MXPA01005601A - Pistas rigidas de concreto postensado celuladas para aeropuertos y carreteras. - Google Patents

Abstract

Se describe una pista 10 de concreto para aterrizaje y despeje de aeronaves, para autodromos o para autopistas y carreteras, caracterizada porque comprende: (a) una estructura celulada 20 en donde cada celda 15 comprende, nervaduras 21, una base 22 de celda y una cubierta 23 de celda que forma la superficie de la pista 10; entre las nervaduras 21, la base 22 y la cubierta 23 se aloja un nucleo 24 de poliestireno expandido, de modo que el peso volumetrico de las celdas es menor a la densidad del subsuelo; y (b) medios de nivelacion 30 que actuan sobre las celdas 15 de la estructura celulada 20. Los medios de nivelacion permiten que las celdas 15 se desplacen en la direccion Z-Z y la superficie de la pista pueda con ello ser nivelada ante los hundimientos del suelo.

Description

PISTAS RÍGIDAS DE CONCRETO POSTENSADO CELULADAS PARA AEROPUERTOS Y CARRETERAS.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN. Antecedentes Las pistas para aterrizaje y despeje de aeronaves, de autódromos y las autopistas y carreteras sufren hundimientos debido al asentamiento del suelo.

En particular, las pistas de despegue y aterrizaje de aviones requieren ciertas características para operar adecuadamente. Es deseable que la superficie de dichas pistas permanezcan substancialmente planas, es decir que conserven una superficie adecuada a lo largo de estas. Sin embargo, se ha observado que dichas pistas pierden su planiedad por diversas causas.

Las cargas verticales debidas al peso de la pista y de las aeronaves, así como el proceso de consolidación del subsuelo, ocasiona que se asienten y se formen valles y cráteres o se acucharen en la superficie de las misma. Estos efectos se ven además amplificados por las características del subsuelo en donde son construidas dichas pistas. Los subsuelos arcillosos tienen un proceso de consolidación mayor a tros tipos de suelos, acentuando los defectos de las pistas.

En época de lluvias el problema se incrementa. El agua que se estanca en las zonas hundidas de las pistas forma lagunas sobre la superficie de las pistas. Tales lagunas hacen que las maniobras de aterrizaje y despeguen sean riesgosas, por lo que dichos lagunas se consideran inaceptables.

Para resolver los problemas antes mencionados, se han propuesto varias soluciones. Una primer solución consiste en emplear materiales que contengan agentes de estabilización y refuerzo de suelos. La patente de los Estados Unidos No. 4,334,798 describe un método para rellenar cráteres que emplea dichos agentes.

Un segundo método para resolver este problema consiste en cubrir las pistas con el empleo de una capa de un material polimérico. La patente de los Estados Unidos No. 4,605,337 describe una pista que emplea paneles de fibra de vidrio reforzado anclados a tierra y que comprende medios para tensionar la superficie de la pista y evitar con ello se ondulen las pistas en particular por la acción del tren de aterrizaje de un avión durante el frenado al aterrizaje.

Dicho método sin embargo tiene la desventaja de requerir para su mantenimiento sustituir con cierta frecuencia los paneles de plástico que se degradan por acción de las cargas verticales y horizontales debido al uso de las pistas. Adicionalmente, dicho sistema de paneles es incapaz de contrarrestar la ondulación de la pista debido al hundimiento del suelo, en particular los que ocurren en suelos arcillosos de alta compresibilidad.

En vista de los problemas antes mencionados, la localización de las pistas en subsuelo arcilloso de alta compresibilidad es motivo de estudios e investigaciones técnicas exhaustivas que permitan su construcción y exhiban un comportamiento satisfactorio dentro de los parámetros económicos adecuados. Puede citarse como ejemplo de pistas con dichos problemas las pistas de los aeropuertos de Ámsterdam, Países bajos y de la Ciudad de México. Cabe mencionar que el aeropuerto alterno de la Ciudad de México en Texcoco, Estado de México se enfrentará a dicho problema.

Con la presente invención se describe una solución que evita el costoso mantenimiento de renivelación y encarpetamiento periódico en pistas para aeronaves, tal como ocurre con las pistas actuales.

En el caso de las pistas de autódromos, la planiedad es también una característica deseable, una superficie plana es necesaria para la seguridad de los pilotos y es además benéfica para los espectáculos de carreras de autos.

Por lo que hace a las carreteras y autopistas, estas están sujetas a la acción del medio ambiente y la carga ejercida por el autotransporte pesado que genera un deterioro de las carreteras. Debido a que las carreteras y autopistas son esenciales para el transporte de diversas mercancías, se requiere que la red de carreteras y autopistas se mantenga en óptimas condiciones.

Es por lo tanto un objeto de la invención describir un método para re-nivelar pistas de campos aéreos en especial aeropuertos, autódromos, carreteras y autopistas.

Un segundo objeto de la invención consiste en proporcionar una pista rígida fabricada en concreto postensado celulado.

Otro objeto de la invención consiste en proporcionar una pista capaz de nivelarse automáticamente.

Un objeto más de la invención consiste en eliminar el reencarpetamiento de las pistas de los aeropuertos.

Descripción de las figuras.

En la figura 1 se ilustra una vista superior de una pista para aeronaves, autódromos, carreteras y autopistas de conformidad con la presente invención. En la figura 2 se ¡lustra un corte transversal a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1 en donde se ¡lustran la estructura celulada, los medios de nivelación, la cimentación y los registros de mantenimiento de la pista de la ¡nvención. La figura 3 ¡lustra un corte transversal a lo largo de la línea 3-3 de la figura 1 así como el detalle 3 de la figura 2, en ella se muestra una celda de la estructura celulada de la pista de la ¡nvención. En la figura 4 se ilustra un corte transversal a lo largo de la línea 4-4 de la figura 1 en donde se ¡lustran los medios de nivelación y las celdas de la pista de la ¡nvención.

En la figura 5 se ilustra un corte transversal a lo largo de la línea 5-5 de la figura 1 en donde se ilustra los medios de nivelación y el registro para mantenimiento de la pista de la invención. La figura 6 ilustra el detalle 6 de la figura 2, en ella se muestran los medios de nivelación y el registro para mantenimiento de la pista de conformidad con la presente invención.

Descripción detallada de la invención.

De conformidad con la presente ¡nvención, se describe una pista 10 que puede tener aplicación como en pistas para aterrizaje y despeje de aeronaves, en pistas de autódromos o en autopistas y carreteras.

Se describe una pista 10 de concreto postensado celulado. La pista se compone de una estructura celulada 20 y medios de nivelación 30.

Las pistas se construyen sobre la superficie inalterada del terreno, solo se realiza un despalme para quitar la capa de material orgánico de la superficie.

Las pistas se construyen sobre una capa de polietileno 26 para disminuir la fricción de la misma con el subsuelo y tener una acción más eficiente de los refuerzos y el preesfuerzo. En la figura 6 se ¡lustra dicha capa.

Con relación a las figuras 1 a 6, se ¡lustra la pista 10 que comprende una estructura celulada 20 y los medios de nivelación 30.

La estructura celulada 20 se compone de celdas 15. Las celdas 15 se ¡lustran en las figuras 1, 2, 3 y 4. En la FIG. 1, las celdas se ¡lustran con líneas punteadas.

En la figura 3 se ilustra una celda 15 en un corte transversal a lo largo de la línea 3-3 de la figura 1. La estructura de la celda es similar en el eje ortogonal a la línea 3-3, este se ilustra como detalle 3 en la figura 2.

La celda comprende nervaduras ortogonales 21, estas se ilustran en la figura 1 como líneas punteadas horizontales y verticales. Además comprenden una base 22 de celda y una cubierta 23 de celda que forma la superficie de la pista 10. Entre las nervaduras 21, la base 22 y la cubierta 23 se aloja un núcleo 24 de poliestireno expandido. Cada celda está unida con la celda adyacente, de modo que la estructura celulada del conjunto de celdas 15 se desempeña como una unidad.

En la unión de las nervaduras 21 con la cubierta 23 puede disponerse opcionalmente un refuerzo 25 de celda. El refuerzo 25 tiene por objeto distribuir la carga vertical sobre la superficie de la pista en las nervaduras 21. Como se ilustra en la figura 3, dicho refuerzo 25 consiste de un ensanchamiento en la porción superior de la nervadura.

Las celdas 15 ilustradas tiene una forma de paralelepípedo. El ancho de la nervadura 21, la base 22 y la cubierta 23 es entre aproximadamente 10 y 30 cm. Las dimensiones de cada celda son de aproximadamente 3 x 3 m, es decir, cada celda tiene una superficie de 9 m2. Las celdas cubren la superficie de la pista que tiene dimensiones estándar aproximadas de 60 x 5000 m.

Como será evidente a un técnico en la materia, las celdas pueden adquirir cualquier geometría, por ejemplo puede tener la forma de panal de celdas triangulares, poligonales o cilindricas.

Con dicho arreglo de celda, el peso volumétrico de las celdas es menor a la densidad del subsuelo (aproximadamente 1.2 ton/m2). En virtud de tal peso se reduce sensiblemente el asentamiento de la pista.

De conformidad con la presente invención, las variaciones del subsuelo que aún se presenten y que causan asentamientos desiguales a lo largo de las pistas, son ajustados mediante los medios de nivelación 30.

De preferencia, las pistas tendrán medios de nivelación 30 en cada tramo de 150m aproximadamente a lo largo de su longitud. Las longitudes de pista pueden ser variables, en el caso de pistas para aeronaves se considera que una longitud de 5,000m es adecuada.

Los medios de nivelación 30 se construyen bajo la superficie de la pista 10. Comprenden área mayor a 25 m2, y son capaces de levantar cargas mayores de 500 toneladas con presiones no mayores a 2 bars.

Los medios de nivelación 30 comprenden gatos neumáticos o hidráulicos sobre una cimentación 40 de concreto reforzado.

La cimentación 40 de cada medio de nivelación 30 se ilustra conforme a las figuras como un conjunto de pilotes 42 arreglados en dos filas de seis pilotes cada una. Se prefiere que los piloten se fabriquen en concreto reforzado y tengan un perímetro de alrededor de 120 cm y 12 m de largo aproximadamente. Sin embargo, como será evidente aun técnico en la materia el número de pilotes, sus dimensiones y el arreglo de los mismos puede ser variable.

En el extremo superior de los pilotes 42 se encuentra una plancha de concreto 44 que tiene por objeto trasmitir la carga en su superficie a los pilotes 42. En virtud de los medios 42 y 44, la cimentación 40 ofrece una estructura base y un nivel estable que sirve como referencia para la re nivelación de la pista 10 cuando existan hundimientos en la superficie de la misma.

La nivelación de la pista se consigue a través de los medios de nivelación 30. Los medios de nivelación se encuentra sobre la plancha 44 de la cimentación 40. Los medios de nivelación 30 actúan directamente sobre las celdas 15 quienes reparten la carga en la estructura celulada 20.

En las figuras 3, 4 y 5 se ilustra los medios de nivelación 30. Los medios de nivelación 30 comprenden bolsas 31 que contiene en su interior un fluido. Dichas bolsas en virtud de la masa de fluido que contengan son capaces de expandir o contraer su volumen. Las bolsas se encuentran en una cámara definida por los siguientes elementos: en el fondo, la plancha de concreto 44; en cada lado, los bloques guía 46; y en la porción superior (o tapa) las celdas 15.

Las bolsas 31 que contienen un fluido se encuentran por debajo de las celdas 15. El fondo y las paredes laterales de la cámara se encuentran substancialmente fijos, en tanto que la tapa (celdas 15) son susceptible de desplazarse hacia arriba o hacia abajo dependiendo del volumen de la bolsa 31.

Los bloques guía 46 que también forman parte de la cimentación 40, tienen por objeto guiar y contener a la bolsa debajo de las celdas 15. La altura de los bloques guía define "la carrera del pistón" que es la altura que puede alcanzarla bolsa 31.

Las bolsas 31 se fabrican de hule (por ejemplo neopreno, polipropileno) o plástico flexible que son llenadas a presión mediante una red de tuberías, válvulas motrices y sistema de bombeo o compresoras (no ilustrados) para la inyección del fluido. El fluido puede ser gaseoso o líquido, por ejemplo agua o aire.

Los medios de nivelación no se limitan a bolsas 31 que contienen un fluido, pues como será evidente a la materia puede disponerse de pistones hidráulicos o neumáticos, o medios mecánicos tal como tornillos que permitan que las celdas 15 se desplacen en la dirección Z-Z.

Opcionalmente se dispone una placa lisa 32. La placa lisa 32 tiene por objeto proteger a la bolsa 31 del desplazamiento inducido de las celdas 15.

Las variaciones en la masa de dicho fluido ocasionan una variación en el volumen de la cámara en donde se encuentra confinada la bolsa 31, a su vez dicha variación de volumen provoca un desplazamiento en el eje Z-Z (figura 4). Si se inyecta fluido y como consecuencia el volumen de la bolsa 31 se expande existirá un desplazamiento hacia arriba que elevará la superficie de la pista. Por otra parte, si se retira fluido de la bolsa 31, el volumen de la bolsa disminuirá y esta disminución se reflejará como un descenso de la superficie de la pista. O bien el apoyo de la pista en el terreno.

Como podrá apreciarse en la figura 4, el desplazamiento de la bolsa 31 en el eje Z-Z ocasiona que las celdas 15 que se encuentran sobre la bolsa 31, así como las celdas adyacentes se desplacen en la dirección Z-Z. El movimiento en los medios de nivelación distribuidos a todo lo largo de la pista permiten la posibilidad de re-nivelar dicha pista cuando existen hundimientos.

Adicionalmente se provee a las pistas con tubos verticales (no ilustrados) para la inyección de un relleno, tal como lodos bentoniticos. Los tubos se colocan en barrenos verticales de aproximadamente 3.81 cm (1 V_> pulgadas) de diámetro dispuestos cada lOm a lo largo y ancho de la pista, y están además provistos con una tapa para evitar el ingreso de contaminantes debajo de la estructura celulada 20.

Los lodos bentoniticos tienen por objeto rellenar la cavidad que se forma entre un asentamiento de tierra y la estructura celulada 20 cuando esta ha sido nivelada, la inyección de dichos lodos para rellenar dichas cavidad tiene por objeto reforzar la base de la pista.

Con objeto de proporcionar mantenimiento a los medios de nivelación 30, la pista comprende registros para mantenimiento 50. Los registros 50 se ilustran en detalle en las figuras 5 y 6.

Las celdas se encuentran adyacentes a los registros 50. Como se ilustra en la figura 1, se dispone un registro 50 en cada extremo del medio de nivelación 30. Sin embargo como será evidente a un técnico en la materia puede disponer solo un registro o más de dos registros.

El registro 50 consta de una tapa de registro 51, un bloque 52 de relleno y opcionalmente una cubierta de tapa 53.

La tapa de registro 51 se sujeta a la estructura celulada 20 por medio de los sujetadores 54. En las figuras 5 y 6 se ilustra el registro 50, en el corte 5-5 y el detalle 6 de la figura 2.

Los sujetadores 54 tal como pernos de extremos roscados o tornillos, unen las tapas de registro 51 las celdas adyacentes. Puede emplearse cualquier medio de unión convencional. En la figura 5 se ilustra el primer extremo del sujetador 54 estando anclado en la celda 15, mientras que el segundo extremo del sujetador 54 atraviesa la tapa de registro 51, que se encuentra barrenada, y se asegura por medio de una tuerca.

Se prefiere que los sujetadores tengan un diámetro f de aproximadamente 3.81 cm (1 ? pulgadas). Se disponen tantos sujetadores como sea necesario.

Las tapas de registro comprenden además cavidades 55 y 56. La cavidad 55 tiene por objeto manipular el sujetador 54, mientras que la cavidad 56 tiene por objeto acceder a las agarraderas 57 para retirar la tapa de registro cuando se han liberado los sujetadores 55. La tapa de registro se fabrica en concreto.

La cubierta opcional 53 cubre la tapa 51. Dicha cubierta 53 tiene por objeto conservar la continuidad de la superficie de la pista así como evitar el ingreso de agua y otros contaminantes al medio de nivelación 30 y la cimentación 40. La cubierta de tapa de registro se fabrica de preferencia en concreto asfáltico.

El bloque 52 de relleno tiene por objeto contener la bolsa de fluido 31 y proporcionar una restricción a la expansión de la bolsa 31 en el registro 50. Además ofrece protección contra la ruptura de las bolsas 31. Dicho bloque 52 se fabrica de preferencia con poliestireno de alta densidad.

Como podrá observarse en las figuras 5 y 6, la placa lisa 32 no se extiende por debajo del bloque 52 y con ello permite que la cámara en donde se encuentra confinada la bolsa de fluido 31 tenga una superficie uniforme.

La pista estructurada 20 con las celdas 15, es capaz de puentear la carga de la misma y sus sobrecargas entre apoyos de los medios de nivelación 30. Es decir, la estructura celuladas 20 se desplazarán de acuerdo con el nivel de altura que se establezca en las celdas 15 por acción de los medios de nivelación 30, de este modo todas las secciones de la pista y no solamente las celdas que se encuentran sobre la bolsa 31 tendrán un movimiento ascendente, resultando lo anterior en la nivelación de la superficie completa de la pista 10.

Para controlar el nivel de la pista ante el hundimiento provocado por la variación en el nivel del suelo, la pista adicionalmente comprende medios automatizados para controlar el nivel de la pista, por ejemplo, dichos medios comprenden sensores de nivel y/o inclinación en cada medio de nivelación 30 que mediante un sistema de computo automatizado, acciona el sistema de inyección o extracción de fluido a las bolsas 31.

Cada medio de nivelación 30 tendrá registros 50 que permitan su acceso para: a).- Reponer la "carrera de pistón" cuando este se haya expandido a los limites de diseño. b).- Cambiar la bolsa contenedora cuando esto sea necesario. c).- Efectuar otro tipo de cambios si asi se determina.

Para realizar dicho mantenimiento, un operador deberá en primer instancia retirar la cubierta de tapa 53, después destornillar los sujetadores 54, y retirar la tapa 51. Para tal efecto se dispone opcionalmente de las agarraderas 57. Tras retirar la tapa 53 debe retirarse el bloque 52. Al retirar dichos elemento el operador tiene acceso a la bolsa de fluido 31.

Si se requieren abrir los registros, las reparaciones y/o ajustes podrán hacerse en un máximo de 2 hrs, evitando asi los altos costos de mantenimiento y operación de las pistas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES.

1. Una pista 10 de concreto para aeronaves, autódromos, autopistas y carreteras caracterizada porque comprende una estructura celulada 20 en donde cada celda comprende, nervaduras 21, una base 22 de celda y una cubierta 23 de celda que forma la superficie de la pista 10; entre las nervaduras 21, la base 22 y la cubierta 23 se aloja un núcleo 24 de poliestireno expandido, de modo que el peso volumétrico de las celdas es menor a la densidad del subsuelo.

2. La pista de la reivindicación 1 que además comprende medios de nivelación 30 que actúan sobre las celdas 15 de la estructura celulada 20. Los medios de nivelación permiten que las celdas 15 se desplacen en la dirección Z-Z.

3. La pista de la reivindicación 2 en donde los medios de nivelación 30 comprenden una cimentación 40. la cimentación 40 ofrece una estructura base y un nivel estable que sirve como referencia para la re nivelación de la pista 10 cuando existan hundimientos en la superficie de la misma.

4. La pista de la reivindicación 3 en donde la cimentación 40 comprende un conjunto de pilotes 42.

5. La pista de la reivindicación 4 en donde la cimentación 40 además comprende una plancha de concreto 44.

6. La pista de la reivindicación 2 en donde en donde los medios de nivelación comprenden una bolsa 31 que se encuentra en una cámara definida por los siguientes elementos: en el fondo, la plancha de concreto 44; en cada lado, bloques guía 46; y en la porción superior (o tapa) las celdas 15.

7. La pista de la reivindicación 2 en donde en donde además se dispone una placa lisa 32 que tiene por objeto proteger a la bolsa 31 del desplazamiento de las celdas 15, dicha placa lisa 32 se coloca entre la bolsa 31 y las celdas 15.

8. La pista de la reivindicación 2 en donde adicionalmente se provee a las pistas con tubos verticales de inyección para la inyección de un material de relleno que tiene por objeto rellenar la cavidad que se forma entre un asentamiento de tierra y la estructura celulada 20 cuando esta ha sido nivelada.

9. La pista de la reivindicación 8 en donde dichos tubos verticales de inyección se disponen espaciados aproximadamente cada 10 m a lo largo y ancho de la pista 10.

10. en donde los medios de nivelación además comprenden un registro 50 para mantenimiento.

11. La pista de la reivindicación 10 en donde el registro 50 comprende una tapa de registro 51, un bloque 52 de relleno y una cubierta de tapa 53.

12. La pista de la reivindicación 10 en donde la tapa de registro 51 se sujeta a la estructura celulada 20 por medio de los sujetadores 54.

13. La pista de la reivindicación 2 que además comprende medios automatizados para controlar el nivel de la superficie de la pista 10.

14. La pista de la reivindicación 11 en donde dichos medios automatizados comprenden sensores de nivel en cada medio de nivelación 30 controlado por un sistema de computo automatizado el cual acciona el sistema de inyección o extracción de fluido a las bolsas 31.