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DISEÑO DE AEROPUERTOS FLEXIBLES Y RÍGIDOS (MÉTODO FAA) DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES CONSIDERACIONES DE LOS AVIONES. El método de diseño está basado en el peso bruto del avión. Para propósitos de diseño, el pavimento debe ser diseñado para el máximo peso estimado de salida del avión. El procedimiento de diseño asume que el 95% del peso bruto del avión es absorbido por los trenes de aterrizaje y 5% por el mecanismo de la nariz. El tipo de mecanismo de aterrizaje y su configuración dictamina como el peso del avión es distribuido al pavimento, y determina la respuesta del pavimento a las cargas impuestas. La presión de los cauchos varía desde 75 psi hasta 200 psi, dependiente de la configuración del mecanismo y el peso bruto. SELECCIÓN DEL AVIÓN DE DISEÑO. La previsión anual de las salidas por tipo de avión se traducirá en una lista de un número de aviones diferentes. El Avión de Diseño debe ser seleccionado sobre la base del que requiera el mayor espesor del pavimento. Cada tipo de avión se debe revisar para determinar el espesor del pavimento entrando en el gráfico de diseño adecuado, con el número de salidas anuales. El Avión de Diseño es aquel que produce el mayor espesor del pavimento. El Avión de Diseño no es necesariamente es el más pesado. DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE SALIDAS EQUIVALENTES DEL AVIÓN DE DISEÑO. Dado que el tráfico es una mezcla de una gran variedad de aeronaves de distintos tipos de tren de aterrizaje y de diferentes pesos, los efectos de todo el tráfico deben tomarse en cuenta en términos del avión de diseño. En primer lugar, todas las aeronaves que se debe convertir al mismo tren de aterrizaje que el Avión de Diseño. Se utilizan factores de conversión. Estos factores son constantes y se aplican a ambos pavimentos flexibles y rígidos. Para Convertir A Multiplique las Salidas por:

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DISEÑO DE AEROPUERTOS FLEXIBLES Y RÍGIDOS (MÉTODO FAA)

DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES CONSIDERACIONES DE LOS AVIONES. El método de diseño está basado en el peso bruto del avión. Para propósitos de diseño, el pavimento debe ser diseñado para el máximo peso estimado de salida del avión. El procedimiento de diseño asume que el 95% del peso bruto del avión es absorbido por los trenes de aterrizaje y 5% por el mecanismo de la nariz. El tipo de mecanismo de aterrizaje y su configuración dictamina como el peso del avión es distribuido al pavimento, y determina la respuesta del pavimento a las cargas impuestas. La presión de los cauchos varía desde 75 psi hasta 200 psi, dependiente de la configuración del mecanismo y el peso bruto. SELECCIÓN DEL AVIÓN DE DISEÑO. La previsión anual de las salidas por tipo de avión se traducirá en una lista de un número de aviones diferentes. El Avión de Diseño debe ser seleccionado sobre la base del que requiera el mayor espesor del pavimento. Cada tipo de avión se debe revisar para determinar el espesor del pavimento entrando en el gráfico de diseño adecuado, con el número de salidas anuales. El Avión de Diseño es aquel que produce el mayor espesor del pavimento. El Avión de Diseño no es necesariamente es el más pesado. DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE SALIDAS EQUIVALENTES DEL AVIÓN DE DISEÑO. Dado que el tráfico es una mezcla de una gran variedad de aeronaves de distintos tipos de tren de aterrizaje y de diferentes pesos, los efectos de todo el tráfico deben tomarse en cuenta en términos del avión de diseño. En primer lugar, todas las aeronaves que se debe convertir al mismo tren de aterrizaje que el Avión de Diseño. Se utilizan factores de conversión. Estos factores son constantes y se aplican a ambos pavimentos flexibles y rígidos.

Para Convertir A Multiplique las Salidas por:

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Una vez convertidos todos los aviones al mismo tren de aterrizaje del avión de diseño, se deben convertir el número de salidas anuales de todos los aviones en número de salidas anuales del Avión de Diseño a través de la siguiente formula:

Donde: R1: Salidas anuales equivalentes del avión de diseño. R2: Salidas estimadas del avión en cuestión W1: Carga por rueda del avión de diseño. W2: Carga por rueda del avión en cuestión. La determinación del número de salidas equivalentes de los aviones de cabina ancha (B-747, DC-10, L1011-1, etc.) se hace de manera algo diferente. El procedimiento consiste en suponer, únicamente para efectos de cálculo de salidas anuales, que cada avión de cabina ancha es igual a uno convencional de 300.000 lb de peso bruto máximo de salida con un tren de aterrizaje del tipo tandem doble. PROPIEDADES DE LOS SUELOS DE LA SUBRASANTE La resistencia de los suelos para efectos de diseño debe determinarse mediante el ensayo de CBR. El CBR de diseño será el percentil 85%, es decir, todos los valores de CBR de la subrasante serán iguales o menores al CBR de diseño en un 85%. SECCIONES TIPICAS. Espesor Total (T) para Áreas Críticas. Espesor 0,9T para Áreas No Críticas. Espesor 0,7T hacia los Bordes. Tomar como referencia figura 4.20 del Capitulo 4 del Libro. CURVAS DE DISEÑO. Las curvas de diseño requieren del valor del CBR de la subrasante, peso bruto del avión de diseño y número anuales de salidas. Las curvas indicadas abajo proporcionan el espesor total del pavimento requerido y el espesor de concreto asfáltico en áreas crítica y no críticas. La siguiente tabla proporciona el espesor mínimo de material de base para diversos materiales y cargas de diseño:

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Para salidas anuales equivalentes superiores a 25.000 el espesor total del pavimento debe ser incrementado de acuerdo con la siguiente tabla:

Igualmente el espesor del concreto asfáltico debe ser incrementado en 1 pulg. BASE Y SUBBASE ESTABILIZADA Bases y subbases estabilizadas son necesarias para aviones de diseño con peso bruto para salidas iguales o mayores 100.000 lb. Estos materiales estabilizados pueden ser sustituidos por materiales granulares aplicando los siguientes factores de equivalencia: A veces es ventajoso sustituir materiales de más alta calidad para bases y subbases que los utilizados comúnmente por FAA para base y subbase. Los beneficios estructurales de utilizar un material de más calidad son expresados en la forma de los factores de equivalencia. Los factores de equivalencia indican los espesores de sustitución aplicables para varias capas de más alta calidad. Materiales de base y subbase estabilizadas son diseñados de esta

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manera. Tenga en cuenta que la sustitución de materiales de menor calidad por uno de calidad más alta, independientemente del espesor, no está permitida. El espesor total calculado del pavimento después que todas las sustituciones y equivalencias hayan sido hechas, no debe ser menor que el espesor total requerido para una Subrasante con un CBR de 20%, entrando en la apropiada curva de diseño. 1.- SUBBASE GRANULAR El material estándar utilizado por la FAA como subbase granular es el ítem P-154. Algunas veces resulta ventajoso utilizar Subbase granular no estabilizada de un material de más alta calidad que la P-154. En el desarrollo de los factores de equivalencia el material P-154 fue utilizado como el material base. Si se sustituye un material de más alta calidad por el P-154, el espesor de la capa del material de más calidad debe ser menor que la capa del P-154.

2.- SUBBASE ESTABILIZADA

3.- BASE GRANULAR El material estándar utilizado por la FAA como base granular es el ítem P-209, (base granular de agregado triturado). Algunas veces resulta ventajoso utilizar bases granulares de otros materiales, tales como los que se presentan en la siguiente tabla.

4.- BASE ESTABILIZADA Las bases granulares estabilizadas ofrecen beneficios estructurales a los pavimentos flexibles mucho más que las subbases estabilizadas. En el

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desarrollo de los factores de equivalencia el material P-209 fue utilizado como material base con un CBR asumido de 80%. El espesor de la base estabilizada será calculado dividiendo el espesor de la base sin estabilizar requerido entre el factor de equivalencia apropiado.

MATERIALES UTILIZADOS POR LA FAA MATERIAL DE BASE

SUBBASE

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EJEMPLO DE DISEÑO Un pavimento flexible será diseñado para un avión que tiene un peso de 75.000 lb y un mecanismo de ruedas dobles. Se preveen 6.000 salidas anuales equivalentes del avión de diseño. Los valores de CBR de la Subbase y la Subrasante son 20 y 6% respectivamente.

a) Espesor Total del Pavimento. El espesor total se determina en la figura correspondiente entrando con el CBR 6% de la subrasante, para un peso de 75.000 lb y salidas anuales de 6.000. En este ejemplo el espesor corresponde a 23 pulgadas.

b) Espesor del Material de Subbase. El espesor de la subbase es determinado de manera similar al espesor total del pavimento, solo que en este caso se entra en la grafica con el CBR de la subbase. Para este caso se obtiene un espesor de 9,5 pulgadas. Esto significa que el espesor combinado del concreto asfáltico más el material de base necesario sobre una subbase de CBR 20% es igual a 9,5 pulgadas, por lo que el espesor de la subbase será 23-9,5= 13,5 pulgadas.

c) Espesor del Concreto Asfáltico. El espesor es dado por el mismo gráfico de diseño, el cual es de 4 pulg para áreas críticas y 3 pulg para áreas no críticas.

d) Espesor de la Base. El espesor del material de base será la resta entre el espesor calculado en b) menos el espesor del concreto asfáltico, en este caso, 9,5-4,0 pulg= 4,5 pulg. El espesor de la base calculado será comparado con la tabla recomendada para espesores mínimos de material de base requerido. Note que el espesor mínimo de la base requerido es de 6 pulg, por lo que este controla el diseño. Si el espesor calculado es mayor que el mínimo, este se toma en el diseño.

e) Espesores de áreas no críticas. El espesor total del pavimento en las áreas no críticas es obtenido tomando el 90% del espesor de la base y subbase en las áreas críticas más el espesor del concreto asfáltico dados en las cartas de diseño.

f) Resumen. El espesor calculado en los párrafos anteriores debe ser redondeado a incrementos incluso, en el caso de salidas equivalentes anuales mayores a 25.000, tal como se describió anteriormente. Si las condiciones para la acción perjudicial de las heladas existen, se requiere otro análisis. El diseño final de espesores para este ejemplo sería la siguiente:

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DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS CARACTERIZACIÓN DE LA SUBRASANTE. La resistencia de la subrasante debe determinarse a través del módulo de reacción (k) el cual se halla mediante pruebas de placa directa, generalmente de 30 pulg de diámetro para una presión de 0,70 kg/cm2. CARACTERISTICAS DE LA SUBBASE. Se acostumbra construir una capa de subbase con el fin de proveer apoyo uniforme y permanente a las losas de concreto. La FAA recomienda construir dicha capa en todos los casos, salvo los indicados en la siguiente tabla:

Se requiere un espesor mínimo de 4 pulg (100mm) principalmente por efectos constructivos. MATERIALES EMPLEADOS POR FAA PARA SUBBASES. El material patrón para subbases que emplea la FAA es el item P-154. Algunas veces es deseable colocar materiales de más alta calidad o espesores mayores a 4 pulg. Los siguientes materiales se aceptan para usar bajo los pavimentos rígidos:

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SUBBASES ESTABILIZADAS Se requiere subbase estabilizada para todos los nuevos pavimentos rígidos que vayan a soportar pesos de aviones superiores a 100.000 lb. Las subabses estabilizadas so las siguientes:

DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE (K) El módulo de reacción debe ser asignado al material colocado directamente debajo de la losa del pavimento, sin embargo, se recomienda que el valor de k sea establecido para la subrasante y luego corregido por los efectos de la subbase.

a) Determinación del valor de k para subbase granular. El probable incremento en el valor de k asociado con los espesores para diferentes materiales de subbase se muestran en las gráficas mostradas debajo, las cuales aplican para agregados triturados bien gradados tal como el item P-209 y para mezclas de arenas y gravas como el item P-154.

b) Determinación del valor de k para subbase estabilizada. Igualmente se muestra el probable incremento del valor de k con varios espesores. Aplica para estabilizada con cemento (P-304), econocreto (P-306) y estabilizada con asfalto (P-401).

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DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DE LA LOSA DE CONCRETO. Curvas de diseño han sido preparadas para diversos tipos de mecanismos y aviones. Para el uso de la curvas de diseño los datos de entrada son cuatro: Módulo de Ruptura del concreto, módulo de reacción de la subrasante, peso bruto de salida del avión de diseño y promedio de salidas anuales. Las curvas de diseño indican solo el espesor de la losa de concreto, espesores de otros componentes de la estructura del pavimento rígido deben ser determinados separadamente. Se muestran las gráficas de diseño:

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EJEMPLO DE DISEÑO. Asuma que un pavimento rígido debe ser diseñado para un avión de diseño que tiene un peso bruto de 350.000 lb, mecanismo dual tandem y un número de salidas equivalentes anuales de 6.000. Las salidas anuales equivalentes incluyen 1.200 salidas del Boeing 747 con peso bruto de 780.000 lb. El módulo de reacción de la subrasante es de 100 pci con pobre drenaje. La subrasante clasifica como CL. La mezcla de diseño del concreto indica que un módulo de ruptura de de 650 psi puede ser producido con los agregados disponibles de la zona. SOLUCIÓN. El peso bruto del avión de diseño indica que se debe estabilizar la subbase, se asume una subbase estabilizada del ítem P-304. Se debe tantear varios espesores de la subbase para determinar la sección más económica. Se empieza con un espesor de subbase de 6 pulg, usando la figura que considera el efecto de la subbase para incrementar el módulo de reacción k (se entra en la que corresponde a subbase estabilizada), se obtiene que el incremento en el módulo de la fundación es de 210 pci. Usando el gráfico de diseño para un mecanismo dual tandem, con los datos de entrada, se obtiene un espesor de la losa de concreto de 16,6 pulg. Este espesor debe ser redondeado a 17 pulg y el espesor combinado de pavimento de concreto más subbase estabilizada es de 23 pulg. A pesar de que el avión de cuerpo ancho no controla el cálculo del espesor de la losa, los mismos deben ser considerados en los requisitos de las juntas y en el diseño de las estructuras de drenaje. Otros espesores de subbase se deben tantear para determinar la sección más económica. JUNTAS EN LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO. Variaciones en la temperatura y contenido de humedad pueden causar cambios de volumen y efectos de alabeo e las losas, lo cual resulta en esfuerzos de importancia. Para reducir estos efectos no deseados y minimizar el agrietamiento, es necesario dividir el pavimento en una serie de losas de dimensiones predeterminadas por medio de juntas. Estas losas debe ser lo más cerca posible cuadradas, cuando no se utiliza refuerzo. Las juntas son: de expansión, contracción y construcción.

a) Juntas de expansión: La función de una junta de expansión es la de aislar las intersecciones del pavimento y aislar las estructuras del pavimento. Hay dos tipos de juntas de expansión, las cuales se muestran en las figuras de abajo.

b) Juntas de Contracción: Son necesarias para proveer control del agrietamiento cuando el pavimento se contrae debido a la disminución del contenido de humedad o diferenciales de temperatura.

c) Juntas de construcción: se utilizan cuando se vacían dos losas a diferentes tiempos como en el caso del final del día cuando terminan los vaciados, o entre vaciados de canales.

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ESPACIAMIENTO DE JUNTAS.

a) Sin Subbase estabilizada. Una Regla general de espaciamiento de juntas dada por la PCA es aplicable para pavimentos rígidos sin subbase estabilizada “Como regla general el espaciamiento de juntas (en pies) no debe exceder dos veces el espesor de la losa (en pulgadas)”. La siguiente figura muestra el espaciamiento recomendado sin subabse estabilizada.

b) Con subbase estabilizada. Los pavimentos rígidos soportados por una subbase estabilizada están sujetos a esfuerzos de alabeo más elevados que los de una fundación sin estabilizar. Cuando se utiliza un subbase estabilizada un procedimiento diferente se usa para determinar el espaciamiento de juntas, el cual es función del radio de rigidez relativa (l). El espaciamiento de la junta debe ser seleccionado tal que “la relación entre el espaciamiento de junta y el radio de rigidez relativa esté entre 4 y 6”.

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