Ejercicios de Diseño de Pavimentos

10.5. EJERCICIOS RESUELTOS Y PROPUESTOS Ejercicio Resulto 10.1  Se requiere calcular las salidas anuales equivalentes Aeronave:

Tipo de tren

727-100 727-200 707.320B DC-9-30 CV-880 737-200 L-1011-100 747-100

Ruedas gemelas Ruedas gemelas Bogie de 4 ruedas Ruedas gemel.as Bogie de 4 ruedas Ruedas gemelas Bogie de 4 ruedas Bogie doble

Salidas anuales previstas.

3760 9080 3050 5800 400 2650 1710 85

Peso max. de despegue (lb)

160.000 190.500 327.000 108.000 184.500 115.500 450.000 700.000

Solución: a. Determinar la aeronave de cálculo; el peso de la aeronave y el número de salidas deben corresponder a la aeronave particular del pronóstico, en este caso particular, el avión Boeing 727-200 exige el espesor máximo de pavimento, por lo tanto es la aeronave de cálculo. b. Determinar el tráfico previsto por aeronave con su tren de aterrizaje convertido al de la aeronave de cálculo: En el ejemplo la aeronave de cálculo está equipada con un tren da aterrizaje de ruedas gemelas, por este motivo todo el tráfico debe homogeneizarse a esta configuración de ruedas gemelas. c. Finalmente se convierten las salidas de cada avión a salidas anuales equivalentes de la aeronave de cálculo. Mediante la formula

Aeronave

Salidas con tren gemelo

Carga por rueda (lb) W2

B- 727-100 3769 38000 B- 727-200 9080 45244 B- 707-320 5185 38831 DC-9-30 5800 25650 CV- 880 680 21909 B- 737-200 2650 27431 B- 747-100 145 35625 L-1011-100 2907 35625 TOTAL SALIDAS ANUALES EQUIVALENTES

Carga por rueda del avión critico (lb) W1 45244 45244 45244 45244 45244 45244 45244 45244

Salidas anuales equivalentes R1 1890 9080 2763 682 94 463 83 1184 16239

Ejercicio Resuelto 10.2 

Diseñe la estructura de pavimento flexible para la construcción de una pista de acuerdo a los resultados obtenidos del ejercicio anterior, para el avión de diseño B- 727-200.

CBR (Suelo de Fundación) = 5 % CBR (Sub base) = 20 %

Aeronave

Carga Por Rueda (Lb) W2

Salidas con tren gemelo

B- 727-100 3769 38000 B- 727-200 9080 45244 B- 707-320 5185 38831 DC-9-30 5800 25650 CV- 880 680 21909 B- 737-200 2650 27431 B- 747-100 145 35625 L-1011-100 2907 35625 TOTAL SALIDAS ANUALES EQUIVALENTES

Carga por rueda del avión critico (lb) W1 45244 45244 45244 45244 45244 45244 45244 45244

Salidas anuales equivalentes R1 1890 9080 2763 682 94 463 83 1184 16239

Solución: a. Ya determinado las salidas anuales equivalentes de acuerdo al avión de diseño B- 727-200 se procede a la determinación de los diferentes espesores, utilizando las tablas de diseño (Anexo II) con los datos de salidas anuales equivalentes, avión de diseño, tipo de tren de aterrizaje, y el respectivo CBR para cada capa. b. Como el avión de cálculo es un 727-200 con ruedas gemelas; utilizamos las tablas para ruedas gemelas, para lo cual requerimos la siguiente información: Avión de cálculo: B 727-200 Salidas anuales equivalentes: 16239 Peso máximo de despegue: 191000 CBR – suelo de fundación: 5% CBR – Sub-base: 20% c. De la figura 10.3 (Anexo II); para un CBR = 5% se tiene un espesor de 45 plg., y para un CBR = 20% se tiene un espesor de 18 plg. d. Ya determinados los espesores para los diferentes CBR, se procede a la distribución de espesores para las diferentes capas que conforman la estructura del pavimento, por lo cual se tiene:

4” 18”

14”

45” 27” Suelo de fundación

Base

Sub-base CBR = 20% CBR = 5%

Por lo Tanto: Espesor Carpeta = Espesor Capa Base = Espesor Sub-Base = Espesor Total =

4” 14” 27” 45

Ejercicio Resuelto 10.3 

Diseñe la estructura de pavimento flexible para las siguientes condiciones:

Aeronave:

Tipo de tren

DC – 3 707-320B 757-200 727-100 727-200

Ruedas simples Bogie de 4 ruedas Bogie de 4 ruedas Ruedas gemelas Ruedas gemelas

Suelo de fundación = Sub-base =

Salidas anuales previstas.

3000 3000 5000 3000 4000

Peso max. de despegue (Lb)

30.000 350.000 225.000 160.000 190.000

CBR = 10 % CBR = 25 %

Solución: a. Determinar la aeronave de cálculo; para este ejemplo la aeronave de cálculo es B 707-320B, el cual exige un espesor máximo de pavimento. b. Como el avión de diseño es de tren bogie, se deben homogeneizar los demás trenes de aterrizaje a tren bogie; por lo cual se debe multiplicar las salidas anuales según los factores de la siguiente tabla:

De: Rueda Simple Rueda simple Rueda gemela Rueda gemela Bogie Bogie Bogie Bogie doble

A: Rueda gemela Bogie Rueda simple Bogie Rueda simple Ruedas gemelas Bogie doble Ruedas gemelas

Por lo tanto se tiene lo siguiente: Salidas anuales (con tren bogie) 1500 3000 5000 1800 2400

Factor de conversión 0.8 0.5 1.3 0.6 2.0 1.7 1.0 1.7

c. Una vez calculado las salidas anuales equivalentes, se debe calcular la carga por rueda (W 1) y la carga por rueda del avión (W2) de cálculo será el valor calculado para W1, el cual se repetirá para los demás aviones. La carga por rueda se calcula mediante la siguiente formula:

C arg aporrueda 

Carga por rueda (w1) 14250 41563 26719 38000 45125

0.95  Peso max i mod edespegue No.deruedas

Carga por rueda del avión de cálculo (w2) 41563 41563 41563 41563 41563

d. Calcular finalmente las salidas anuales equivalentes para los diferentes tipos de aviones, mediante las siguiente formula: W  log R1  log R2  2   W1 

Donde: R1 =

1

2

Salidas

anuales equivalentes de la aeronave de

calculo R2= Salidas anuales de cada aeronave W1= Carga por rueda del avión de cálculo W2= Carga por rueda de cada aeronave Salidas anuales equivalentes 72 3000 924 1296 3327 Total: 8619 Resumen calculo de salidas anuales equivalentes

Aeronave

Salidas con tren bogie

Carga por rueda (lb) W2

Carga por rueda del avión critico (lb) W1

1500 DC – 3 14250 41563 3000 707-320B 41563 41563 5000 757-200 26719 41563 1800 727-100 38000 41563 2400 727-200 45125 41563 TOTAL SALIDAS ANUALES EQUIVALENTES

Salidas anuales equivalentes R1

72 3000 924 1296 3327 8619

e. Ya determinado las salidas anuales equivalentes de acuerdo al avión de diseño 707 - 320B, se procede a la determinación de los diferentes espesores, utilizando las tablas de diseño (Anexo II) con los datos de salidas anuales equivalentes, avión de diseño, tipo de tren de aterrizaje, y el respectivo CBR para cada capa. f.

Como el avión de cálculo es un 707-320B con tren bogie; utilizamos las tablas para tren bogie, para lo cual requerimos la siguiente información: Avión de cálculo: B 707-320B Salidas anuales equivalentes: 8619 Peso máximo de despegue: 350000 CBR – suelo de fundación: 10% CBR – Sub-base: 25% g. De la figura 10.3 (Anexo II); para un CBR = 10% se tiene un espesor de 30.5 plg., y para un CBR = 25% se tiene un espesor de 16 plg. h. Ya determinados los espesores para los diferentes CBR, se procede a la distribución de espesores para las diferentes capas que conforman la estructura del pavimento, por lo cual se tiene:

4” 16”

12”

30.5”

14.5” Suelo de fundación

Base

Sub-base CBR = 25% CBR = 10%

Por lo Tanto: Espesor Carpeta = Espesor Capa Base = Espesor Sub-Base = Espesor Total =

4” 12” 14.5” 30.5”

Ejercicio Resuelto 10.4 Calcular el espesor de pavimento rígido para una aeronave con tren Bogie, para los siguientes datos: Peso bruto de la aeronave = Salidas Anuales Equivalentes = Valor de “K” del terreno de fundación = Resistencia a la flexión del hormigón = La estructura del pavimento es la siguiente:

350000 lb. 6000 100 lb/plg2 650 lb/plg2

HORMIGÓN

SUB-BASE SUB-RASANTE K = 100 lb/plg2 a. Determinar diferentes valores de “K” corregido, para diferentes espesores de subbase. Usar la tabla 10.35 (Anexo II), para un valor de “K” igual a 100, y espesores de sub base igual a 6, 8, 10, 12. El valor de “K” se mide en Lb/plg2. Espesor sub base (lb/plg2) 6 8 10 12

Valor de “k” corregido (plg) 150 160 180 200

b. Con los diferentes valores de “K”, determinar los espesores de la capa de hormigón. Usar la tabla 10.19 (Anexo II), para tren bogie; ingresar los valores de “K”, peso bruto de la aeronave, resistencia del hormigón, salidas anuales equivalentes y determinar diferentes espesores de hormigón para los valores de “K”. Valor de “k” corregido Espesor hormigón 2 (lb/plg ) (plg) 150 17.2 160 17.5 180 17.0 200 18.0

c.

De los valores obtenidos para el espesor del hormigón, se debe escoger el espesor de acuerdo al costo actual del pavimento de hormigón y de la sub base; pero, como en toda construcción se debe abaratar costos se escoge los menores espesores, donde el espesor del hormigón es mayor al de la sub base. Por lo tanto para este ejemplo se tiene el siguiente resultado.

HORMIGÓN

SUB-BASE

SUB-RASANTE

17” 12”

Ejercicio Resuelto 10.5 

Calcular el espesor de pavimento para una aeronave con tren Bogie, para los siguientes datos:

Peso bruto de la aeronave = Salidas Anuales Equivalentes = Valor de “K” del terreno de fundación = Resistencia a la flexión del hormigón =

350000 lb. 6000 100 lb/plg2 650 lb/plg2

La estructura del pavimento es la siguiente:

HORMIGÓN

SUB-BASE

SUB-RASANTE K = 100 lb/plg2 a. Determinar diferentes valores de “K” corregido, para diferentes espesores de subbase. Usar la tabla 10.16 para sub base estabilizada (Anexo II), para un valor de “K” igual a 100, y espesores de sub base igual a 6, 8, 10, 12. El valor de “K” se mide en Lb/plg2.

Espesor sub base (lb/plg2) 6 8 10 12

Valor de “k” corregido (plg) 210 250 280 310

b. Con los diferentes valores de “K”, determinar los espesores de la capa de hormigón. Usar la tabla 10.19 (Anexo II), para tren bogie; ingresar los valores de “K”, peso bruto de la aeronave, resistencia del hormigón, salidas anuales equivalentes y determinar diferentes espesores de hormigón para los valores de “K”. Valor de “k” corregido (lb/plg2) 210 250 280 310

Espesor hormigón (plg) 16.5 16.0 16.0 15.0

c.

De los valores obtenidos para el espesor del hormigón, se debe escoger el espesor de acuerdo al costo actual del pavimento de hormigón y de la sub base; pero, como en toda construcción se debe abaratar costos se escoge los menores espesores, donde el espesor del hormigón es mayor al de la sub base. Por lo tanto para este ejemplo se tiene el siguiente resultado.

HORMIGÓN

SUB-BASE ESTABILIZADA

15” 12”

SUB-SUBRASANTE Ejercicio Propuesto 10.6 

Diseñar el espesor más económico de pavimento flexible para pista, en base a la siguiente información: Suelo de fundación de pista: CBR = 4% Capa de cimentación ( sub Base pista): CBR = 30%

Aeronave:

Tipo De Tren

767-200 707.320B 727-200 727-100

Bogie (C. Ensanchada) Bogie Ruedas gemelas Ruedas gemelas

Salidas Anuales Previstas.

1.200 1.200 3.000 6.000

Peso Max. De Despegue (Lb)

325.000 300.000 200.000 150.000

Ejercicio Propuesto 10.7  Diseñar el espesor más económico de pavimento rígido para plataforma de aeronaves, sobre la base de. Salidas anules equivalentes = 35000 Resistencia a la flexión del Ho = 600 lb/pul2 Suelo de fundación K= 100 lb/pul3 Subbase estabilizada con cemento Información de costos: Sub rasante mejorada = 9.00 $us/m3 Sub base = 15.00 $us/m3 Sub base estabilizada = 18.00 $us/m3 Capa base = 20.00 $us/m3 Hormigón = 281.00 $us/m3

Ejercicio Propuesto 10.8  Diseñar el espesor de pavimento rígido para plataforma de aeronaves, sobre la base de: CBR del terreno de fundación = 10% Resistencia a la flexión del Hº = 600 lb/plg2 Condiciones del tráfico Aeronave:

Tipo De Tren

Salidas Anuales Previstas.

727-100 727-200 B-300-B4 B-767-200 C – 130 B-747-200B

Ruedas gemelas Ruedas gemelas Bogie Bogie Bogie (de dos ruedas) Bogie doble

3.000 15.000 6.000 6.000 3.000 6.000

Peso Max. De Despegue (Lb)

150.000 200.000 325.000 325.000 175.000 800.000

Ejercicio Propuesto 10.9 

Diseñe la estructura de pavimento flexible para las siguientes condiciones:

CBR sub rasante = 3% CBR Sub base = 50% Salidas anuales equivalentes = 36575 Peso máximo de despegue = 200000 lb Tipo de tren de aterrizaje = gemelos CBR sub rasante mejorada = 10% Ejercicio Propuesto 10.10 

Diseñe la estructura de pavimento flexible para las siguientes condiciones: CBR Sub rasante = 5 % CBR Sub base = 20%

Condiciones del tráfico Aeronave:

Tipo De Tren

707-320B F-28 727-200 747-100

Ruedas simples Ruedas gemelas Ruedas gemelas Bogie doble

Salidas Anuales Previstas.

15.520 12.622 20.310 5.000

Peso Max. De Despegue (Lb)

20.280 63.000 190.900 700.000