Cálculo del PCN técnico mediante el uso de FAARFIELD Ing. Pablo A. Álvarez Ruffa Ing. Alejandro Mariscal Ing. Fabián A. Schvartzer

Cálculo del PCN técnico mediante el uso de FAARFIELD OBJETIVO NOTIFICACIÓN DE RESISTENCIA EVOLUCIÓN DE LOS MÉTODOS DE CÁLCULO ANÁLISIS METODOLOGÍA ADOPTADA CASOS DE ESTUDIO CONCLUSIONES

objetivo

OBJETIVO Analizar el método ACN-PCN de la OACI Comprender el funcionamiento del COMFAA 3.0 (AC 150/5335-5C) Relacionarlo con los métodos cálculo actuales Comparar los resultados Determinar el PCN para evaluaciones y diseño de pavimentos mediante FAARFIELD

Notificación de resistencia de pavimentos aeroportuarios Concepto de notificación Método ACN-PCN Notificación de resistencia de pavimentos aeroportuarios

Concepto de notificación La autoridad aeronáutica debe notificar la resistencia de los pavimentos a los usuarios que utilizarán el área de movimiento En el mundo la OACI exige para los estados miembros, la aplicación del método ACN-PCN para aeropuertos internacionales En la actualidad conviven dos métodos de notificación: en algunos aeropuertos sigue empleándose el método AUW mientras en otros ya se reemplazó por el método ACN-PCN AUW PCN Fuente: ANAC MADHEL 2015

Método AUW El método AUW (Aircraft Up Weight) notificaba el peso bruto de la aeronave en función de la configuración del tren de aterrizaje. Los trenes se identificaban por la cantidad de ruedas por pata o a un lado del eje de la aeronave (excluido el tren de nariz): T1 – Tren de Rueda Simple (Single) – C 182 T2 – Tren doble o de Ruedas gemelas (Dual) – B737-A320 T4 – Bogie de 4 Ruedas o Gemelas en Tándem (Dual Tándem) – B767 T8 – Bogie doble de 4 ruedas (Doble Dual Tándem) – B747

Método ACN-PCN de la OACI Con la aparición de trenes más complejos y la variedad de métodos de notificación usados por los distintos países, la OACI decidió utilizar un número independiente de los distintos trenes de aterrizaje, que se relacionara con la DSWL (carga derivada por rueda simple aislada). h CBR or k-value h CBR or k-value Carga de rueda para la configuración del tren de la aeronave Derived Single Wheel Load DSWL a 1.25 MPa =

Método ACN-PCN de la OACI Determinación del ACN para 10.000 coberturas de la aeronave analizada. Se calcula la estructura necesaria y luego se determina la carga por rueda equivalente (DSWL). Pavimentos flexibles: espesores de carpeta y bases constantes, varia el espesor de subbase según sea necesario. Pavimentos rígidos: considera solo el espesor de losa de hormigón, el resto de las capas de apoyo son parte de la subrasante (subrasante compuesta) Fuente: OACI Doc 9157 Parte 3.

Método ACN-PCN de la OACI La evaluación de la capacidad portante según el método ACN-PCN, se debe realizar en función de la información mediante el método de evaluación tipo U (Aprovechamiento de la experiencia en la utilización de aeronaves) o tipo T (Evaluación técnica), notificando a la autoridad aeronáutica la siguiente información: Número de clasificación de pavimentos (PCN); Tipo de pavimento para determinar el valor ACN / PCN; Categoría de resistencia del terreno de fundación; Categoría o el valor de la presión máxima permisible de los neumáticos; y Método de evaluación Fuente: OACI Doc 9157 Parte 3.

Método ACN-PCN de la OACI Fuente: OACI Doc 9157 Parte 3. ¿REALMENTE ASEGURA PASADAS ILIMITADAS PARA ACN<PCN? El ACN de las aeronaves se calcula para 10.000 coberturas. El PCN de los pavimentos se determina para el tráfico de diseño.

Método ACN-PCN de la OACI Fuente: OACI Doc 9157 Parte 3. EL MÉTODO ACN-PCN NO ES UN MÉTODO DE CÁLCULO, DISEÑO O EVALUACIÓN, SINO DE NOTIFICACIÓN BAJO CONDICIONES NORMALIZADAS.

Evolución de los métodos de cálculo Evolución de los métodos de diseño Evolución del COMFAA Evolución de los métodos de cálculo

Evolución de los métodos de diseño 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

Evolución de los métodos de diseño Diseño mediante flota usuaria: LEDFAA 1.2 LEDFAA 1.3: incorporación eje tridem-dual B777 (2003) 2007: 150/5320-6E FAARFIELD 1.2 FAARFIELD 1.3 (2011) 2016: 150/5320-6F FAARFIELD 1.4

Evolución de los métodos de notificación 1983: 150/5335-5 Método PCN con ábacos por tipo de eje 2006: 150/5335-5A COMFAA 2.0 (factores de equivalencia por eje) 2011: 150/5335-5B COMFAA 3.0 (cálculo automático de PCN) 2014: 150/5335-5C

Evolución del COMFAA 2006: 150/5335-5A Conversión de ejes mediante factores de equivalencia Métodos de cálculo de CBR y Westergaard COMFAA 2.0

Evolución del COMFAA 2011: 150/5335-5B Cálculo de cantidad de ejes equivalentes mediante CDF Métodos de cálculo de CBR y Westergaard COMFAA 3.0

Evolución del COMFAA El método de cálculo de PCN en COMFAA sigue siendo mediante aeronave crítica y Boussinesq o Westergaard (CBR/k) sin utilizar el concepto de geometría de tren de aterrizaje y CDF del mix de tráfico

Comparación COMFAA vs FAARFIELD ANÁLISIS

Comparación COMFAA vs FAARFIELD Incidencia del tráfico Diferencias entre programas Comparación de resultados Conclusiones

¿Cuál es la incidencia real de un tipo de aeronave en los pavimentos? Peso de operación Tipo de tren de aterrizaje Cantidad y configuración de ruedas en el eje Presión de neumáticos Ubicación del eje en la aeronave Cantidad de operaciones

¿Cuál es la incidencia real de un tipo de aeronave en los pavimentos? Fuente: David Brill, ALACPA 2018

Diferencias entre programas COMFAA 3.0 Cálculo de cantidad de ejes equivalentes mediante CDF Métodos de cálculo de CBR y Westergaard FAARFIELD 1.4 Diseño mediante flota usuaria Métodos de capas elásticas

Aplicación de la AC 150/5335-5C con FAARFIELD

Aplicación de la AC 150/5335-5C con FAARFIELD PCN < ACN

Aplicación de la AC 150/5335-5C con FAARFIELD FAA AC 150/5335-5B (2011) FAA AC 150/5335-5C (2014)

Aplicación de la AC 150/5335-5C con FAARFIELD Para un diseño nuevo usando FAARFIELD en el cual el espesor de diseño se determina basado en un CDF = 1,0 para la mezcla de tráfico, el PCN determinado con COMFAA no reflejará la verdadera vida de diseño del pavimento. En este caso, considerar adoptar el PCN=ACN mayor de las aeronaves usuarias. Fuente: FAA AC 150/5335-5C

Análisis de los resultados La evaluación en COMFAA de estructuras diseñadas o verificadas en FAARFIELD no resulta en valores de PCN acordes al ACN de las aeronaves del mix de tráfico. Las diferencias se deben fundamentalmente a la utilización de distintos métodos de cálculo para la evaluación de las cargas de tráfico aplicadas en las estructuras.

Metodología Propuesta Evaluación de pavimentos Cálculo vida útil Determinación PCN Metodología Propuesta

Metodología propuesta para determinación del PCN Técnico Tráfico Determinación del tráfico esperado en el período de análisis Estructura Inspección visual Ensayos destructivos Ensayos no destructivos (FWD y retrocálculo modular) Vida útil Cálculo de vida útil y determinación de pesos admisibles con FAARFIELD PCN Cálculo del ACN para las aeronaves del tráfico previsto y verificado (manuales o COMFAA) Determinación del PCN

Determinación de vida útil Calcular la vida útil con FAARFIELD (nuevos métodos de cálculo matemático y modelos de falla) A partir de los resultados de los estudios estructurales y de tráfico se cargan los valores obtenidos en el software y se verifica estructuralmente el pavimento para el tráfico de diseño previsto.

Determinación de vida útil

Determinación del ACN del tráfico Para cada aeronave del tráfico se determina el ACN considerando el peso máximo de operación previsto en el diseño o evaluación estructural. Los valores de ACN de las distintas aeronaves se pueden obtener de los respectivos manuales provistos por los fabricantes o utilizar métodos de cálculo como el COMFAA (en modo ACN). Se obtiene una tabla de valores de ACN para las aeronaves del tráfico.

Determinación del ACN del tráfico Fuente: ACAP Boeing 777-200LR/-300ER/-Freighter, Chapter 7, May 2011

Determinación del ACN del tráfico

Determinación del PCN del pavimento Considerando los resultados de vida útil evaluada mediante FAARFIELD y los valores de ACN de las aeronaves previstas, se puede seleccionar un valor para aplicar a la estructura como máximo ACN de las aeronaves que pueden operar. Dicho valor de PCN será el máximo admisible para el período de análisis, considerando el tráfico y cargas previstas. Una variación importante en el tráfico provocará que el cálculo de PCN deje de tener validez (como sucede con los métodos de cálculo convencionales de ACN-PCN).

Determinación del PCN del pavimento Tipo de pavimento: F (flexible) Categoría de subrasante: C (CBR 8) Número de PCN: 89 (B777 con MTOW) Presión: W (ilimitada) Análisis: T (técnico) PCN: 89/F/C/W/T

Aplicación nuevos pavimentos y pavimentos existentes Casos de estudio

Nuevo Aeropuerto de Chinchero-Cusco Proyecto ejecutivo (2014) Pavimento flexible para construcción de pista

Nuevo Aeropuerto de Chinchero-Cusco Cálculo de PCN con COMFAA 3.0 PCN < ACN

Nuevo Aeropuerto de Chinchero-Cusco Cálculo de ACN del tráfico con COMFAA 3.0 PCN = ACN

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES La utilización del COMFAA para el cálculo de PCN es incompatible con la utilización del FAARFIELD para diseño o evaluación de pavimentos. La normativa AC 150/5335-5C lo reconoce y permite utilizar métodos alternativos al COMFAA para estructuras diseñadas con FAARFIELD. ¿Diseñar una estructura nueva o verificar una estructura existente no es equivalente?

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

Fuentes OACI Doc 9157 Manual de Diseño - Parte 3: Pavimentos FAA AC 150/5335-5A - Standardized Method of Reporting Airport Pavement Strength - PCN FAA AC 150/5335-5B - Standardized Method of Reporting Airport Pavement Strength - PCN FAA AC 150/5335-5C - Standardized Method of Reporting Airport Pavement Strength - PCN LAR 154 – Diseño de Aeródromos