Análisis Comparativo en el Cálculo de Pavimentos aplicando las AC 150/5320-6E y 150/5320-6F Ing. Pablo A. Álvarez Ruffa Ing. Fabián A. Schvartzer Ing. Alejandro Mariscal

Análisis Comparativo en el Cálculo de Pavimentos aplicando las AC 150/5320-6E y 150/5320-6F OBJETIVO INTRODUCCIÓN ADVISORY CIRCULAR 150/5320-6E Y 6F ANÁLISIS CASOS DE ESTUDIO CONCLUSIONES

objetivo

OBJETIVO Analizar la evolución de la normativa de diseño de pavimentos Cuantificar las variaciones en los resultados obtenidos con los diferentes programas

Evolución de los métodos de diseño Introducción

INTRODUCCIÓN 1967: 150/5320-6A 1978: 150/5320-6C Fuente: David Brill, 53º Congresso Brasileiro do Concreto 2011 1967: 150/5320-6A Cartas de Pickett y Ray Curvas de diseño para ejes simple, dual y tándem-dual 1978: 150/5320-6C Ábacos de diseño para aeronave crítica

INTRODUCCIÓN 1995: 150/5320-6D Diseño mediante flota usuaria: LEDFAA 1.2 2003: LEDFAA 1.3: incorporación eje tridem-dual B777

INTRODUCCIÓN 2007: 150/5320-6E 2011: 2016: 150/5320-6F FAARFIELD 1.2

Advisory Circular 150/5320-6E Y 6f Cambios entre AC 150/5320-6E y 6F Advisory Circular 150/5320-6E Y 6f

Cambios entre AC 150/5320-6E y 6F RELACIÓN CBR – k COMPACTACIÓN CAPAS GRANULARES COMPACTACIÓN DE SUBRASANTE FAARFIELD 1.3 vs 1.4 ESTRUCTURA DE MARGEN

Cambios entre AC 150/5320-6E y 6F Relación CBR-k en 6F Relación CBR-k en 6E

COMPACTACIÓN CAPAS GRANULARES Cambios entre AC 150/5320-6E y 6F COMPACTACIÓN CAPAS GRANULARES Fuente: Gregory D. Cline, P.E., 2017

Cambios entre AC 150/5320-6E y 6F Requisitos de margen en 6E Requisitos de margen en 6F Fuente: FAA AC 150/5320-6F. Pag 6-1 y 6-4 Fuente: FAA AC 150/5320-6E. Pag 89 y 90

Cambios entre AC 150/5320-6E y 6F FAARFIELD 1.305 vs 1.41 Pavimento Flexible Pavimento Rígido Fuente: David Brill, ALACPA 2018

Cambios entre AC 150/5320-6E y 6F FAARFIELD 1.305 vs 1.41 vs 1.42 Pavimento Rígido FAARFIELD 1.41: La tension de diseño es la mayor entre la tension interior y el 75% de la tension de borde (por transferencia de juntas). FAARFIELD 1.42: La tension de diseño es la mayor entre el 95% de la tension interior y el 75% de la tension de borde (por transferencia de juntas).

Comparación FAARFIELD 1.305 vs 1.42 ANÁLISIS

Comparación FAARFIELD 1.305 vs 1.42 Incidencia del tráfico Sensibilidad de la subrasante Conclusiones

Comparación FAARFIELD 1.305 vs 1.42 por tipo de aeronave Diseño de estructuras flexibles y rígidas para distintas aeronaves Estructura flexible: Carpeta asfáltica P401: 12,5 cm Base tratada con cemento P304: 15 cm Subbase granular P209: espesor diseñado Subrasante: CBR15, CBR 10, CBR6, CBR3 Tráfico: aeronaves individuales con MTOW y 1.000 partidas anuales Estructura rígida: Hormigón P501: espesor diseñado Subbase granular P209: 15 cm Tráfico: aeronaves individuales con MTOW y 1.500 partidas anuales

Comparación FAARFIELD 1.305 vs 1.42 Programación de archivos JOB Carga de la información Procesamiento en FAARFIELD 1.305 y 1.42 Lectura de resultados Comparación y análisis

Programación de archivos JOB Archivos JOB con estructura XML Programa en EXCEL/VBA Versiones para FAARFIELD 1.305 y 1.42 Carga de la información automática en FAARFIELD

Procesamiento en FAARFIELD 1.305 y 1.42 Ejecución en modo BATCH

Lectura de resultados Archivos JOB con estructura XML Programa en EXCEL/VBA Versiones para FAARFIELD 1.305 y 1.42 Lectura de resultados automática desde los archivos JOB R: pavimento rígido F: pavimento flexible C: capa cementada P304 G: capa granular P209 A/B/C/D: resistencia subrasante xxxx: Identificador de aeronave o tráfico

Espesor de subbase P209 en centímetros Comparación de resultados para pavimento flexible por tipo de subrasante Diseño de espesor de subbase de la estructura para 1.000 operaciones anuales de aeronaves individuales con MTOW. Carpeta asfáltica 12,5 cm, base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor variable. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Comparación de resultados para pavimento flexible por aeronave Espesor de subbase P209 en centímetros Comparación de resultados para pavimento flexible por aeronave Diseño de espesor de subbase de la estructura para 1.000 operaciones anuales de aeronaves individuales con MTOW. Carpeta asfáltica 12,5 cm, base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor variable. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Comparación de resultados para pavimento flexible por aeronave Espesor de subbase P209 en centímetros Comparación de resultados para pavimento flexible por aeronave Diseño de espesor de subbase de la estructura para 1.000 operaciones anuales de aeronaves individuales con MTOW. Carpeta asfáltica 12,5 cm, base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor variable. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Espesor de subbase P209 en centímetros Comparación de resultados para pavimento flexible para aeronaves Clave E Diseño de espesor de subbase de la estructura para 1.000 operaciones anuales de todas las aeronaves analizadas juntas con MTOW. Carpeta asfáltica 12,5 cm, base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor variable. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Comparación de resultados para pavimento rígido por tipo de subrasante Espesor de hormigón P501 en centímetros Comparación de resultados para pavimento rígido por tipo de subrasante Diseño de espesor de hormigón de la estructura para 1.500 operaciones anuales de aeronaves individuales con MTOW. Base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor 15 cm. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Comparación de resultados para pavimento rígido por aeronave Espesor de hormigón P501 en centímetros Comparación de resultados para pavimento rígido por aeronave Diseño de espesor de hormigón de la estructura para 1.500 operaciones anuales de aeronaves individuales con MTOW. Base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor 15 cm. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Comparación de resultados para pavimento rígido por aeronave Espesor de hormigón P501 en centímetros Comparación de resultados para pavimento rígido por aeronave Diseño de espesor de hormigón de la estructura para 1.500 operaciones anuales de aeronaves individuales con MTOW. Base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor 15 cm. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Comparación de resultados para pavimento rígido para aeronaves Clave E Espesor de hormigón P501 en centímetros Comparación de resultados para pavimento rígido para aeronaves Clave E Diseño de espesor de hormigón de la estructura para 1.500 operaciones anuales de todas las aeronaves analizadas juntas con MTOW. Base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor 15 cm. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

¿Cuál es la incidencia real de un tipo de aeronave en los pavimentos? Peso de operación Tipo de tren de aterrizaje Cantidad de operaciones

¿Cuál es la incidencia real de cada aeronave en los pavimentos? Pesos MTOW de las aeronaves analizadas

¿Cuál es la incidencia real de cada aeronave en los pavimentos? ACN de las aeronaves analizadas para pavimento rígido (para MTOW)

¿Cuál es la incidencia real de cada aeronave en los pavimentos? Cantidad de aeronaves en operación por tipo

Comparación de resultados para pavimento flexible con tráfico típico Espesor de subbase P209 en centímetros Comparación de resultados para pavimento flexible con tráfico típico Diseño de espesor de subbase de la estructura para un tráfico típico con MTOW. Carpeta asfáltica 12,5 cm, base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor variable. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Comparación de resultados para pavimento rígido con tráfico típico Espesor de hormigón P501 en centímetros Comparación de resultados para pavimento rígido con tráfico típico Diseño de espesor de hormigón de la estructura para un tráfico típico con MTOW. Base cementada P304 espesor 15 cm, subbase granular P209 espesor 15 cm. Subrasante: Tipo A CBR 15%, Tipo B CBR 10%, Tipo C CBR 6%, Tipo D CBR 3%.

Análisis de los resultados Pavimentos flexibles: los resultados obtenidos en FAARFIELD 1.4 son menores que en FAARFIELD 1.3 Pavimentos rígidos: los espesores de hormigón no presentan una tendencia clara Para algunas aeronaves se obtienen resultados menores mientras para otras los resultados son mayores. La mayor diferencia en más se observa para el Boeing 777. Lo anterior tiene un efecto significativo en las estructuras diseñadas resultando en espesores mayores con FAARFIELD 1.4 para pavimentos que tengan el B777 en la flota

Aplicación de la normativa 6F en proyectos en curso Casos de estudio

Aplicación de la normativa 6F en aeropuertos sin B777 o poca cantidad Aeropuerto de Jujuy Aeropuerto de Tucumán Ampliación de Plataforma y Calle de rodaje para aeronaves clave D Reconstrucción de pavimentos de hormigón: Pista Calles de rodaje Plataforma Prolongación de pista para aeronaves de carga

Aeropuerto de Jujuy Proyecto de ampliación de plataforma y calle de rodaje realizado en 2016, revisado en enero 2017 con la nueva normativa

FAARFIELD 1.305 FAARFIELD 1.42 Disminución del requerimiento de hormigón, o mayor capacidad estructural para recibir más operaciones. Cambio del sector de falla de la sección (antes aplicación de la carga del tráfico de clave C, después aplicación de la carga del tren central del MD11)

Aeropuerto de Tucumán Proyecto de reconstrucción y ampliación de pista, rodajes y plataforma: realizado en 2016, construido en 2017.

FAARFIELD 1.305 FAARFIELD 1.42 Mismo espesor pero aumenta la incidencia del Boeing 777 (prácticamente 100% del daño).

Aplicación de la normativa 6F en aeropuertos con gran cantidad de B777 Aeropuerto de Tucumán Aeropuerto de Ezeiza Ampliación de plataforma de carga Nueva calle de rodaje Ampliación de Plataforma para nueva terminal Reconstrucción de Cabecera de Pista 11-29

Aeropuerto de Tucumán Primera ampliación de plataforma proyectada en 2014 a 2016, construida en 2016, incompatible con la nueva normativa (nuevos diseños o nuevas ampliaciones requieren mayores espesores o estructuras).

FAARFIELD 1.305 FAARFIELD 1.42 Aumento del requerimiento de hormigón, o menor vida útil para el tráfico diseñado anteriormente. Aumenta la incidencia del Boeing 777.

Aeropuerto de Ezeiza Ampliación de plataforma comercial Reconstrucción de cabecera de pista Nueva calle de rodaje a cabecera

FAARFIELD 1.305 FAARFIELD 1.42 Mayor exigencia de relleno de suelo seleccionado bajo el paquete estructural. Aumenta la incidencia del Boeing 777 (prácticamente 100% del daño).

Incremento del costo del rodaje: 2.500.000 USD FAARFIELD 1.305 FAARFIELD 1.42 90.000 m3 más de relleno de suelo seleccionado Incremento del costo del rodaje: 2.500.000 USD (precios sin IVA)

Aeropuerto de Ezeiza Ampliación de plataforma comercial

FAARFIELD 1.305 FAARFIELD 1.42 Mayor exigencia de espesor de hormigón (de 45 cm a 48 cm). Aumenta la incidencia del Boeing 777 (prácticamente 100% del daño).

Incremento del costo aproximado: 550.000 USD FAARFIELD 1.305 FAARFIELD 1.42 600 m de calle de rodaje + 4 posiciones clave F + 3 posiciones clave E = 110.000 m2 1700 m3 más de hormigón Incremento del costo aproximado: 550.000 USD

Aplicación de la normativa 6F en márgenes pavimentados Aeropuerto de Tucumán Ampliación y repavimentación de márgenes: Pista Calles de rodaje Plataforma Márgenes pavimentados para prolongación de pista

Aeropuerto de Tucumán Diseño de márgenes pavimentados para aeronaves clave E Aeronave crítica Boeing 777.

Incremento total en todo el aeropuerto: 540.000 USD FAARFIELD 1.305 FAARFIELD 1.42 3.200 ton más de mezcla asfáltica 1.050 m3 menos de base granular Incremento del costo de margen pavimentado: 7,8 USD/m2 Incremento total en todo el aeropuerto: 540.000 USD (precios sin IVA)

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES La utilización de la nueva normativa 150/5320-6F arroja menores espesores estructurales requeridos para gran cantidad de casos. Para los pavimentos que son solicitados por aeronaves Boeing 777, las cuales hacen un efecto de daño superior al resto, FAARFIELD 1.4 devuelve resultados mayores a versiones anteriores. ¿los resultados anteriores estaban subdimensionados o los nuevos son más conservadores que antes? Las estructuras de margen presentan cada vez mayores exigencias de diseño, resultando en un aumento significativo de los costos de obra.

Muchas gracias por su atención Ing. Pablo A. Álvarez Ruffa (pabloar@peesa.com.ar) Ing. Fabián A. Schvartzer (fabians@peesa.com.ar) Ing. Alejandro Mariscal (alejandrom@peesa.com.ar)

Fuentes Boeing 737 Airplane Characteristics for Airport Planning - D6-58325-6 Airbus A320 Aircraft Characteristics Airport and Maintenance Planning - Rev: May 01/16 Airbus A330 Aircraft Characteristics Airport and Maintenance Planning - Rev: Jan 01/17 Airbus A340-500/-600 Aircraft Characteristics Airport and Maintenance Planning - Rev: Jan 01/17 Airbus A350 Aircraft Characteristics Airport and Maintenance Planning - Rev: Oct 01/17 Airbus A380 Aircraft Characteristics Airport and Maintenance Planning - Rev: Dec 01/16 Boeing 747-8 Airplane Characteristics for Airport Planning - D6-58326-3 - Rev: Dec 2012 Boeing 777-200LR/-300ER/-Freigther Airplane Characteristics for Airport Planning - D6-58329-2 FAA AC 150/5320-6E - Airport Pavement Design and Evaluation FAA AC 150/5320-6F - Airport Pavement Design and Evaluation Review of 10 Years of Concrete Airport Pavement Studies at the NAPTF, David R. Brill, P.E., Ph.D., 2011 FAA 40-Year Life Pavement Extension R&D, David R. Brill, P.E., Ph.D., 2014 Update: Pavement Related Advisory Circulars Changes in the Acs, Gregory D. Cline, P.E., 2017