CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES DEL PAVIMENTO RÍGIDO DEL AEROPUERTO INTERNACIONAL“ABEL SANTA MARÍA” EN SANTA CLARA, CUBA. RIGID PAVEMENT SURFACE CHARACTERISTICS OF INTERNATIONAL AIRPORT "Abel Santa maría" IN SANTA CLARA, CUBA. Ing. Adrián Campos González1, Dr. René A. García Depestre2 e Ing. Raúl R. Vitlloch de Armas3 1,2 Facultad de Construcciones, Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas, Santa Clara, Villa Clara, CUBA y 3 Esp. B Aeródromo, Aeropuerto Internacional Abel Santamaría, Santa Clara, Villa Clara, Cuba 1e-mail: acamposd@uclv.cu 2e-mail: renegd@uclv.edu.cu y 3e-mail: raul@snu.ecasa.avianet.cu RESUMEN La investigación tiene como objetivo el estudio de las características superficiales del pavimento rígido que conforma un grupo de zonas del Aeropuerto Internacional “Abel Santa María” en Santa Clara, Cuba, luego de reparaciones sistemáticas que se han desarrollado debido al aumento de los vuelos que recibe, aplicando el Índice de Condición de Pavimento (PCI) para aeropuertos, Norma ASTM D 5340 (2011) emitida para todos los aeródromos y por la cual se rige la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI). Esta es una calificación numérica asociada a la condición superficial del pavimento, que apoyada en análisis estadísticos indica su integridad estructural y condiciones operacionales (rugosidad localizada y seguridad). Se citan posibles causas que dieron origen a las diferentes patologías proponiendo un grupo de soluciones para actuar con acciones de reparación. El informe se realiza ante la necesidad de la instalación de tener datos de la magnitud y localización de los deterioros de las zonas de pavimento rígido para determinar su avance, elabora un plan de de mantenimiento y valorar la seguridad que le brinda a las aeronaves que operan en ella. Palabras claves: Aeropuerto, Pavimento Rígido, PCI, Deterioros, Evaluación. ABSTRACT The research aims to study the surface properties of rigid pavement forming a group of areas of "Abel Santa María" International Airport in Santa Clara, Cuba, after systematic repairs that have been developed due to increased flights that receives applying the Pavement Condition Index (PCI) for airports, ASTM D 5340 (2011) issued for all aerodromes and which is governed by the International Civil Aviation Organization (ICAO). This is a numerical rating associated with the surface condition of the pavement, which, supported by statistical analysis indicates its structural integrity and operational conditions (localized roughness and safety). Possible causes that gave rise to the different pathologies proposing a set of solutions to act cited repair actions. The report is made to the installation need to have data on the extent and location of damage to areas hard to determine their progress pavement, draws up a plan of maintenance and assess the security that gives aircraft operating in her. KEY WORDS: Airport, Rigid Pavement, PCI, Impairments, Evaluation. INTRODUCCIÓN Situación actual del lado aéreo del aeropuerto El Aeropuerto Internacional Abel Santamaría es un aeropuerto que sirve a Santa Clara, capital de la provincia de Villa Clara, en Cuba, fue nombrado en honor a Abel Santamaría, militar político de la Revolución Cubana. Este aeropuerto tuvo una notable ampliación en el año 2007 en correspondencia con los planes y demanda turística de la cayería norte de la región central del país. Como resultado de la ampliación se cuadruplicó su capacidad de 1 000 metros cuadrados a 4 500 metros cuadrados, incorporándosele tecnología de punta en todo el edificio terminal y en la actualidad es capaz de atender a 600 pasajeros en la hora de más demanda, resaltando la mayor cantidad de vuelos procedentes de Estados Unidos, Canadá, Italia, Alemania, Polonia y Panamá. Tabla 1: Movimiento de aeronaves Año 2011 2012 2013 2014 2015 Total de Aeronaves 1136 1496 1908 2251 2791 Un análisis de los datos de la tabla 1 da a conocer el grado de importancia que ha tomado el aeropuerto con el aumento de su nivel de servicio en los últimos 5 años en un 40.7%, por ello se hace necesario el control sistemático de su pista y seguir la evolución de sus deterioros, haciendo un pronóstico del momento en que se debe de intervenir en ella para su conservación, brindándole una mejor comodidad y haciendo más seguras las operaciones de las aeronaves. El Índice de Condición del Pavimento (PCI) El Índice de Condición del Pavimento (PCI) es una calificación numérica asociada a la condición superficial del pavimento que varía entre 0 y 100, siendo 0 la peor condición posible y 100 la mejor como se representa en la tabal 2. Tabla 2: Escala asociada a la condición superficial. El PCI proporciona una medición de las condiciones actuales del pavimento basada en las fallas observadas en su superficie, indicando también su integridad estructural y condiciones operacionales (rugosidad localizada y seguridad). El PCI no puede medir la capacidad estructural del pavimento, ni tampoco proporciona determinación directa sobre el coeficiente de resistencia a la fricción (resistencia al deslizamiento) y la rugosidad general. Proporciona una base objetiva y racional para determinar las necesidades y prioridades de conservación. Un monitoreo continuo del PCI se utiliza para establecer el ritmo de deterioro del pavimento, a partir del cual se identifican con la debida anticipación las necesidades de rehabilitación. El PCI proporciona información sobre el rendimiento del pavimento para su validación o para incorporar mejoras en su diseño y procedimientos para la conservación (AASHTO, 1990). Los cálculos y resultados presentados en este documento se hicieron siguiendo la metodología recomendada por la norma ASTM D 5340 (2011), Índice de Condición de Pavimentos en Aeropuertos (PCI, Pavement Condition Index). Como referencia, el PCI para pavimentos de aeropuertos fue desarrollado por el cuerpo de Ingenieros de la US Army con fondos provistos por la US Air Force. Posteriormente fue verificado y adoptado por la Federal Aviation Adminstration (FAA) y la US Naval Facilities Engineering Command y subsiguientemente acogido por la American Society for Testing and Materials (ASTM). La metodología utilizada tiene el propósito de determinar la condición de pavimentos de aeropuertos a través de inspecciones visuales en superficies pavimentadas con asfaltos, y con hormigón hidráulico, simple o reforzado, de cemento Pórtland con juntas, usando el Índice de Condición de Pavimentos (PCI) como método de cuantificación normalizado internacionalmente (AASHTO, 1993) En este trabajo se utiliza la metodología para pavimentos rígidos, con sus correspondientes patologías ya que es el tipo de pavimento con que cuenta la zona en estudio. DESARROLLO Resumen del Método En general el pavimento se divide en componentes según la zona en estudio, particularmente para el análisis de este aeropuerto tenemos cinco zonas de estudio que son: umbral, zona de giro, la sección de la pista de pavimento rígido, calle de rodaje y la plataforma. La unidad de medida más pequeña son losas independientes de 5,0 x 4,0 m que a su vez son agrupadas en unidades de muestra buscando que cada una tenga un área de 440m2 ±180m2. Selección del número de unidades de muestra El número de unidades de muestra a ser inspeccionadas (n) en una determinada sección, para obtener un nivel de confianza adecuado en los resultados del PCI (95% de confiabilidad), se calcula usando la siguiente expresión, redondeando el resultado al número entero inmediato superior (ASTM D 5340, 2011). n = Ns2/ [(e2/4)(N-1) + s2] Donde: e = error aceptable en la estimación del PCI de la sección. Comúnmente e = +/- 5 puntos de PCI s = Desviación estándar del PCI entre una unidad de muestra y otra unidad de muestra de la misma sección. Cuando se realiza la inspección inicial la desviación estándar asumida para pavimentos de hormigón es 15 N = número total de unidades de muestra en la sección La unidad de muestra es una subdivisión de la sección del pavimento que tiene un intervalo estandarizado de tamaño. En las siguientes figuras se muestran como fueron asumidas estas unidades para las cinco zonas en estudio. Figura 1: Subdivisión en unidades de muestra zona umbral, pista y zona de giro Figura 2: Subdivisión en unidades de muestras zona plataforma y calle de rodaje Las unidades seleccionadas para el estudio quedaron definidas como ilustra la tabla 3: Tabla 3: Selección de las unidades. Zona Unidades Totales Unidades Inspeccionadas umbral 5 unidades 5 unidades zona de giro 4 unidades 4 unidades pista 35 unidades 19 unidades calle de rodaje 8 unidades 8 unidades plataforma 11 unidades 11 unidades El tipo y grado de severidad de las fallas en el pavimento del aeropuerto son establecidos mediante la inspección visual de las unidades de muestra. La información sobre las fallas es utilizada para calcular el PCI de cada unidad de muestra. El PCI de la sección de pavimento se determina en base a los valores del PCI determinados para cada una de las unidades de muestra. De acuerdo al método recomendado por la ASTM, las inspecciones visuales se realizaron utilizando el formulario de Inspección Visual. Tabla en la que se anotan cada uno de los deterioros identificados y su nivel de severidad según se muestra en la tabla 2. Tabla 4: Ejemplo de formulario de inspección visual. Determinación del PCI para cada una de las zonas analizadas Partiendo de la escala de colores asumida por el método PCI y referida al inicio del informe, estos fueron los resultados graficados para cada una de las unidades de muestra y divididos por zonas de estudios. Resultados y discusiones Determinación del PCI para cada una de las zonas analizadas Figura 3: Valores de PCI de las unidades seleccionadas para el análisis en la zona de giro. Los casos más críticos y que necesitan un trabajo de conservación inmediato en la zona de giro son la unidad 2 y 4 que presentan un gran número de fisuras longitudinales, transversales, por retracción y rotura de esquina con un grado de severidad entre media y baja. Figura 4: Valores de PCI de las unidades seleccionadas para el análisis en el umbral. Las unidades más afectadas en el umbral son la unidad 2 y 3 que presentan múltiples fisuras longitudinales, transversales, desprendimientos y rotura de esquina con un grado de severidad entre media y alta necesitando una intervención para su reparación. Figura 5: Valores de PCI de las unidades seleccionadas para el análisis en la pista. En la sección de la pista de pavimento rígido las dos unidades más críticas con un PCI de categoría muy pobre son la 7 y 9 que presentan daños en el sellado de juntas y fisuras longitudinales, transversales y por retracción con un nivel de severidad entre media y alta. Las unidades 21, 23, 27 y 31 también demandan trabajos de mantenimiento presentando como deterioros más reiterados fisuras por retracción y daños en el sellado de juntas con severidad de media a alta. Figura 6: Valores de PCI de las unidades seleccionadas para el análisis en la calle de rodaje. El PCI más crítico de todas las zonas de pavimento rígido analizadas en el aeropuerto es el de la calle de rodaje de las aeronaves oscilando todos los valores de las unidades entre las clasificaciones de colapsado, muy pobre y pobre. Aquí encontramos deterioros de todo tipo y de elevado índice, proponiéndose por las características avanzadas de sus deterioros cerrar esta zona a las operaciones de las aeronaves y remplazar el mayor número de losas posibles. Figura 7: Valores de PCI de las unidades seleccionadas para el análisis en la calle de la plataforma. Las unidades que necesitan acciones de mantenimiento en la plataforma son la 1, 2 y 10 con índices de PCI entre muy pobre y pobre y deterioros de mayor incidencia como losas fragmentadas, desprendimiento y mapa de fisuras y fisuras longitudinales todos con carácter de medio a alto. Figura 8: Valores de PCI general de toda el área de pavimento rígido Todas las zonas en estudio presentan un PCI de regular, incidiendo en este resultado algunas secciones dentro de ellas que requieren acciones de mantenimiento. Se resalta como caso particular la calle de rodaje que se recomienda por sus deterioros avanzados que quede fuera de explotación pendiente a una reparación de carácter capital. Patologías más comunes detectadas Posibles causas de estas patologías y recomendaciones para su solución Fisuras longitudinales: Posibles causas: Falta de junta longitudinal, ancho excesivo de a losa, asiento lateral de la losa o expansión de la subbase o subrasante Recomendación: Cuando la afectación es limitada, sellado de fisuras, y cuando la afectación pueda evolucionar dañando las características estructurales del pavimento se procederá a la sustitución de losa o se utilizará geotextil con una carpeta de hormigón asfáltico. Los trabajos de mantenimiento preventivo deben estar encaminados a: Sellar las grietas con material flexible, demoler o sustituir la grieta por una junta, o soldar la grieta con adhesivo a base de resinas epóxicas o polímeros eliminando previamente la causa del problema Fisuras transversales: Posibles causas: Mala ejecución de la junta de dilatación, longitud excesiva de la losa, retracción térmica, espesor insuficiente de la losa. Recomendación: Cuando la afectación es limitada, sellado de fisura y cuando la afectación pueda evolucionar dañando las características estructurales del pavimento se procederá a la sustitución de losa o la utilización de geotextil con hormigón asfáltico. Rotura de esquina: Posibles causas: Efecto de tránsito sobre extremos no apoyados de la losa Recomendación: Cuando la afectación es limitada sellado de fisura y cuando la afectación pueda evolucionar dañando las características estructurales del pavimento se procederá a la sustitución de losa. Si la grieta forma un pequeño triángulo en la esquina de la losa: Remover el material dañado y parchar con hormigón asfáltico o sellar la junta y remover el material dañado y parchar con concreto hidráulico y resinas epóxicas u otro adhesivo adecuado Si la grieta está más al centro de la losa: Sellar la grieta con material flexible para evitar infiltraciones o rellenar la grieta con adhesivo a base de resinas epóxicas o polímeros eliminando previamente la causa del problema Daños en el sellado de juntas: Posibles causas: Debilitamiento de los borde de la junta, presencia de áridos duros en el interior de una junta o grieta, exceso de material de junteo, mala calidad del producto, formas o dimensiones inadecuadas de la cajuela, acciones térmicas, químicas y mecánicas diversas. Recomendación: Sellado lo antes posible de juntas, con un material de mejor calidad. Desprendimientos, fisuras erráticas, mapa de fisuras: Posibles causas: Mala dosificación del hormigón, mala calidad de los áridos, exceso de mortero en la superficie debido a vibración inadecuado mala dosificación, acción del tráfico sobre una capa de rodadura de mala calidad. Recomendación: Tratamiento superficial con mezcla asfáltica o lechada bituminosa (slurry). También puede estar originados debido a la colocación del hormigón con exceso de agua, acabados excesivos de la superficie, impurezas en los agregados y utilización de productos químicos sobre la superficie. Los trabajos de mantenimiento preventivo están enfocados hacia: Si no hay agujeros profundos, aplicar una o más capas de hormigón asfáltico, parchar con concreto asfáltico parchar con hormigón hidráulico (con la granulometría adecuada) y resinas epóxicas u otro adhesivo. CONCLUSIONES 1. El PCI promedio de las zonas de pavimento rígido es de 42.32, equivalentes a una condición de Regular. 2. Las patologías que se presentan con mayor frecuencia son fisuras longitudinales y transversales, desprendimientos, fisuras erráticas, mapa de fisuras, rotura de esquina y daños en el sellado de juntas. 3. Esta investigación permite a los ingenieros del aeródromo elaborar un plan de acciones de mantenimiento, conociendo las zonas que están más deterioradas, los deterioros que presentan y las soluciones a ejecutar para erradicarlos. REFERENCIAS: 1- AASHTO, "AASHTO Guidelines for Pavement Management System", American Association of State Highways and Transportation Officials, Washington D.C., Julio 1990. 2- AASHTO, "AASHTO Guide for Design of Pavement Structures", American Association of State Highways and Transportation Officials, Washington D.C., 1993. 3- ASTM D 5340, "Standart Test Method for Airport Pavement Condition Index Surveys" , 2011. 4- Shahin M. Y., and Kohn S. D., (1981). "Pavement Management for Roads and Parquing Lots". Technical Report M-294. U. S. Army Construction Engineering Laboratory. 5- ASTM D 6433, "Standart Practice for Roads and Parking Lots Pavement Condition Index Surveys" Para un PCI promedio = 46 Calificación Regular Para un PCI promedio = 50 Calificación Regular Para un PCI promedio = 50 Calificación Regular Para un PCI promedio = 18 Calificación Muy pobre Para un PCI promedio = 47.63 Calificación Regular Para un PCI general = 42.32 Calificación Regular Daños en el sellado de juntas Fisuras longitudinales y transversales Rotura de esquina Desprendimientos, fisuras erráticas, mapa de fisuras 1