Demetrio Galíndez López Docente e investigador del Instituto Politécnico Nacional. ESIAUZ.
Para garantizar que el pavimento tendrá la resistencia necesaria para soportar la operación de las aeronaves y los efectos de las condiciones climáticas, la Organización de Aviación Civil Internacional establece un método que consiste en clasificar las aeronaves y el pavimento.
La finalidad de un aeropuerto es transportar pasajeros y carga a través de operaciones aeronáuticas respetando el marco normativo que establece la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) en nuestro país y las recomendaciones de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI).
Las operaciones comprenden llegadas y salidas de aeronaves; luego del aterrizaje, la aeronave se desplaza por las calles de rodaje para ir a las plataformas, y viceversa: de éstas, circulan a la cabecera de la pista para realizar el despegue. Para esto se requiere que las pistas, las calles de rodaje y las plataformas estén pavimentadas.
El pavimento es una estructura conformada por una mezcla de materiales pétreos y cementantes que proporciona una superficie de rodamiento resistente, estable, permanente, tersa y durable, que soporta y distribuye el peso total del avión, así como soporta el volumen del tráfico, su concentración en ciertas zonas y los efectos nocivos de las condiciones climáticas.
Estructuralmente, el pavimento está constituido por dos grandes capas: la subestructura, que se sustenta en el terreno natural, formada por el cuerpo del terraplén y la subrasante, y la superestructura o pavimento, compuesta por diversas capas que, según su tipo, hacen un pavimento rígido o flexible que se soporta en la capa subrasante.
El diseño o cálculo estructural consiste en determinar el espesor total del pavimento y el espesor de las capas que lo componen, con base en la resistencia de la subrasante, para un determinado número de años.
El Anexo 14 y el Manual de Diseño de Aeródromos, parte 3, pavimentos, de la OACI, establecen las siguientes definiciones:
“Pavimento. Estructura formada por la combinación de cimiento, firme y revestimiento, colocado sobre un terreno de fundación para soportar las cargas del tránsito y distribuirlas al terreno.
”Pavimento flexible. Estructura de pavimento que mantiene un íntimo contacto con el terreno de fundación y reparte las cargas sobre el mismo y, por lo que a estabilidad se refiere, depende de la trabazón o entrelazamiento de los áridos, rozamiento y cohesión de las partículas.”
En México, el terreno de fundación es la subrasante, el cimiento es la sub-base, el firme es la base, y el revestimiento es la carpeta asfáltica, a la que nombran “hormigón bituminoso” (véase figura 1).
Resistencia del pavimento
Para garantizar que el pavimento tendrá la resistencia necesaria para soportar la operación de las aeronaves y los efectos de las condiciones climáticas, la OACI establece el método ACN/PCN, que consiste en clasificar las aeronaves y el pavimento. El ACN (airplane classification number o número de clasificación de aeronave) indica el efecto relativo de una aeronave sobre un pavimento para determinada resistencia normalizada del terreno de fundación; el PCN (pavement classification number) es el número de clasificación de pavimento; indica la resistencia de un pavimento para utilizarlo sin restricciones.
Se debe considerar el ACN de la aeronave más crítica y convertirlo en un PCN equivalente, para notificarlo como la clasificación por carga de su pavimento en una escala continua que comienza con cero en el extremo inferior, sin límite superior.
El PCN notificado indicará que una aeronave ACN igual o inferior al PCN notificado puede operar sobre ese pavimento. Se notificará además la categoría o el valor de la presión máxima permisible de los neumáticos y el método de evaluación. Pueden notificarse diferentes PCN si la resistencia de un pavimento está sujeta a variaciones estacionales de importancia.
El sistema ACN/PCN proporciona un sistema internacional de clasificación de aeroplanos/pavimentos normalizado que reemplaza los diversos sistemas de clasificación de pavimento utilizados, como ESWL (equivalent single wheel load o carga de rueda única equivalente), LCN (load classification number o número de clasificación de carga), AUW (all up weight o todo el peso) y el de la Federal Aviation Administration de Estados Unidos, all up weight by gear type (todo el peso por tipo de engranaje), entre otros.
Para determinar el ACN de un pavimento flexible código F, se considera la resistencia de la subrasante, la categoría de presión máxima permisible de los neumáticos y el método de evaluación.
Variables que influyen en la determinación del ACN/PCN
A continuación se detallan las variables que se utilizan en la determinación del ACN y el espesor del pavimento.
Tipo de tren de aterrizaje
Determina cómo se distribuye el peso de la aeronave en el pavimento, que define la reacción de éste. Se tienen los siguientes:
Aeronaves de tren simple. No requieren ninguna hipótesis especial
Aeronaves de ruedas gemelas. Se consideran 0.51 m de separación entre centros del eje de los neumáticos (S) para aeronaves ligeras y 0.86 m de separación entre el eje de los neumáticos para aeronaves pesadas.
Aeronaves con bogie de cuatro ruedas. Se consideran 0.51 m de separación entre centros del eje de los neumáticos y un espaciado entre ejes bogie de 1.14 m para aeronaves ligeras, y 0.76 m de separación entre el eje de los neumáticos y un espaciado entre bogies de 1.40 m para aeronaves pesadas.
Peso que transmite la aeronave al pavimento
Las cargas estáticas de los aviones se transmiten al pavimento a través del tren de aterrizaje, que consta de dos patas principales y una auxiliar cercana a la proa. La carga transmitida por cada pata depende de la posición del centro de gravedad respecto a los tres puntos de apoyo.
Se considera que la concentración de carga en la rueda de nariz varía de 5 a 10%, y en ambas patas del tren principal, entre 90 y 95%, por lo que a cada pata corresponde entre 45 y 47.5%, que se distribuye entre su número de ruedas.
Volumen de tráfico
Con objeto de determinar el tráfico equivalente, se recurre al pronóstico de las operaciones anuales. Para el diseño del pavimento se utiliza el número de operaciones a plena carga o número de pasadas a plena carga, que corresponde al número de despegues o salidas expresado como coberturas, debido a que el peso del aterrizaje es bastante menor que el peso de despegue.
Con las variables descritas y con el uso de gráficas para cada tipo de aeronave, se determina el espesor del pavimento y el valor del ACN de la aeronave de diseño, y con ello, el valor PCN del pavimento que soportará el peso transmitido por dicha aeronave. En la figura 1 se muestran los espesores de la sección transversal y la planta, que resultan del diseño de un pavimento flexible con una subrasante de resistencia baja CBR 6 para un avión de 58,332 kg de masa total, con tren de aterrizaje de ruedas gemelas o dobles.
Ponderación de las cargas transmitidas y fatiga del pavimento
La resistencia del pavimento se ve afectada por las condiciones en que los aviones transmiten la carga en las diferentes zonas del aeropuerto. En el despegue, la zona sujeta a mayor fatiga es la parte central de la pista; conforme se incrementa la velocidad de la aeronave, la carga transmitida es menor. En el aterrizaje, más allá de los 1,000 metros del umbral de la pista, la carga transmitida es menos marcada, debido a que se reduce por la sustentación de las alas; lo mismo en las calles de salida rápida, pues por la velocidad a la que sale la aeronave de la pista se tiene menor concentración de carga en comparación con las demás calles de rodaje, donde la aeronave circula a menor velocidad y la carga se concentra más, sobre todo en la plataforma, como se muestra en la figura 1.
Se requiere además, para obtener el PCN del pavimento, que los materiales que constituyen su estructura –suelos, arena, graba, asfalto y mezcla asfáltica– cumplan
las especificaciones de diseño y construcción internacionales de la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials, ASTM) y las nacionales de la SCT, mediante las especificaciones establecidas en las normas N-CMT, N-CTR-CAR, N-CSV-CAR y N-LEG, y los manuales M-CAL y M-MMP, con sus números correspondientes.
Comentario final
Los fabricantes de aviones publican por cada aeronave un manual de operación que contiene un capítulo correspondiente a los pavimentos; se establece que está elaborado con base en lo estipulado por la OACI en los documentos relacionados con los pavimentos.
Esta es una versión resumida del artículo original, el cual incluye secciones sobre la determinación del número de clasificación de aeronaves, el método de evaluación y consideraciones técnicas para el diseño del pavimento flexible. Si desea obtener la versión completa, solicítela a construcción@heliosmx.org
