Aeropuerto Internacional de Chinchero en Cusco: Alternativas para el diseño estructural

El Aeropuerto Internacional de Chinchero, en la región de Cusco, es uno de los proyectos más importantes desarrollados en la zona sur del país. Para ello, se plantearon diversas alternativas de materiales y soluciones estructurales para cada uno de los componentes de este proyecto.

El nuevo aeropuerto se levantará a 29 km de la capital cusqueña. Contará con área de movimiento de aeronaves, pista de vuelos, sistema de calles de rodadura y la plataforma de estacionamiento de aeronaves, con sus equipamientos y sistemas (balizamiento, señalización, SEI, Torre de control, estación de combustible, entre otros).

Esta infraestructura aeroportuaria reemplazará al Aeropuerto Internacional Alejandro Velasco Astete, el segundo de mayor afluencia en el Perú, pero que posee restricciones orográficas y meteorológicas que limitan su capacidad técnica. Solo opera bajo condiciones VFR o Reglas de Vuelo Visuales. Sus operaciones (aterrizajes y despegues) se realizan por una sola cabecera de pista. En tanto, su perímetro está rodeado de edificios comerciales y residenciales y los vecinos constantemente se quejan del ruido constante.

Composición

El sistema de infraestructura aeroportuaria está formado por todas las áreas necesarias para la realización de actividades destinadas a tareas complementarias, los espacios de reserva que permitan el futuro desarrollo y crecimiento del conjunto y, el espacio aéreo del recinto aeroportuario o zona de control del aeropuerto. De esta forma, el sistema del Aeropuerto Internacional de Chinchero se divide en los subsistemas Aire y Tierra.

Aire es un subsistema que está dividido en espacio aéreo, campo de vuelos o área de maniobras (formada por la pista y el sistema de calles de rodaje) y la plataforma de estacionamiento de aeronaves. También se consideran los espacios de reserva de cada una de estas zonas.

Tierra tiene dos clasificaciones. Una, según su cercanía al lado aire y la segunda se basa en la función del uso de esos espacios, pudiendo clasificarse como servicios e industria.

Así, los subsistemas del lado Tierra de primera línea, clasificados como servicios, son el edificio terminal de pasajeros, los hangares de aviación general y las ayudas aeronáuticas de navegación y la torre de control. Mientras los destinados a la industria son la terminal de carga y los hangares destinados a las actividades de mantenimiento y reparación de aeronaves.

La segunda línea del lado Tierra, clasificada en actividades de servicios, está formada por las zonas comerciales alrededor del aeropuerto, escuelas de aviación, aeroclubes y áreas de apoyo a la aviación y las de actividades de la industria como oficinas, almacenes de aerolíneas y operadores y la industria aeronáutica en sí misma (fabricantes, constructores de piezas aeronáuticas, talleres, etc).

Por su arquitectura, el terminal de pasajeros se construirá en concreto armado los dos primeros pisos y el techo de la cobertura del tercer nivel se hará de acero.

 

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS

A la empresa Prisma Ingenieros se le encargó el análisis y diseño estructural de los edificios Terminal de pasajeros, la Torre de Control, la Terminal de Cargas, el Edificio Multipropósito, el Taller de Mantenimiento y el Edificio de Salvamento y Extinción de Incendios SEI que formarán parte del Aeropuerto Internacional de Chinchero. Estos trabajos consistieron en comparar diferentes alternativas de materiales y soluciones estructurales para dichos edificios.

Terminal de Pasajeros

Por su arquitectura, los dos primeros pisos se construirán en concreto armado y el techo de la cobertura del tercer nivel se hará en acero. Inicialmente, se desecharon las alternativas en estructura metálica y concreto prefabricado para los primeros pisos pues no se adaptaban a la arquitectura planteada.

Los primeros trabajos para el edificio de la Terminal se centraron en estructurarlo para que cumpliera con los requerimientos de las normas peruanas. Para esto hubo varias coordinaciones con arquitectura para colocar los muros de corte necesarios con el fin de cumplir con los requerimientos de rigidez y resistencia; así se predimensionaron columnas y vigas. Incluso se empezó a evaluar la alternativa de utilizar aislamiento en la base para este edificio.

Finalmente, se paralizaron estos trabajos pues los estudios geotécnicos mostraron un terreno muy blando porque existe una capa de suelo orgánico de entre 20 m y 60 m de profundidad sin capacidad de resistir cargas sísmicas, es decir, un suelo inadecuado para soportar este edificio. Se decidió moverlo.

Por tanto, los esfuerzos se dirigieron a evaluar alternativas para los techos de concreto o estructura metálica, cuyo diseño es poco influenciado por las solicitudes sísmicas. Para los techos de concreto de los dos primeros niveles se evaluaron diferentes alternativas incluyendo la opción de colocar o no una viga intermedia y para ambas alternativas se evaluó losas macizas, aligeradas con viguetas prefabricadas y sistema prenova aligerado con esferas de plástico.

Para la cobertura metálica ligera del último nivel se realizó el análisis comparativo entre dos opciones de techado. La primera, colocar pórticos de vigas de alma llena separados 12 m que soportan una cobertura ligera y la segunda fue el uso del sistema de Tridilosa compuesta por tubos metálicos.

Adicionalmente para la zona de preembarque se realizó el diseño estructural de los elementos más representativos de un paño típico para las dos opciones arquitectónicas que se están considerando. Esto con el fin de aportar un criterio de costos a la decisión de qué alternativa se va a adoptar finalmente.

Sala de embarque: Es una estructura de dos pisos, donde el primer nivel es de concreto armado y el segundo techo es una estructura ligera de acero apoyada sobre columnas de concreto. En la primera alternativa se considera un sistema de dos ejes principales de pórticos y vigas en volado de 4 m de longitud. En esta estructura la escalera de escape y el ascensor están separados por una junta. Para este edificio se hizo el diseño de dos vigas y dos columnas representativas.

Mientras que la segunda arquitectura consiste en un sistema de tres ejes principales de pórticos y vigas, eliminando los volados. En esta estructura, la escalera de escape y el ascensor forman parte del edificio. Para este caso también se diseñaron dos vigas y dos columnas representativas

Puente: En esta estructura se planteó cinco columnas de concreto armado que soportan la plataforma del puente, que es una losa de 20 cm de espesor con vigas invertidas en los costados. Para este diseño se consideró un factor de uso de U=1.5 y un factor de suelo S3=1.4. Lo importante en esta estructura era controlar las derivas, para lo cual fue necesario aumentar el diámetro de las columnas propuestas de 80 cm a 1 m.

Para el resto de edificios se realizaron diseños y presupuestos para tres opciones de materiales; concreto armado, estructura metálica y concreto prefabricado. Todos estos edificios fueron diseñados para estas tres alternativas, a excepción de la torre de control que solo fue diseñada para una opción en concreto armado y otra opción en acero, dado que no era posible hacer esta estructura en concreto prefabricado.

Se debe mencionar que todos los estudios realizados fueron en base a la información que se tenía hasta el momento sobre el suelo en el emplazamiento de cada edificio y la información de la sismicidad que se debe obtener del estudio de sitio (aceleraciones en terreno firme, amplificación por los suelos y espectros de diseño entre otras).

Edificio Multipropósito

La estructura consta de dos niveles con columnas separadas cada 5 m. Adicionalmente se hizo un análisis para la misma estructura con columnas separadas cada 10 m. Para todos los casos se consideró una categoría de uso U=1.5, Z=0.25, tipo de suelo S3=1.4 y la capacidad de carga del suelo indicada en el estudio geotécnico.

Para la alternativa de construcción en concreto armado se consideró el techo del primer nivel como una losa maciza de 15 cm y el techo del segundo nivel de estructura ligera de acero. En esta alternativa se hicieron los análisis para columnas espaciadas 5 m y 10 m.

Para la opción de estructura metálica se consideró en el techo del primer nivel una losa colaborante y para el segundo nivel, pórticos metálicos con vigas de alma llena. Esta alternativa solo se analizó para una separación entre columnas de 5 m. Mientras que para concreto prefabricado, el análisis se realizó solo para una separación entre columnas de 10 m, dado que este sistema es más eficiente para luces grandes.

Taller, SEI y Terminal de Cargas

El Taller de Mantenimiento, el edificio de Salvamento y Extinción de Incendios (SEI) y el Terminal de Cargas son de un nivel con un techo a dos aguas y una mezzanine intermedia. Para todos los casos se consideró una categoría de uso U=1.5, Z=0.25, tipo de suelo S3=1.4. Se analizó para los sistemas estructurales de Concreto armado, Estructura Metálica y Concreto Prefabricado.

La alternativa de concreto armado consideró para la mezzanine una losa maciza de 15 cm de espesor y, para el techo, una cobertura ligera de vigas metálicas. En la opción estructura metálica, se consideró para el techo de la mezzanine una losa colaborante apoyada sobre vigas metálicas y el techo conformado por pórticos metálicos de vigas de alma llena. Finalmente, para el concreto prefabricado se consideraron ambos niveles de este material.

Torre de Control

Este edificio es una estructura muy esbelta de 52 m de altura cimentada con pilotes. Se analizó para los sistemas de concreto armado y estructura metálica. Para todos los casos se consideró una categoría de uso U=1.5, Z=0.25, tipo de suelo S2=1.2 y la capacidad de carga de pilotes indicada en el estudio geotécnico.

Para la alternativa de concreto armado se consideró como sistema resistente las placas de la escalera y el ascensor que suben toda la altura. Además se tenían diafragmas rígidos en los niveles +41.35, +44.45 y +48. En tanto que en la opción de acero se consideraron pórticos de perfiles metálicos con arriostres en cruz en toda la altura.

Cerramiento: Se pidió hacer un pre dimensionamiento de un tramo ideal de los cerramientos de estructura metálica para la envolvente de los edificios complementarios. El análisis de estos cerramientos se hizo principalmente por cargas de viento, para lo cual se propusieron columnas espaciados 3.40 m que reciben a viguetas separadas 1.10 m.

La altura de las columnas que se consideró para el análisis fue de 6.60 m que es aproximadamente la altura que se encuentra en los edificio de la Terminal de Cargas y el SEI. Para estas condiciones se obtuvieron columnas de sección tubular de 8”x2”x1/4” y viguetas de sección “C” de plancha delgada de sección 4”x2”x3mm.

Cerco perimetral de adobe: A solicitud del cliente se planteó la posibilidad de un cerco de adobe con una altura deseada de 2.8 m y espesor de muro de 30 cm. Se haría con una máquina especial que entrega hasta 250 bloques de adobe por hora a la que se agregaría entre 10% y 12% de cemento para mejorar la resistencia a las lluvias. Se planteó modulaciones de los muros de adobe separados por juntas para la construcción para lo cual se consideraron dos alternativas: juntas cada 9 m, con dos contrafuertes a los tercios, de 50 cm de largo a cada lado del muro; y juntas cada 12 m con dos contrafuertes a los tercios, de 60 cm de largo a cada lado del muro.

En ambas alternativas se prevé la utilización de una viga solera de concreto armado de armadura mínima apoyada en las columnas extremas, a dos hiladas previas de la cima. Además se ve adecuado la utilización de tejas con caídas a ambos lados.

Publicado en revista Proyecta Ed. 40.