Método ACN/PCN (II): algunas cuestiones sobre el PCN de un pavimento

En esta entrada, segunda de la serie dedicada a la evaluación y notificación de la capacidad estructural de un pavimento aeroportuario a través de su PCN (Pavement Classification Number). En ella se incluyen los pasos básicos que se deben seguir para la determinación numérica del PCN de un pavimento (en fase de diseño, de puesta en servicio, o ya sometido a tráfico, con ligeros matices entre las tres situaciones).

Ya en la primera entrada de la serie se indicó que la OACI no especifica de forma precisa el método para la determinación del PCN de un pavimento, quedando la elección del mismo a criterio de las autoridades aeroportuarias correspondientes, que suelen optar por un procedimiento que resulte una extensión o adaptación de sus métodos de evaluación o dimensionamiento. También señalaba que el PCN no es más que el ACN de la aeronave más agresiva que puede utilizar el pavimento de forma habitual, y por tanto, su determinación implica conocer con detalle la metodología de cálculo de este último. Se trata calcular el máximo peso bruto admisible para el pavimento de una aeronave crítica bajo unos determinados supuestos y, una vez calculado su ACN para dicho peso, reportar el mismo como el PCN del pavimento.

Si bien, como ya se ha indicado, no hay un método específico impuesto por la OACI, es cierto que ésta recomienda a las autoridades aeroportuarias que el mismo tenga en cuenta algún tipo de relación entre el PCN y la vida de servicio del pavimento, que a su vez estará ligada al tráfico anual previsto. Esto supone que, de hecho, un mismo pavimento puede presentar valores diferentes de su PCN en función de cual sea la vida de servicio establecida por la autoridad correspondiente, entendiendo como tal el periodo para el que se pretende establecer el PCN, que no tiene por qué corresponder necesariamente con la vida útil calculada de acuerdo a criterios estructurales o de dimensionamiento; es necesario recordar nuevamente que el ACN/PCN es únicamente un método de clasificación de pavimentos y de notificación de su capacidad estructural, y no de evaluación y/o diseño.

Por lo visto hasta ahora, parece que el empleo de los métodos de cálculo analítico de pavimentos, en los cuales se relaciona la respuesta de la estructura en términos de tensiones y deformaciones con la carga máxima admisible para una vida de servicio determinada, a través de las correspondientes funciones de transferencia, leyes de fatiga o modelos de comportamiento, es una alternativa adecuada para abordar la determinación del PCN de acuerdo a las sugerencias de la OACI.

Para ello, además, en el caso de pavimentos en servicio, es preceptiva la realización de los correspondientes ensayos de auscultación de la capacidad estructural mediante un deflectómetro de impacto, a partir de los cuales poder llevar a cabo, mediante técnicas de cálculo inverso o similares, la caracterización mecánica del pavimento y de cada una de sus capas, así como de la explanada o subrasante.

Para la determinación del PCN mediante el conocido como método técnico (y en concreto, usando los ya indicados métodos de evaluación estructural y cálculo analíticos), una de las metodologías que parece más adecuada es la propuesta por la Dutch Technology Platform for Transport, Infrastructure and Public Space (CROW) holandesa, que consta, a grandes rasgos, de los pasos que se indican a continuación:

1. En primer lugar, es necesario establecer la vida de servicio deseada para el pavimento a efectos de la notificación del PCN.

2. A partir de los ensayos pertinentes (preferiblemente ensayos de auscultación de la capacidad estructural mediante deflectómetro de impacto), se debe caracterizar la estructura del pavimento en términos de tipo de material de cada capa, espesor de la misma, módulo elástico y coeficiente de Poisson. En el caso de pavimentos en fase de diseño o recién puestos en servicio, se deben emplear los valores correspondientes.

3. Establecer las propiedades de cada capa del pavimento respecto a la fatiga, determinando las correspondientes funciones de transferencia o modelos de comportamiento. En este paso deben considerarse las propiedades de los materiales locales empleados, o, en caso de acudir a modelos de comportamiento recogidos en la bibliografía, asegurarse de que dichos modelos son aplicables a los materiales empleados.

4. Obtener, mediante los correspondientes ensayos (bien mediante correlaciones con el módulo resiliente, bien mediante ensayos directos de caracterización) el CBR de la explanada o subrasante.

5. Estimar el volumen de tráfico, para cada tipo de aeronave que solicitará el pavimento a lo largo de su vida de servicio. En este sentido, es conveniente determinar el número de pasadas efectivas de cada tipo de aeronave que acogerá el aeródromo (teniendo en cuenta el efecto de la distribución lateral y/o el denominado pass-to-coverage ratio, cuyo valor depende, entre otras cuestiones, de la configuración de pistas y del servicio que del aeródromo hace cada aeronave). En el caso de pavimentos en servicio, es conveniente conocer del mismo modo el tráfico que ya ha solicitado el pavimento.

6. Determinar la aeronave crítica dentro de la flota prevista. Esto puede hacerse en general mediante dos aproximaciones diferentes: bien considerar como crítica la aeronave que presente un mayor ACN, o bien tener en cuenta el factor de daño ejercido sobre el pavimento de acuerdo a la ley de Miner. Este factor de daño no es más que la inversa del número admisible de pasadas para cada aeronave, calculadas mediante las correspondientes funciones de transferencia a partir de la respuesta de la estructura obtenida mediante cálculo analítico.

7. Calcular el daño total acumulado por el tráfico previsto (para la totalidad de la flota) de acuerdo a la ley de Miner durante el periodo de servicio considerado a efectos de la determinación del PCN. Se debe determinar el daño total para cada capa, y considerar como capa crítica la que presenta un mayor daño acumulado.

8. Calcular el peso bruto máximo admisible para la aeronave crítica que supone el mismo daño en el pavimento que la totalidad de la flota, calculado en el paso anterior. Para ello, y como tip de cálculo, se puede determinar en primer lugar el número de movimientos de la aeronave crítica que supone el mismo daño en el pavimento que la totalidad de la flota, y, para dicho número de movimientos, calcular el peso bruto máximo admisible que provoca el agotamiento del pavimento (es decir, para el que se obtiene un factor de daño igual a la unidad en esas condiciones).

9. Una vez obtenido el peso bruto máximo admisible para la aeronave crítica en el paso anterior, calcular el ACN de dicha aeronave para dicho peso.

10. El PCN numérico del pavimento no es más que el ACN de la aeronave crítica para su peso bruto máximo admisible determinado en el apartado anterior.

Este proceso no está exento de dificultad operativa de cálculo, y es susceptible de variaciones en determinados puntos, pero de entre los que pueden encontrarse en la bibliografía es el que parece más adecuado técnicamente. Su dificultad radica en que es necesario realizar un gran número de cálculos complejos, en primer lugar para caracterizar mecánicamente la estructura del pavimento, y posteriormente para obtener el daño total acumulado por la flota (para lo cual es necesario conocer la configuración de cargas de cada una de las aeronaves y determinar cuál es el punto crítico dentro de la estructura del pavimento) teniendo en cuenta además el efecto estadístico de la distribución lateral (o lateral wander).

Espero que con esta entrada quede, al menos parcialmente, resuelta alguna de las dudas que habitualmente existen en relación a la determinación del PCN de un pavimento aeroportuario. Como siempre, está abierta a todos los comentarios que puedan surgir, y os invito a plantear en ella cualquier duda que tengáis al respecto.