EADIC Escuela Técnica Especializada MONOGRAFÍA CARACTERÍSTICAS FÍSICAS. PISTAS.

Transcripción

1 EADIC Escuela Técnica Especializada MONOGRAFÍA CARACTERÍSTICAS FÍSICAS. PISTAS

2 Contenido 1 PISTAS Emplazamiento y orientación de las pistas Longitud verdadera de las pistas Capacidad de las pistas Anchura de las pistas Distancia mínima entre pistas Pendientes de las pistas Cambios de pendiente longitudinal Pendientes transversales Superficie de las pistas EADIC es una escuela especializada en el ámbito de la Ingeniería y la Arquitectura 2 Nace de la visión de profesionales del sector que, conscientes del cambio tecnológico y económico tan profundo que se está produciendo apuestan por una formación de calidad en un entorno flexible, ameno e innovador, y cien por cien orientada al entorno profesional, donde se prioriza la comunicación entre alumno y profesor y se persigue el intercambio de conocimientos y experiencias más allá del aula. eadic eadic eadic eadic

3 1 PISTAS Una pista es el área rectangular definida en un aeródromo terrestre preparada para el aterrizaje y el despegue de las aeronaves. En función del tipo de operación para el que esté destinada la pista, se distinguen los siguientes tipos: Pista de vuelo por instrumentos. Uno de los siguientes tipos de pista destinados a la operación de aeronaves que utilizan procedimientos de aproximación por instrumentos: 3 a) Pista para aproximaciones que no sean de precisión. Pista de vuelo por instrumentos servida por ayudas visuales y una ayuda no visual que proporciona por lo menos guía direccional adecuada para la aproximación directa. b) Pista para aproximaciones de precisión de Categoría I. Pista de vuelo por instrumentos servida por ILS y/o MLS y por ayudas visuales destinadas a operaciones con una altura de decisión no inferior a 60 m (200 ft) y con una visibilidad de no menos de 800 m o con un alcance visual en la pista no inferior a 550 m. c) Pista para aproximaciones de precisión de Categoría II. Pista de vuelo por instrumentos servida por ILS y/o MLS y por ayudas visuales destinadas a operaciones con una altura de decisión inferior a 60 m (200 ft) pero no inferior a 30 m (100 ft) y un alcance visual en la pista no inferior a 350 m. d) Pista para aproximaciones de precisión de Categoría III. Pista de vuelo por instrumentos servida por ILS y/o MLS hasta la superficie de la pista y a lo largo de la misma; y A. Destinada a operaciones con una altura de decisión inferior a 30 m (100 ft), o sin altura de decisión y un alcance visual en la pista no inferior a 200 m. B. Destinada a operaciones con una altura de decisión inferior a 15 m (50 ft), o sin altura de decisión y un alcance visual en la pista inferior a 200 m pero no inferior a 50 m.

4 C. Destinada a operaciones sin altura de decisión y sin restricciones de alcance visual en la pista. Pista de vuelo visual. Pista destinada a las operaciones de aeronaves que utilicen procedimientos visuales para la aproximación. Son muchos los factores que intervienen en la determinación del emplazamiento, orientación y número de pistas. Los principales son los siguientes: las condiciones meteorológicas, sobre todo el coeficiente de utilización de la pista/aeródromo, determinado por la distribución de los vientos, y por la presencia de nieblas localizadas; 4 la topografía del emplazamiento del aeródromo y del terreno circundante; el tipo y volumen del tránsito aéreo al que se habrá de prestar servicio, incluso los aspectos de control del tránsito aéreo; cuestiones relacionadas con las actuaciones de los aviones; y cuestiones relacionadas con el medio ambiente, principalmente el ruido.

5 1.1 Emplazamiento y orientación de las pistas En la determinación del emplazamiento y orientación de las pistas deben tenerse en cuenta muchos factores. Sin tratar de hacer una enumeración completa, ni de entrar en detalles, parece útil indicar los que más a menudo requieren estudio. Estos factores pueden dividirse en cuatro categorías: a) Tipo de operación. Convendrá examinar especialmente si el aeródromo se va a utilizar en todas las condiciones meteorológicas o solamente en condiciones meteorológicas de vuelo visual, y si se ha previsto su empleo durante el día y la noche, o solamente durante el día. b) Condiciones climatológicas. Debería hacerse un estudio de la distribución de los vientos para determinar el coeficiente de utilización. A este respecto deberían tenerse en cuenta los siguientes comentarios: 5 b.1.) Generalmente se dispone de estadísticas sobre el viento para el cálculo del coeficiente de utilización para diferentes gamas de velocidad y dirección, y la precisión de los resultados obtenidos depende en gran parte de la distribución supuesta de las observaciones dentro de dichas gamas. Cuando se carece de información precisa respecto a la distribución verdadera, se admite de ordinario una distribución uniforme puesto que, en relación a las orientaciones de pista más favorables, esta hipótesis da generalmente como resultado un valor ligeramente menor del coeficiente de utilización. b.2.) Los valores máximos de la componente transversal media del viento, se refieren a circunstancias normales. Existen algunos factores que pueden requerir que en un aeródromo determinado se tenga en cuenta una reducción de esos valores máximos. Especialmente: 1. las grandes diferencias de características de manejo y los valores máximos admisibles de la componente transversal del viento para los distintos tipos de aviones (incluso los tipos futuros); 2. la preponderancia y naturaleza de las ráfagas; 3. la preponderancia y naturaleza de la turbulencia; 4. la disponibilidad de una pista secundaria; 5. la anchura de las pistas;

6 6. las condiciones de la superficie de las pistas; el agua, la nieve y el hielo en la pista reducen materialmente el valor admisible de la componente transversal del viento; y 7. la fuerza del viento correspondiente al valor límite que se haya elegido para la componente transversal del viento. Debe también procederse al estudio de los casos de mala visibilidad y altura de base de nubes bajas, y tener en cuenta su frecuencia así como la dirección y la velocidad de los vientos en estos casos. 6 c) Topografía del emplazamiento del aeródromo, sus aproximaciones y alrededores, especialmente en relación con: c.1.) el cumplimiento de las disposiciones relativas a las superficies limitadoras de obstáculos; c.2.) la utilización de los terrenos en la actualidad y en el futuro. Su orientación y trazado deberían elegirse de forma que, en la medida de lo posible, se protejan contra las molestias causadas por el ruido de las aeronaves las zonas especialmente sensibles, tales como las residenciales, escuelas y hospitales. Se proporciona información detallada sobre este asunto en el Manual de planificación de aeropuertos, Parte 2 y en Orientación sobre el enfoque equilibrado para la gestión del ruido de las aeronaves; c.3.) longitudes de pista en la actualidad y en el futuro; c.4.) costes de construcción; y c.5.) posibilidad de instalar ayudas adecuadas, visuales y no visuales, para la aproximación. d) Tránsito aéreo en la proximidad del aeródromo, especialmente en relación con: d.1.) la proximidad de otros aeródromos o rutas; d.2.) la densidad del tránsito; y d.3.) los procedimientos de control de tránsito aéreo y de aproximación frustrada. El número de pistas que haya de proveerse en cada dirección dependerá del número de movimientos de aeronaves que haya que atender.

7 El número y orientación de las pistas de un aeródromo deberían ser tales que el coeficiente de utilización del aeródromo no sea inferior al 95% para los aviones que el aeródromo esté destinado a servir. La elección de los datos que se han de usar en el cálculo del coeficiente de utilización debería basarse en estadísticas confiables de la distribución de los vientos, que abarquen un período tan largo como sea posible, preferiblemente no menor de cinco años. Las observaciones deberían hacerse por lo menos ocho veces al día, a intervalos iguales. Estos vientos son valores medios del viento Longitud verdadera de las pistas Salvo lo dispuesto en Pistas con zonas de parada o zonas libres de obstáculos, la longitud verdadera de toda pista principal debería ser adecuada para satisfacer los requisitos operacionales de los aviones para los que se proyecte la pista y no debería ser menor que la longitud más larga determinada por la aplicación a las operaciones de las correcciones correspondientes a las condiciones locales y a las características de performance de los aviones que tengan que utilizarla. Esta especificación no significa necesariamente que se tengan en cuenta las operaciones del avión crítico con masa máxima. Al determinar la longitud de pista que ha de proporcionarse, es necesario considerar tanto los requisitos de despegue como de aterrizaje, así como la necesidad de efectuar operaciones en ambos sentidos de la pista. Entre las condiciones locales que pueden considerarse figuran la elevación, temperatura, pendiente de la pista, humedad y características de la superficie de la pista. En las tablas 1 y 2 se presentan algunos de los valores de los distintos pesos, longitudes de pista, envergadura, etc. para distintos modelos de aeronaves. En relación a la tabla 2, se recogen también los valores de clave de referencia de los distintos aviones, concepto que será explicado en la siguiente sección del presente tema.

8 8 Tabla 1: Pesos de distintos modelos de aeronaves.

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13 13 Tabla 2: Clasificación de aeronaves por número y letra de clave. Fuente:OACI Doc 9157 Parte 1.

14 1.3 Capacidad de las pistas Hoy en día, analizar la capacidad real de un sistema tan complejo como un aeropuerto y que depende de tantos factores requiere de programas de simulación y del uso de ordenadores. No obstante lo anterior, se van a describir algunos métodos desarrollados por la FAA para el estudio de la capacidad de pistas. En secciones posteriores del temario se presentarán algunos métodos para el análisis de la capacidad de otros sistemas funcionales del aeropuerto. 14 El parámetro fundamental de una pista de vuelo desde el punto de vista de la capacidad es el número de operaciones/hora de aeronaves (llegadas más salidas) que la pista es capaz de gestionar en una hora. Si conocemos el volumen de servicio a atender, es decir, la demanda podremos también determinar el nivel de demoras en las operaciones. La capacidad de operaciones/hora de una pista de vuelo depende a su vez de otros muchos parámetros, entre los que cabe destacar: Control de tráfico y de aproximación y de despegue Longitud, orientación y número de pistas Calles de salida, calles de rodadura y apartaderos Mezcla de aeronaves Meteorología Tipo y estado de las ayudas visuales Procedimientos de aproximación Interferencias en el espacio aéreo Para estimar la capacidad de las pistas se pueden utilizar algunos de los siguientes métodos: Métodos empíricos, basados en encuestas operativas realizadas en algunos aeropuertos.

15 Teoría de colas de Markov y distribuciones estadísticas de Poisson. Métodos analíticos Programas de simulación por ordenador como SIMMOD, desarrollado por la FAA. Método simplificado de la FAA para la determinación de la capacidad una determinada configuración de pistas de vuelo. De entre todos ellos, en esta sección se describe el método desarrollado por la FAA y publicado en la Advisory Circular 150/5060-5, por ser de sencilla aplicación y por resultar muy útil para estimaciones preliminares de la capacidad de una pista de vuelo. Este método proporciona valores aproximados de: 15 La capacidad horaria El volumen de servicio anual El nivel de demoras de la operación El método de la FAA contiene 62 gráficos para la estimación de las capacidades horarios. A partir de modelos analíticos, estos gráficos tienen en cuenta los siguientes factores: La mezcla de aeronaves Tipo de operación: despegues, aterrizajes o mixtos (%) Operaciones aterrizaje-despegue (touch and go). Con este término se designa aquella operación en la que inmediatamente después del aterrizaje se procede a un nuevo despegue, sin que la aeronave llegue a abandonar la pista. Usualmente, este tipo de maniobra tiene fines de entrenamiento y por tanto no es un tipo de operación corriente en grandes aeropuertos comerciales. La configuración del sistema de pistas El número y la ubicación de las calles de salida Condiciones visuales e instrumentales. Los pasos a seguir para el cálculo de la capacidad horaria de una determinada configuración son los siguientes: 1. Calcular el índice de mezcla de aeronaves a partir de la siguiente clasificación:

16 Clase A: monomotores con masa inferior a kg Clase B: polimotores pequeños con masa igual a A Clase C: aviones medianos (5.670 kg > m > 136 tn) Clase D: aviones grandes con masa > 136 tn El índice de mezcla se define como: i % C 3 % D 2. A partir del índice de mezcla de aeronaves y del porcentaje de aterrizajes, y mediante uno de los gráficos como el de la Ilustración 1, determinar la capacidad horaria 16 básica * C

17 17 Ilustración 1.- Diagrama de capacidad horaria para una pista única en condiciones VFR. Fuente: FAA AC 150/5060

18 3. Establecer el factor touch & go (T ) a partir del procentaje de operaciones aterrizaje-despegue y del índice de mezclad e aeronaves. 4. Determinar el factor de salidas ( E ) mediante la tabla de la Figura 1 a partir del índice de mezcla de aeronaves, de la posición de las calles de salida medida en pies desde el umbral, del porcentaje de aterrizajes y de un parámetro N que es el número de salidas de la pista a las calles de rodaje que estando dentro de la correspondiente disposición de salidas de la pista estén separados un mínimo de 750 pies (225 metros) De esta forma, la capacidad horaria se define como: CapH C * T E Ejemplo: Determinar la capacidad horaria de una pista única de pies de longitud, en condiciones VFR (diagrama de la Figura 1) y con las siguientes condiciones: Mezcla de aeronaves: 35% A, 30% B, 30% C y 5% D Porcentaje de aterrizajes: 50% Porcentaje de operaciones de toma-despegue: 15% Distancia desde el umbral a la calle de salida: 3000 ft De los anteriores datos se deduce: 1. Índice de mezcla de aeronaves: i % C 3 % D De la Figura 1, para un porcentaje de despegues del 50% e i=45, se obtiene que C * 62 operaciones/hora 3. Para un 15% de operaciones de toma-despegue, el factor T toma el valor de 1, Para una única calle de salida (N=1), situada a una distancia desde el umbral de 3000 ft, y para un 50% de aterrizajes, E 0, La capacidad horaria de la pista se obtiene de: CapH C * T E 62 1,1 0,84 60 operaciones/hora En lo que respecta al volumen de servicio anual, este se define como el número de operaciones anuales para el que la demora media por aeronave está entre uno y cuatro minutos.

19 Para realizar el cálculo del volumen de servicio, se deben realizar los siguientes pasos: 1. Identificar las distintas condiciones operativas (VFR, pistas paralelas, IFR, pista única) y determinar el porcentaje de tiempo al año que ocurren las citadas condiciones. Para cada una de estas condiciones operativas se debe calcular la capacidad horaria propia. 2. Identificar la capacidad horaria predominante, que es la de aquella condición operativa que más veces ocurre. 3. Determinar el peso de la capacidad para cada condición a partir de la siguiente tabla: 19 Tabla 3. Índice de ponderación (W). Fuente: Ashford et al. (2011, p. 256). 4. Calcular la capacidad horaria ponderada CW 5. Calcular el índice diario de operaciones (D), relación entre la media de operaciones anuales y la media de operaciones diarias en el mes punta. Si no hay datos disponibles, se puede usar los valores de la Tabla Calcular el índice horario de operaciones (H), relación entre la media de operaciones diarias y la de operaciones en hora punta del mes punta. Si no hay datos disponibles, se puede usar los valores de la Tabla 4. Mezcla de aeronaves Índice D Mezcla de aeronaves Índice H Tabla 4: Índice medios de operaciones (D y H). Fuente: Elaboración propia.

20 7. El volumen de servicio anual se calcula como: VSA=Cw x D x H Ejemplo: Determinar el Volumen de Servicio Anual (VSA) para un sistema de pistas paralelas con las siguientes condiciones de operación: 20 Operaciones. anuales: Media de operaciones. diarias: Media de operaciones horarias en hora punta del mes punta: 75 La capacidad predominante corresponde a la condición operativa 1 y es 93 operaciones por hora. A partir de la tabla del paso 3, se obtienen los siguientes pesos para cada operación: La capacidad horaria ponderada toma el siguiente valor: Para las condiciones descritas: Ratio Diario = = 350

21 Ratio Horario = = 14 Por último, se calcula el volumen anual de servicio como: VSA = = operaciones por año Para fines de planificación a medio y largo plazo, existen una serie de tablas en el documento de la FAA donde se proporcionan valores medios de capacidad anual y de capacidad horaria para varias configuraciones básicas. En la Tabla 5 se muestra un ejemplo de estas tablas (en el documento Advisory Circular 150/ de la FAA se pueden encontrar los valores de capacidades horarias y anuales para más configuraciones). 21 Así por ejemplo, para una pista de vuelo única la capacidad operando en VFR está entre 51 y 98 operaciones por hora, y entre 50 y 9 en IFR según el índice de mezcla. El volumen anual se situaría entre y Las pistas que se corta, físicamente o en sus direcciones, no son aconsejables, por ser su capacidad como sistema inferior al de pistas paralelas o casi paralelas por razones obvias. En general, deberá planearse la construcción de una nueva pista paralela cuando las prognosis de tráfico indiquen la saturación de la existente en un plazo de cinco años. A la hora de realizar los análisis, es necesario tener en cuenta que las operaciones de aterrizaje tienen preferencia sobre las de despegue.

22 22 Tabla 5: Capacidades anuales y horarias para fines de planificación. Fuente: Ashford et al. (2011, p. 256).

23 1.4 Anchura de las pistas La anchura de toda pista no debería ser menor de la dimensión apropiada especificada en la siguiente tabla: Numero de Letra de clave clave A B C D E F 1 18 m 18 m 23 m m 23 m 30 m 3 30 m 30 m 30 m 45 m 4 45 m 45 m 45 m 60 m Nota: La anchura de toda pista de aproximación de precisión no debería ser menor de 30 m, cuando el número de clave sea 1 ó 2. Las combinaciones de letras y números de clave para las cuales se especifican anchuras han sido preparadas con arreglo a las características de los aviones corrientes. Los factores que afectan las anchuras de pista figuran en el Manual de diseño de aeródromos, Parte Distancia mínima entre pistas Cuando se trata de pistas paralelas previstas para uso simultáneo en condiciones de vuelo visual, la distancia mínima entre sus ejes debería ser de: 210 m cuando el número de clave más alto sea 3 ó 4; 150 m cuando el número de clave más alto sea 2; y 120 m cuando el número de clave más alto sea 1. Cuando se trata de pistas paralelas previstas para uso simultáneo en condiciones de vuelo por instrumentos, la distancia mínima entre sus ejes debería ser de: m en aproximaciones paralelas independientes; 915 m en aproximaciones paralelas dependientes; 760 m en salidas paralelas independientes; 760 m en operaciones paralelas segregadas;

24 1.6 Pendientes de las pistas La pendiente obtenida al dividir la diferencia entre la elevación máxima y la mínima a lo largo del eje de la pista, por la longitud de ésta, no debería exceder del: 1% cuando el número de clave sea 3 ó 4; y 2% cuando el número de clave sea 1 ó 2. En ninguna parte de la pista la pendiente longitudinal debería exceder del: 24 1,25% cuando el número de clave sea 4, excepto en el primero y el último cuartos de la longitud de la pista, en los cuales la pendiente no debería exceder del 0,8%; 1,5% cuando el número de clave sea 3, excepto en el primero y el último cuartos de la longitud de una pista para aproximaciones de precisión de Categoría II o III, en los cuales la pendiente no debería exceder del 0,8%; y 2% cuando el número de clave sea 1 ó 2. Cuando no se pueda evitar un cambio de pendiente entre dos pendientes consecutivas, éste no debería exceder del: 1,5% cuando el número de clave sea 3 ó 4; y 2% cuando el número de clave sea 1 ó 2. La transición de una pendiente a otra debería efectuarse por medio de una superficie curva con un grado de variación que no exceda de: 0,1% por cada 30 m (radio mínimo de curvatura de m) cuando el número de clave sea 4; 0,2% por cada 30 m (radio mínimo de curvatura de m) cuando el número de clave sea 3; y 0,4% por cada 30 m (radio mínimo de curvatura de m) cuando el número de clave sea 1 ó Cambios de pendiente longitudinal La distancia habitual entre paradas está sobre los 500 metros y generalmente se sitúan a pie de calle. No obstante, en el caso del tren tram existen algunas divergencias: La distancia media entre estaciones suele estar alrededor de los 900 m pero la distancia a

25 lo largo del recorrido no es constante. Es decir, en tramos interurbanos las distancias suelen ser superiores a 1 km, mientras que en tramos urbanos estas distancias se encuentran cerca de los 500 m. La tipología de las estaciones es variada según la tipología de las propias calles, ya que en función de las características que tengan podrán ser desarrolladas un tipo de estaciones u otro. En el caso de existir un paseo central entre las 2 vías es recomendable situar las estaciones en el propio paseo para aprovechar el espacio que éste ofrece. Sin embargo, si el tranvía está adosado a la acera o en mediana, las estaciones se suelen ubicar en el exterior de las dos vías Pendientes transversales Para facilitar la rápida evacuación del agua, la superficie de la pista, en la medida de lo posible, debería ser convexa, excepto en los casos en que una pendiente transversal única que descienda en la dirección del viento que acompañe a la lluvia con mayor frecuencia, asegure el rápido drenaje de aquélla. La pendiente transversal ideal debería ser de: 1,5% cuando la letra de clave sea C, D, E o F; y 2% cuando la letra de clave sea A o B; pero, en todo caso, no debería exceder del 1,5% o del 2%, según corresponda, ni ser inferior al 1%, salvo en las intersecciones de pistas o de calles de rodaje en que se requieran pendientes más aplanadas. En el caso de superficies convexas, las pendientes transversales deberían ser simétricas a ambos lados del eje de la pista. La pendiente transversal debería ser básicamente la misma a lo largo de toda la pista, salvo en una intersección con otra pista o calle de rodaje, donde debería proporcionarse una transición suave teniendo en cuenta la necesidad de que el drenaje sea adecuado. Nota: En el Manual de diseño de aeódromos, Parte 3, se da orientación sobre las pendientes transversales. Se construirá la superficie de la pista sin irregularidades que den como resultado la pérdida de las características de rozamiento, o afecten adversamente de cualquier otra forma el despegue y el aterrizaje de un avión.

26 Las irregularidades de superficie pueden afectar adversamente el despegue o el aterrizaje de un avión por causar rebotes, cabeceo o vibración excesivos, u otras dificultades en el manejo del avión. La superficie de una pista pavimentada se construirá de modo que proporcione buenas características de rozamiento cuando la pista esté mojada. Las mediciones de las características de rozamiento de una pista nueva o repavimentada deberían efectuarse con un dispositivo de medición continua del rozamiento que utilice elementos de humectación automática, con el fin de asegurar que se han alcanzado los objetivos de proyecto, en relación con sus características de rozamiento. 26 El espesor de la textura superficial media de una superficie nueva no debería ser inferior a 1 mm. Esto requiere por lo general alguna forma especial de tratamiento de la superficie. Cuando la superficie sea estriada o escarificada, las estrías o escarificaciones deberían ser bien perpendiculares al eje de la pista o paralelas a las uniones transversales no perpendiculares, cuando proceda. En el Manual de diseño de aeródromos, Parte 3, se da orientación relativa a los métodos para mejorar la textura de la superficie de la pista. 1.9 Superficie de las pistas Se construirá la superficie de la pista sin irregularidades que den como resultado la pérdida de las características de rozamiento, o afecten adversamente de cualquier otra forma el despegue y el aterrizaje de un avión. Las irregularidades de superficie pueden afectar adversamente el despegue o el aterrizaje de un avión por causar rebotes, cabeceo o vibración excesivos, u otras dificultades en el manejo del avión. La superficie de una pista pavimentada se construirá de modo que proporcione buenas características de rozamiento cuando la pista esté mojada. Las mediciones de las características de rozamiento de una pista nueva o repavimentada deberían efectuarse con un dispositivo de medición continua del rozamiento que utilice elementos de humectación automática, con el fin de asegurar que se han alcanzado los objetivos de proyecto, en relación con sus características de rozamiento.

27 El espesor de la textura superficial media de una superficie nueva no debería ser inferior a 1 mm. Esto requiere por lo general alguna forma especial de tratamiento de la superficie. Cuando la superficie sea estriada o escarificada, las estrías o escarificaciones deberían ser bien perpendiculares al eje de la pista o paralelas a las uniones transversales no perpendiculares, cuando proceda. 27

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