Patente de innovación tecnológica para pistas de aeropuerto que resiste la carga repetitiva y la solicitación ambiental con plazo de diseño mayor a 30 años.

1. INNOVACIÓN TECNOLÓGICA (I+D+i)
PAVIMENTO CONTINUO HORMIGÓN
PISTA DE AEROPUERTO
JOSÉ PABLO FERNÁNDEZ VALDIVIESO
INGENIERO CIVIL ESTRUCTURAL P.U.C
ENERO 2022

2. 2
El pavimento (pista despegue, carreteo y plataforma) es el 80% de la inversión del Aeropuerto.
PAVIMENTO CONTINUO DE HORMIGÓN Y ALCANCE

3. ANÁLISIS E INGENIERÍA ESTRUCTURAL
HORMIGÓN CONTINUO
1- Resiste la carga repetitiva y la solicitación ambiental con plazo de diseño mayor a 30 años.
2- Restringido al efecto de retracción y contracción por su continuidad.
3- Pista de espesor 32 cm para avión de 348,4 ton, requiere 52,7 kg/m2 o 164,7 kg/m3 de acero.
4- Ciclo de tensión-deformación elástica sin deterioro en estructura pavimento-suelo.
5- El control de la fisura asegura su duración.
6- Fisura admisible 0,2 mm según ACI 224R-01 en Tabla 4.1, pag.19
MODELO DE ANÁLISIS
1- Mecanicista por tensión-deformación elástica y control de fisura.
2- Ecuación de Westergaard se ajusta con MEF para ruedas (12) de avión de diseño B777-200 LR.
3- Ecuaciones analíticas para estructura pavimento-suelo (carga y efecto ambiental) se resuelven por iteración.
El esfuerzo y la deformación dependen de la fisura del pavimento.
3

4. 11
 H30, espesor 32 cm, Carga B777-200 LR (348,4 ton - Taxi Weight), Rueda 26,65 ton (153,3 t/m2)
 Distancia ejes B-C = D-E = 1,40 m
 Distancia ejes 2-3 = 3-4 = 1,46 m
 Distancia ejes C-D = 9,57 m
MODELO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL MEF

5. 12
 Deformación máxima: 1,3 mm, incluye peso pavimento
 Coeficiente de reacción en subrasante (CBR 6%): 4,3 kg/cm3
 Coeficiente de reacción en emplantillado (9 cm): 8,9 kg/cm3
 Presión de contacto en subrasante: 4,3 kg/cm3 * 0,13 cm = 0,6 kg/cm2
DEFORMACIÓN

6. 13
 Presión máxima de contacto en emplantillado 11,2 t/m2 y en subrasante 5,5 t/m2
 Presión en rueda 153,3 t/m2, disminuye a 5,5 t/m2 (4%) en subrasante.
PRESIÓN DE CONTACTO

7. 14
 Flexión Transversal = -1,7 tm/m (-10 kg/cm2), tracción superior 34% de tracción inferior.
5,0 tm/m (29 kg/cm2)
 La flexión transversal es mayor a la flexión longitudinal en 28% (5,0/3,9)
FLEXIÓN TRANSVERSAL

8. 8
 Flexión Longitudinal = -1,6 tm/m (-9 kg/cm2), tracción superior 39% de tracción inferior.
3,9 tm/m (23 kg/cm2)
 Vías con ciclos alternados de tracción-compresión.
FLEXIÓN LONGITUDINAL

9. 9
 La armadura reduce el espesor de la losa sin armar de 44 a 32 cm (27%)

10. Asfalto - B777 de 310 ton - Subrasante CBR 3%
Ref. Interaction Between Wheels and Wheel Groups of New Large Aircraft
Leigh J. Wardle y Garry Wickham – 1999
10
Método Espesor (m)
APSDS 3 2,0
LEDFAA 1.2 2,1
ICAO - ACN 1,9
APSDS Airport Pavement Structural Design System
LEDFAA Layered Elastic Design, Federal Aviation Administration
ICAO International Civil Aviation Organization
ACN Aircraft Classification System

11. RESUMEN DE ESPECIFICACIONES Y RESULTADOS
(incluye flexo-tracción por retracción y contracción)
1- Carga de diseño: Boeing 777-200 LR de 348,4 ton (768.000 lb, Taxi Weight).
2- Carga de rueda: 2 trenes (91,8%) de 6 ruedas de 26,65 ton (58.752 lb) con presión de 15,3 kg/cm2 (1,5 MPa o 218 psi)
y radio de área de contacto 23,5 cm.
3- Presión de contacto: 1,4 kg/cm2 en emplantillado de 9 cm; 0,7 kg/cm2 en subrasante saturada 100% a densidad natural
con CBR diseño 6%
4- Deformación vertical: 1,6 mm
5- Ancho fisura: 0,2 mm
6- Espesor de pavimento H30 y emplantillado H5 para carga de diseño, subrasante saturada 100% a densidad natural con
CBR diseño ≥ 2%:
Pavimento (cm) Emplantillado (cm) CBR (%)
32 26 2
32 15 3
32 12 4
32 10 5
32 9 6
32 8 7
32 7 8
32 6 10
32 5 ≥ 13
11

12. 12
7- Acero armaduras: A630-420H, mallas pre-armadas, 52,7 kg/m2, incluye empalmes.
8- Armadura, cuantía/dirección:
Malla Superior (mm) Malla Inferior (mm) Cuantía (%)
Ø 12 a 100*100 (17,8 kg/m2) Ø 16 a 100*100 (31,6 kg/m2) 0,98
Empalme alternado 6,7% (0,4/6 m)
9- Costo pavimento H30 de 32 cm con emplantillado H5 de 9 cm y subrasante CBR 6%:
Prep. Subras. Emplantillado Pavimento Acero Total
- 2 UF/m3 3 UF/m3 0,03 UF/kg
UF/m2 UF/m2 UF/m2 UF/m2 UF/m2
Materiales 0,02 0,18 0,96 1,58 2,74
Mano de Obra 0,01 0,06 0,32 0,53 0,92
Costo Directo 0,03 0,24 1,28 2,11 3,66

13. 13
BASES DE DISEÑO
PAVIMENTO CONTINUO HORMIGÓN RESTRINGIDO A RETRACCIÓN Y CONTRACCIÓN
1- Esfuerzo axial, según ACI Estructural Journal, by R. Ian Gilbert, Title n° 89-S15 "Shrinkage Cracking in Fully Restrained
Concrete Members". Se agrega por autor, variación de temperatura-humedad y fraguado.
2- Solicitación axial y flexión por fluencia-retracción, según ACI 209R-08 "Prediction of Creep, Shrinkage and
Temperature Effect in Concrete Structures”:
2.1- Humedad ambiental (w): Invierno (w) 80%; Verano (w) 60%; Media (w) 70%.
3- Solicitación por variación de temperatura-humedad:
3.1- Axial estacional (Parte 2, pp.196: 50 °F) y axial diaria (Parte 4, pp.187: verano 13 °F; invierno 5 °F) en "The
Estructural Design of Concrete Pavements by the Division of Tests, Bureau of Public Roads" reported by L. W. Teller
and Earl C. Sutherland, 1935.
3.2- Flexión diaria por temperatura, según ACI 360 R-09 "Design of Slab on Ground" pp.55: verano +3 ºF/i y -1 °F/i;
invierno (indicado por autor) +1,5 ºF/i y -1 °F/i.
3.3- Flexión diaria por humedad, según Enviromental Influences on Warping and Curling of PCC Pavement by Yingwu
Fang, Ph.D., P.E, 2001: verano -1,5 ºF/i y +1 °F/i; invierno (indicado por autor) -1,5 ºF/i y +1 °F/i.
4- Solicitación por variación de temperatura en fraguado:
4.1- Flexión, según "Temperature and Curling Measurements on Concrete Pavements" by Z. Siddique, M. Hossain, D.
Meggers, 2005, pp.3: verano -1 °F/i , invierno -0,5 °F/i. Axial (indicado por autor) verano -0,5 °F/i, invierno -0,25 °F/i.
5- Diseño estructural, según ACI 318-14 "Building Code Requirements for Structural Concrete“.
6- Control de fisura, según ACI 224R-08 "Control of Cracking in Concrete Structures" Tabla 4.1: 0,2 mm.

14. 14
7- El esfuerzo-deformación por carga y efecto ambiental depende de la fisura del pavimento, la solución es iterativa.
8- Se verifica la tensión-deformación elástica en suelo, hormigón y acero, para los estados de carga que controlan el diseño.
La tracción axial es máxima al construirse en verano y verificarse en invierno (descenso estacional de temperatura-humedad).
9- Estados de Carga:
9.1- Normal: Retracción + Contracción.
9.2- Normal: Retracción + Contracción + Sobrecarga.
9.3- Eventual: Retracción + Contracción + Sismo.
10- Materiales:
10.1- Pavimento, hormigón H30(90)10-9 + 0,5% plastificante
10.2- Emplantillado, hormigón H5(90)10-9 + 0,5% plastificante
10.3- Acero armaduras A630-420H
11- Recubrimiento libre armaduras: 4 cm
12- Deformación vertical admisible en subrasante saturada: 1,3 mm (0,05”)
13- Avión de Diseño:
13.1- Boeing 777-200 LR de 348,4 ton (768.000 lb, Taxi Weight).
13.2- Carga de rueda: 2 trenes (91,8%) de 6 ruedas de 26,65 ton (58.752 lb) con presión 15,3 kg/cm2 (1,5 MPa o 218 psi)
radio área de contacto 23,5 cm.