ICAO. (1983). Aerodrome Design Manual. Part 3: Pavements (Second
Edition 1983 ed.). p. 159.
De esta forma se calcula una carpeta asfáltica de 10 cm, una base de 29 cm y una sub-
base de 48 cm, la figura 23 representa dicha estructura del pavimento.
79
Figura 23. Estructura del pavimento calculada con nomogramas.
Fuente: Elaboración propia
Dado que la aeronave de diseño tiene un peso bruto superior a 100000 lb, el método
indica la necesidad de utilizar una base y una sub-base estabilizadas; sin embargo, el
método permite reducir los espesores de estas capas mediante un factor que varía en
diferentes rangos según las condiciones locales y según el tipo de estabilización que se va a
implementar.
A continuación, en la tabla 24 se presentan los rangos de factores de equivalencia
utilizados para la sub-base.
Tabla 24.
Recommended equivalency factor range stabilized sub-base.
Material Equivalency factor range
Bituminous surface course 1.7-2.3
Bituminous base course 1.7-2.3
Cold laid bituminous base course 1.5-1.7
Mixed in-place base course 1.5-1.7
Cement treated base course 1.6-2.3
Soil cement base course 1.5-2.0
Crushed aggregate base course 1.4-2.0
Gravel sub-base course 1.0
Fuente: ICAO. (1983). Aerodrome Design Manual. Part 3: Pavements (Second Edition 1983 ed.). p. 161.
Por consiguiente, la tabla 25 presenta los rangos de factores de equivalencia utilizados
para la base.
80
Tabla 25.
Recommended equivalency factor range stabilized base.
Material Equivalency factor range
Bituminous surface course 1.2-1.6
Bituminous base course 1.2-1.6
Cold laid bituminous base course 1.0-1.2
Mixed in-place base course 1.0-1.2
Cement treated base course 1.2-1.6
Soil cement base course N/A
Crushed aggregate base course 1.0
Gravel sub-base course N/A
Nota: para el cálculo de las salidas anuales equivalentes por aeronave de diseño, se omitió el conteo de
aeronaves clasificadas como ligeras, es decir, las que tienen un peso bruto menor a 4534 kg.
Fuente: ICAO. (1983). Aerodrome Design Manual. Part 3: Pavements (Second Edition 1983 ed.). p. 161.
Diseño del pavimento mediante el uso del software FAARFIELD.
FAARFIELD es un programa computacional para el cálculo de espesores de pavimento
que implementa una programación de capas elásticas para el diseño de pavimentos
flexibles. La normativa que tiene en cuenta es la contenida en la circular (AC) 150/5320-6.
Este software difiere respecto a antiguos estándares de la FAA no solo en cuanto a
sistematización, sino también en cuanto a la eliminación de la aeronave de diseño que es
sustituida por el factor acumulado de daño CDF que usa la regla de Miner; pertenece a la
categoría mecanicista-empírico dado que combina un análisis estructural con modelos
empíricos de falla.
FAARFIELD utiliza un periodo de diseño de 20 años.
Información de entrada del software:
Peso bruto, número de salidas anuales y porcentaje de crecimiento de las operaciones
de las aeronaves que se consideran para el diseño del pavimento son los datos que se
ingresan en la ventana Airplanes del software. En la ventana Structure, el único parámetro
definido por el usuario es el de CBR de la subrasante.
Información de salida del software:
Si bien en una primera iteración se obtuvieron valores para el diseño de este pavimento
a través de FAARFIELD, se realizaron otras tres iteraciones en aras de reducir el espesor
total de la estructura del pavimento en las que se probaban distintas combinaciones de
81
materiales estabilizados para la base y sub-base. Finalmente, se encontró que la
combinación óptima es la presentada en la figura 24 mediante el gráfico de la estructura del
pavimento, generado automáticamente por el programa.
Figura 24. Estructura del diseño del pavimento.
Fuente: Generado automáticamente por FAARFIELD.
Por lo tanto, en la figura 24, se presentan las capas del pavimento de la superior a la
inferior, y se muestra que se propone una superficie de mezcla asfáltica en caliente de 10,2
cm con un módulo de 1378 Mpa, una base tratada con cemento de 12,7 cm y un módulo de
3447 Mpa, una sub-base de agregado triturado de 29,6 cm y un módulo de 204 Mpa, y una
subrasante de CBR 5.
El valor del factor de daño acumulado para la subrasante de 1,00 indica que para 20
años de servicio del pavimento se satisface el criterio por deformación vertical dadas estas
condiciones de la estructura y de acuerdo con el tráfico contemplado.
Dado que el valor del factor de daño acumulado para la superficie de asfalto es de 0,00
es decir es menor que 1, se verifica el cumplimiento del criterio de diseño por deformación
horizontal.
82
Respecto a la compactación del suelo de subrasante, el programa recomienda un
porcentaje de compactación del 90% para los 19 cm superiores, del 85% para los 48 cm
siguientes y del 80% para los 48 cm siguientes.
Es de aclarar que, si bien el software FAARFIELD contiene una biblioteca con
numerosas aeronaves, algunas de las consideradas para este diseño no se encontraban en
esta, por lo que fueron añadidas como aeronaves con características similares de peso bruto
y con la misma configuración de tren de aterrizaje.
Superficie asfáltica
A pesar de que el gráfico de la estructura del pavimento generado por el software
indica para la superficie de asfalto una mezcla tipo P-401 o una mezcla P-403, para este
caso debe utilizarse la mezcla P-401 debido a que es apta para soportar aeronaves con peso
bruto superior a 12500 lb (U.S. Department of Transportation Federal Aviation
Administration, 2016, p. p. 3-22).
Esta capa del pavimento está compuesta por aglutinante asfáltico y agregado mineral de
tipo roca triturada, grava triturada, escoria triturada, arena natural y llenante mineral. El
agregado grueso, es decir, el retenido en el tamiz No. 4 debe consistir en partículas duras,
sanas y duraderas libres de películas o material que impida el completo recubrimiento por
el material asfáltico, además de cumplir con los requerimientos de la tabla 26.
Tabla 26.
Coarse Aggregate Requirements.
Ensayo Requerimiento Norma
Resistencia a la degradación Máximo 40% de pérdida ASTM C131
Solvencia del agregado a Pérdida después de cinco ciclos ASTM C88
través del uso de sulfato de 12% máximo cuando se use sulfato de Sodio
Sodio o de Magnesio 18% máximo cuando se use sulfato de Magnesio
Partículas planas, 8% máximo, por peso, de partículas planas, elongadas, ASTM D4791
partículas alargadas o planas y elongadas
y planas y alargadas
Grumos de arcilla y Menor al 0,3% ASTM C142
partículas desmenuzables
en agregados
% de caras fracturadas Mínimo 75% por peso de partículas con al menos dos ASTM D4318
caras fracturadas y 85% con al menos una cara fracturada
Fuente: U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. (2016, November 16). Standard
Specifications for Construction of Airports. From
https://www.faa.gov/airports/resources/advisory_circulars/index.cfm/go/document.current/documentNumber/150_5320-6.
p. 265.
83
El agregado fino debe consistir en partículas limpias, duras y angulosas provenientes de
piedra triturada, escoria o grava y debe estar libre de arcillas, limos y cualquier otra materia
indeseada. Los requerimientos que debe cumplir el agregado fino se listan en la tabla 27.
Tabla 27.
Fine Aggregate Requirements.
Ensayo Requerimiento Norma
Límite líquido Máximo 25 ASTM D4318
Índice de plasticidad Máximo 4 ASTM D4318
Solvencia del agregado a Pérdida después de cinco ciclos ASTM C88
través del uso de sulfato de 120% máximo cuando se use sulfato de Sodio
Sodio o de Magnesio 15% máximo cuando se use sulfato de Magnesio
Grumos de arcilla y Menor al 0,3% ASTM C142
partículas desmenuzables
en agregados
Equivalente de arena Mínimo 45 ASTM D2419
Fuente: U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. (2016, November 16). Standard
Specifications for Construction of Airports. From
https://www.faa.gov/airports/resources/advisory_circulars/index.cfm/go/document.current/documentNumber/
150_5320-6. p. 266.
Por lo tanto, en la tabla 27 se observa que la llenante mineral, debe cumplir con un
índice de plasticidad de máximo 4% de acuerdo a la norma ASTM D4318.
El aglutinante asfáltico debe cumplir con una recuperación elástica del 75% mínimo de
acuerdo con la norma ASTM D6084.
En la tabla 28 se relacionan dos opciones de gradación para el agregado de la mezcla
asfáltica.
Tabla 28.
Aggregate – Asphalt Pavements.
Tamiz Porcentaje en peso que pasa por el tamiz
Gradación 1 Gradación 2
1” 100 ---
3/4” 90-100 100
1/2" 68-88 90-100
3/8” 60-82 72-88
No. 4 45-67 53-73
No. 8 32-54 38-60
No. 16 22-44 26-48
No. 30 15-35 18-38
No. 50 9-25 11-27
No. 100 6-18 6-18
No. 200 3-6 3-6
Mínimo de vacíos en 14 15
84
Tamiz Porcentaje en peso que pasa por el tamiz
el agregado mineral
Porcentaje de asfalto por peso total de la mezcla
Piedra o grava 4.5-7.0 5.0-7.5
Escoria 5.0-7-5 6.5-9.5
Fuente: U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. (2016,
November 16). Standard Specifications for Construction of Airports. From
https://www.faa.gov/airports/resources/advisory_circulars/index.cfm/go/document.current/do
cumentNumber/150_5320-6. p. 272.
Base estabilizada
La base tratada con cemento propuesta (P 304) consiste en agregado mineral y cemento
debidamente mezclados con agua.
El agregado debe ser material granular seleccionado compuesto de grava o piedra
triturada o sin triturar y libre de raíces, hierbas y semillas, además de cumplir con los
requerimientos expuestos en la tabla 29.
Tabla 29.
Cement Treated Aggregate Base Material Requirements.
Ensayo Requerimiento Norma
Porción de agregado retenida en el tamiz No.4 (4.75mm)
Resistencia a la degradación Máximo 40% de pérdida ASTM C131
Solvencia del agregado a Pérdida después de cinco ciclos ASTM C88
través del uso de sulfato de 10% máximo cuando se use sulfato de Sodio
Sodio o de Magnesio 15% máximo cuando se use sulfato de Magnesio
Partículas planas, 10% máximo, por peso, por fracción retenida en el ASTM D4791
partículas alargadas tamiz de media pulgada y 10% máximo, por peso, para
y planas y alargadas la fracción que pasa el tamiz de media pulgada
Grumos de arcilla y Menor o igual al 3% ASTM C142
partículas desmenuzables
en agregados
Porción fina de agregado que pasa el tamiz No.40 (425m)
Límite líquido Menor o igual a 25 ASTM D4318
Índice de plasticidad Menor a 6 ASTM D4318
Fuente: U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. (2016, November 16). Standard
Specifications for Construction of Airports. From
https://www.faa.gov/airports/resources/advisory_circulars/index.cfm/go/document.current/documentNumber/
150_5320-6. p. 232.
En cuanto a requisitos de gradación, el agregado debe estar bien gradado de grueso a
fino dentro y no debe variar del límite inferior en un tamiz al límite superior en el tamiz
adyacente o viceversa. A continuación, se presenta la tabla 30 de gradación del material
para bases tratadas con cemento.
85
Tabla 30.
Aggregate Gradation for CTB Material.
Tamiz Rango de diseño para el Tolerancia (%)
peso que pasa por porcentaje
2” 100 ±0
1” 90-100 ±5
No. 4 45-95 ±8
No. 10 37-80 ±8
No. 40 15-50 ±5
No. 200 0-15 ±3
Fuente: U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. (2016,
November 16). Standard Specifications for Construction of Airports. From
https://www.faa.gov/airports/resources/advisory_circulars/index.cfm/go/document.current/do
cumentNumber/150_5320-6. p. 232.
El diseño de la mezcla debe ser tal que cuando se examine en laboratorio su resistencia
de acuerdo con la norma ASTM D1633, produzca a los 7 días una resistencia a la
compresión entre 2068 kPa y 3447 kPa. Se debe evitar resistencias superiores dado el
potencial riesgo de causar contracción y agrietamiento. A continuación, se presenta la tabla
31 desarrollada por la Portland Cement Association con contenidos estimados para las
bases tratadas con cemento.
Tabla 31.
Cement Requirements of AASHTO Soil Groups.
Grupo de suelo Rango de diseño Rango de diseño
AASHTO % por volumen % por peso
A-1-a 5-7 3-5
A-1-b 7-9 5-8
A-2 7-10 5-9
A-3 8-12 7-11
A-4 8-12 7-12
A-5 8-12 8-13
A-6 10-14 9-15
A-7 10-14 10-16
Fuente: Portland Cement Association (2017). Soil-Cement Laboratory Handbook.
http://secement.org/wp-content/uploads/2017/04/EB052.07s.pdf p. 11
La compactación de la mezcla debe realizarse dentro de las dos horas siguientes al
inicio de la mezcla, y debe alcanzar una densidad en campo de al menos el 98% de la
densidad máxima en condiciones óptimas de humedad (U.S. Department of Transportation
Federal aviation Administration, 2018, p. 237).
86
Sub-base estabilizada
La sub-base de agregado triturado se compone de partículas limpias y duras
provenientes de roca o grava triturada, libres de recubrimientos de arcilla, limo, materia
orgánica o cualquier otro recubrimiento. La porción fina de este agregado, que es la que
pasa el tamiz No. 4, consiste en los finos provenientes de la trituración del agregado grueso
(U.S. Department of Transportation Federal aviation Administration, 2018, pág. 173). A
continuación, en la tabla 32 se presentan los requerimientos que deben cumplir los
agregados para esta sub-base.
Tabla 32.
Cement Treated Aggregate Base Material Requirements.
Ensayo Requerimiento Norma
Agregado grueso
Resistencia a la degradación Máximo 45% de pérdida ASTM C131
Solvencia del agregado a Pérdida después de cinco ciclos ASTM C88
través del uso de sulfato de 12% máximo cuando se use sulfato de Sodio
Sodio o de Magnesio 18% máximo cuando se use sulfato de Magnesio
Partículas planas, 10% máximo, por peso, de partículas ASTM D4791
partículas alargadas planas, alargadas y planas y alargadas
y planas y alargadas
Porcentaje de caras Mínimo 90% por peso de partículas con al menos ASTM D5821
fracturadas dos caras fracturadas y 100% con al menos una cara fracturada
Agregado fino
Límite líquido Menor o igual a 25 ASTM D4318
Índice de plasticidad No mayor a 5 ASTM D4318
Fuente: U.S. Department of Transportation Federal aviation Administration. (2018, December 21). Standard
Specifications for Construction of Airports. From
https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/150-5370-10H.pdf. p. 174.
En la tabla 33 se presenta la gradación que debe presentar la sub-base estabilizada con
agregado triturado.
Tabla 33.
Gradation of Aggregate Base.
Tamiz Rango de diseño para el Tolerancia (%)
peso que pasa por porcentaje
2” 100 ±0
1 ½” 95-100 ±5
1” 70-95 ±8
3/4” 55-85 ±8
No. 4 30-60 ±8
No. 40 10-30 ±5
No. 200 0-10 ±3
Fuente: U.S. Department of Transportation Federal aviation Administration. (2018, December 21).
Standard Specifications for Construction of Airports. From
https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/150-5370-10H.pdf. p. 175.
87
Dado que la subrasante sobre la que se va a colocar la sub-base tiene una relación de
soporte California mayor a 3, la American Association of State Highways and
Transportation Officials recomienda el uso de un geotextil de separación (American
Association of State Highways and Transportation Officials, 2008, p. M 288-6). Este
material, debe cumplir con las características presentadas en la tabla 34.
Tabla 34.
Requerimientos del geotextil de separación.
Requerimiento Norma
Permitividad 0,02 s -1 ASTM D4491
Tamaño aparente de 0,60 mm máximo ASTM D4751
Apertura
Estabilidad ultravioleta 50% después de 500 ASTM D4355
horas de exposición
Fuente: American Association of State Highways and Transportation Officials. (2008). Standars
Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing. From
https://www.aashtofree.com/wp-content/uploads/2018/03/PART-1B.pdf. p. M 288-6.
Determinación de los espesores adoptados para el pavimento.
La capa de rodadura queda definida como mezcla de asfalto en caliente de tipo P-401
con un espesor de 10 cm; la capa inferior a la de rodadura será una base P-304 tratada con
cemento de un espesor de 24 cm y una sub-base P-209 de agregado triturado con espesor de
34 cm.
Las diferencias entre los valores calculados y los adoptados para el espesor del
pavimento se deben a que se opta por un valor más conservador de las capas de base y sub-
base respecto al obtenido con el software FAARFIELD dado que el método estadístico que
utiliza el software indica una proyección de operaciones menor a la calculada por los
autores para el diseño con nomogramas. De esta forma, se adoptan los valores calculados
mediante los nomogramas, reducidos mediante el menor valor del rango correspondiente
según las tablas de factores de equivalencia para base y sub-base. Dichos valores fueron 1,2
para la base tratada con cemento que se redujo de 29 cm a 24 cm; y 1,4 para la sub-base
estabilizada con agregado triturado que se redujo de 48 cm a 34 cm.
En la figura 25 se presenta el diseño por nomogramas, mediante FAARFIELD y el
diseño escogido.
88
Figura 25. Estructura de cada diseño del pavimento.
Fuente: Elaboración propia.
En el apéndice D, se muestra la información generada por el software al realizar el
diseño, en donde se incluye las características de las aeronaves tenidas en cuenta, la
contribución de cada una de estas al factor acumulado de daño, las especificaciones de las
capas de la estructura diseñada, e información sobre la compactación de la subrasante.
Determinación del número de clasificación del pavimento
Mediante el uso del software ICAO-ACN se procede a calcular el número de
clasificación para la aeronave de diseño. Para esto, se selecciona del catálogo de aeronaves
el C-130 Hercules y se configura el peso en el tren de aterrizaje principal en 95%.
De los valores entregados por el software se procede a interpolar linealmente para
obtener el ACN del C-130 Hercules con un CBR de 5 que es el que se contempla para el
diseño de esta ampliación.
El valor que se obtiene es de un ACN de 33 para el C-130 Hercules.
A continuación, se presenta la interfaz del programa ICAO-ACN en donde se puede
visualizar la aeronave seleccionada en el costado izquierdo, los parámetros configurados
subyacentes al diagrama de la huella del tren de aterrizaje principal y los resultados en la
parte inferior derecha de la figura 26.
89
Figura 26. Interfaz del software ICAO-ACN con los datos del C-130 Hercules. Fuente: Elaboración propia con base en la información arrojada por el software.
Dado que actualmente la pista del aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes cuenta con
una clasificación PCN 34/F/C/X/T, y que si bien la aeronave de diseño para el pavimento
presenta un ACN menor, se debe considerar que se proyecta la operación de una aeronave
tipo Airbus 320-200, la cual tendría un ACN de 44 para un suelo de subrasante con CBR de
6 hecho que indica que las condiciones de la pista actual no son suficientes para recibir una
aeronave de este tipo si se quiere evitar afectaciones a la estructura del pavimento en el
corto plazo.
A continuación, en la figura 27 se presentan los valores obtenidos de ACN para un
Airbus 320-200, que descarga el 95% de su peso sobre el tren de aterrizaje principal.
90
Figura 27. Interfaz del software ICAO-ACN con los datos del Airbus 320-200. Fuente: Elaboración propia con base en la información arrojada por el software.
Diseño del drenaje superficial
De acuerdo con la circular AC 150/5320-5D de la FAA, se aplica el método racional
para calcular el caudal máximo de escorrentía superficial Qp, presentado en la siguiente
ecuación:
(24)
Donde i equivale a la intensidad de la lluvia, A es el área de drenaje, el coeficiente de
escorrentía, C, se expresa en función de la cobertura del suelo y otros factores hidrológicos.
Los valores típicos para C se presentan en la tabla 34. Sin embargo, si la cuenca posee
diversas coberturas del suelo, el coeficiente se calcula mediante la siguiente expresión
(Federal Aviation Administration, 2013, p.16):
(25)
𝑄𝑝 = C i A
𝐶 = ∑(𝐶𝑥𝐴𝑥)
𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
91
Donde x representa el subíndice que designa valores para áreas incrementales con
cobertura de tierra consistente.
Tabla 35.
Coeficientes de escorrentía para la fórmula del método racional.
Tipo de área de drenaje Coeficiente de escorrentía, C*
Negocios:
Áreas del centro 0.70 - 0.95
Zonas del barrio 0.50 - 0.70
Residencial:
Áreas unifamiliares 0.30 - 0.50
Muilti-unidades, separadas 0.40 - 0.60
Muilti-unidades, adjuntas 0.60 - 0.75
Suburbano 0.25 - 0.40
Zonas de vivienda 0.50 - 0.70
Industrial:
Áreas livianas 0.50 - 0.80
Áreas pesadas 0.60 - 0.90
Parques, cementerios 0.10 - 0.25
Parques infantiles 0.20 - 0.40
Áreas de patios de ferrocarriles 0.20 - 0.40
Áreas no mejoradas 0.10 - 0.30
Prados
Suelos arenosos, planos, 2% 0.05 - 0.10
Suelos arenosos, promedio, 2 -7 % 0.10 - 0.15
Suelos pesados (arcillosos), planos, 2% 0.13 - 0.17
Suelos pesados (arcillosos), promedio, 2 -7 % 0.18 - 0.22
Suelos pesados (arcillosos), pendientes, 7% 0.25 - 0.35
Calles
Asfálticas 0.70 - 0.95
Concreto 0.80 - 0.95
Ladrillo 0.70 - 0.85
Calzadas y alamedas 0.75 - 0.85
Techos 0.75 - 0.95
Nota: * Los valores más altos usualmente son apropiados para áreas con pendientes pronunciadas y períodos
de retorno más largos porque la infiltración y otras pérdidas tienen un efecto proporcionalmente menor en la
escorrentía en estos casos.
Fuente: Federal Aviation Administration. (2013, August 15). U.S. Department of Transportation. Federal
Aviation Administration. AC 150/5320-5D - Airport Drainage Design. Retrieved March 29, 2019, from
http://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/150_5320_5d.pdf. p.17.
92
Adicionalmente, el manual de drenaje del Invías menciona que se debe adoptar un área
de drenaje máxima igual a 2.5 km2 para el uso de este método (Invías, 2009, p. 2-36)
Sucesivamente, se determina el coeficiente de escorrentía según el tipo y área de la
cobertura del suelo para el costado derecho presentado en las tablas 35.
Tabla 36.
Cobertura del suelo en el costado derecho.
Descripción Cobertura del suelo Área (m2) C
Costado derecho: hacia la carretera Prado 610.000 0,17
Asfalto 24.100 0,9
Área total 634.100
Fuente: Elaboración propia.
Por lo tanto, el coeficiente de escorrentía es:
(26)
𝐶 = 0,1977 (27)
Por otro lado, en la tabla 36 se presenta el área del uso del suelo en el costado
izquierdo.
Tabla 37.
Cobertura del suelo en el costado izquierdo.
Descripción Cobertura del suelo Área (m2) C
Costado izquierdo: hacia el humedal Prado 754.125 0,17
Asfalto 31.875 0,9
Área total 786.000
Fuente: Elaboración propia.
Por consiguiente, el coeficiente de escorrentía es igual a:
(28)
𝐶 = 0,1996 (29)
De acuerdo con la circular AC 150/5320-5D de la FAA, se recomienda utilizar un
periodo de retorno igual a 5 años, puesto que "el daño o inconveniente que pueden ser
𝐶 = ∑((0,17 ∗ 610000) + (0,9 ∗ 24060))
634100
𝐶 = ∑((0,17 ∗ 754125) + (0,9 ∗ 31875))
786000
93
causados por tormentas mayores al evento de 5 años puede no justificar el aumento del
costo de un sistema de drenaje lo suficientemente grande como para adaptarse a esa
tormenta" (Federal Aviation Administration, 2013, p. 11).
Por esta razón, en el apéndice E se presenta la curva de Intensidad Duración y
Frecuencia (IDF) del Aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes, donde se observa que la
intensidad de la lluvia mayor equivale a 126,6 mm/h, se presenta para una duración de 15
minutos con un periodo de retorno de 5 años. Además, la intensidad de la lluvia en m/s es
igual a:
(30)
Por consiguiente, es posible calcular el caudal máximo de escorrentía superficial
mediante la ecuación 24 al reemplazar las variables expuestas previamente, para el costado
derecho se tiene:
(31)
𝑄1 = 4,4 𝑚3
𝑠→ 𝑄 = 4400
𝑙
𝑠 (32)
Por otro lado, para el costado izquierdo, el caudal máximo de escorrentía es igual a:
(33)
𝑄2 = 5,5 𝑚3
𝑠→ 𝑄 = 5500
𝑙
𝑠 (34)
Sucesivamente, se asume una sección trapezoidal, revestida en concreto; se diseña el
canal superficial con el caudal mayor (5,5 m3/s equivalente a 195 pies3/s), con el objetivo
de diseñar canales de iguales dimensiones en ambos costados que presenten mayor
facilidad constructivamente. En primer lugar, se ingresa a la figura 28 con el valor del
caudal de diseño, para determinar el borde libre y la altura de la banca por encima de la
superficie del agua recomendado en canales revestidos en concreto (Chow, 1994, p. 157).
126,6𝑚𝑚
ℎ∗
1 𝑚
1000 𝑚𝑚∗
1 ℎ
3600 𝑠= 3,5 ∙ 10−5 𝑚/𝑠
𝑄1 = 0,20 ∙ (3,5 ∙ 10−5 𝑚/𝑠) ∙ (634100 𝑚2)
𝑄2 = 0,20 ∙ (3,5 ∙ 10−5 𝑚/𝑠) ∙ (795000 𝑚2)
94
Fuente: Chow, Ven Te. (1994). Hidráulica de canales abiertos. México: Mc Graw-Hil.
Recuperado el 16 de Abril de 2019, de https://www.u-
cursos.cl/usuario/037b375d320373e6531ad8e4ad86968c/mi_blog/r/2_Chow_Ven_Te_-
_Hidraulica_De_Canales_Abiertos.PDF. p. 157.
De acuerdo con la figura 28, se observa que la altura del revestimiento por encima de
la superficie del agua es igual a 0,65 pies (0,20 m) y la altura recomendada de la banca por
encima de la superficie del agua es 2,35 pies (0,72 m); por consiguiente, se selecciona un
revestimiento de 0,20 m. Luego, se ingresa en la figura 29 para obtener los valores
recomendados para el ancho del fondo del canal y la profundidad del agua, con base en la
capacidad del canal.
Figura 28. Borde libre y altura de las bancas recomendados para canales revestidos
(U.S. Bureau of Reclamation).
95
Figura 29. Curvas empíricas que muestran el ancho en el fondo y la profundidad en canales
revestidos (U.S. Bureau of Reclamation).
Fuente: Chow, Ven Te. (1994). Hidráulica de canales abiertos. México: Mc Graw-Hil.
Recuperado el 16 de Abril de 2019, de https://www.u-
cursos.cl/usuario/037b375d320373e6531ad8e4ad86968c/mi_blog/r/2_Chow_Ven_Te_-
_Hidraulica_De_Canales_Abiertos.PDF. p. 160.
Por lo tanto, en la figura 29 se observa que la profundidad del agua recomendada es
igual a 5,5 pies (1,68 m) y el ancho del fondo del canal es igual a 6,3 pies (1,92 m); por
aspectos constructivos, se adopta un ancho del fondo de 2,0 m. Por otro lado, la altura del
canal se determina agregando el borde libre a la profundidad del agua, presentada en la
siguiente ecuación:
𝑑 = 1,68 𝑚 + 0,72 𝑚 → 𝑑 = 2,4 𝑚 (35)
De igual manera, se selecciona una profundidad del canal de 2,5 m debido a facilidades
constructivas; es decir, se apropian dimensiones del canal diferentes a la sección hidráulica
óptima por simplicidad en el momento de construir esta estructura.
Por el contrario, se selecciona un valor para el talud de acuerdo a la información
presentada en la tabla 38. La pendiente lateral del talud del canal es directamente
proporcional al ancho superficial, por esta razón, se escoge un z igual a 0,25.
96
Tabla 38.
Taludes recomendados para canales.
Material 1 V: z H
Roca
Arcilla dura
Suelo margoso 1: 1 12⁄
Tierra con revestimiento en roca
Arcilla firme 1: 1 14⁄
Arena
Limos o arcilla porosa
Fuente: INVIAS. (2009). Instituto Nacional de Vías. Manual de drenaje para carreteras.
Recuperado el 29 de marzo de 2019, de https://www.invias.gov.co/index.php/archivo-y-
documentos/documentos-tecnicos/especificaciones-tecnicas/984-manual-de-drenaje-para-
carreteras
Sucesivamente, se determinan las propiedades geométricas del canal de acuerdo a las
ecuaciones presentadas en la tabla 39:
Tabla 39.
Propiedades geométricas de la sección trapezoidal.
Sección Área (A) Perímetro mojado
(P)
Radio
hidráulico (R)
Ancho
superficial (T)
Trapecio
(𝑏 + 𝑧𝑦)𝑦 𝑏 + 2𝑦(1 + 𝑧2)1/2 𝐴 𝑃⁄ 𝑏 + 2𝑧𝑦
Fuente: Chow, Ven Te. (1994). Hidráulica de canales abiertos. México: Mc Graw-Hil. Recuperado
el 16 de Abril de 2019, de https://www.u-
cursos.cl/usuario/037b375d320373e6531ad8e4ad86968c/mi_blog/r/2_Chow_Ven_Te_-
_Hidraulica_De_Canales_Abiertos.PDF. p. 21.
o Área.
𝐴 = (2,0 𝑚 + 0,25(1,68𝑚))(1,68𝑚) → 𝐴 = 4,06 𝑚2 (36)
o Perímetro mojado
𝑃 = 2,0 𝑚 + 2(1,68 𝑚)(1 + (0,25)2)12 → 𝑃 = 5,46 𝑚 (37)
o Radio hidráulico
𝑅 =4,06 𝑚2
5,46 𝑚→ 𝑅 = 0,74 𝑚 (38)
1: 3
1:2
1:1
1: (1 4⁄ − 1)
1: 1 4⁄
97
o Ancho superficial. A continuación, se calcula el ancho superficial de la lámina
de agua para el cual y = 1,68, y el ancho superficial del canal, en el cual, la
profundidad es igual a 2,50 m.
𝑇 = 2,0 𝑚 + 2(0,25)(1,68 𝑚) → 𝑇 = 2,84 𝑚 (39)
𝑇 = 2,0 𝑚 + 2(0,25)(2,5 𝑚) → 𝑇 = 3,25 𝑚 (40)
Sucesivamente, se verifica la velocidad del flujo, con base en la ecuación de Manning:
𝑄 = 1
𝑛(𝐴 𝑅2/3 𝑆1/2) (41)
𝑉𝐴 = 1
𝑛(𝐴 𝑅2/3 𝑆1/2) (42)
𝑉 = 1
𝑛( 𝑅2/3 𝑆1/2) (43)
Donde:
Q: Caudal de diseño en metros cúbicos por segundo (m3/s).
n: Coeficiente de rugosidad de Mannig, igual a 0,013 (presentado en la tabla 40).
A: Área mojada, en metros cuadrados (m2).
R: Radio hidráulico, en metros (m).
S: Pendiente, en metros por metro (m/m).
Respecto a la pendiente del canal, el manual de drenaje para carreteras del Invías
menciona que “la pendiente coincide usualmente con la pendiente longitudinal de la vía,
(…)” (2009, p. 4-21). Por tanto, el presente dimensionamiento del canal, adopta una
pendiente del 0,07%.
Tabla 40. Coeficientes de rugosidad de Manning (n).
Descripción de la superficie n
Asfalto liso 0,011
Concreto liso 0,012
Revestimiento de hormigón ordinario 0,013
98
Descripción de la superficie n
Buena madera 0,014
Ladrillo con mortero de cemento 0,014
Arcilla vitrificada 0,015
Hierro fundido 0,015
Tubería de metal corrugada 0,024
Superficie de escombros de cemento 0,024
Barbecho (sin residuos) 0,05
Suelos cultivados
Cobertura de residuos < 20 por ciento 0,06
Cobertura de residuos > 20 por ciento 0,17
Terreno de pasto (natural) 0,13
Prado
Llanura de prado corto 0,15
Pastos densos 0,24
Grama 0,41
Bosques*
Maleza ligera 0,4
Maleza densa 0,8
Nota: Cuando seleccione n, considere cubrir a una altura de aproximadamente 1,2
pulgadas. Esto es solo una parte de la cubierta vegetal que obstruirá el flujo del caudal.
Fuente: Federal Aviation Administration. (2013, August 15). U.S. Department of
Transportation. Federal Aviation Administration. AC 150/5320-5D – Airport Drainage
Design. Retrieved March 29, 2019, from
http://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/150_5320_5d.pdf. p.17.
Ahora, se reemplazan los valores correspondientes de la ecuación 43, se obtiene la
velocidad del flujo, y se verifica que esta cumple con el criterio de velocidad máxima
permisible, equivalente a 6 pies/s (1,8 m/s).
𝑉 = 1
0,013((0,77 𝑚)2/3 (0,07%)1/2) (44)
𝑉 = 1,71 𝑚/𝑠 (45)
Finalmente, en la tabla 41 se presentan las dimensiones asumidas para dicho canal,
teniendo en cuenta que el caudal de escorrentía máximo es igual a 5,5 m3/s. La ubicación de
los canales, junto con la vista en planta y el perfil se presentan en el plano 4; los detalles de
la sección transversal se presentan en el plano 5 (en el apéndice B)
99
Tabla 41.
Dimensiones del canal de sección trapezoidal.
Propiedad geométrica
b (m) 2,0
y (m) 1,68
Profundidad del canal (m) 2,5
Borde libre (m) 0,82
z 0,25
Ancho superficial de la lámina de agua (m) 2,84
Ancho superficial del canal incluyendo el
revestimiento (m) 3,66
S (%) 0,07
Fuente: Elaboración propia.
Adicionalmente, se determina el acero de refuerzo según las especificaciones indicadas
en el título C de la NSR 10, capítulo C.23 correspondiente a tanques y estructuras
ambientales en concreto, en el cual, se menciona la cuantía mínima de acero para
estructuras de acuerdo con la distancia entre juntas y la resistencia especificada a la tracción
(fy), la cual se presenta en la tabla 42. Por tanto, se selecciona una cuantía de 0,0030 para
un espaciamiento de juntas menor a 6 m con la resistencia a la tracción del acero de 420
Mpa. En contraste, el recubrimiento recomendado en el numeral C.7.7.1 para estructuras
ubicadas contra el suelo y siempre expuestas a él, equivale a 75 mm (Asociación
Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010, p. C-96). Por consiguiente, se determina el área
mínima de acero con base en la cuantía mínima y el área de la sección de las losas del canal
trapezoidal; los detalles se presentan en el plano 5.
Tabla 42.
Cuantías mínimas de retracción de fraguado y variación de temperatura.
Distancia entre juntas para
compensar movimientos*
Cuantías mínimas de refuerzo de retracción de fraguado y variación
de temperatura.
fy =240 MPa fy =420 MPa
Menos de 6 m 0.0030 0.0030
6 a menos de 9 m 0.0040 0.0030
9 a menos de 12 m 0.0050 0.0040
12 m o más 0.0060** 0.0050
Notas: *La distancia es entre juntas de expansión y juntas de contracción de profundidad total. Cuando se
trate de juntas de contracción de profundidad parcial las cuantías mínimas se deben determinar multiplicando
la distancia real entre juntas de contracción de profundidad parcial por 1.5.
** Corresponde a la cuantía máxima a emplear cuando no se proveen juntas para compensar movimientos.
Fuente: Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (Marzo de 2010). Reglamento colombiano de
construcción sismoresistente. NSR-10. Bogotá D.C.: AIS. p. C-440.
100
Conclusiones
Luego de haber diseñado la geometría de la ampliación de la pista, se pudo determinar
que la propuesta de ampliación que tiene la Aeronáutica Civil es insuficiente en cuanto a
distancias requeridas para el aterrizaje y despegue de una aeronave de tipo Airbus 320.
Se estableció que, dadas las condiciones de la zona adjunta a la pista, es recomendable
la implementación de una zona de parada antes de la cabecera 30, así como de un área de
seguridad de extremo de pista más allá de la mencionada zona de parada.
Se determinó que, dada la condición nacional del aeropuerto, y las características de la
aeronave de diseño, no se necesita una ampliación transversal de la pista, pues se puede
seguir manteniendo el número de clave 3.
Al tener en cuenta aspectos constructivos, económicos y de fatiga, se estableció que es
preferible utilizar una base tratada con cemento en vez de una base bituminosa ya que la
primera: i) requiere un espesor de sub-base menor, ii) permite una menor fatiga en la
mezcla asfáltica, iii) la base tratada con cemento para este tipo de suelo requiere de un 8 a
12 % de cemento por volumen.
De acuerdo a la disponibilidad de material en la zona, se identificó que una sub-base
mejorada con agregado triturado es recomendable para este pavimento.
El material adecuado para realizar la estabilización de la subrasante, corresponde a una
capa mejorada con rajón, puesto que, incrementa el CBR de la subrasante y permite
conformar una capa de apoyo para la estructura del pavimento.
El porcentaje de afectación del humedal El Vaticano por la construcción de la
ampliación de la pista, representa el 8% de su área total, el cual, no significa un impacto
ambiental de grandes magnitudes puesto que, de acuerdo con Jaramillo & Peláez (2004),
101
este ecosistema presenta procesos de eutrofización por el vertimiento de aguas residuales
con altos contenidos de materia orgánica y el desequilibrio en el ecosistema acuático.
Se escoge una sección trapezoidal porque permite transportar un mayor caudal que la
sección rectangular, puesto que, conduce un caudal máximo con una superficie mojada
mínima. Adicionalmente, es necesario realizar el recubrimiento en concreto debido a que la
capacidad de la cuneta es mayor que un canal con revestimiento natural, por consiguiente,
demanda una menor dimensión de la sección transversal.
102
Recomendaciones
Dado que dentro del diseño del nuevo pavimento se contempla la operación del Airbus
320-200, y que este presenta un ACN de 44 en pistas de pavimento flexible sobre un suelo
de subrasante con CBR de 5, se puede adoptar el ACN de esta aeronave como PCN para la
pista, sin embargo, la pista actual, tiene un PCN de 34 lo que lleva a deducir que tiene una
estructura menos robusta que la diseñada para la ampliación, por lo que se hace necesario
una intervención a la estructura actual en aras de equiparar sus capacidades a la de la
estructura de la ampliación. Para este fin, se recomienda la realización de apiques de
verificación de la estructura del pavimento de la pista actual. Lo anterior permitiría paliar
las condiciones desfavorables del pavimento existente evidenciadas en el apéndice F, en el
cual se presentan fotografías de las fisuras longitudinales, fisuras de borde, piel de
cocodrilo y acumulación de agua en algunas zonas producto de las deformaciones de la
capa asfáltica.
Las juntas de construcción en las losas de concreto armado del canal contribuyen al
rendimiento en la ejecución de la obra, se recomienda cumplir con el reglamento
colombiano de construcción sismo resistente. Por otro lado, las juntas de dilatación se
establecen cada 6 metros, sin embargo, se sugiere realizar el diseño de las juntas según las
consideraciones de diseño del American Concrete Institute (ACI).
Se recomienda diseñar una estructura hidráulica subterránea para permitir el flujo de
caudal de escorrentía en el canal del costado derecho, ubicado en la intersección con las
calles de rodaje del aeródromo; es indispensable esta estructura porque la pendiente del
terreno desciende desde la cabecera 12 a la cabecera 30 de la pista. Además, se sugiere
reubicar la carretera que cruza la ampliación de la pista del aeropuerto, mediante el diseño
103
de un paso a desnivel vehicular y peatonal para dar acceso a los residentes de la zona, dicho
diseño se sale del alcance de la presente investigación.
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Apéndice A: Registro fotográfico sobre algunas muestras analizadas en el
laboratorio
Sondeo 1, muestra 1
Sondeo 1, muestra 2 SPT de
0,65 m a 1,10 m Sondeo 2, muestra 1
Sondeo 2, muestra 2
Sondeo 2, muestra 3 ,
SPT de 0,80 m a 1,25 m
Sondeo 2, muestra 4 ,
de 1,25 m a 1,60 m
109
Sondeo 3, muestra 1, de
0,6 m a 0,12 m
Sondeo 3, muestra 2, a
partir de 0,25 m
Sondeo 3, muestra 5
Sondeo 3, muestra 4
Sondeo 4, muestra 1,
desde 0,10 m
Sondeo 4, muestra 2
110
Apéndice B: Planos de la ampliación del aeropuerto Gustavo
Artunduaga Paredes.
111
Apéndice C: Aeronaves tenidas en cuenta para el diseño del pavimento.
112
Apéndice D: Información generada por el software al realizar
el diseño de la estructura del pavimento.
113
Apéndice E: Curva de Intensidad Duración y Frecuencia
(IDF) del Aeropuerto Gustavo Artunduaga Paredes.
114
Apéndice F: Registro fotográfico de la condición actual de la carpeta asfáltica de
la pista suministrado por la Aerocivil.
115
116