Cálculo técnico de PCN mediante el uso de FAARFIELD

Cálculo del PCN técnico mediante el uso de FAARFIELD Autor: P.Álvarez Ruffa-A.Mariscal-F.Schvartzer
XV Seminario ALACPA de Pavimentos Aeroportuarios
XIII Taller Federal Aviation Administration
VIII Curso Rápido de Mantenimiento
de Pavimentos de Aeródromos
17 al 21 de junio 2019 – San José – Costa Rica
Cálculo del PCN técnico mediante el
uso de FAARFIELD
Ing. Pablo A. Álvarez Ruffa
Ing. Alejandro Mariscal
Ing. Fabián A. Schvartzer 1

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
2

OBJETIVO
3

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 4

NOTIFICACIÓN DE RESISTENCIA DE
PAVIMENTOS AEROPORTUARIOS
Concepto de notificación
Método ACN-PCN
5

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
PCN
AUW
Fuente: ANAC MADHEL 2015
6

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
7

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
8

• 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. 9

• 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:
1. Número de clasificación de pavimentos (PCN);
2. Tipo de pavimento para determinar el valor ACN / PCN;
3. Categoría de resistencia del terreno de fundación;
4. Categoría o el valor de la presión máxima permisible de los neumáticos; y
5. Método de evaluación
Fuente: OACI Doc 9157 Parte 3. 10

• El ACN de las aeronaves se calcula para 10.000 coberturas.
• El PCN de los pavimentos se determina para el tráfico de diseño.
¿REALMENTE ASEGURA PASADAS ILIMITADAS PARA ACN<PCN?
Fuente: OACI Doc 9157 Parte 3.
11

Fuente: OACI Doc 9157 Parte 3.
12
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
13

• 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
Fuente: David Brill, 53º Congresso Brasileiro do Concreto 2011
14

• 1995: 150/5320-6D
– 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
15

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
16

17
• 2006: 150/5335-5A
– Conversión de ejes
mediante factores de
equivalencia
– Métodos de cálculo
de CBR y Westergaard
– COMFAA 2.0

18
• 2011: 150/5335-5B
– Cálculo de cantidad
de ejes equivalentes
mediante CDF
– Métodos de cálculo
de CBR y Westergaard
– COMFAA 3.0

19
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

ANÁLISIS
Comparación COMFAA vs FAARFIELD
20

Comparación COMFAA vs FAARFIELD
• Incidencia del tráfico
• Diferencias entre programas
• Comparación de resultados
• Conclusiones
21

¿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
22

¿Cuál es la incidencia real de un tipo
de aeronave en los pavimentos?
23Fuente: David Brill, ALACPA 2018

Diferencias entre programas
24
• 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
25

FAARFIELD
26
PCN < ACN

FAARFIELD
27
FAA AC 150/5335-5B (2011) FAA AC 150/5335-5C (2014)

FAARFIELD
28Fuente: FAA AC 150/5335-5C
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.

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.
29

METODOLOGÍA PROPUESTA
Evaluación de pavimentos
Cálculo vida útil
Determinación PCN
30

Metodología propuesta para
determinación del PCN Técnico
31
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

• 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
32

Determinación de vida útil
33

• 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
34

35
Fuente: ACAP Boeing 777-200LR/-300ER/-Freighter, Chapter 7, May 2011

36

• 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
37

Determinación del PCN del pavimento
38
• 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

CASOS DE ESTUDIO
Aplicación nuevos pavimentos y pavimentos existentes
39

Nuevo Aeropuerto de Chinchero-Cusco
• Proyecto ejecutivo (2014)
• Pavimento flexible para construcción de pista
40
Cat.
OACI
Modelo aeronave
Total
Salidas
2021-2040
Media anual
salidas
2021-2040
MTOW
[ton]
TOW
[ton]
A Learjet 55 1.298 65 9,75
B De Havilland Canada DHC-6-300 7.434 372 5,67
B De Havilland Canada DHC-8-200 3.785 189 17
B Bombardier CL-600 CRJ-200 948 47 21,683
C Airbus A319-100 226.692 11335 75,9 64,5
C Boeing 737-200 series 42.487 2124 58,332
C British Aerospace Bae 146-200 37.936 1897 43,091
C Embraer ERJ-190 series 31.779 1589 52
C British Aerospace Bae 146-100 24.024 1201 38
C Boeing 737-300 series 1.836 92 63,503
C Airbus A320-200 38.429 1921 77,4 62,7
E Boeing 787-8 series 15.546 777 227,9 170,9
E A340-600 3.690 184 368 320,2

Cálculo de PCN con COMFAA 3.0
41
PCN < ACN

Cálculo de ACN del tráfico con COMFAA 3.0
42PCN = ACN

CONCLUSIONES
43

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?
44

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) 45

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
• FAA AC 150/5335-5C - Standardized Method of Reporting
• LAR 154 – Diseño de Aeródromos
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