( PDF ) Análise da aderência entre pneu e pavimento com camada porosa de atrito no Aeroporto Internacional Tancredo Neves

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WILSON GANDINI LUGÃO

ANÁLISE DA ADERÊNCIA ENTRE PNEU E PAVIMENTO COM CAMADA POROSA

DE ATRITO NO AEROPORTO INTERNACIONAL TANCREDO NEVES – MG

Tese apresentada à Universidade Federal

de Viçosa, como parte das exigências do

Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Civil, para obtenção do título

de Doctor Scientiae.

VIÇOSA

MINAS GERAIS – BRASIL

2008

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iii

Dedico este trabalho

À Zeni, Adeir e Patrícia.

Agradecimentos

À Deus;

À minha mãe Adeir e ao meu irmão Ricardo, pela confiança e tudo que sou;

À Patrícia, por todos os momentos ao meu lado nessa caminhada;

À Lúcia, pela orientação, apoio, segurança e formação interdisciplinar proporcionada;

Aos amigos do LabSIGEO, que tanto contribuíram nesse período;

Aos primeiros companheiros do Laboratório, Pedro, Samuel, André, Othávio, Aníbal,

Alessandra e Romina, pelo enriquecimento profissional e pessoal.

Ao Mauro, Aníbal e Henrique, pelas noites de trabalho em Confins;

À Thatiana pelo incentivo na pesquisa e ajuda no preparo de materiais e equipamentos;

Ao Madson, pela ajuda na reta final;

Aos co-orientadores Dario e Carlos Alexandre, pelas sugestões valiosas;

À CAPES pela bolsa concedida;

Ao curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil da UFV;

À INFRAERO pelo interesse e apoio na pesquisa, em especial à Superintendência do

Aeroporto Int. Tancredo Neves e à Superintendência de Manutenção – INFRAERO / SEDE;

Aos funcionários da INFRAERO do Aeroporto Internacional Tancredo Neves, em especial à

equipe da Divisão de Manutenção, Nogueira, Sebastião, Ricardo, Lanaro, Paulo e Roberto;

Ao Eng. Paulo Mengatti, sempre preocupado com as condições da pista;

Aos estagiários Hugo e Patrícia, e também ao José Antônio pelo apoio nos ensaios na pista;

À Pattrol, em especial ao Bruno Castro, pelas dicas e disponibilidade de equipamentos;

Ao IPT pela doação da Areia Normal; À Zirtec pela doação da Micro-esfera;

Ao Laboratório de Mecânica dos Solos da UFV;

Aos professores Márcio Marangon e Geraldo Luciano pelas avaliações e contribuições;

Às demais pessoas que, diretamente ou indiretamente, contribuíram para esta Tese.

Índice

RESUMO ......................................................................................................................................xi

ABSTRACT.................................................................................................................................. xii

1. INTRODUÇÃO...........................................................................................................................1

1.1. Considerações Iniciais....................................................................................................... 1

1.2. Objetivos............................................................................................................................ 3

1.3. Estrutura do Trabalho........................................................................................................ 4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................................5

2.1. Avaliação de Pavimentos .................................................................................................. 5

2.1.1. Avaliação Estrutural ................................................................................................... 7

2.1.2. Avaliação Funcional ................................................................................................... 8

2.2. Aderência Pneu-Pavimento............................................................................................. 12

2.2.1. Forças Resultantes da Interação entre Pneu e Pista Seca ..................................... 12

2.2.2. Forças Resultantes da Interação entre Pneu e Pista Molhada................................ 20

2.2.3. Lâmina d’água.......................................................................................................... 31

2.3. Condições de Superfície de uma Pista ........................................................................... 36

2.3.1. Características de Textura Superficial de Pavimentos ............................................ 39

2.3.2. Classificação das Superfícies .................................................................................. 40

2.3.3. Emborrachamento de Pistas de Aeroportos ............................................................ 43

2.4. Camada Porosa de Atrito - CPA...................................................................................... 46

2.4.1. CPA no Aeroporto Internacional Tancredo Neves................................................... 51

2.5. Medidas de Atrito............................................................................................................. 53

2.5.1. Parâmetros de Atrito ................................................................................................ 60

2.6. Medidas de Textura......................................................................................................... 62

2.6.1. Parâmetros de Textura............................................................................................. 67

2.7. International Runway Friction Index - IRFI ...................................................................... 69

2.8. International Friction Index - IFI....................................................................................... 69

3. MATERIAIS E MÉTODOS.......................................................................................................74

3.1. Objeto de Estudo ............................................................................................................. 74

3.2. Planejamento dos Ensaios .............................................................................................. 78

3.3. Macrotextura da superfície .............................................................................................. 82

3.4. Remoção de borracha ..................................................................................................... 86

3.5. Medição de Atrito Dinâmico com o Mu-meter ................................................................. 87

3.6. Medição de Atrito Estático com o Pêndulo Britânico....................................................... 90

3.7. Ensaio de Drenabilidade.................................................................................................. 9

3.8. Estimativa da Lâmina d’água e Hidroplanagem.............................................................. 93

3.9. Cálculo do IFI – Índice Internacional de Atrito................................................................. 93

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO...............................................................................................95

4.1. Avaliação da macrotextura .............................................................................................. 95

4.2. Cálculo do IFI – Índice Internacional de Atrito............................................................... 101

4.3. Evolução do emborrachamento da pista....................................................................... 103

4.4. Remoção de Borracha................................................................................................... 107

4.5. Estimativa da lâmina d’água e da velocidade crítica para hidroplanagem ................... 116

4.6. Ensaios de drenabilidade do pavimento........................................................................ 119

4.7. Classificação das imagens digitais................................................................................ 122

4.8. Discussões Gerais......................................................................................................... 124

5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES................................................................................127

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................129

vii

Lista de Figuras

Figura 1 – Distribuição de pressões na área de contato e deformação do pneu da aeronave

(RODRIGUES FILHO, 2006) ...................................................................................................... 13

Figura 2 – Forças que atuam sobre uma roda tracionada (RODRIGUES FILHO, 2006) .......... 14

Figura 3 – Contribuição do deslizamento devido à deformação no deslizamento medido

(FRISTEDT & NORRBOM, 1980

apud RODRIGUES FILHO, 2006)........................................ 16

Figura 4 – Efeito do deslizamento no coeficiente de atrito......................................................... 17

Figura 5 – Mecanismos de forças de atrito (SANTOS, 2004) .................................................... 18

Figura 6 – Variação do coeficiente de atrito e seus componentes com a velocidade de

deslizamento sobre uma superfície seca (FRISTEDT & NORRBOM, 1980

apud SILVA, 1981)

.................................................................................................................................................... 19

Figura 7 – Hidroplanagem viscosa (Adaptado de ANDRÉ, 2001).............................................. 22

Figura 8 – Hidroplanagem dinâmica. Fonte: http://www.aviationshop.com.au/ (22/10/07)........ 24

Figura 9 – Pneu diagonal (a) e pneu radial (b) (Adaptado de Wong, 2001)............................... 25

Figura 10 – Hidroplanagem por desvulcanização (Adaptado de ANDRÉ, 2001)....................... 27

Figura 11 – Modelo das três zonas (Adaptado de RODRIGUES FILHO, 2006)........................ 29

Figura 12 – Acidentes e Fatalidades a Bordo de Aeronaves por fase de vôo entre 1997-2006

(BOEING, 2007).......................................................................................................................... 37

Figura 13 – Variação de atrito para diferentes condições de superfícies................................... 38

Figura 14 – Influência da microtextura no atrito (OLIVER, 2003)............................................... 40

Figura 15 – Classificação das superfícies de pavimentos (Adaptado de ESDU, 1971)............. 41

Figura 16 – Efeito típico do acúmulo de borracha (OPUS, 2004) .............................................. 44

Figura 17 – Diferença de drenabilidade (ADAMS, 2003) ........................................................... 48

Figura 18 – Corpo-de-prova (BERNUCCI, 2005) ....................................................................... 48

Figura 19 – Camada Porosa (a) e CBUQ Tradicional (b)........................................................... 49

Figura 20 – Detalhe da espessura da CPA ................................................................................ 49

Figura 21* – Comparação do coeficiente de atrito (m) para superfícies secas (a) e a camada

porosa (b) com filme de água de 0,25mm (Adaptado de YAGER et al., 1990).......................... 50

Figura 22 – Airport Surface Friction Tester. (Foto: Yager, 2006) ............................................... 54

Figura 23 – Runway Friction Tester, Foto: www.dynatest.com (22/10/2007)............................. 55

Figura 24 – SFT, Fonte: www.sarsys.se (22/10/2007) ............................................................... 55

Figura 25 – Griptester, Foto: www.mastrad.com (22/10/2007)................................................... 56

Figura 26 – NAC, Foto: www.airportnac.com (20/05/2007)........................................................ 56

Figura 27 – RUNAR (Foto: Yager, 2006).................................................................................... 56

Figura 28 – BV-11 Skiddometer (Foto: Yager, 2006) ................................................................. 57

Figura 29 – STFT (a) e ilustração do equipamento (b), Foto: www.sarsys.se (22/10/2007)...... 57

Figura 30 –

Mu-meter MK6 ......................................................................................................... 58

Figura 31 – Desenho esquemático do Mu-meter........................................................................ 58

Figura 32 – Pêndulo Britânico..................................................................................................... 60

Figura 33 – Materiais para o ensaio de mancha de areia (WAMBOLD & HENRY, 2002) ......... 64

viii

Figura 34 – Materiais para o ensaio de mancha de graxa (WAMBOLD & HENRY, 2002) ........ 65

Figura 35 – Perfilômetro. (www.cibermetrica.com.br, 20/05/2007) ............................................ 65

Figura 36 – Drenômetro LTP-USP (APS, 2006)......................................................................... 66

Figura 37 – Significado das distintas zonas de um diagrama de atrito – textura. ...................... 72

Figura 38 – Localização do Aeroporto (data da imagem 26/02/2003) ....................................... 75

Figura 39 – Aumento de Vôos em Confins (fonte: INFRAERO, 2008)....................................... 76

Figura 40 – Movimentação de passageiros por aeroporto no ano de 2007 (INFRAERO, 2008)76

Figura 41 – Aeroporto Internacional Tancredo Neves – vista aérea.......................................... 77

Figura 42 – Aeroporto Internacional Tancredo Neves – pistas de operação ............................. 78

Figura 43 – Geometria dos trens-de-pouso das aeronaves ....................................................... 78

Figura 44 – Faixas de níveis de utilização das pistas para efeito do planejamento dos ensaios

de campo. Os números em cada faixa indicam respectivamente: (1) expectativa da passagem

das rodas das aeronaves (em percentuais) e (2) a densidade de probabilidade de passagem

das rodas (em passagens de roda/m/passagens de aeronaves) (RODRIGUES FILHO, 2006) 79

Figura 45 – Vista aérea da zona de toque das aeronaves (Imagem Google Earth, 2007)........ 80

Figura 46 – Esquema dos ensaios para macrotextura e atrito estático ..................................... 81

Figura 47 – Ensaio de Mancha de Areia..................................................................................... 83

Figura 48 – Foto para a classificação......................................................................................... 84

Figura 49 – Esquema dos pontos de ensaio de mancha de areia. ............................................ 85

Figura 50 – Equipamento de barra giratória ............................................................................... 86

Figura 51 – Prancha padrão de teste (SANTOS, 2004)............................................................. 88

Figura 52 – Visor de vazão do sistema de aspersão.................................................................. 88

Figura 53 – Computador portátil para o recebimento das informações do Mu-meter................ 89

Figura 54 – Corrida na pista do aeroporto com o Mu-meter....................................................... 89

Figura 55 – Detalhe do Pêndulo Britânico .................................................................................. 90

Figura 56 – Dimensões do drenômetro LTP-USP (FERREIRA, 2002) ...................................... 91

Figura 57 – Ensaio de drenabilidade .......................................................................................... 92

Figura 58 – Micro-esferas versus Areia Comum (volume – 50ml) ............................................. 96

Figura 59 – Micro-esferas versus Areia Normal – IPT (volume – 50ml)..................................... 96

Figura 60 – Areia Comum versus Areia Normal – IPT (volume – 50ml) .................................... 96

Figura 61 – Micro-esferas (25ml) versus Areia Normal (25ml)................................................... 97

Figura 62 – Micro-esferas (25ml) versus Areia Normal (50ml)................................................... 97

Figura 63 – Areia Normal (25ml)

versus Areia Normal (50ml).................................................... 98

Figura 64 – Correlação entre Mu-meter e Pêndulo Britânico ................................................... 103

Figura 65 – Vista da zona de toque logo após os serviços de limpeza e pintura da pista (a) e,

depois de 10 meses de operação (b) ....................................................................................... 104

Figura 66 – Região emborrachada (a) e região sem solicitação (b) ........................................ 104

Figura 67 – Evolução do emborrachamento............................................................................. 105

Figura 68 - Coeficiente de Atrito com o Mu-meter - 3 metros à direita do eixo da pista .......... 106

Figura 69 - Coeficiente de Atrito com o Mu-meter - 3 metros à esquerda do eixo da pista..... 106

Figura 70 – Limpeza da pista equipamento de barra giratória ................................................. 108

Figura 71 - Coeficiente de Atrito com o Mu-meter - 3 metros à direita do eixo da pista .......... 112

Figura 72 - Coeficiente de Atrito com o Mu-meter - 3 metros à esquerda do eixo da pista..... 112

Figura 73 – Comparação do coeficiente de atrito para dois afastamentos do eixo.................. 113

Figura 74 – Ano hidrológico ...................................................................................................... 115

Figura 75 – Seção transversal da pista de pouso e decolagem............................................... 116

Figura 76 – Perfil longitudinal ................................................................................................... 116

Figura 77 – Intensidade de precipitação versus Lâmina d’água .............................................. 117

Figura 78 – Velocidade crítica versus porcentagem de giro de roda ....................................... 119

Figura 79 – Velocidade crítica versus lâmina d’água ............................................................... 119

Figura 80 – Drenômetro com a adaptação do orifício .............................................................. 120

Figura 81 – Área sem solicitação de aeronaves....................................................................... 121

Figura 82 – Área pouco solicitada ............................................................................................ 122

Figura 83 – Área altamente emborrachada .............................................................................. 122

Figura 84 – Classificação de ponto altamente emborrachado ................................................. 123

Figura 85 – Classificação de ponto pouco emborrachado ....................................................... 124

Lista de Tabelas

Tabela 1 – Condições de suavidade de rolamento de aeronaves.............................................. 10

Tabela 2 – Classificação da textura (APS, 2006) ....................................................................... 39

Tabela 3 – Intervalos máximos para limpeza da pista (FAA, 1997) ........................................... 44

Tabela 4 – Especificação para a faixa granulométrica da mistura ............................................. 52

Tabela 5 – Equipamentos de medição de atrito ......................................................................... 54

Tabela 6 - Classificação da microtextura com o Pêndulo Britânico (ABPv, 1998)..................... 60

Tabela 7 – Valores mínimos de atrito (Adaptado de ICAO, 2004) ............................................. 61

Tabela 8 – Valores mínimos de atrito (Adaptado de CAA, 2004)............................................... 61

Tabela 9 – Intervalos máximos entre medições de atrito ........................................................... 62

Tabela 10 – Intervalos máximos entre medições de atrito (FAA, 1997)..................................... 62

Tabela 11 - Classificação da macrotextura superficial do revestimento (DER/MG, 2005) ........ 68

Tabela 12 - Classificação proposta por APS (2006)................................................................... 68

Tabela 13 – Limites IFI (DNIT, 2006).......................................................................................... 71

Tabela 14 – Limites IFI (APS, 2006)........................................................................................... 71

Tabela 15 – Constantes para o cálculo de Sp (APS, 2006) ....................................................... 72

Tabela 16 – Constantes para o cálculo de F

(APS, 2006) ....................................................... 73

Tabela 17 – Correção da leitura do Pêndulo Britânico devido à temperatura (DNIT, 2006)...... 91

Tabela 18 – Macrotextura – Data: 03 de outubro de 2007......................................................... 99

Tabela 19 – Macrotextura – Data: 12 de fevereiro de 2008 ..................................................... 100

Tabela 20 – Proposta de níveis de emborrachamento............................................................. 100

Tabela 21 – Valores de IFI........................................................................................................ 101

Tabela 22 – Sensibilidade de cada parâmetro para o cálculo do IFI ....................................... 102

Tabela 23 – Número de pousos e massa total das aeronaves ................................................ 107

Tabela 24 – Valores de profundidade de textura antes e após a limpeza ............................... 109

Tabela 25 – Dados pluviométricos da estação......................................................................... 114

Tabela 26 – Intensidades máximas de precipitação (mm/h) .................................................... 115

Tabela 27 – Sensibilidade de cada parâmetro dos modelos.................................................... 118

Tabela 28 – Tempo de escoamento da água – diâmetro de 2 polegadas ............................... 120

Tabela 29 – Tempo de escoamento da água – diâmetro de 1 polegada................................. 121

Tabela 30 – Porcentagem de emborrachamento ..................................................................... 123

RESUMO

LUGÃO, Wilson Gandini, D.Sc., Universidade Federal de Viçosa, março de 2008. Análise da

Aderência entre Pneu e Pavimento com Camada Porosa de Atrito no Aeroporto

Internacional Tancredo Neves – MG. Orientadora: Maria Lúcia Calijuri, Co-Orientadores:

Dario Cardoso de Lima e Carlos Alexandre Braz de Carvalho.

A alta aderência entre o pneu e o pavimento nas fases de pousos e decolagens de

aeronaves é fundamental para a segurança de um vôo. Nesta Tese, estudaram-se as

condições de aderência em pavimentos com Camada Porosa de Atrito - CPA,

superfície com alto índice de vazios, que atua diretamente no aspecto funcional do

pavimento, escoando rapidamente a água da superfície. Pavimentos com CPA,

embora aplicados em dois Aeroportos no Brasil, ainda necessitam de estudos

específicos, sendo que ensaios e classificações são generalizados para todos os tipos

de revestimentos. O objeto de estudo foi a pista de pousos e decolagens do Aeroporto

Internacional Tancredo Neves, Confins – MG. Nessa pesquisa procurou-se, por meio

de equipamentos e procedimentos, na sua maioria, utilizados em rodovias, estabelecer

parâmetros específicos de avaliação das condições funcionais do pavimento com

CPA. Verificou-se que a falta de padronização do tipo de material utilizado no ensaio

de mancha de areia, pode levar a conclusões precipitadas sobre a condição de

emborrachamento do pavimento. Deste modo, é proposta uma classificação de níveis

de emborrachamento da pista a partir de resultados de ensaios de mancha de areia,

com a adoção da Areia Normal do Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT, na

execução dos ensaios. Para a caracterização da macrotextura superficial pode-se

adotar a classificação de imagens digitais, que obteve boa correlação quando

comparada aos ensaios de mancha de areia. Construiu-se um drenômetro adaptado

às condições específicas de escoamento da CPA, tornando-se mais um instrumento

de verificação da macrotextura do pavimento. Utilizou-se o Pêndulo Britânico e o Mu-

meter para as medições de atrito entre pneu e pavimento, sendo verificada a falta de

correlação entre os equipamentos. Os ensaios com o Mu-meter mostraram-se

bastante divergentes quando comparados em diferentes datas, devendo-se considerar

todas as variáveis que influenciam as condições de medição na hora do ensaio. É

preciso uma revisão da técnica de remoção de borracha e periodicidade da limpeza,

atualmente adotada, devido às novas condições de tráfego do Aeroporto.

xii

ABSTRACT

LUGÃO, Wilson Gandini, D.Sc., Universidade Federal de Viçosa, march of 2008. Analysis of

Adherence between Tire and Pavement with

Porous Friction Course in the

International Airport Tancredo Neves

– MG. Adviser: Maria Lúcia Calijuri, Co-

Advisers: Dario Cardoso de Lima and Carlos Alexandre Braz de Carvalho.

The high adherence between the tire and the pavement in the phases of landings and

takeoffs of aircrafts is fundamental for the safety of a flight. In this thesis, the conditions

of adherence in pavements with Porous Friction Course – PFC, surface with high index

of emptiness, were studied. It acts directly in the functional aspect of the pavement,

draining the water of the surface quickly. Pavements with PFC, although already

applied in two Airports in Brazil, still need specific studies, with essays and

classifications widespread for all of the types of coverings. The study object was the

lane of landings and takeoffs of the International Airport Tancredo Neves, Confins -

MG. In that research, it was searched for, through equipments and procedures, in its

majority, used in highways, to establish specific parameters of evaluation of the

functional conditions of the pavement with PFC. It was verified that the lack of

standardization of the material type used in the sand patch essay, can induce to

precipitate conclusions about the condition of rubbery of the pavement. This way, a

classification of levels of rubbery of the lane is proposed starting from results of essays

of sand patch, with the adoption of the Normal Sand of the Instituto de Pesquisas

Tecnológicas – IPT (Institute for Technological Research), in the execution of the

essays. For the characterization of the superficial macrotexture the classification of

digital images can be adopted, that obtained good correlation when compared to the

essays of sand patch. A drain machine adapted to the specific conditions of drainage of

PFC was built, becoming one more instrument of verification of the macrotexture of the

pavement. The British Pendulum and Mu-meter were used and for the friction

measurements between tire and pavement, being verified the lack of correlation among

the equipments. The essays with Mu-meter were shown quite divergent when

compared in different dates, what lead us to considerer, in the hour of the essay, all the

variables that influence the measurement conditions. It is necessary a revision of the

technique of rubber removal and the periodicity of the cleaning, now adopted, due to

the new conditions of traffic of the Airport.

1. INTRODUÇÃO

1.1. Considerações Iniciais

Os acidentes aéreos relacionam-se com características específicas em cada caso,

pois se têm diversos aspectos envolvidos, tais como: os fisiológicos e os psicológicos

(fator humano), a aeronave e o complexo de engenharia aeronáutica (fator material) e

o homem no exercício da atividade aérea (fator operacional). Além desses fatores, as

condições meteorológicas contribuem de forma relevante nos acidentes aéreos, em

especial nas condições da pista de pouso (PERES et al., 2006).

Um acidente aéreo é fruto de um somatório desses fatores, no qual uma manutenção

deficiente poderá ser o ingrediente final de uma seqüência de eventos mal sucedidos,

durante as diferentes fases da operação aérea, e que culmina com o acidente

(ARAÚJO, 1994).

Em termos de riscos para a aeronave, Silva (1981) destaca o pouso e a decolagem

como as fases mais críticas de um vôo, ressaltando que, a ineficácia de frenagem em

virtude de atrito deficiente, se não for a causa primária, é um importante fator de

contribuição de muitos incidentes e acidentes ocorridos nessas duas etapas de um

vôo.

A preocupação com o atrito em pistas de aeroportos acentua-se no caso das

operações de aeronaves a jato, em que velocidades de pouso e decolagem são

elevadas, o que torna ainda mais importante a eficácia do atrito entre os pneus e a

superfície da pista, para que ocorra a desaceleração e a parada da aeronave

(ARAÚJO, 1994; RODRIGUES FILHO, 2006).

Um conjunto de aspectos influencia essa aderência entre pneu-pavimento, como a

presença de contaminantes, a textura, as condições de drenabilidade da pista, o peso

e a velocidade de aterrissagem da aeronave, entre outros.

Tem-se então na aderência entre os pneus da aeronave e a superfície da pista um

fator de extrema importância quando se trata de segurança de vôo. Silva (1981)

ressalta que em pistas limpas e secas praticamente não se têm problemas de

frenagem, mas nas pistas ditas “contaminadas” (por gelo, neve ou água) o atrito é

sensivelmente reduzido. Devido ao seu clima, no Brasil tem-se como principal

contaminante na pista a água. Uma condição importante para que se tenha uma

aderência elevada é a eliminação da água que se encontra na área de contato pneu-

pavimento.

O atrito nas pistas muda ao longo do tempo em função do tráfego, das condições

climáticas e das práticas de manutenção adotadas. A presença de contaminantes

como água ou resíduos de borracha, causa diminuição do atrito das superfícies das

pistas em grandes extensões, principalmente nas zonas de toque (RODRIGUES

FILHO, 2006).

Muitas tentativas de revestimentos de pavimentos já foram testadas para manter os

níveis de atrito aceitáveis, mesmo sob condições adversas, como no caso da presença

de água na pista. No Brasil, dois tipos de pavimentos são utilizados para tal fim:

pavimentos estriados (“grooving”) e os pavimentos com Camada Porosa de Atrito -

CPA.

Atualmente, a INFRAERO administra 68 aeroportos em todo país, sendo que

aproximadamente 10% destes possuem pavimentos com grooving (5) ou CPA (2). Nos

pavimentos com grooving, são feitas ranhuras ou estrias transversalmente ao eixo da

pista com objetivo de fornecer um fluxo preferencial de escoamento das águas de

chuva. A CPA desempenha a mesma função de drenagem da água, com a diferença

que ao invés das ranhuras, o pavimento possui grande índice de vazios, fazendo com

que a água penetre no pavimento e escoe subsuperficialmente.

A CPA é um revestimento poroso, de granulometria aberta, que além de propiciar um

atrito maior entre os pneus do trem-de-pouso e a pista, torna a drenagem da água

mais eficiente. A CPA é uma camada delgada, de espessura constante, flexível, de

macrotextura aberta e características drenantes, resultantes da mistura a quente, em

usina apropriada, do agregado mineral graúdo, material de enchimento e material

betuminoso (ARAUJO, 1994).

O Aeroporto Internacional Tancredo Neves, em Confins – Minas Gerais possui em sua

pista de pousos e decolagens, revestimento contendo a CPA. Assim, esse aeroporto

foi escolhido como objeto de estudo, devido ao revestimento com CPA de sua pista de

pousos e decolagens, como também ao seu momento de grande aumento de vôos

nacionais e internacionais, em que as condições da pista passam a ser controladas

com maior freqüência.

Vale ressaltar que a CPA atua somente no aspecto funcional do pavimento que, em

conjunto com a parte estrutural, dão suporte a um sistema de gerenciamento de

pavimento.

A experiência brasileira sobre a avaliação de pavimentos revestidos com a Camada

Porosa de Atrito ainda é recente, e muitos ensaios e procedimentos são generalizados

a todos os tipos de revestimentos asfálticos. A freqüência de verificação dos

componentes da aderência entre pneu e pavimento também são questionáveis, visto

as recomendações atuais de diversos órgãos internacionais de aviação.

1.2. Objetivos

O objetivo central desta tese foi contribuir para a avaliação funcional da superfície da

pista de pouso e de decolagem do Aeroporto Internacional Tancredo Neves,

propondo-se parâmetros e períodos específicos de avaliação das condições de

pavimento para a Camada Porosa de Atrito.

Para atingir o objetivo central deste trabalho, os seguintes objetivos específicos foram

desenvolvidos:

- avaliar os procedimentos adotados para a verificação da macrotextura da superfície

do pavimento e seus resultados em pavimentos com camada porosa de atrito;

- estudar a evolução do acúmulo de borracha no pavimento ao longo do tempo,

determinando níveis de emborrachamento da pista a partir da análise da macrotextura

da superfície do pavimento;

- analisar a eficiência na remoção de contaminantes do pavimento por meio da

avaliação da macrotextura da superfície e valores de atrito obtidos pelo Mu-meter;

- analisar o potencial de drenabilidade do pavimento em diversos níveis de

contaminação da pista com o uso do drenômetro, desenvolvido especificamente para

a pesquisa;

- estimar a espessura da lâmina d’água formada na superfície do pavimento e a

velocidade crítica para a ocorrência da hidroplanagem;

- verificar, a partir de valores de atrito do Pêndulo Britânico, a adequação do

equipamento de medição de atrito utilizado no aeroporto, Mu-meter, ao índice

internacional de atrito – IFI, visto que o mesmo não consta na listagem dos

equipamentos calibrados no experimento.

1.3. Estrutura do Trabalho

O presente trabalho apresenta-se estruturado em capítulos conforme descrito a seguir.

O Capítulo 1 inicia-se com a importância e justificativa do tema juntamente com o

objetivo do trabalho.

No Capítulo 2 tem-se o referencial teórico sobre os assuntos abordados neste

trabalho, com os temas considerados relevantes. Abordam-se assuntos sobre a

avaliação de pavimentos, a aderência entre pneu e pavimento, as condições de

superfície de uma pista, as características da camada porosa de atrito, as técnicas e

equipamentos para medição de atrito e de textura, como também, os índices de atrito

utilizados internacionalmente.

No Capítulo 3 apresentam-se os materiais e a metodologia, com descrição do objeto

de estudo e técnicas e equipamentos disponibilizados para a pesquisa.

O Capítulo 4 traz os resultados dos ensaios executados e uma discussão geral sobre

os dados encontrados, como também proposição de outras técnicas de verificação da

macrotextura, bem como uma avaliação dos equipamentos e materiais utilizados nos

ensaios.

No Capítulo 5, apresentam-se as conclusões e as recomendações para futuros

trabalhos e também sugestões de valores a serem adotados pelos órgãos do setor.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo, são introduzidos conceitos de avaliação de pavimentos, métodos e

equipamentos utilizados, além de parâmetros e freqüência das avaliações.

Descrevem-se também, aspectos da interação entre pneu e pavimento e as diversas

condições de textura superficial.

2.1. Avaliação de Pavimentos

Os pavimentos não são concebidos para durarem eternamente, mas apenas por um

determinado período. Durante cada um desses períodos ou “ciclos de vida”, o

pavimento passa de uma condição ótima até alcançar uma condição ruim.

Para atingir uma capacidade satisfatória de desempenho e um prolongamento de sua

vida útil, os pavimentos exigem intervenções freqüentes, passando por processos de

restauração simples, por reforço de sua estrutura, ou, ainda, pela combinação dessas

ações com melhoramentos referentes à drenagem e ao traçado geométrico, conforme

as deficiências observadas (JORDÃO et al., 2004).

Os pavimentos aeroportuários apresentam similaridade com os pavimentos rodoviários

em termos de materiais e serviços, diferindo na magnitude da carga aplicada, a

pressão dos pneus, a seção geométrica da pista e o número de repetições de carga

durante a vida útil do pavimento (JORDÃO et al., 2004).

A avaliação de pavimentos consiste em uma série de procedimentos que fornecem

informações sobre o seu estado de conservação atual, particularmente no que diz

respeito às condições estruturais do pavimento e à capacidade de oferecer aos

usuários conforto e segurança. Estas informações são utilizadas em estudos de

gerência de pavimentos para nortear os serviços de manutenção e de restauração

destas estruturas (HAAS et al., 1994).

Um Sistema de Gerenciamento de Pavimentos (SGP) é definido, segundo Haas et al.

(1994), como sendo “a compreensão e coordenação das atividades associadas com o

planejamento, projeto, construção, manutenção, avaliação e pesquisa de pavimentos”,

em que cada atividade é um subsistema de um sistema principal.

A avaliação das condições do pavimento é um subsistema de um SGP, de extrema

importância, em virtude de que grande parte dos projetos e das equipes de

manutenção necessitarem dessas informações para melhor desenvolver e programar

suas atividades (ARAÚJO, 1994).

Para o DNER (1983)

apud Muller (2005), a medição das características do pavimento

e a avaliação dos dados obtidos têm três principais objetivos:

- verificar se a função pretendida ou o desempenho esperado estão sendo alcançados;

- fornecer informações para o planejamento da restauração do pavimento existente; e

- fornecer informações para melhorar a tecnologia de projeto, construção e

manutenção do pavimento.

Quanto maior o nível de informações que se puder reunir sobre o pavimento, mais

acertadas e rápidas serão as decisões. Um sistema bem montado de Gerenciamento

de Pavimentos consiste na priorização de projetos de acordo com os recursos

disponíveis e critérios técnico-econômicos, redundando em baixo custo/benefício para

o usuário (MACEDO NETO, 1993).

A avaliação de pavimentos deve ter como principal objetivo o fornecimento de dados

para a execução acertada de intervenções corretivas em sua estrutura, quando se

fizer necessário, promovendo o restabelecimento das características de conforto, de

segurança e de economia aos usuários, podendo variar entre simples operações de

manutenção corretiva até a situação mais extrema, que seria a reconstrução total do

pavimento (GONTIJO et al., 1994).

A condição de um pavimento representa o nível de degradação resultante dos

processos associados ao meio ambiente e ao uso contínuo pelo tráfego. A avaliação

dessa condição é possível por meio do conhecimento de diversos parâmetros de

referência normatizados, permitindo a determinação das condições de superfície, das

condições estruturais, das condições de rugosidade longitudinais, da avaliação das

solicitações do tráfego e das condições de aderência entre pneu-pavimento (DNIT,

2006).

O conjunto de medidas a serem tomadas para melhoria do pavimento será, portanto,

em função do conhecimento do estado em que o pavimento se encontra. Cardoso

(1995) recomenda uma avaliação periódica da condição estrutural e funcional do

pavimento.

______________________

Departamento de Estradas de Rodagens – DNER. Projeto de pesquisas e operação da pista

experimental circular. Relatório técnico, contrato PG999-A/82. 1983.

A avaliação de pavimentos pode ser dividida em dois tipos: a avaliação funcional e a

avaliação estrutural. Dessa forma, são feitas inspeções de campo onde se avaliam as

condições funcionais e/ou estruturais, o que possibilita a identificação de medidas a

serem tomadas para que o pavimento apresente condições satisfatórias de uso ao

longo de um determinado período pré-estabelecido (NÓBREGA, 2003).

2.1.1. Avaliação Estrutural

A avaliação estrutural do pavimento pode ser efetuada por meio dos elementos

obtidos nos levantamentos dos defeitos de superfície, nos ensaios destrutivos e nos

ensaios não-destrutivos. Os defeitos existentes no pavimento causados principalmente

pelas cargas de tráfego, fornecem informações importantes sobre o efeito do tráfego

na estrutura do pavimento (DNIT, 2006).

A avaliação do comportamento estrutural de um pavimento consiste na determinação

de características que estejam relacionadas à capacidade de suporte e de resistência

da estrutura às ações do tráfego. Dessa maneira, o comportamento estrutural de um

pavimento pode ser avaliado por meio da resposta que uma dada estrutura apresenta,

quando aplicada uma carga em sua superfície. Essa resposta é analisada com base

em parâmetros referenciais que auxiliam no diagnóstico desse comportamento (VALE

et al., 2004).

A análise de parâmetros elásticos obtidos em levantamentos estruturais permite inferir

sobre a condição em que se encontra a estrutura, e assim dimensionar o reforço com

o objetivo de compatibilizar as diversas características resistentes dos materiais que

compõem o pavimento reforçado, frente às solicitações futuras do tráfego e dos efeitos

climáticos (CAVALCANTE et al., 2005).

Especificamente para aeroportos existe o Pavement Classification Number (PCN),

número que expressa a capacidade estrutural relativo do pavimento em termos de

carga de roda equivalente a uma pressão de 1,25MPa. O PCN, metodologia adotada

pela ICAO e FAA, que utiliza dados deflectométricos, informações relativas às

espessuras das camadas e dados da aeronave de projeto em seu cálculo, de acordo

com a circular n°150/5335-5 (1983) da FAA.

A determinação do PCN é realizada através de dois procedimentos: o primeiro utiliza

informações da aeronave e do tipo de subleito determinado por retroanálise; o

segundo considera avaliações mecanísticas da capacidade de suporte do pavimento

(PREUSSLER et al., 2004).

2.1.2. Avaliação Funcional

As avaliações funcionais consistem na caracterização da degradação superficial e da

deformação permanente e traduzem as condições de conforto e de segurança do

usuário. Têm como objetivos a definição da “natureza” e o “tipo” dos serviços

corretivos a serem realizados.

Na avaliação funcional, realizam-se investigações de macro e microtextura da

superfície, potencial de hidroplanagem, medições de irregularidade superficiais e de

resistência à derrapagem (MACEDO NETO, 1993).

Os aspectos funcionais de um pavimento são caracterizados pela avaliação das

condições de superfície, irregularidades longitudinais e aderência entre pneu-

pavimento.

Avaliação das Condições de Superfície

As condições de superfície de pavimentos são avaliadas de forma objetiva ou

subjetiva.

A avaliação objetiva pode ser feita pelo índice combinado de falhas, o Índice de

Gravidade Global (IGG). O IGG descrito na Norma DNIT 006/2003-PRO, permite

classificar o estado geral de um determinado trecho homogêneo de pavimento, em

função da incidência de defeitos de superfície. É um indicador das condições do

pavimento, útil para tomada de decisão quanto às intervenções de restauração

necessárias (DNIT, 2006).

Para a avaliação objetiva existe também o procedimento do Levantamento Visual

Contínuo (LVC), descrito na Norma DNIT 008/2003-PRO, que permite determinar os

seguintes parâmetros (DNIT, 2006):

- ICPF – Índice de Condição do Pavimento Flexível;

- IGGE – Índice de Gravidade Global Expedito;

- IES – Índice do Estado de Superfície do Pavimento;

- porcentagem de área de trincamento;

- número de panelas e remendos; e

- porcentagem de área com outros defeitos.

A avaliação subjetiva de pavimentos, cuja metodologia para avaliação foi desenvolvida

pela AASHTO na determinação do Valor de Serventia Atual (VSA), descrita na Norma

DNIT 009/2003-PRO, afere, subjetivamente, as qualidades de suavidade e de conforto

do rolamento proporcionado pelo pavimento.

Em aeroportos utiliza-se o Pavement Condition Index (PCI), método desenvolvido pelo

U.S. Army Constrution Engineering Research Laboratory (CERL), do Corpo de

Engenheiros do Exercito Americano. O PCI, que varia de 0 (pavimentos totalmente

deteriorados) a 100 (pavimentos em excelente condição), é calculado a partir de

inspeções visuais do pavimento, registrando-se os tipos de defeitos, suas severidades

e densidades de ocorrência em cada setor analisado (ARAÚJO, 1994).

Irregularidade Longitudinal

Pode-se conceituar irregularidade longitudinal ou simplesmente irregularidade de um

pavimento, como sendo um conjunto de desvios da superfície em relação a um plano

de referência ou ao greide de projeto. Esses desvios podem afetar a qualidade do

rolamento, a dinâmica dos veículos e a ação dinâmica das cargas sobre a via (SOUZA

et al., 2002).

O perfil transversal de um pavimento é útil principalmente para a verificação de

deformações superficiais permanentes que se formam normalmente nas trilhas de

roda devido à ação do tráfego e que apresentam sérios riscos à segurança quando o

pavimento está molhado, pois em tais deformações pode haver acúmulo de água

superficial que facilita a perda do contato pneu-pavimento. Esse perfil pode também

ser usado para a medida da condição de drenagem superficial da pista

(CIBERMÉTRICA, 2007).

A medição da irregularidade pode se dar em diversas escalas padronizadas (QI, IRI),

na dependência do equipamento e no processo de medição. Essa irregularidade pode

ser avaliada com sistemas de medidas diretas ou indiretas do perfil, sistemas

baseados na reação do veículo (medidores tipo-resposta) ou sistema de medida com

sonda sem contato (DNIT, 2006).

O sistema mais difundido internacionalmente e também no Brasil é dos integradores

tipo-resposta, baseados na reação da suspensão do veículo às irregularidades do

pavimento, sob determinada velocidade (DNIT, 2006).

No Brasil, a escala padrão de medição é o “Quociente de Irregularidade” (QI) ou

“Índice Quarto de Carro”, reconhecido internacionalmente.

Em pistas de aeroportos também se realizam medições da irregularidade do

pavimento, à semelhança de rodovias, utilizando o QI, por terço médio de pista em

função do valor médio de leituras de irregularidades (LI). As leituras são feitas ao

longo de três alinhamentos longitudinais. Um no eixo e os outros dois distantes deste

3m à esquerda e à direita. São realizadas leituras a cada 80m de percurso a

velocidade de 65 km/h. (RODRIGUES FILHO et al., 2006).

A DIRENG estabelece as condições de suavidade de rolamento, a partir de resultados

de irregularidade com o integrador IPR/USP, conforme a Tabela 1, em função do QI e

do tipo de aeronave.

Tabela 1 – Condições de suavidade de rolamento de aeronaves

Condição de suavidade ao

rolamento de aeronaves

Aeronaves comerciais a jato –

QI (contagem/km)

Aeronaves comerciais de

aviação regional –

QI (contagem/km)

ótima 13 – 22 26 – 36

boa 22 – 32 36 – 46

regular 32 – 41 46 – 57

ruim 41 – 51 57 – 67

péssima 51- 60 67 – 77

Adaptado da DIRENG (1991)

apud RODRIGUES FILHO et al. (2006)

Metodologia desenvolvida pela DIRENG avalia, também, as condições de suavidade

ao rolamento de aeronaves através de correlações subjetivas de pilotos, considerando

a aceleração vertical, experimentado pelo assento do piloto, e o centro de gravidade

da aeronave (RODRIGUES FILHO et al., 2006).

______________________

DIRENG. Relatório de Levantamento de Dados de Aeroportos Brasileiros. Aeroporto Santos

Dumont. Rio de Janeiro. 1991.

Aderência

A primeira vez que se teve notícia com preocupação da aderência entre pneu e

pavimento foi nos anos 20, onde era realizado testes de derrapagem para a

verificação subjetiva da condição de atrito no Aeroporto de Le Bourget em Paris, um

dos primeiros aeroportos a contar com uma pista de pousos e decolagens

pavimentada (RODRIGUES FILHO, 2006).

Em 1946, com a entrada dos aviões Douglas DC-4, o Aeroporto de Fornebu (Oslo)

com 1200m de extensão da pista, realizou testes de frenagem com um caminhão

carregado de areia e estabeleceu uma metodologia baseada na desaceleração do

caminhão e posteriormente, com testes de vôo realizados com o DC-4, correlacionou

os dados de desaceleração do caminhão com o da aeronave.

As pesquisas iniciais ficaram concentradas nos países escandinavos, pelo fato da

maior preocupação em se tratando de pistas contaminadas por neve ou gelo. Já na

década de 50, desenvolveram-se pesquisas com o medidor Tapley, um

desacelerômetro instalado em um veículo de passeio. E posteriormente, adotado o

deslizômetro, equipamento em forma de reboque, para a avaliação do atrito da pista

do Aeroporto de Bromma (Estocolmo).

No final dos anos 60, a SAAB, empresa fabricante de veículos sueca, desenvolveu

uma unidade medidora de atrito, SAAB Friction Tester (SFT), com a instalação de uma

quinta roda em um veículo.

O problema do atrito em pistas de aeroportos, em se tratando de Brasil, é muito

recente. Os primeiros estudos começaram na década de 80 pela DIRENG com

avaliações da macrotextura do pavimento. No final de 1982, a INFRAERO adquiriu

equipamento de medição direta de atrito, o Mu-meter modelo MK-3, de fabricação

britânica (ARAÚJO, 1994).

Nesta pesquisa, abordaram-se os aspectos referentes à avaliação funcional do

pavimento com base nas propriedades de aderência pneu-pavimento por meio de

análises de atrito, textura e drenabilidade da superfície, detalhados nos itens

seguintes.

2.2. Aderência Pneu-Pavimento

Desconsiderando as forças aerodinâmicas e gravitacionais, todas as demais forças

que agem e afetam o movimento de uma aeronave no solo (nas operações de

taxiamento, pouso ou decolagem) são aplicadas por meio das rodas em contato com o

pavimento. Dessa forma, o entendimento das características básicas da interação

entre pneu e pavimento é essencial ao estudo do desempenho, da qualidade ao

rolamento e da dirigibilidade das aeronaves durante as operações no solo

(RODRIGUES FILHO, 2006).

As forças de atrito entre os pneus das aeronaves e a pista são os principais meios que

contribuem para a parada da aeronave após o pouso ou após abortagem de uma

decolagem. O sistema de reversão dos motores, apesar de contribuir para a eficiência

da frenagem em pista molhada, é considerado como um complemento à operação e

não sua componente principal (ARAÚJO, 1994).

2.2.1. Forças Resultantes da Interação entre Pneu e Pista Seca

De forma geral, não existem grandes problemas de frenagem dos pneus quando se

trata de uma pista limpa e seca. A seguir são descritos conceitos para melhor

entendimento da interação entre o pneu e o pavimento em condições de pista seca.

Resistência ao Rolamento

Um pneu estático, sobre um pavimento submetido a uma força vertical, deforma-se de

acordo com a Figura 1. A resultante da distribuição de pressões sobre a área de

contato é uma força vertical que passa pelo centro da roda.

Devido à deflexão do pneu, também estão presentes forças horizontais locais, porém

com o pneu parado, a resultante é zero. Considerando valores médios, é possível

escrever a Equação 01 sem cometer erros significativos, considerando que a

distribuição das tensões normais na área de contato seja uniforme.

ApP .= eq 01

onde: P: carga de roda;

p: pressão do pneu; e

A: área de contato.

Figura 1 – Distribuição de pressões na área de contato e deformação do pneu da aeronave

(RODRIGUES FILHO, 2006)

Com o pneu girando, a distribuição de pressões na área de contato muda devido às

propriedades visco-elásticas da borracha. Logo, a força vertical resultante N se move

para frente em relação ao centro da roda, opondo-se à rotação. Se a rotação é

mantida em conseqüência da ação de uma força de tração no eixo da roda, uma força

horizontal equivalente é formada na área de contato, porém em sentido contrário.

Essa força que causa a deflexão da banda de rodagem (parte do pneu que entra em

contato direto com o pavimento) em sentido contrário ao do movimento é denominada

resistência ao rolamento da roda e apresentada na Figura 2. O seu valor é dado pela

Equação 02:

= eq 02

onde: F

: resistência ao rolamento;

N: força normal;

e: distância horizontal entre o eixo da roda e o centro de pressão da área de contato; e

r: raio do pneu carregado.

Área de

contato (A)

Abatimento

devido à carga

Superfície do

pavimento

Figura 2 – Forças que atuam sobre uma roda tracionada (RODRIGUES FILHO, 2006)

Devido à rotação da roda, tanto “e“ quanto “r‘’, aumentam levemente com a

velocidade. A resistência ao rolamento, na prática, inclui também contribuições devido

ao atrito interno do eixo da roda, à resistência ao avanço e à deflexão do pavimento

(SILVA, 1981).

O coeficiente de atrito é definido conforme Equação 03. O coeficiente de atrito ao

rolamento pode ser descrito conforme Equação 04.

eq 03

onde:

: coeficiente de atrito; e

F: força de atrito.

eq 04

onde:

: coeficiente de atrito ao rolamento.

Atrito devido ao Deslizamento

Caso a velocidade periférica do pneu em razão da frenagem da roda, for inferior à

velocidade horizontal do eixo da mesma, a banda de rodagem deformar-se-á,

Área de contato

pneu-pavimento

horizontalmente, na área de contato e em suas vizinhanças mais próximas, em sentido

contrário ao do deslocamento das rodas (SILVA, 1981; ARAÚJO, 1994; RODRIGUES

FILHO, 2006).

Em decorrência desse fato, a velocidade periférica do pneu torna-se variável. Os

pontos do pneu que entram na área de contato e são deformados, têm a velocidade

periférica acrescida da velocidade de deformação e os pontos que saem da área de

contato ao retornarem à posição original, têm a velocidade periférica reduzida da

velocidade de deformação, criando um ciclo que se repete a cada rotação do pneu.

Por outro lado, quando essa deformação alcança certo limite, começa a ocorrer

deslizamento na área de contato (SILVA, 1981).

Utiliza-se o conceito de taxa de deslizamento para definir esse deslocamento relativo

entre a banda de rodagem e a pista, conforme a Equação 05:

−= 1

eq 05

onde: S: taxa de deslizamento;

ω: velocidade angular da roda freada, em rad/s; e

: velocidade angular da roda livre, em rad/s.

A taxa de deslizamento será igual a 1 (um) quando a roda estiver totalmente

bloqueada, sem rotação, e 0 (zero) com a roda girando teoricamente livre.

Escrevendo a Equação 05 em termos de velocidade periférica (Equação 06), tem-se:

∆

=−=1 eq 06

em que: V = ω . r onde: V: velocidade periférica do pneu freado;

. r V

: velocidade periférica do pneu girando livremente; e

∆

V: diferença de velocidade periférica.

A diferença periférica (

∆

V) pode ser decomposta em componentes de deformação e

de deslizamento, conforme a Equação 07:

VVV

∆

+∆=∆ eq 07

onde:

∆

: diferença de velocidade periférica devido à deformação; e

∆

: diferença de velocidade periférica devido ao deslizamento.

Portanto, é possível introduzir as seguintes definições para a taxa de deslizamento,

conforme a Equação 08:

SSS += eq 08

onde: S

: taxa de deslizamento devido à deformação horizontal do pneu na área de contato;

: taxa de deslizamento real.

Na Figura 3, têm-se as contribuições de cada tipo de deslizamento descrito na

Equação 08.

Figura 3 – Contribuição do deslizamento devido à deformação no deslizamento medido

(FRISTEDT & NORRBOM, 1980

apud RODRIGUES FILHO, 2006)

Essas contribuições podem ser vistas também na Figura 4, em que se tem a

contribuição de deformação do pneu no deslizamento no ramo AO, e, a partir do ponto

A, ocorre o deslizamento efetivo do pneu no pavimento. A partir do momento em que

se inicia o movimento relativo entre as superfícies, banda de rodagem e pavimento, a

relação entre o coeficiente de atrito e o deslizamento passa a ser não-linear.

Deslizamento

medido

Deslizamento

por deformação

)

Deslizamento real

)

S = S

+ S

(%)

∆

/ V

0,5 1,0

100

Roda bloqueada

S = 100%

∆

V / V = 1

______________________

FRISTEDT, K.; NORRBOM, B. Studies of Contaminated Runways. The Aeronautical Research

Institute of Sweden. Estocolmo. 1980.

Figura 4 – Efeito do deslizamento no coeficiente de atrito

(ICAO, 1994

apud RODRIGUES FILHO, 2006)

O deslizamento real é conseqüência da adesão entre as duas superfícies na área de

contato e da histerese da banda de rodagem do pneu. O atrito por deslizamento pode

ser escrito como se segue na Equação 09 (SILVA, 1981):

haD

FFF += eq 09

onde: F

: força de atrito de adesão; e

: força de atrito de histerese.

O coeficiente de atrito por deslizamento é dado pelas Equações 10 e 11:

+==

eq 10

haD

+= eq 11

onde:

: coeficiente de atrito de deslizamento;

: coeficiente de atrito de adesão; e

: coeficiente de atrito de histerese.

Normalmente, assume-se o coeficiente de atrito entre o pneu e o pavimento sendo

composto dessas duas parcelas: o atrito devido à adesão, proveniente da atração

molecular das superfícies (forças de van der Waals), e o atrito devido à perda por

Deslizamento (%)

Coeficiente de Atrito

(

)

0 20 40 60 80 100

valor do coeficiente de atrito

de deslizamento puro (µ

);

roda blo

ueada

µmax

– coef atrito

de rolamento

µmax

______________________

ICAO. International Standards and Recommended Practices: Aircraft Accident and Incident

Investigation. Annex 13 to the Convention on International Civil Aviation. 8th ed. Canadá. 1994.

histerese, resultante da deformação cíclica da superfície dos pneus, causada pelas

asperezas do pavimento. Alguns autores incluem, também, o atrito devido ao desgaste

da banda de rodagem, no qual ocorre o “arrancamento” de partículas do pneu na

superfície de contato com o pavimento.

A Figura 5 ilustra as forças de atrito devido à adesão e a histerese.

Figura 5 – Mecanismos de forças de atrito (SANTOS, 2004)

A adesão superficial surge dos vínculos intermoleculares entre a borracha e o

agregado da superfície do pavimento. A adesão é a principal componente responsável

pelo atrito em pistas secas, mas, por outro lado, sofre redução substancial quando o

pavimento se encontra molhado.

A histerese representa a perda de energia da borracha quando ela se deforma,

deslizando sobre o agregado do pavimento. O atrito por histerese não é tão afetado

pela presença de água na superfície. Portanto, pneus compostos por borrachas com

alto valor de histerese costumam ter valores melhores de tração em pavimentos

molhados.

A Figura 6 apresenta a variação do coeficiente de atrito em função da velocidade de

deslizamento quando um bloco de borracha desliza sobre uma superfície dura e lisa.

Na interface das duas superfícies, surgem forças adesivas entre as moléculas dos dois

materiais, cujas magnitudes dependem do tempo de contato e, consequentemente, da

velocidade de deslizamento. Observa-se que as perdas de energia cinética por adesão

Histerese Adesão

Ligante

Agregado

BORRACHA

crescem com a velocidade de deslizamento até atingir um ponto máximo e depois

decrescem. O valor da componente horizontal resultante dessas forças depende,

principalmente, da interpenetração das duas superfícies, do tamanho da superfície de

contato e da velocidade de deslizamento, e ainda, com alguma influência da

temperatura, da composição da borracha e da textura das superfícies (SILVA, 1981).

Figura 6 – Variação do coeficiente de atrito e seus componentes com a velocidade de

deslizamento sobre uma superfície seca (FRISTEDT & NORRBOM, 1980

apud SILVA, 1981)

O atrito por adesão depende da natureza dos materiais em contanto, bem como da

atração entre eles, da condição seca da superfície e da área de real contato entre as

superfícies, diminuindo rapidamente se as superfícies forem levemente separadas por

um contaminante.

As perdas por adesão estão intimamente relacionadas com a microtextura do

pavimento, sendo consideradas como microcaracterísticas do atrito (ARAÚJO, 1994).

A componente do coeficiente de atrito devido à histerese, aumenta com a velocidade

de deslizamento, sendo que o seu valor máximo ocorre para maiores velocidades

quando a temperatura aumenta (Figura 6).

O processo que produz as perdas por histerese ocorre em toda a banda de rodagem e

é afetado pela textura superficial da pista. Esse processo envolve um volume maior da

banda de rodagem, se comparado com o processo que produz as perdas por adesão.

Caso a pista não possua macrotextura, é impossível produzir perdas por histerese no

Velocidade de deslizamento (mi/h)

0,01 0,1 1 10 100

0,5

1,0

Coeficiente de atrito (µ)

(deslizamento = histerese + adesão)

(adesão)

(histerese)

______________________

FRISTEDT, K.; NORRBOM, B. Studies of Contaminated Runways. The Aeronautical Research

Institute of Sweden. Estocolmo. 1980.

deslizamento. As perdas por histerese não são influenciadas quando as superfícies na

área de contato são levemente separadas por um contaminante.

Perdas por histerese estão intimamente relacionadas com a macrotextura do

pavimento, sendo consideradas como macrocaracterísticas do atrito (ARAÚJO, 1994).

2.2.2. Forças Resultantes da Interação entre Pneu e Pista Molhada

Em pistas molhadas, tendo em vista que a película de água existente entre o pneu e o

pavimento não pode ser totalmente afastada para fora da área de contato, o atrito

desenvolvido será sensivelmente menor do que na condição de pista seca (ARAÚJO,

1994).

O desempenho dos pneus em uma pista molhada, segundo Rodrigues Filho (2006),

depende dos seguintes fatores:

• pressão de enchimento dos pneus;

• textura da superfície do pavimento;

• profundidade da lâmina d'água;

• material, padrão e profundidade das ranhuras da banda de rodagem;

• tipo de pneu (diagonal ou radial);

• carga de roda;

• velocidade de deslocamento;

• área de contato; e

• ação no eixo da roda (roda livre, roda freada, roda em tração ou ainda roda em

curva).

Resistência Hidrodinâmica

Quando uma roda está girando ao longo de uma pista molhada sem ser freada,

grande parte dessa água é deslocada pela roda. Isso causa o aparecimento de uma

força de arrasto equivalente ao impulso que a roda transmite à água, na direção

contrária ao deslocamento. Dessa forma, o coeficiente de resistência hidrodinâmica

(µ

) pode ser definido pela Equação 12:

eq 12

onde: F

: força de arrasto hidrodinâmico; e

N: força normal.

A influência do arrasto hidrodinâmico pode ser avaliada tendo-se presente que o

empuxo dos motores diminui com o aumento da velocidade e que o arrasto

hidrodinâmico aumenta proporcionalmente ao quadrado da velocidade, o que pode

levar a uma situação em que a resistência ao avanço se iguale ao empuxo. O avião

que atingir essas condições com velocidade inferior à de decolagem, não conseguirá

levantar vôo (SILVA, 1981).

Atrito

O atrito de uma pista molhada é consideravelmente inferior se comparado com a pista

em condição seca. Isso ocorre porque a água que se encontra entre o pneu e o

pavimento não é expulsa completamente.

A película de água que permanece na área de contato do pneu reduz

substancialmente a componente de atrito devido à adesão. Embora a componente

devido à histerese seja pouco influenciada na presença de água, o atrito nessas

condições é, normalmente, reduzido.

Para que se tenha o atrito necessário à frenagem de uma aeronave na pista molhada,

é necessário que se rompa ou se desloque a película de água entre o pneu e o

pavimento, tentando produzir um contato semelhante ao obtido em uma pista seca.

Na medida em que a velocidade aumenta, o tempo disponível para a expulsão da

água entre o pneu e o pavimento diminui, logo, o atrito nessas condições diminui na

medida em que a velocidade aumenta e é proporcional à área de contato direto

produzida pela expulsão da água.

Hidroplanagem

A hidroplanagem ou aquaplanagem é o fenômeno que ocorre quando os pneus da

aeronave perdem totalmente o contato com a superfície do pavimento, devido à

presença de uma película de água entre o pneu e o pavimento (SILVA, 1981;

ARAÚJO, 1994; RODRIGUES FILHO, 2006).

A componente da força de atrito devido à adesão é praticamente nula, reduzindo o

atrito disponível a valores insuficientes para manter a roda girando. Em conseqüência

disso, a rotação da roda cessa gradualmente até parar e o controle direcional e a

frenagem da aeronave tornam-se ineficazes. Uma vez iniciada a hidroplanagem, a

velocidade da aeronave em relação ao solo tem que ser reduzida sensivelmente para

que a roda volte a girar (SILVA, 1981, ARAÚJO, 1994).

Rodrigues Filho (2006) destaca o pneu, o fluido contaminante (água), o pavimento e a

aeronave como fatores importantes que influenciam o fenômeno da hidroplanagem.

Os três primeiros fatores abrangem os principais componentes da interface pneu-

pavimento. O fator final abrange as características próprias da aeronave e suas

condições de operação, tais como a carga, a velocidade e se a operação é de pouso

ou de decolagem.

Atualmente, são reconhecidos três tipos de hidroplanagem: viscosa, dinâmica e por

desvulcanização.

Hidroplanagem Viscosa

A hidroplanagem viscosa ocorre a velocidades relativamente baixas, devido ao efeito

da viscosidade da água que se opõe a sua expulsão na área de contato entre o pneu e

o pavimento (ARAÚJO, 1994).

A Figura 7 ilustra esse fenômeno.

Figura 7 – Hidroplanagem viscosa (Adaptado de ANDRÉ, 2001)

filme fino

de água

Esta hidroplanagem é favorecida em pavimentos com superfícies mais lisas. O próprio

emborrachamento existente nos pontos de toque da pista pode servir de poluição e

não permitir que ocorra a aderência do pneu na pista. Se a pista for provida de

ranhuras ou macrotextura elevada, como é o caso da CPA, essa condição de

derrapagem é inibida (MERIGHI et al., 2007).

De modo geral, a hidroplanagem viscosa ocorre durante as operações de frenagem da

aeronave, com velocidade abaixo do valor em que ocorre a hidroplanagem dinâmica,

mesmo que a película de água seja extremamente delgada.

Hidroplanagem Dinâmica

Quando há uma espessa camada de água sobre a pista, o pneu da aeronave desloca

a água para que se estabeleça um contato entre o pneu e o pavimento. Na frente da

área de contato, onde a água se choca com o pneu, forma-se uma pressão de

intensidade correspondente ao impulso transmitido pelo pneu à água. Essa pressão

proporcional ao quadrado da velocidade da roda e à densidade da água, deforma o

pneu de uma forma tal que as porções de água subseqüentes são capazes de

penetrar na área de contato entre o pneu e o pavimento e sustentar, parcialmente, a

carga vertical do pneu. Acima de certa espessura da camada de água (espessura

crítica) e de determinada velocidade característica (velocidade de hidroplanagem), não

existe mais contato entre o pneu e o pavimento. Ocorre então a hidroplanagem

dinâmica completa, em que não há perdas de energia cinética por adesão e só

ocorrem perdas por histerese no interior da área de contato (SILVA, 1981; ARAÚJO,

1994; RODRIGUES FILHO, 2006).

Segundo Silva (1981), um aumento da espessura da camada de água acima do seu

valor crítico não influencia de forma apreciável, a velocidade de hidroplanagem.

Contudo, uma redução nessa espessura aumenta, substancialmente, a velocidade

necessária para que ocorra a hidroplanagem dinâmica.

O risco da ocorrência desse tipo de hidroplanagem estará afastado, caso a espessura

da lâmina d’água seja inferior à crítica, o que se consegue com um bom sistema de

drenagem superficial, além da pista apresentar uma adequada macrotextura

(ARAÚJO, 1994).

A Figura 8 ilustra o fenômeno da hidroplanagem dinâmica em que se observa a

ausência de contato pneu-pavimento devido à presença da lâmina d’água.

Figura 8 – Hidroplanagem dinâmica. Fonte: http://www.aviationshop.com.au/ (22/10/07)

Para qualquer tipo de pneu, radial ou diagonal, dados experimentais demonstram que

a velocidade de hidroplanagem dinâmica em aeronaves pode ser expressa apenas

como função da pressão dos pneus. Quanto maior a pressão dos pneus, maior será a

velocidade necessária para que ocorra a hidroplanagem.

A carcaça dos pneus aeronáuticos diagonais ou convencionais apresenta uma

estrutura composta de camadas sucessivas de lonas, e são cobertas por borracha,

assentadas umas sobre as outras, de modo que as tramas das lonas formem,

alternadamente, um ângulo geralmente de aproximadamente 40

com o eixo da banda

de rodagem. Nos pneus aeronáuticos radiais, as tramas das lonas formam um ângulo

de 90

com o eixo da banda de rodagem (GOODYEAR, 2008). Um desenho

esquemático da orientação das fibras das lonas de um pneu aeronáutico diagonal (a) e

outro radial (b) é apresentado na Figura 9.

De acordo com Myers et al. (1999) apud Rodrigues Filho (2006), as principais

diferenças entre os pneus radiais e convencionais são:

(1) a estrutura das paredes do pneu diagonal é mais rígida do que a do pneu radial;

(2) a estrutura da banda de rodagem do pneu radial é mais rígida do que a do pneu

diagonal.

filme de

água

ausência de

contato

(a)

(b)

Figura 9 – Pneu diagonal (a) e pneu radial (b) (Adaptado de Wong, 2001)

Fristedt & Norrbom (1980)

apud Silva (1981), indicam em sua experiência que, para

pneus aeronáuticos diagonais em rotação sobre uma pista contaminada por uma

lâmina de água de espessura maior ou igual à crítica, a hidroplanagem dinâmica

completa ocorre, de acordo com a Equação 13, a uma velocidade de:

.77,1= eq 13

onde: V

: velocidade de hidroplanagem dinâmica (m/s); e

p: pressão de enchimento dos pneus (kPa).

Caso o pneu esteja deslizando sem girar, condição que pode ocorrer após o toque da

aeronave no pavimento, a hidroplanagem ocorre a velocidade mais baixa, conforme

Equação 14:

.51,1= eq 14

Para pneus aeronáuticos radiais, rodando sobre uma pista contaminada por uma

lâmina de água de espessura maior ou igual à crítica, a hidroplanagem completa

ocorre a uma velocidade de acordo com a Equação 15:

.29,1= eq 15

Logo, quanto maior for a velocidade, menor será o tempo disponível para a eliminação

da água da área de contato e maior deverá ser a pressão dos pneus para conseguir a

completa expulsão da água. Normalmente, a hidroplanagem dinâmica ocorre quando a

lonas da carcaça

cintas

fibras

ângulo formado

entre as fibras

das lonas e o

eixo da roda

ângulo formado

entre as fibras

das lonas e o

eixo da roda

______________________

FRISTEDT, K.; NORRBOM, B. Studies of Contaminated Runways. The Aeronautical Research

Institute of Sweden. Estocolmo. 1980.

aeronave encontra-se em alta velocidade durante a corrida no solo, para pousar ou

para decolar (SILVA, 1981).

A espessura crítica da lâmina de água necessária para a ocorrência desse tipo de

hidroplanagem para pistas de macrotextura fechada e lisa, é de cerca de 2 a 3mm.

Essa espessura de água relativamente pequena pode ser produzida por uma chuva

forte e de curta duração (SILVA, 1981).

Gallaway et al. (1979) estimaram a velocidade crítica para ocorrência da

hidroplanagem em rodovias, em que são considerados outros fatores além da pressão

dos pneus, como a porcentagem de giro de roda, a profundidade dos sulcos do pneu e

as características de textura do pavimento, por meio do ensaio de mancha de areia. A

expressão é dada pela Equação 16:

ATDPSDV .)794,0.(..9143,0

06,03,004,0

+= eq 16

100).(

−

eq 17

onde: V : velocidade crítica para ocorrência de hidroplanagem (km/h);

SD: percentagem de giro de roda (%), a qual descreve a mudança no

rolamento rotacional livre do pneu no momento em que o mesmo perde

contato com a superfície do pavimento;

: velocidade de rotação em superfície seca (km/h);

: velocidade de rotação em superfície molhada (km/h);

P: pressão de enchimento do pneu (geralmente entre 1100 e 1300 kPa); e

TD: profundidade da escultura do pneu (pneus novos em torno de 8,4 mm).

O valor de A é o maior valor entre A1 e A2 apresentado nas Equações 18 e 19,

respectivamente.

50,3

639,12

06,0

eq 18

14,0

06,0

).97,4

351,22

(2 HS

A −= eq 19

onde: LA : espessura da lâmina d’água (mm); e

HS : altura média de areia no ensaio de mancha de areia (mm).

Para prevenir a ocorrência desse tipo de hidroplanagem, além do tipo e da pressão do

pneu, é necessário que o pavimento tenha uma boa macrotextura e boas

características de drenagem superficial. A ICAO estabelece, de acordo com o

Anexo14 – Volume 1 – Projeto e Operações de Aeródromos, declividades transversais

e longitudinais das pistas de acordo com a envergadura das aeronaves que operam no

aeroporto.

É possível prever a extensão na qual uma pista torna-se inundada em função da

intensidade da chuva, da macrotextura e da declividade da pista (RODRIGUES

FILHO, 2006).

Hidroplanagem por Desvulcanização

Se uma aeronave ao pousar, sofre hidroplanagem completa, suas rodas não chegam

a girar. Isso pode ocorrer quando a película de água for suficientemente profunda e a

velocidade de toque no solo for superior à velocidade de hidroplanagem da aeronave.

Tem-se então a chamada hidroplanagem por desvulcanização ou hidroplanagem por

borracha revertida, conforme a Figura 10, e um pneu exposto a tal processo apresenta

danos locais (a banda de rodagem derrete-se parcialmente) (SILVA, 1981;

RODRIGUES FILHO, 2006).

Figura 10 – Hidroplanagem por desvulcanização (Adaptado de ANDRÉ, 2001)

Devido à macrotextura da pista e à inexistência de rotação, a borracha fica sujeita à

repetidas deformações locais na área de contato, e em razão das propriedades visco-

elásticas da borracha, superaquecem a área de contato. Se esse processo perdurar

por um espaço de tempo longo, a temperatura na área de contato pode alcançar um

roda travada

nível em que a borracha perde suas qualidades elásticas e torna-se praticamente

plástica. Quando isso acontece, desaparece uma grande parte das perdas de energia

cinética por histerese. Se a pista possuir macrotextura fechada e lisa, a hidroplanagem

viscosa continuará, mesmo a baixas velocidades. Devido à baixa resistência da

borracha no estado plástico, as perdas por adesão serão pequenas e as rodas

começarão a girar muito tarde, muito abaixo da velocidade na qual a hidroplanagem

dinâmica cessa (SILVA, 1981).

Para Silva (1981), esse tipo de hidroplanagem só ocorre em aeronaves com pneus a

elevada pressão, podendo ser evitado se a aeronave possuir freios com sistema anti-

deslizante, permitindo que apenas uma determinada porcentagem do deslizamento

ocorra (cerca de 15%), impedindo, assim, que a roda seja totalmente bloqueada.

Hidroplanagem Combinada

A ocorrência da hidroplanagem totalmente viscosa ou inteiramente dinâmica é rara. O

normal é que ocorra a hidroplanagem combinada em que os dois tipos acontecem

simultaneamente. Pesquisas realizadas pela NASA mostraram que, dentro da área de

contato entre o pneu e o pavimento, existem três zonas distintas (SILVA, 1981):

• Z1 - zona recoberta por uma espessura considerável de água (zona de

hidroplanagem dinâmica);

• Z2 - zona recoberta por uma espessura fina de água (zona de hidroplanagem

viscosa); e

• Z3 - zona em que a água é totalmente expulsa (zona teoricamente seca, cujo atrito

contribui com mais intensidade para a desaceleração e o controle direcional da

aeronave).

Essas zonas podem ser visualizadas na Figura 11, que apresenta o esquema da área

de contato de um pneu deslocando-se sobre uma superfície molhada.

Figura 11 – Modelo das três zonas (Adaptado de RODRIGUES FILHO, 2006)

A Zona 1 é a região onde ocorre o impacto do pneu com a superfície do fluido,

gerando pressões suficientes para deslocar o fluido. A maior parte do fluido é lançada

para a frente e para os lados; outra parte é forçada a se deslocar através das ranhuras

da banda de rodagem ou pelos canais e microcanais existentes na macrotextura da

superfície do pavimento. Como resultado, a pressão hidrodinâmica gerada nessa

região causa a deformação da banda de rodagem e permite a penetração do fluido na

área de contato.

A Zona 2 é uma região de transição, onde ainda permanece uma fina camada de

fluido. O efeito da viscosidade do fluido impede que sua saída da área de contato

ocorra em um tempo menor do que o tempo de passagem da roda e, em função disso,

a pressão no fluido é mantida. O fluido sob pressão impede o contato direto entre as

superfícies do pneu e do pavimento. Essa fina camada de fluido sob pressão é

rompida em alguns pontos localizados, em que as "asperezas" da superfície do

pavimento geram tensões de contato maiores que a pressão do fluido.

A Zona 3 é a região onde predomina o contato seco entre as superfícies, onde as

perdas por histerese e por adesão atuam plenamente e, em conseqüência, é o local

da área de contato onde é gerada a maior parte das perdas por atrito.

O coeficiente de atrito entre o pneu e o pavimento em condições de pista inundada

depende da participação relativa das Zonas 1, 2, e 3. Sem considerar a resistência ao

rolamento e a resistência hidrodinâmica da água, o coeficiente de atrito do pneu em

rolamento sobre uma pista inundada, pode ser expresso conforme a Equação 20.

O modelo baseia-se nas hipóteses de que há perdas por histerese na Zona 1

(representadas pelo coeficiente de atrito µ

), e que há perdas por adesão na Zona 2

(representadas pelo coeficiente de atrito µ

). A magnitude desses coeficientes

depende da espessura do fluido contaminante e da microtextura da superfície,

respectivamente (RODRIGUES FILHO, 2006).

ZZZ

haawhh

).(3).(2.1

eq 20

onde: µ

: coeficiente de atrito da pista molhada;

: coeficiente de atrito devido à adesão na área seca;

: coeficiente de atrito devido à histerese;

: coeficiente de atrito devido à adesão na área molhada; e

A: área de contato.

Para Silva (1981), somente a zona seca (Z3) contribui de forma substancial para a

frenagem do pneu, e considera que apenas nessa zona existe a componente de atrito

devido à adesão.

A Equação 20 mostra que a zona seca da área de contato (Z3) contribui

substancialmente para a capacidade de frenagem do pneu, uma vez que nessa região

atuam integralmente os atritos por histerese e adesão, como em uma pista seca.

Na Zona 2 as perdas por histerese estão sempre presentes, e as perdas por adesão

podem ocorrer em maior ou menor grau em função da microtextura da superfície. Em

uma superfície com microtextura muito aberta, as asperezas rompem a película d'água

garantindo o contato entre o pneu e o pavimento, e as perdas por adesão passam a

atuar de forma muito próxima à da área seca (Zona 3). No outro extremo, em uma

microtextura muito lisa, não há asperezas para perfurar a película de água sob

pressão e praticamente não ocorrem perdas por adesão na Zona 2. Nesse caso, a

Zona 2 terá um comportamento próximo à Zona 1 para efeito de atrito, pois

praticamente só atua a histerese.

Se a roda estiver parada, a zona seca (Z3) se estenderá por toda a área de contato.

Se a roda começar a girar sobre a pista molhada, considerando uma superfície de

microtextura lisa, a Zona 2 (onde existe hidroplanagem viscosa) formar-se-á

progressivamente. Esta área desenvolve-se da parte da frente para a de trás da zona

de contato e reduz a Zona 3. Quando a espessura da lâmina de água ultrapassa o

valor crítico, com o aumento da velocidade, desenvolvem-se pressões hidrodinâmicas

na frente da roda e a água, gradualmente, penetrará na área de contato. Assim, forma-

se uma zona de hidroplanagem dinâmica (Z1), que penetra na Zona 2. À medida que a

velocidade aumenta mais, a Zona 3 desaparece gradualmente e, ao mesmo tempo, a

Zona 1 aumenta. A certa velocidade crítica (se a profundidade da lâmina de água for

superior à crítica), a Zona 1 cobrirá toda a área de contato e o pneu ficará totalmente

exposto à hidroplanagem dinâmica (SILVA, 1981).

Silva (1981) destaca, ainda, que nas superfícies de microtextura áspera, a Zona 2 não

se desenvolve e a Zona 1 substitui gradualmente a Zona 3.

2.2.3. Lâmina d’água

A presença de água influencia consideravelmente o nível de aderência de um

pavimento, dependendo de alguns fatores como (GOTHIÉ, 1996):

- a velocidade de escoamento da água por meio dos canais formados pela disposição

dos granulares do revestimento; e

- a possibilidade de escoamento forçado na interface pneu/pavimento, decorrente da

pressão exercida pelos pneus.

A precipitação possui diversas formas: neblina, chuva, granizo, saraiva, orvalho e

geada, sendo a chuva o tipo de precipitação mais importante, uma vez que possui

capacidade de produzir escoamento.

A precipitação é caracterizada por meio de três grandezas: altura, duração e

intensidade. A altura pluviométrica é o volume da chuva precipitado medido em

milímetros. No entanto, esse valor não tem significado se não estiver relacionado a

uma duração. Logo, quando uma precipitação é medida, esta é relacionada a um

período de tempo. A intensidade é a grandeza que visa caracterizar a variabilidade

temporal da precipitação (TUCCI, 2002).

A ocorrência da precipitação é um processo aleatório que não permite uma previsão

determinística com grande antecedência, sendo que para a maioria dos problemas

hidrológicos, os dados de precipitação passam por um tratamento estatístico (TUCCI,

2002).

Para o estudo da presença de água na interface pneu-pavimento é indispensável a

avaliação do regime hidrológico da região, para posteriormente estimar-se a lâmina

d’água sobre o pavimento. A partir do conhecimento da espessura da lâmina d’água é

possível melhorar a textura do revestimento na tentativa de que a superfície não seja

sobreposta pela água (FERREIRA, 2002).

O estudo do comportamento das chuvas é realizado a partir de dados obtidos por

estações pluviométricas instaladas no entorno dos aeroportos ou, em muitos casos,

nos próprios aeroportos.

Dentre os tipos de chuvas, tem-se maior preocupação para aquelas de grande

intensidade e de pequena duração, quando se trata de estudos em pavimentos de

aeroportos, capazes de interromper os pousos e decolagens devido ao risco de

hidroplanagem.

Estimativa da Lâmina d’água

A espessura da lâmina d’água pode ser estimada em função da intensidade da

precipitação pluviométrica, da declividade da superfície e da capacidade de drenagem

do pavimento.

Durante o ano de 1971, técnicos do Texas Transportation Institute (TTI), Texas A&M

University, publicaram resultados do efeito da intensidade da chuva e das condições

de pavimento, resultando em uma equação que se estima a intensidade de chuva

requerida para que se tenha um filme de água entre os pneus da aeronave e a

superfície do pavimento (HORNE, 1977).

A Equação 21 é dada em função das características de textura do pavimento e da

distância de pouso e declividade da pista.

695,1

42,043,0

89,0

]

)/1.(

.[10.253,1

= eq 21

onde: i

: intensidade de chuva para início do filme de água (mm/h);

T: profundidade da textura da superfície do pavimento (mm);

L: distância para aterrissagem (m); e

S: declividade da pista (m/m).

Em se tratando de produção de lâmina d’água é fundamental que se conheça os

valores de intensidade máxima de precipitação. A precipitação máxima pode ser

definida como a ocorrência extrema de precipitação com duração, distribuição

temporal e espacial crítica para uma área ou bacia hidrográfica.

As precipitações máximas são retratadas pontualmente (abrangência máxima

aceitável de 20 a 25 km

) pelas curvas de intensidade, duração e freqüência (i-d-f). Na

determinação das curvas i-d-f, deve-se considerar o tempo de retorno ou recorrência

de uma determinada precipitação.

Tempo ou período de retorno é o tempo médio em que dado evento ou, para este

caso, dada precipitação, probabilisticamente, acontecerá novamente (TUCCI, 2002).

A necessidade de se conhecer as três grandezas que caracterizam as precipitações

máximas (intensidade, duração e freqüência) é encontrada para projetos de obras

hidráulicas, tais como vertedores de barragens, sistemas de drenagem, galerias

pluviais, dimensionamento de bueiros, entre outros, tendo em vista a correlação

existente entre chuva e vazão.

A relação entre intensidade, duração e freqüência variam entre largos limites, de local

para local e só pode ser determinada, empiricamente, por meio da análise estatística

de uma longa série de observações pluviográficas locais, não havendo possibilidade

de estender os resultados obtidos em uma região para outras regiões diversas.

Correlacionando intensidade e duração, verifica-se que quanto mais intensa for a

precipitação, menor será sua duração. A relação das maiores intensidades para cada

duração pode ser obtida de uma série de registros pluviográficos de tormentas

intensas do local em estudo ou estimada com base nos dados dos postos vizinhos.

Uma das formas da equação i-d-f é apresentada a seguir pela Equação 22:

)( +

eq 22

onde: i: intensidade máxima de precipitação (mm/h);

T: período de retorno (anos);

t: duração da chuva (min); e

K, a, b, c: parâmetros de ajuste.

No cálculo da lâmina d’água considera-se a água que fica retida sobre o revestimento,

que é a resposta que o revestimento dá à intensidade da chuva. Inicialmente, o

escoamento ocorre pelos canais da rugosidade. Caso a espessura d’água seja

superior à textura, o escoamento ocorre sobre as saliências dos granulares do

revestimento. Assim, pode-se considerar que nos instantes iniciais de chuva, a água é

acumulada sobre o revestimento até que seja atingido o equilíbrio, ou seja, a

quantidade de água que cai sobre o revestimento é igual à quantidade escoada

(FERREIRA, 2002).

Alguns métodos empíricos foram desenvolvidos para a estimativa da lâmina d’água

produzida por determinada precipitação. Um método é o do Laboratório de Pesquisas

Rodoviárias (Road Research Laboratory – RRL) desenvolvido por Russam & Ross

(1968), que estima a lâmina d’água, de acordo com a Equação 23, a partir de dados

geométricos da pista e da intensidade de precipitação.

)..(

.046,0

LA =

eq 23

onde: LA : lâmina d’água (mm);

: distância de escoamento (m);

i : intensidade de precipitação (mm/h); e

: declividade da distância de escoamento.

A declividade do caminho do escoamento é calculada por meio da declividade

transversal e horizontal do pavimento, assumindo uma superfície plana, conforme

Equação 24:

)(

clf

SSS +=

eq 24

onde: S

: declividade longitudinal; e

: declividade transversal.

A distância de escoamento é calculada conforme Equação 25, considerando além das

declividades anteriores, a largura da pista.

WL = eq 25

onde: W : largura da pista que contribui para o escoamento (m).

Para modelo do RRL recomenda-se para o cálculo da intensidade de precipitação,

períodos de retorno de 2 anos e duração da chuva de 5 minutos. O método não

considera a profundidade da textura do pavimento e é recomendado para lâminas

d’água de até 4mm.

Uma outra solução empírica foi desenvolvida por Gallaway et al. (1979), que

estimaram a lâmina d’água com base na textura do pavimento, das dimensões da

pista e a intensidade de precipitação, conforme apresentado na Equação 26.

ILHS

LA −= )

.(01485,0

42,0

59,043,011,0

eq 26

onde: LA : lâmina d’água (mm);

HS : profundidade da macrotextura (mm);

L : distância de escoamento (m);

I : intensidade de precipitação (mm/h); e

S: declividade transversal (m/m).

Andreatini (1986) considerou para o cálculo da lâmina d’água, o regime de

escoamento como um canal aberto de seção retangular com a vazão variando

linearmente ao longo do próprio canal. Estimou também o tempo de equilíbrio da

lâmina d’água, ou seja, o tempo desde o início da chuva até o equilíbrio da altura da

lâmina d’água.

O cálculo da espessura máxima da lâmina d’água e o tempo de equilíbrio podem ser

obtidos por meio das Equações 27 e 28:

3131314

..)..8548,5.106135,1( LiipCipxLA

−−

+= eq 27

313131

..)..527.0145,0( LiipCipt

−

+= eq 28

onde: LA : espessura da lâmina d’água (mm);

te : tempo de equilíbrio (s);

i : declividade transversal (%);

L = largura da pista (m);

ip : intensidade de precipitação (mm/h); e

C : coeficiente relativo à rugosidade do revestimento:

revestimento asfáltico de baixa rugosidade = 0,006 a 0,007;

revestimento asfáltico de média rugosidade = 0,007 a 0,008;

revestimento asfáltico de alta rugosidade = 0,010 a 0,012;

pavimento de concreto = 0,012.

A medição da espessura da película de água aderente ao pavimento também pode ser

determinada por meio da refração da luz, decorrente do equipamento “Water Surface

Depth Instrument”, disponível no Brasil (RODRIGUES FILHO et al., 2006).

2.3. Condições de Superfície de uma Pista

A pesquisa sobre as condições do pavimento é de grande relevância, pois o maior

índice de acidentes ocorre nas fases de decolagem e pouso do vôo. A Figura

mostra dados de acidentes ocorridos entre 1997 e 2006 (BOEING, 2007). Nesse

período, as fases de pouso e decolagem foram responsáveis por cerca de 33% dos

acidentes, e as vítimas fatais chegaram a 17%. Portanto, é imprescindível que se

tenham condições favoráveis para que a aeronave pouse com a mínima perturbação

possível.

Figura 12 – Acidentes e Fatalidades a Bordo de Aeronaves por fase de vôo entre 1997-2006

(BOEING, 2007)

Rodrigues Filho (2006) destaca o homem, a aeronave, a infra-estrutura e a condição

meteorológica como os quatro principais fatores para as causas de acidentes

aeronáuticos.

Para auxiliar as operações de pouso e de decolagem, os órgãos especializados

definem e classificam diversos tipos de condição existentes na pista. A Joint Aviation

Authority – JAA classifica a condição da pista em quatro tipos: pista seca, úmida,

molhada e contaminada. A Agência Nacional de Aviação Civil, por meio da IS-RBHA

121-189 de 2007 (ANAC, 2007), define as condições de superfície de uma pista com

base na classificação da JAA e acrescenta mais um tipo, a pista escorregadia, como

se segue:

Pista seca: uma pista está seca, por definição, quando não está molhada ou

contaminada com qualquer agente líquido ou sólido sendo, portanto, capaz de permitir

uma ação de frenagem eficaz mesmo se alguma umidade estiver presente.

Pista úmida: uma pista é considerada úmida quando sua superfície não está

seca, mas a umidade existente não resulta numa superfície espelhada.

Pista contaminada: uma pista está contaminada quando mais de 25% de sua

superfície (área contínua ou não) dentro do comprimento e da largura utilizáveis está

coberta com os seguintes elementos:

• lâmina d’água com mais de 3mm de espessura, por “slush” (mistura de neve com

água) ou neve solta equivalente a mais de 3mm de água;

• neve compactada; ou

• gelo, incluindo gelo misturado com água.

Pista molhada: uma pista está molhada quando sua superfície está coberta

com água, ou líquido equivalente, mas com menos quantidade do que a quantidade

Taxi

Carregamento

Estacionamento

Decolagem

Início da subida

Subida

Cruzeiro

Descida

Aproximaçaão

Inicial

Aproximação

Final

Pouso

Acidentes 13% 11% 8% 11% 10% 5% 10% 10% 22%

Vítimas fatais 0% 12% 17% 12% 19% 6% 14% 15% 5%

Exposição

(% de tempo de vôo estimado

para 1,5h de duração)

<1% 1% 1% 14% 57% 11% 12% 3% 1%

definida para pista contaminada, ou quando a umidade existente resulta numa

superfície espelhada, mas sem poças d’água significativas.

Pista escorregadia: uma pista é considerada escorregadia quando molhada,

se o coeficiente de atrito da pista, medido com o Mu-meter numa área significativa

para a frenagem de parada, estiver abaixo de 0,42 por mais de 100 metros contínuos.

Nesse caso, será expedido um NOTAM (Notice To AirMen – Aviso aos

Aeronavegantes) com esta informação.

A ICAO classifica as condições de uma pista em:

Úmida: a superfície muda de cor devido à umidade;

Molhada: a superfície apresenta-se molhada, mas sem presença de água

parada;

Poças d’água: são visíveis trechos significantes de pista com água parada;

Inundada: é visível uma extensa área com água parada.

Na Figura 13 tem-se a variação do coeficiente de atrito com a taxa de deslizamento do

equipamento de medição para diferentes condições de uma pista. Nota-se grande

diferença entre os coeficientes de atrito para uma superfície limpa e seca quando

comparada com superfícies contaminadas, seja por água, neve ou gelo.

Figura 13 – Variação de atrito para diferentes condições de superfícies

(Adaptado de YAGER, 1999)

Taxa de deslizamento

limpa e seca

limpa e molhada

neve com água

neve fofa

neve

compactada

gelo

1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Coeficiente de atrito

2.3.1. Características de Textura Superficial de Pavimentos

A textura do revestimento de um pavimento é um parâmetro que pode descrever o

comportamento da superfície de uma pista quanto à aderência. Experiências têm

revelado que a textura tem atuação importante no atrito a altas velocidades e em

pistas molhadas, demonstrando haver correlação entre a textura do revestimento e os

índices de derrapagem (MEURER FILHO, 2001).

Conceitualmente, a textura é a característica do revestimento do pavimento que se

refere aos materiais dispostos e observáveis na superfície de rolamento. Ela pode ser

considerada como uma propriedade que se altera constantemente pela degradação

dos materiais componentes do revestimento, decorrentes do tráfego e de agentes

agressores. Portanto, a cada instante o revestimento apresenta um estado diferente

de textura superficial (FERNANDES & DOMINGUES, 1993).

A textura de uma superfície é definida em quatro classes: a microtextura, a

macrotextura, a megatextura e a irregularidade. A Tabela 2 a seguir, apresenta a

classificação de acordo com a norma ASTM E867 (1997):

Tabela 2 – Classificação da textura (APS, 2006)

Intervalo de dimensão

Domínio

horizontal vertical

Microtextura 0 – 0,5 mm 0 – 0,2 mm

Macrotextura 0,5 – 50 mm 0,2 – 10 mm

Megatextura 50 – 500 mm 1 – 50 mm

irregularidade 0,5 – 50 m 1 – 200 mm

A microtextura refere-se à textura individual dos agregados constituintes do pavimento,

podendo ser lisa ou áspera. A macrotextura depende dos tamanhos e das quantidades

relativas dos agregados (faixa granulométrica), pela configuração geométrica do

agregado e pelos vazios da mistura, podendo ser fechada ou aberta.

A megatextura está relacionada aos desvios da superfície do pavimento, ocasionado

por alguns aspectos como a trilha de roda, os remendos, a desagregação, as panelas,

entre outros. A irregularidade refere-se aos desvios de dimensões superiores à

megatextura, influenciando na resistência ao rolamento, na dinâmica do veículo, o

conforto e também o custo de manutenção do veículo.

Segundo Silva (1981), o atrito e a drenagem superficial de uma determinada pista

podem ser caracterizados a partir de conceitos de micro e macrotextura da superfície.

Para este trabalho foram estudadas questões relativas à micro e à macrotextura por se

tratar da aderência entre pneu-pavimento.

De acordo com Gillespie (1992), o mecanismo de força de atrito por histerese está

relacionado com a macrotextura da superfície do pavimento, enquanto que a força de

atrito por adesão é ligada à microtextura do pavimento. A Figura 14 ilustra o efeito da

microtextura no valor do coeficiente de atrito em função da velocidade.

Figura 14 – Influência da microtextura no atrito (OLIVER, 2003)

2.3.2. Classificação das Superfícies

Para o pavimento proporcionar boa aderência na interação com o pneu, sobretudo na

presença de água, é necessário que a superfície apresente textura capaz de fornecer

o adequado potencial de drenagem, eliminando a água pelos microcanais formados

pela macrotextura, além de conter em sua composição agregados que apresentem

rugosidade suficiente para romper a lâmina de água, ou seja, boa microtextura (APS,

2006).

Os pavimentos são classificados em quatro tipos de acordo com a rugosidade da

macro e da microtextura da superfície (ESDU, 1971; SILVA, 1981; SANTOS, 2004;

RODRIGUES FILHO, 2006). A Figura 15 apresenta uma ilustração dessas superfícies.

microtextura profunda

microtextura rasa

60 80 100 120

Velocidade (km/h)

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Coeficiente de atrito

(a) macrotextura aberta e microtextura áspera (c) macrotextura fechada e microtextura áspera

(b) macrotextura aberta e microtextura lisa (d) macrotextura fechada e microtextura lisa

Figura 15 – Classificação das superfícies de pavimentos (Adaptado de ESDU, 1971)

Superfície com macrotextura fechada e microtextura lisa

Nesse tipo de superfície, predominam as perdas por adesão. O coeficiente de atrito

diminui levemente com o aumento da temperatura e a pressão dos pneus. Mesmo

com a pista seca, o valor da força de frenagem é reduzido, devido aos valores

pequenos de atrito por adesão e por histerese, fazendo com que uma aeronave

necessite de uma distância maior para executar uma frenagem.

A pista quando úmida ou molhada proporciona coeficientes de atrito reduzido a

qualquer velocidade devido à hidroplanagem viscosa, pois o pneu não consegue

expulsar completamente a água da área de contato no intervalo de tempo disponível.

Uma fina película de água se interpõe entre a banda de rodagem e a pista, eliminando

as perdas de energia cinética por adesão (SILVA, 1981).

Silva (1981) destaca ainda que, quando uma pista com essa textura é inundada, a

hidroplanagem viscosa é contínua e gradualmente substituída pela hidroplanagem

dinâmica, na medida em que a velocidade aumenta. A ausência de macrotextura faz

com que a lâmina crítica de água necessária para ocorrência de hidroplanagem

dinâmica seja pequena. Para pistas com essa textura, as ranhuras na banda de

rodagem são muito importantes para a prevenção tanto da hidroplanagem viscosa

como da dinâmica.

Superfície com macrotextura fechada e microtextura áspera

Esse tipo de superfície, na condição seca, proporciona valores de atrito levemente

inferiores àqueles proporcionados por uma pista de microtextura lisa, porque há

diminuição da área real de contato e menor adesão. As perdas por adesão

predominam, mas a contribuição das perdas por histerese devidas à macrotextura são

superiores a 25% do valor do coeficiente de atrito (SILVA, 1981).

Na prática, Rodrigues Filho (2006) descreveu que essa redução é pouco importante e

inteiramente compensada pelo incremento que essa microtextura proporciona ao atrito

da pista, quando molhada. As asperezas perfuram e atravessam a fina película de

água em milhares de pontos, tornando possíveis as perdas por adesão nos pontos de

contato teoricamente secos. Nesse tipo de pista, as ranhuras da banda de rodagem

são importantes para prevenir a hidroplanagem dinâmica.

Superfície com macrotextura aberta e microtextura lisa

Pavimentos desse tipo apresentam menor valor de atrito por adesão, devido à menor

capacidade da borracha (da banda de rodagem do pneu) aderir à microtextura mais

suave do pavimento. Em pistas de pouso com altas taxas de utilização, o material

agregado da superfície costuma se desgastar, principalmente se o agregado for

menos resistente à abrasão, perdendo então suas características de atrito,

especialmente na condição de pista molhada.

Uma pista seca com macrotextura aberta e microtextura lisa proporciona coeficientes

de atrito similares aos oferecidos pela pista de textura fechada e lisa. Se a

macrotextura for muito aberta os valores serão levemente inferiores, pois as perdas

por adesão predominam. As perdas por histerese devidas à macrotextura podem

alcançar 25% do valor do coeficiente de atrito (SILVA, 1981).

O atrito por histerese em pista molhada é responsável pela maior parte da força de

frenagem. Pneus construídos com materiais que permitam valores altos de coeficiente

de atrito por histerese apresentam melhor desempenho nessas condições. Como esse

tipo de pavimento possui uma macrotextura aberta, o escoamento da água acumulada

sobre o pavimento ainda é passível de acontecer, diminuindo os riscos de

hidroplanagem.

Superfície com macrotextura aberta e microtextura áspera

Superfícies caracterizadas por apresentarem uma macrotextura aberta e uma

microtextura rugosa e áspera permitem alta adesão entre a borracha do pneu e o

pavimento. Esse tipo de pavimento proporciona ainda, um alto índice de histerese da

borracha quando esta se deforma para acompanhar as saliências do piso.

A microtextura áspera diminui o potencial da ocorrência da hidroplanagem viscosa e a

macrotextura aberta dificulta a ocorrência da hidroplanagem dinâmica, sendo que a

profundidade da lâmina d'água crítica aumenta consideravelmente (RODRIGUES

FILHO, 2006).

Esses pavimentos não sofrem perda acentuada de propriedades de atrito na presença

de água, devido à capacidade de permitir o escoamento do fluido quando da

movimentação do pneu sobre o pavimento, em qualquer velocidade de deslocamento

da aeronave. São pavimentos típicos de pistas recém-construídas, que não sofreram

desgaste do seu material agregado na superfície, ou de pistas construídas com

material granulado provenientes de rochas mais resistentes, mantendo suas

características em relação ao atrito por mais tempo (SANTOS, 2004).

2.3.3. Emborrachamento de Pistas de Aeroportos

A macrotextura de uma pista não se altera, consideravelmente, ao longo do tempo,

exceto nas áreas de toque como resultado do depósito de borracha. Os procedimentos

de manutenção para remoção dos resíduos de borracha também causam alteração na

macrotextura (RODRIGUES FILHO, 2006).

Na Figura 16, tem-se o resultado de medição de atrito realizado com o equipamento

Griptester a 95 km/h, afastado 5 m do eixo da pista, em que é nítido o efeito do

acúmulo de borracha na zona de toque das aeronaves, círculo em destaque,

resultando em baixos valores de coeficiente de atrito. Os valores do coeficiente de

atrito são comparados com os recomendados pela ICAO (2004).

Figura 16 – Efeito típico do acúmulo de borracha (OPUS, 2004)

Os serviços de remoção de borracha têm por objetivo preservar ou restaurar as

condições de aderência dos revestimentos das pistas. Normalmente, esses serviços

são realizados nos períodos de menor movimento de aeronaves (geralmente à noite),

de modo a causar o menor impacto nas operações. São executados periodicamente e

estão intimamente ligados às medições de atrito.

A freqüência de limpeza da pista recomendada pela FAA está descrita na Tabela 3 a

seguir:

Tabela 3 – Intervalos máximos para limpeza da pista (FAA, 1997)

Pousos diários

de aeronaves a reação

Massa anual dos pousos

(10

kg)

Período máximo entre

remoções de borracha

menos de 15 Menos de 447 2 anos

de 16 a 30 de 448 a 838 1 ano

de 31 a 90 de 839 a 2.404 6 meses

de 91 a 150 de 2.405 a 3.969 4 meses

de 151 a 210 de 3.970 a 5.535 3 meses

mais que 210 mais de 5.535 2 meses

Métodos para remoção de borracha e outros contaminantes

As técnicas para a remoção de contaminantes em pistas de aeroportos são:

- remoção com jatos de água a alta pressão;

- remoção química;

- remoção por alta velocidade de impacto;

- remoção mecânica.

Metade da pista

Nivel de manutenção

Nivel mínimo

500 1000

Distância (m)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Coeficiente de atrito

Jatos de água a alta pressão

A remoção é feita por meio de equipamento giratório, com movimentos lentamente ao

longo da superfície a ser limpa, usando pressões entre 2.000 e 15.000psi (entre ≈ 14

MPa e 103 MPa). No ponto de aplicação, a água a alta pressão penetra na superfície

limpando efetivamente os depósitos de borracha na pista, melhorando as

características de atrito do pavimento.

Atualmente, existem equipamentos que operam a pressões elevadíssimas, podendo

chegar a 40.000psi (≈ 275 MPa). Devido à aplicação de água a altíssima pressão,

pode ocorrer o polimento da superfície depois de repetidas limpezas.

A pressão a ser adotada depende da espessura da borracha e do tipo de revestimento

do pavimento. Experiências demonstram que a remoção de borracha é facilmente

executada em pavimentos estriados de concreto e carece de maiores cuidados em

pavimentos asfálticos em virtude da possibilidade de desagregação (ARAÚJO, 1994).

Em se tratando de CPA, segundo Moreira (1992)

apud Araújo (1994), pressões acima

de 14,7 MPa provocam desagregação superficial do revestimento.

Remoção química

Os solventes químicos representam uma solução que apesar de apresentar bons

resultados, sofrem restrições em relação à questão ambiental, devido à natureza

volátil e tóxica dos produtos empregados, que devem ser manuseados com extremo

cuidado durante e após sua aplicação, além de cuidados com seu grau de diluição.

Atualmente, a INFRAERO utiliza um produto desenvolvido especificamente para pistas

de aeroportos para a remoção da borracha impregnada no pavimento.

Alta velocidade de impacto

Esse método consiste no lançamento de partículas abrasivas a elevada velocidade

sobre a superfície do pavimento. O equipamento possui um sistema auto-coletor que

recolhe de volta as partículas lançadas, e também a borracha desprendida do

pavimento. O equipamento é projetado para reciclar as partículas abrasivas para

repetidas operações de limpeza.

______________________

MOREIRA, M. J. Camada Porosa de Atrito do Aeroporto Santos Dumont: Execução,

Manutenção e Recuperação. In: Seminário de Manutenção de Aeroportos, OACI, DIRENG,

INFRAERO. São Paulo. 1992. 31p.

Remoção mecânica

É utilizado um esmeril para a remoção de depósitos de borracha de grande espessura,

removendo camadas de borracha entre 3,2 a 4,8mm (FAA, 1997).

2.4. Camada Porosa de Atrito - CPA

Por suas características tropicais, diversas regiões do Brasil estão expostas a

constantes chuvas, contribuindo para o aumento de acidentes, uma vez que as

condições de aderência pioram consideravelmente. Dessa forma, intervenções no

pavimento são necessárias para minimizar os efeitos da chuva nos níveis de

aderência entre pneu e pavimento (NASCIMENTO & REIS, 1999).

Algumas soluções são utilizadas para eliminar ou minimizar a película de água na

superfície dos pavimentos, como por exemplo, a imposição de declividades horizontal

e longitudinal no projeto geométrico. A resultante dessas declividades permite o

escoamento da água, com velocidade e vazão adequadas para um sistema de coleta

de descarga. Contudo, nem sempre é possível impor essa declividade na medida

desejada. Outro procedimento possível é a utilização de misturas na camada de

rolamento (capa) e/ou na camada intermediária (binder), entre a capa e a camada de

base, cujas granulometrias determinem certa permeabilidade. Dessa maneira, a

camada intermediária assume a função drenante, conduzindo a água até os

dispositivos de descarga. Para camadas de rolamento, tem-se estudado misturas

asfálticas cujas texturas permitem a melhor aderência entre o pneu e o pavimento,

como exemplo, a Camada Porosa de Atrito (SILVA, 2005).

A execução de pavimentos com misturas asfálticas com granulometrias abertas tem-

se mostrado eficiente principalmente no quesito drenagem, atuando no rápido

escoamento da água, reduzindo o potencial de hidroplanagem de veículos e de

aeronaves.

A Camada Porosa de Atrito, de acordo com a norma DNER-ES 386/99 (DNER, 1999),

é um pré-misturado a quente com asfalto polímero, podendo ser empregado como

camada sobrejacente ao revestimento, possuindo característica drenante e uma

melhor aderência entre pneu e pavimento.

A camada porosa de atrito foi desenvolvida pela British Airport Authority (BAA), em

1960, em Londres. Tem grande aplicação na Inglaterra, Escócia e Estados Unidos

(ARAÚJO, 1994).

A maioria dos aeroportos administrados pela BAA, como os aeroportos de Gatwick,

Heathrow, Liverpool, London Southend, Prestiwick e Stanstead possuem a CPA em

suas pistas de pousos e decolagens, sendo executados desde a década de 60.

Nos Estados Unidos, a maioria dos pequenos e médios aeroportos também adota a

CPA em suas pistas, utilizando-a também em alguns aeroportos internacionais, como

o Aeroporto Internacional de Palm Spring.

Em aeroportos brasileiros, a camada porosa de atrito está presente no Rio de Janeiro

e em Minas Gerais, nos Aeroportos Santos Dumont e Tancredo Neves,

respectivamente. A CPA foi executada primeiramente no Aeroporto Internacional

Tancredo Neves, em 1983 e posteriormente, em 1987, no Santos Dumont.

A experiência brasileira na execução de CPA em rodovias teve início em 1992, com a

implantação de um trecho experimental da DERSA na Rodovia dos Bandeirantes –

SP348 (MELO, 2005).

Em meados de 2004, na Rodovia SP – 340, sob concessão da Renovias, executou-se

a camada porosa de atrito (CPA) utilizando asfalto com borracha reciclada de pneu

(SILVA, 2005).

De maneira geral, as principais vantagens da Camada Porosa de Atrito são (MELO,

2005):

- elevada capacidade de drenagem;

- redução dos riscos de hidroplanagem;

- redução das distâncias de frenagem sob chuva;

- aumento de distância de visibilidade e diminuição de projeção da cortina de água

(spray);

- menor reflexão luminosa do pavimento molhado, tanto de dia como sob iluminação

noturna;

- maior percepção de sinalização vertical durante a noite;

- redução dos níveis de ruído do tráfego; e

- redução dos níveis de “stress” do usuário.

Para Lefebvre (1993), as razões para o emprego do asfalto poroso são claras. Alguns

elementos são determinantes em sua escolha, como a vantagem de visibilidade

durante chuvas, a possibilidade da redução de ruídos e outra, talvez a decisiva, a

redução do risco de hidroplanagem.

Na Figura 17 tem-se um pavimento com dois trechos diferentes, um com asfalto

poroso e outro com asfalto tradicional, onde se pode visualizar a nítida diferença de

eficiência na drenagem.

Figura 17 – Diferença de drenabilidade (ADAMS, 2003)

Em aeroportos, a principal razão para sua aplicação é a característica drenante,

atuando diretamente na diminuição do potencial de hidroplanagem de aeronaves. A

drenagem é realizada através de seu alto percentual de vazios e pela interconexão

desses vazios, permitindo que a água infiltre na camada porosa e escoe pela camada

subjacente para fora do pavimento.

Em um CBUQ tradicional, o índice de vazios varia na faixa de 3 a 5%. No caso da

camada porosa de atrito, esse índice pode chegar a 25%. Na Figura 18, tem-se um

corpo-de-prova extraído de um revestimento com camada porosa de atrito.

Figura 18 – Corpo-de-prova (BERNUCCI, 2005)

A Figura 19 apresenta uma comparação da Camada Porosa (a) com CBUQ (b),

subjacente à CPA no Aeroporto Internacional Tancredo Neves.

(a) (b)

Figura 19 – Camada Porosa (a) e CBUQ Tradicional (b)

O detalhe da espessura da camada porosa é mostrado na Figura 20. A CPA não

possui qualquer função estrutural no pavimento, sua pequena espessura, cerca de 3

cm, é utilizada apenas para o aspecto funcional do pavimento.

Figura 20 – Detalhe da espessura da CPA

Um conceito tradicional sobre um determinado revestimento é que ele deve ser

impermeável; assim, um revestimento composto por camada drenante ou poroso

aplicado sobre uma camada impermeável desempenha duas funções, selando a

estrutura do pavimento e evitando o escoamento superficial das águas precipitadas

(SILVA, 2005).

Uma das mais importantes pesquisas realizadas sobre aderência pneu-pavimento em

aeroportos foi desenvolvida pela NASA em 1990. Analisaram-se diversos tipos de

superfícies, com dois tipos de aeronaves da Boeing (737-200 e 737-100) de

propriedade da NASA e da FAA, respectivamente, operando em situações críticas

(YAGER et al., 1990).

Os testes com camada porosa nessa pesquisa da NASA foram realizados no

Aeroporto da Pease Air Force Base em Portsmouth, construído em 1985, com 19 mm

de espessura da camada. Dentre os vários resultados, um que chama atenção é o

coeficiente de atrito na superfície com camada porosa, quando submetida à uma

intensidade de precipitação de 0,25 mm/h em comparação com todas outras

superfícies estudadas em condições secas, em que, praticamente, não houve

diferenças no valor do coeficiente de atrito na maioria dos equipamentos de medição

utilizados, conforme mostrado na Figura 21.

Para definição da macrotextura, a NASA utilizou um equipamento que possui os

mesmos princípios do ensaio de mancha de areia, com valor de 1,25 mm para a pista

da Pease Air Force Base, sendo os valores na faixa de 2,1 a 3,0 mm, em comparação

com o ensaio de mancha de areia.

(a) (b)

Figura 21* – Comparação do coeficiente de atrito (m) para superfícies secas (a) e a camada

porosa (b) com filme de água de 0,25mm (Adaptado de YAGER et al., 1990)

Embora existam muitas vantagens em sua aplicação, algumas desvantagens da

camada porosa de atrito devem ser avaliadas antes de sua escolha:

- em geral, o custo de construção da camada porosa é mais elevado em relação aos

asfaltos tradicionais (LEFEBVRE, 1993; PORTO, 1999);

727

BV-11

Mu-Meter

SFT

RFT

727

BV-11

Mu-Meter

SFT

RFT

0 20 40 60 80 100 120

Velocidade (mi/h)

Coeficiente de atrito

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

______________________

os equipamentos de medição de atrito BV-11, Mu-meter, SFT e RFT estão detalhados no item 3.5

- necessitam de agregados com alta resistência ao polimento e ao choque, e requerem

precisão na construção para o controle de temperatura da mistura, do ar e da umidade

(LEFEBVRE, 1993);

- a vida útil do pavimento poroso geralmente é menor que em pavimentos tradicionais,

sendo necessária constante manutenção;

- um dos problemas mais freqüentes encontrados em pavimentos drenantes deve-se a

colmatação dos poros por contaminantes, sobretudo a borracha dos pneus, ao longo

de sua vida útil, reduzindo gradativamente as funções de drenagem e acústicas do

pavimento, perdendo suas vantagens com relação aos revestimentos convencionais

(HORNE, 1977; SANTOS, 2004; SILVA, 2005);

- Bochove (1995) ressaltou a quantidade de poluição, o tamanho e a estrutura dos

vazios, a declividade da camada subjacente à camada drenante, a velocidade e o

efeito limpante do tráfego, como os principais fatores para que ocorra a colmatação do

pavimento;

- Porto (1999) observou um maior poder de desagregação superficial para misturas

com teor de vazios maiores que 25%.

- Em aeroportos com alto movimento de aeronaves, o acúmulo de borracha torna-se

um sério problema quando não monitorado adequadamente. A remoção da borracha

tem que ser feita de forma constante e eficiente. Quando a borracha recobre

completamente a superfície do pavimento a drenagem interna fica comprometida.

Quando isso acontece é praticamente impossível remover a borracha sem que

ocorram sérios danos na estrutura da CPA. Por esse motivo, a FAA não recomenda a

utilização da camada porosa para aeroportos com tráfego acima de 91 pousos diários

de aeronaves à reação por cabeceira (FAA, 1997).

2.4.1. CPA no Aeroporto Internacional Tancredo Neves

O Aeroporto Internacional Tancredo Neves foi o primeiro aeroporto no Brasil a utilizar

a CPA. Engenheiros da DIRENG visitaram aeroportos do Reino Unido para constatar o

seu comportamento funcional, bem como adaptá-la às condições brasileiras

(ARAUJO, 1994).

Para a execução da camada porosa de atrito no aeroporto, utilizou-se a

recomendação da DIRENG, faixa B, de granulometria descontínua constituindo-se,

praticamente, de material passando na peneira n

½” e retido na peneira n

Foi utilizada a brita n

0, de rocha gnaíssica de procedência da BRIVEL (Britadora Rio

das Velhas Ltda). Os agregados muídos, pó calcário e areia artificial, são de

procedência da Mineração Lapa Vermelha. A cal hidratada é de procedência da ICAL

(Indústria de Calcinação).

A composição granulométrica dos agregados foi distribuída da seguinte forma:

- brita n

0 (1,875 mm – 12,7 mm): 76%

- pó de pedra (0 – 1,875 mm): 12%

- areia artificial (3,175 mm – 6,35 mm): 10,5%

- cal hidratada 1,5%

Na Tabela 4 tem-se a especificação da mistura executada segundo recomendações

da DIRENG para a camada porosa de atrito.

Tabela 4 – Especificação para a faixa granulométrica da mistura

Peneiras % em peso passando

abertura (mm) mistura executada faixa de trabalho

Faixa B -

DIRENG

½” 12,7 99,7 93 – 100 100

⅜” 9,5 90,8 90,3 – 100 80 – 100

4 4,8 30,6 27,6 – 40,6 20 – 40

8 2,4 16,4 12,9 – 20,9 12 – 20

30 0,6 10,7 8,0 – 14,0 8 – 14

200 0,074 5,8 3,8 – 5,0 3 – 5

O teor de betume foi determinado pelo Método da Superfície Específica, conforme

Equação 29.

FDCBAS 1351230,233,017,0100

= eq 29

onde: A: % maior que a # ⅜”;

B: % maior que a # 4 e menor ou igual a # ⅜”;

C: % maior que a # 40 e menor ou igual a # 4;

D: % maior que a # 200 e menor ou igual a # 40;

F: % passando na # 200;

S: % superfície específica em m

/kg.

.75,3 SP = eq 30

onde: P: teor de asfalto em peso;

3,75: módulo de riqueza.

A porcentagem de betume se refere à mistura de agregados considerada como 100%.

O teor de ligante betuminoso utilizado foi de 5%, dosado pelo método da superfície

específica do agregado e, também de modo a obter-se um índice de vazios dentro das

especificações para a camada porosa. A princípio o teor ótimo estava em 5,7%;

porém, não foi possível atender às condições de índice de vazios entre 20 a 25%, com

temperatura de 140

C. O teor de ligante foi fixado em 5% e variou-se a temperatura

até obter-se um índice de vazios de 17,8% para uma temperatura de 80

As principais características das misturas asfálticas que influenciam na textura são: a

distribuição granulométrica dos agregados e fíler; e natureza, forma e microtextura

superficial dos agregados, principalmente os das frações graúdas (agregados retidos

na peneira n

4). O ligante asfáltico influencia pouco na textura resultante; sua

importância é indireta e relativa à resistência à desagregação dos revestimentos que

podem, após uso pelo tráfego e ação das intempéries, sofrerem arrancamento de

agregados, tendo como conseqüência a alteração da textura superficial (APS, 2006).

2.5. Medidas de Atrito

Dentre os vários equipamentos de medição de atrito, alguns são estáticos e a maioria,

dinâmicos (medição contínua). Os dinâmicos podem ser de roda oblíqua, roda

bloqueada ou parcialmente bloqueada. A FAA, por meio de Advisory Circular,

homologa os equipamentos de medição contínua de atrito. Atualmente, através da AC

150/5320-12C change 8 de 02/07/2007, estão homologados os equipamentos

constantes na Tabela 5.

Tabela 5 – Equipamentos de medição de atrito

Equipamento Fabricante

Airport Surface Friction Tester Airport Surface Friction Tester Industries AB

Runway Friction Tester (6810,6850,6875) Dynatest Consulting, INC.

Sarsys Friction Tester (SFT) Scandinavian Airport and Road Systems AB

Griptester Friction Tester Findlay, Irvine, LTD

NAC Dynamic Friction Tester Neubert Aero Corp.

RUNAR Runway Analyser and Recorder Norsemeter

BV-11 Skiddometer Patria Vammas AEC

Sarsys Trailer Friction Tester (STFT) Scandinavian Airport and Road Systems AB

Sarsys Suv Friction Tester (SSFT) Scandinavian Airport and Road Systems AB

Mu-meter Douglas Equipment, LTD

Adaptado de FAA, 2007.

Equipamentos inseridos em veículos

Airport Surface Friction Tester

A Figura 22 mostra o veículo realizando o teste em pista coberta por neve. A medição

do atrito é realizada com a roda instalada no eixo traseiro a uma taxa de deslizamento

de 12%. O pneu possui formato e material semelhantes a de um pneu normal de uma

aeronave.

Figura 22 – Airport Surface Friction Tester. (Foto: Yager, 2006)

Runway Friction Tester (RFT) – Roda Parcialmente Bloqueada

O equipamento é montado dentro de um veículo, cuja roda de medição de atrito está

instalada no eixo traseiro. A roda de medição tem a rotação retardada e opera com

uma taxa de deslizamento controlada de 13,5%. A Figura 23 mostra o veículo modelo

6875.

Figura 23 – Runway Friction Tester, Foto: www.dynatest.com (22/10/2007)

Sarsys Friction Tester (SFT) – Roda Parcialmente Bloqueada

A Figura 24 ilustra o Sarsys Friction Tester e detalhes do equipamento de medição

instalado dentro do veículo. Opera com taxa de deslizamento de 15% para pneus

novos. A medição do atrito contínuo é realizada por uma quinta roda instalada no

porta-malas do veículo.

Figura 24 – SFT, Fonte: www.sarsys.se (22/10/2007)

Equipamentos rebocados por veículos

GripTester - Roda Parcialmente bloqueada

Equipamento que também realiza as medidas de atrito contínuo, constituído por um

reboque de três rodas do tipo deslizômetro (skiddometer). A roda central é

responsável pela medida do atrito com rotação retardada, operando com uma taxa de

deslizamento de 15%. A Figura 25 mostra o equipamento.

Figura 25 – Griptester, Foto: www.mastrad.com (22/10/2007)

NAC Dynamic Friction Tester

Equipamento com capacidade de separar valores de atrito com a roda girando, µu

(roll), e com a roda deslizando, µu (slip), permitindo ainda a caracterização do fluido

contaminante. Possui transmissão de dados com tecnologia WiFi (sem fio). A Figura

26 mostra o equipamento sendo rebocado para a realização do teste.

Figura 26 – NAC, Foto: www.airportnac.com (20/05/2007)

RUNAR

A Figura 27 mostra o equipamento da Norsemeter em operação. A medição de atrito

pode ser feita com deslizamento fixo ou variável.

Figura 27 – RUNAR (Foto: Yager, 2006)

BV-11 Skiddometer – Roda parcialmente bloqueada

Esse equipamento que realiza as medidas de atrito contínuo, constituído por reboque

de três rodas do tipo deslizômetro (skiddometer). As duas rodas laterais giram

livremente, e a roda central, é responsável pela medição do atrito, com sua rotação

retardada, operando com uma taxa de deslizamento de 17%. A Figura 28 mostra o

equipamento.

Figura 28 – BV-11 Skiddometer (Foto: Yager, 2006)

Sarsys Trailer Friction Tester (STFT)

Trailer rebocado, também produzido pela Sarsys, foi desenvolvido para pistas de

aeroportos, atualmente operando também em rodovias. A medição é realizada com

uma taxa de deslizamento de 15% para pneus novos. A Figura 29 mostra o

equipamento e também uma ilustração interna do sistema de medição.

(a) (b)

Figura 29 – STFT (a) e ilustração do equipamento (b), Foto: www.sarsys.se (22/10/2007)

Mu-meter (Roda Oblíqua)

De todos os aparelhos utilizados para aferir o coeficiente de atrito de pistas de

aeroportos, o mais utilizado no Brasil é o Mu-meter. A Figura 30 mostra o Mu-meter,

modelo MK6.

Figura 30 – Mu-meter MK6

O Mu-meter é um instrumento de teste de superfície de pista que infere um valor de

coeficiente de atrito de frenagem a partir da medida da força lateral nos eixos de duas

rodas lisas, chamadas friction wheels (FW), instaladas num veículo de reboque. Em

geral, as FW têm um alinhamento convergente em relação à direção longitudinal do

reboque, com um ângulo de convergência de, aproximadamente, 7,5°, que produz

uma taxa de escorregamento aparente de, aproximadamente, 13%. Uma terceira roda

traseira, alinhada normalmente, mede a distância percorrida e estabiliza o movimento

do reboque (SANTOS, 2004). A Figura 31 esquematiza o equipamento.

Figura 31 – Desenho esquemático do Mu-meter

roda sensora

célula de carga

roda sensora

engate do reboque

força lateral

arrasto

força de tensão resultante

na célula de carga

Há um sistema espargidor que aplica uma película d’água de espessura média de

1mm à frente das rodas sensoras. A velocidade do equipamento pode ser ajustável,

sendo a mais comum de 65 km/h e seu procedimento está descrito na ASTM E-670

(2000).

Quando o veículo reboca o Mu-meter para efetuar uma medição, o atrito gerado entre

os pneus laterais e o pavimento força os membros laterais do chassi a se afastar, o

que gera forças de tensão na célula de carga ligada aos dois braços do chassi. O sinal

de força e o sinal de distância percorrida medida são enviados para uma unidade de

processamento conectada a um computador portátil (disponível para o modelo MK6), e

as informações são repassadas em tempo real, de dentro do veículo rebocador.

Um carregamento de 77,5 kgf é aplicado em cada FW através de um lastro colocado

nos amortecedores. Os pneus de todas as três rodas têm dimensões 16 x 4 com 6

lonas, modelo RL2. Os pneus das FW são de desenho liso e possuem pressão de 10

lbf/in

enquanto o pneu traseiro, o qual mede a distância percorrida, tem desenho

convencional e pressão de 30 lbf/in

(SANTOS, 2004).

Pêndulo Britânico

O Pêndulo Britânico é o principal equipamento portátil, cuja utilização é padronizada

pela norma ASTM-E-303-93 (1998).

O pêndulo britânico determina por uma medida escalar o grau de aderência entre pneu

e pavimento presente na superfície de um pavimento, conhecido também como

coeficiente de atrito cinemático.

Esse equipamento consiste de uma placa de borracha simulando a superfície de um

pneumático de veículo automotor montada no extremo de um pêndulo que, liberado

em queda livre, descreve um arco circular que tangencia e fricciona a superfície do

pavimento onde se coloca o equipamento para o ensaio. A perda de energia

decorrente desse movimento serve como medida de atrito e é registrada em uma

escala graduada. As condições do ensaio foram definidas de tal forma que os valores

apresentados no mostrador do equipamento correspondem ao Valor de Resistência à

Derrapagem – VRD (ou British Pendulum Number - BPN) de um pneumático padrão

derrapando sobre o pavimento a 48 km/h (DNIT, 2006).

O Pêndulo Britânico é um dos dispositivos mais difundidos internacionalmente devido

ao seu baixo custo e facilidade de operação. A Figura 32 mostra o equipamento com a

haste posicionada para sua liberação.

Figura 32 – Pêndulo Britânico

No Brasil, o DNIT em seu Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos (DNIT,

2006), sugere valores mínimos de BPN ou VRD acima de 55. A ARTESP (Agência de

Transportes de São Paulo) estabelece classes de microtextura com o Pêndulo

Britânico, conforme Tabela

Tabela 6 - Classificação da microtextura com o Pêndulo Britânico (ABPv, 1998)

Classificação Limites

perigosa < 25

muito lisa 25 – 31

lisa 32 – 39

insuficientemente rugosa 40 – 46

mediamente rugosa 47 – 54

rugosa 55 – 75

muito rugosa > 75

2.5.1. Parâmetros de Atrito

No Brasil, a ANAC estabeleceu, por meio da IAC-4302 – Requisitos de resistência à

derrapagem para pistas de pouso e decolagem (2001), os níveis mínimos de atrito

medidos com o equipamento Mu-Meter.

Considera-se como nível de manutenção o valor de atrito de 0,50, excetuado o caso

de aeroportos que possuam planos especiais de manutenção, nos quais o nível de

manutenção passa a ser aquele definido nesses planos. O valor mínimo admissível

para o atrito médio de qualquer segmento do pavimento com mais de 100 metros de

comprimento, não poderá ser inferior ao nível de manutenção. Sempre que apresentar

atrito inferior ao nível de manutenção na extensão de mais de 100 metros de pista, a

Administração Aeroportuária deverá providenciar: (1) a solicitação de expedição de

NOTAM (Notice To AirMen – Aviso aos Aeronavegantes), com informações de que a

pista, quando molhada, encontra-se escorregadia; e (2) iniciar, prontamente, as ações

corretivas apropriadas, com vistas a restaurar o nível de atrito exigido.

A ICAO (2004) estabeleceu valores de coeficiente de atrito para uma lâmina d’água de

1 mm, conforme o tipo de equipamento utilizado na medição, constantes na Tabela 7:

Tabela 7 – Valores mínimos de atrito (Adaptado de ICAO, 2004)

Equipamento

Tipo

pneu

Pressão

no pneu

(kPa)

Velocidade

de teste

(km/h)

Pista

nova

Nível de

manutenção

Nível mínimo

admissível

A 70 65 0,72 0,52 0,42

Mu-meter

A 70 95 0,66 0,38 0,26

B 210 65 0,82 0,60 0,50

Skkidometer

B 210 95 0,74 0,47 0,34

B 210 65 0,82 0,60 0,50

Surface Friction

Tester Vehicle

B 210 95 0,74 0,47 0,34

B 210 65 0,82 0,60 0,50

Runway Friction

Tester Vehicle

B 210 95 0,74 0,54 0,41

B 210 65 0,76 0,57 0,48 TATRA Friction

Tester Vehicle

B 210 95 0,67 0,52 0,42

C 140 65 0,74 0,53 0,43

Griptester

C 140 95 0,64 0,36 0,24

A CAA recomendou valores de atrito para os dois equipamentos mais utilizados no

Reino Unido, conforme Tabela 8:

Tabela 8 – Valores mínimos de atrito (Adaptado de CAA, 2004)

Equipamento

Pista

nova

Nível de

manutenção

Nível mínimo

admissível

Mu-meter 0,72 0,57 0,50

Griptester 0,80 0,63 0,55

Ainda de acordo com a IAC-4302 (2001), a ANAC estabeleceu periodicidade das

medições de atrito para os aeroportos nacionais, com base nos resultados de estudos

conduzidos por agências especializadas de diferentes países desenvolvidos, entre os

quais os Estados Unidos da América, por meio da “National Aeronautics and Space

Agency (NASA)”, da “Federal Aviation Administration (FAA)” e da “United States Air

Force (USAF)”, conforme descrito na Tabela 9.

Tabela 9 – Intervalos máximos entre medições de atrito

FREQUÊNCIA DE MEDIÇÕES DE ATRITO POUSOS DIÁRIOS DE

AERONAVES À REAÇÃO

NA PISTA

Pavimentos não-estriados (sem

tratamento superficial)

Pavimentos estriados ou

com camada porosa de atrito

menos de 50 cada 12 meses cada 12 meses

51 a 250 cada 6 meses cada 9 meses

251 a 450 cada 4 meses cada 6 meses

451 a 700 cada 3 meses cada 4 meses

701 ou mais cada 3 meses cada 3 meses

Os valores apresentados da Tabela 9 são os mesmos recomendados pela FAA, por

meio da AC n.150/5320-12A em 1986. Atualmente, a FAA determina para pistas, sem

distinção do tipo de revestimento, uma freqüência de medição de atrito de acordo com

a Tabela 10:

Tabela 10 – Intervalos máximos entre medições de atrito (FAA, 1997)

Pousos diários de aeronaves a reação Freqüência mínima de medição

menos de 15 1 ano

16 a 30 6 meses

31 a 90 3 meses

91 a 150 1 mês

151 a 210 2 semanas

mais que 210 1 semana

2.6. Medidas de Textura

A textura de uma superfície pode ser avaliada por três métodos:

- método volumétrico (mancha de areia e mancha de graxa);

- perfilômetros; e

- drenômetros.

Existem diversos ensaios para caracterizar a macrotextura da superfície de um

pavimento. A seguir, alguns ensaios mais comumente realizados no Brasil.

Mancha de Areia

O ensaio de mancha de areia é um método volumétrico, padronizado pela norma

ASTM E 965-96 (2001). É utilizado na determinação da profundidade média da altura

da mancha de areia na superfície do pavimento, relacionado com a característica de

macrotextura.

O ensaio consiste em preencher vazios da textura superficial do pavimento com um

volume de 25.000 mm³ (25ml) ± 150 mm³ de micro-esferas de vidro, que passa na

peneira de abertura 0,250 mm (n°60) e fica retida na peneira de abertura 0,177 mm

(n°80). A superfície é limpa com auxílio de uma escova de mão macia, e as micro-

esferas espalhadas no pavimento com auxílio de um soquete padronizado, com

movimentos circulares e uniformes, obtendo-se ao final uma área aproximadamente

circular.

Ao final, mede-se o diâmetro do círculo obtido em quatro direções diferentes e obtém-

se um diâmetro médio. A profundidade média é expressa pela Equação 31. A Figura

33 apresenta os materiais necessários à realização do ensaio.

H =

eq 31

onde: H

: profundidade média da mancha;

V: volume de micro-esferas; e

: diâmetro médio do círculo.

No Brasil, a ANAC, por meio da IAC-4302, recomenda para o ensaio a utilização de

areia na granulometria entre as peneiras de abertura 0,300 mm (n°50) e a peneira de

abertura 0,150 mm (n°100). Parâmetros também recomendados pela Norma

Francesa - Rugosité Géométrique des Revêtements Routiers – Mésure de la

Profondeur au Sable, Mode Opératoire RG-2 / Paris 1971).

Figura 33 – Materiais para o ensaio de mancha de areia (WAMBOLD & HENRY, 2002)

Mancha de Graxa

O método da mancha de graxa, também volumétrico, é uma variação do método da

mancha de areia. O procedimento consiste em preencher os vazios da textura

superficial do pavimento com um volume de 16.000 mm³ de graxa de uso geral.

A área de ensaio é marcada com duas fitas adesivas paralelas, espaçadas de 10 cm,

e como limite, emprega-se uma terceira fita adesiva perpendicular, fechando um dos

extremos, conforme pode ser visto na Figura 34. Limpa-se a superfície antes do

ensaio, com auxílio de uma escova de mão macia, e a graxa é espalhada sobre a

superfície seca por meio de um rodo, preenchendo os vazios da superfície e formando

uma área final de formato retangular. Mede-se o comprimento do retângulo com uma

aproximação visual de 5 mm. Calcula-se a área coberta e obtém-se a profundidade

média da textura, conforme a Equação 32. A Figura 34 apresenta os equipamentos e

os materiais necessários para a realização do ensaio.

eq 32

onde: H

: altura média da mancha;

V: volume de graxa; e

A: área do retângulo formado;

Figura 34 – Materiais para o ensaio de mancha de graxa (WAMBOLD & HENRY, 2002)

Perfilômetro a Laser

O perfilômetro a laser pode ser instalado em equipamentos estacionários sobre uma

viga ou ser montado em um veículo. Esses equipamentos, geralmente, projetam um

raio (laser) sobre um ponto do pavimento e, um receptor situado na viga, mede a

altura desse ponto. Na Figura 35, tem-se um exemplo de perfilômetro produzido no

Brasil.

Figura 35 – Perfilômetro. (www.cibermetrica.com.br, 20/05/2007)

O perfilômetro é composto por módulos de medição a laser, sensores de aceleração

vertical e de deslocamento longitudinal, integrados por microcontroladores, e tem sua

operação gerenciada por um computador portátil, podendo ser fixado em veículo de

passeio comum, o que facilita seu transporte.

Com o perfilômetro utilizado para avaliação de macrotextura de um pavimento, a

medida do perfil longitudinal inclui medidas de centésimos de milímetros, realizadas

muito próximas umas das outras (a cada décimo de milímetro, por exemplo).

Drenômetro LTP-EPUSP

Foi desenvolvido aos moldes do drenômetro do Institute of Highways, Railroads and

Rock Engineering (ISETH) de Zurique, pelo Laboratório de Tecnologia de

Pavimentação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (MOMM, 1998).

Esse equipamento permite medir o tempo de escoamento da água contida em cilindro

de plástico transparente, de volume 0,73 litro, acoplado a um fundo com um orifício

circular de 2 polegadas de diâmetro, em contato com a superfície do pavimento

(Figura 36). O resultado desse ensaio é expresso em termos de tempo de escoamento

ou de vazão de água escoada, cujo objetivo é verificar a capacidade drenante da

textura do pavimento.

Figura 36 – Drenômetro LTP-USP (APS, 2006)

Classificação de Imagens Digitais

Embora ainda incipiente no setor de pavimentação, a utilização de técnicas de

sensoriamento remoto podem auxiliar o processo de análise da macrotextura de um

pavimento, por meio de classificação de imagens digitais a partir da resposta espectral

da superfície, de acordo com o grau de emborrachamento da pista.

Para Lillesand e Kiefer (1994) o objetivo geral dos procedimentos de classificação de

imagem é categorizar automaticamente todos os pixels de uma imagem em classes ou

temas. Normalmente, utilizam-se dados multiespectrais na classificação da imagem e,

certamente, o padrão espectral presente nos dados para cada pixel é usado como a

base numérica para a categorização. Isto é, diferentes tipos de feições manifestam

diferentes combinações de VNs (valores numéricos) baseados em suas reflectâncias

espectrais inerentes e propriedades de emitância.

Segundo Novo (1998), as técnicas de classificação digital implicam na implementação

de um processo de decisão para que o computador possa atribuir certo conjunto de

pontos da imagem (pixels) a uma determinada classe. Assim, uma imagem numérica é

transformada numa imagem temática, onde o número de categorias é definido pelo

próprio analista. Essa classificação pode ser supervisionada ou não-supervisionada.

O diferencial entre os dois grupos baseia-se, na existência ou não, de controle direto

do operador no processo de classificação das imagens. Para a classificação

supervisionada, utiliza-se do conhecimento prévio da área no processamento da

imagem, o analista apresenta características da imagem relacionada a diferentes

classes. Já numa classificação não-supervisionada, o sistema (algoritmo de

classificação) reúne pixels em diferentes classes espectrais e somente após este

procedimento que o analista passa a identificar as classes definidas pelo computador.

2.6.1. Parâmetros de Textura

A ANAC (2001), também por meio da IAC-4302, estabelece que as medições de

textura superficial do pavimento deverão ser realizadas com base em ensaios

volumétricos, recomendando utilizar o método da “mancha-de-areia” ou o método da

“mancha-de-graxa”.

A freqüência de medição é a mesma recomendada para a medição de atrito. A

profundidade média da macrotextura do pavimento de uma pista de pouso e

decolagem não deverá ser inferior a 0,50 mm, ou outro valor específico constante de

plano especial de manutenção, quando houver, sendo necessária ação corretiva

apropriada, toda vez que esses níveis não forem alcançados. A profundidade média

da macrotextura recomendada para um pavimento novo é de 1 mm.

As medições de textura superficial devem ser realizadas a cada 100 metros de pista,

em pontos localizados a 3 metros do eixo, alternadamente à esquerda e à direita

deste, distando o primeiro ponto de medição 100 metros de uma das cabeceiras.

Algumas classificações são propostas para avaliação da macrotextura superficial do

pavimento, como descrito na Tabela 11 e na Tabela 12:

Tabela 11 - Classificação da macrotextura superficial do revestimento (DER/MG, 2005)

Altura de areia (HS) Textura superficial

HS < 0,20 mm muito fina ou muito fechada

0,20 mm < HS < 0,40 mm fina ou fechada

0,40 mm < HS < 0,80 mm média

0,80 mm < HS < 1,20 mm grosseira ou aberta

HS > 1,20 mm muito grosseira ou muito aberta

Tabela 12 - Classificação proposta por APS (2006)

Altura de areia (HS) Textura superficial

HS < 0,20 mm muito fina ou muito fechada

0,20 mm < HS < 0,40 mm fina ou fechada

0,40 mm < HS < 0,60 mm medianamente fina

0,60 mm < HS < 0,80 mm média

0,80 mm < HS < 1,00 mm medianamente grosseira

1,00 mm < HS < 1,20 mm grosseira ou aberta

HS > 1,20 mm muito grosseira ou muito aberta

A ICAO recomenda uma textura média mínima de 0,625 mm para pistas em uso e

uma textura de no mínimo 1,0 mm para projeto de revestimentos de pistas novas.

A FAA (1997) recomenda que para pavimentos novos a profundidade média da textura

deve ser de 1,14 mm. Para o caso de pavimentos existentes a FAA adota três

situações:

(1) quando a profundidade média da textura da pista cai para valores abaixo de 1,14

mm, devem-se efetuar avaliações de textura toda a vez que se realizarem medições

de atrito;

(2) quando a profundidade média da textura situa-se na faixa compreendida entre 0,76

mm e 0,40 mm, deve-se iniciar os planos para corrigir a deficiência de textura no prazo

de 1 ano;

(3) quando a profundidade média da textura cai a valores inferiores a 0,25 mm, deve-

se corrigir a deficiência num prazo de 2 meses.

2.7. International Runway Friction Index - IRFI

(Índice Internacional de Atrito de Pistas de Aeroportos)

Atualmente, encontra-se em desenvolvimento o "Joint Winter Runway Friction

Measurement Program – JWRFMP", Programa Conjunto de Medição de Atrito em

Pistas de Aeroportos no Período de Inverno, liderado pela NASA, Transport Canadá e

FAA. O programa existe há, aproximadamente, 10 anos, com testes envolvendo cerca

de 10 aeronaves, 49 veículos de medição de atrito e 10 locais de teste, com a

participação de mais de 65 instituições de 16 países (YAGER, 2006).

O programa foi concebido com os seguintes objetivos:

(1) estabelecer um sistema coordenado de leitura para os diversos medidores de

atrito, de modo a desenvolver uma grandeza de atrito que represente e indique

condições similares de potencial de perigo das pistas; e

(2) estabelecer uma correlação confiável entre os valores obtidos nos equipamentos

de medição e o desempenho de frenagem das aeronaves.

Essa grandeza padronizada de medida de atrito em pistas de aeroportos é

denominada IRFI (International Runway Friction Index). O IRFI é padronizado pela

Norma ASTM E 2100 (2001) - Standard Practice for Calculating the International

Runway Friction Index.

Os participantes do Programa JWRFMP pretendem que o IRFI se consolide como uma

medida oficial de atrito em pistas de aeroportos e passe a ser adotada

internacionalmente pela indústria do transporte aéreo.

2.8. International Friction Index - IFI

(Índice Internacional de Atrito)

O International Friction Index (IFI) é um parâmetro internacional que pode ser usado

para quantificar a aderência pneu-pavimento e, por conseqüência, ser usado como

ferramenta visando a redução de acidentes (APS, 2006).

O parâmetro IFI originou-se de uma pesquisa internacional denominada de

“International Experiment to Compare and Harmonizing Texture and Skid Residence

Measurement” (Experimento Internacional de Comparação e Harmonização das

Medidas de Textura e Atrito) desenvolvida pela PIARC - Permanent International

Associaton of Road Congress.

O IFI, cujo procedimento está descrito na ASTM E-1960 (2001), é resultado do

Experimento Internacional da PIARC, atualmente denominada de World Road

Association, onde equipamentos e métodos de avaliação de diversos países foram

estudados de forma a padronizar os resultados em uma escala internacional. O

experimento contou com a participação de 47 equipamentos de medição de 16 países.

Foram medidos 33 parâmetros de textura e 34 parâmetros de atrito.

O programa resultou em um banco de dados com mais de 15.000 valores numéricos

para diferentes tipos de superfícies, que foram utilizados para criar esse índice comum

que quantificasse a aderência no pavimento molhado.

Com base em experimentos anteriores, admitiu-se que, para relacionar as medidas de

atrito realizadas com equipamentos distintos como roda bloqueada, roda parcialmente

bloqueada ou roda oblíqua em relação ao sentido do rolamento, seria necessário

incluir os efeitos da textura da camada de rolamento.

O IFI é uma escala de referência, com base no modelo da PIARC, que relaciona o

atrito com a velocidade de deslizamento. Esse modelo pode estimar a constante de

referência da velocidade (Sp) e o atrito a 60 km/h (F

) de um determinado pavimento.

O par de valores, Sp e F

, expressam o valor de IFI de um pavimento e permite

calcular o valor do atrito, F(S), a qualquer velocidade de deslizamento.

Para se obter o valor de IFI, é preciso realizar com qualquer equipamento ou técnica

homologada ou homologável a partir de critérios estabelecidos em experimento

internacional, dois tipos de medidas sobre a superfície do pavimento, uma de atrito

) e outra de textura (T

) (WAMBOLD et al., 1995).

O parâmetro Sp é dado pela Equação 33:

TxbaSp .+= eq 33

onde: Tx: parâmetro de textura; e

a e b: constantes determinadas em função do equipamento utilizado.

O parâmetro FR

é dado pela Equação 34:

SpS

eFRSFR

)60(

−

= eq 34

onde: FR

: valor do atrito do equipamento convertido à velocidade de 60km/h;

FRS: valor do atrito medido a velocidade de deslocamento S; e

S: velocidade de deslizamento do equipamento.

O valor de F

é dado pela Equação 35:

TxCFRBAF ..

6060

++= eq 35

O par de valores (F

, Sp) determina o IFI de um pavimento. Atualmente o DNIT,

através do Manual de Restauração de Pavimentos Asfálticos de 2006, adota o IFI para

fins de classificação de rodovias. As faixas de classificação do IFI por meio do

parâmetro F

estão apresentadas na Tabela 13:

Tabela 13 – Limites IFI (DNIT, 2006)

Parâmetro F

péssimo < 0,06

ruim 0,06 a 0,12

regular 0,13 a 0,16

bom 0,17 a 0,30

ótimo > 0,30

APS (2006) apresenta os limites de IFI com maior detalhe de intervalos, conforme

Tabela

14:

Tabela 14 – Limites IFI (APS, 2006)

Parâmetro F

péssimo < 0,05

muito ruim 0,06 a 0,08

ruim 0,09 a 0,11

regular 0,12 a 0,14

bom 0,15 a 0,21

muito bom 0,22 a 0,35

ótimo > 0,35

Com os valores de IFI, é possível estabelecer também níveis de intervenções em

função de F

e Sp, determinando a estratégia de reabilitação mais adequada,

conforme pode ser visto na Figura 37.

Figura 37 – Significado das distintas zonas de um diagrama de atrito – textura.

(Adaptado de WAMBOLD et al., 1995)

Calibraram-se valores para cada constante das Equações 33 e 35, de acordo com os

equipamentos utilizados no experimento, conforme mostrado na Tabela 15 e na

Tabela 16, respectivamente.

Tabela 15 – Constantes para o cálculo de Sp (APS, 2006)

Norma Ensaio a b

ASTM E-1845 Perfilômetro a Laser 14,2 89,7

ASTM-965 Mancha de Areia -11,6 113,6

Sp e F60 baixos

melhorar macro e

microtextura

Sp baixo

melhorar

macrotextura

BOM

F60 baixo

melhorar

mIcrotextura

atrito

textura

Tabela 16 – Constantes para o cálculo de F

(APS, 2006)

Características Equipamento S A B C

Pneus Lisos

ASTM E-274 65 0,045 0,925 0

Roda Bloqueada

LCPC Skid Tralier 60 0.002 1,008 0

OSCAR a 86% 52 -0,03 0,864 0

OSCAR a 20% 12 0,119 0,643 0

Komatsu Skis Trailer 10 0,042 0,849 0

DWW Trailer 43 0,019 0,868 0

Roda

Parcialmente

Bloqueada

Griptester 9,4 0,082 0,91 0

Stradograph 12,5 0,054 0,77 0

Odoliograph Wallon 12,9 0,113 0,729 0

Odoliograph CRR 20,5 0,113 0,746 0

SCRIM Flemish 20,5 0,049 0,967 0

SCRIM CEDEX 20,5 0,019 0,813 0

SCRIM MOPT 20,5 0,032 0,873 0

SCRIM SRM 20,5 0,017 0,85 0

SCRIM GEOCISA 20,5 0,021 0,928 0

SCRIM 20,5 -0,006 0,862 0

SUMMS 20,5 0,002 0,987 0

Roda Oblíqua

SRIMTEX 17,1 0,033 0,872 0

Pneus com ranhuras

Stuttgarter Reibungsmesser 60 0,022 0,05 0,082

Skiddometer 60 0,026 0,504 0,099

Stuttgarter Reibungsmesser 60 -0,072 0,767 0,086

ASTM E-274 65 -0,023 0,607 0,098

Roda Bloqueada

Friction Tester 60 -0,025 0,807 0,068

Stuttgarter Reibungsmesser 12 0,141 0,323 0,074

Skiddometer 12 0,03 0,918 -0,014

BV-11 12 0,04 0,856 -0,016

Roda

Parcialmente

Bloqueada

Stuttgarter Reibungsmesser 12 0,02 0,867 -0,006

Equipamentos com Sapatas

DF Tester a 60 km/h 60 -0,034 0,771 0

DF Tester a 20 km/h 20 0,081 0,732 0

Pendulum Tester BPT 10 0,056 0,008 0

Estáticos

Pendulum Tester SRT 10 0,044 0,01 0

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo, descrevem-se o objeto de estudo, os métodos e os equipamentos

utilizados, com vistas à caracterização da condição de aderência entre pneu e a

superfície do pavimento da pista de pousos e decolagens do Aeroporto Internacional

Tancredo Neves.

3.1. Objeto de Estudo

O estudo foi realizado na pista principal de pousos e decolagens do Aeroporto

Internacional Tancredo Neves. Situado na região metropolitana de Belo Horizonte -

MG, entre Confins e Lagoa Santa (Figura 38), o aeroporto construído na década de

80, tem capacidade para atender a cinco milhões de passageiros por ano, com

conforto e segurança.

Construída em 1983, a pista de pousos e decolagens possui uma extensão de 3 km,

com aplicação da Camada Porosa de Atrito, sobre o Concreto Betuminoso Usinado a

Quente (CBUQ).

Até o início de 2005, o aeroporto encontrava-se subutilizado e, em decorrência da

superlotação do Aeroporto da Pampulha, foi realizada, em março de 2005, a

transferência dos vôos desse aeroporto para o Aeroporto Internacional Tancredo

Neves. Com isso, o aeroporto teve um grande aumento no tráfego de aeronaves,

Figura 39. Antes dessa transferência, o aeroporto possuía um movimento de 350 mil

passageiros em 2004, passando para cerca de três milhões em 2005. O movimento de

aeronaves também mostrou expressivo incremento, foram 37 mil movimentos em 2005

contra 11 mil no ano anterior (INFRAERO, 2006).

Figura 38 – Localização do Aeroporto (data da imagem 26/02/2003)

Aliado à transferência de vôos, foi lançado o Projeto Linha Verde que liga o centro de

Belo Horizonte ao Aeroporto Internacional Tancredo Neves. O percurso até o

aeroporto ficou mais rápido, possibilitando a sua consolidação como aeroporto

industrial, fator determinante para a criação de pólos de comércio exterior em Minas

Gerais. Dessa forma, a Linha Verde também disponibiliza um importante instrumento

para a expansão do turismo de negócios em Belo Horizonte.

Pousos diários

120

150

mar/03 mar/04 mar/05 mar/06 fev/07 fev/08

meses

n° pousos

Tancredo Neves Pampulha

Figura 39 – Aumento de Vôos em Confins (fonte: INFRAERO, 2008)

Pela Figura 39, nota-se um aumento bastante acentuado nos vôos em um curto

espaço de tempo, em que o aeroporto recebeu em 2004 uma média de 15 pousos

diários, contra 75 pousos diários no ano de 2007. Portanto é de fundamental

importância o estudo das condições do pavimento vista essa nova demanda de vôos

no aeroporto.

Dados do ano de 2007 destacam o Aeroporto Internacional Tancredo Neves como o

sétimo aeroporto do país em termos de movimentação de passageiros, conforme

Figura 40.

2.119.552

11.119.872

1.546.476

2.063.872

3.907.275

4.444.748

3.613.634

4.188.081

759.824

4.340.129

10.352.211

3.214.415

1.894.442

230.276

15.224.401

5.920.573

18.795.596

Belem

Brasilia

Goi ania

Manaus

Curitiba

Porto Alegre

For tale za

Recife

Pampulha

Confins

Ga le a o

Santos Dumont

Vitoria

Gua r ul ho s

Campo de Marte

Congonhas

Salvador

Figura 40 – Movimentação de passageiros por aeroporto no ano de 2007 (INFRAERO, 2008)

Atualmente, o aeroporto encontra-se em processo de transformação para tornar-se

Aeroporto Indústria, com o objetivo de oferecer vantagens a investidores brasileiros e

estrangeiros. O Aeroporto Indústria tem como meta a criação de pólo de

desenvolvimento, com a instalação de empresas de setores de ponta nas suas

proximidades, com vistas a ampliar as exportações.

Com isso, essa pesquisa ocorre em momento oportuno para o aeroporto, pois além de

receber os vôos transferidos do Aeroporto da Pampulha, contará com o incremento

nos vôos oriundos do Aeroporto Indústria.

Outro fator importante que determinou na escolha desse aeroporto é o fato da

Camada Porosa de Atrito (CPA), revestimento da pista, que, por suas características,

necessita de constante verificação de seus aspectos funcionais.

Na Figura 41, tem-se uma vista aérea do Aeroporto Internacional Tancredo Neves.

Figura 41 – Aeroporto Internacional Tancredo Neves – vista aérea

A Figura 42 ilustra a geometria das pistas para o tráfego de aeronaves no aeroporto.

CABECEIRA 16

CABECEIRA 34

PISTA DE POUSOS E DECOLAGENS

PISTA DE TAXIAMENTO

PÁTIO DE AERONAVES

Figura 42 – Aeroporto Internacional Tancredo Neves – pistas de operação

3.2. Planejamento dos Ensaios

O planejamento dos ensaios foi realizado baseado nas informações dos

espaçamentos dos trens-de-pouso de aeronaves que operam com maior freqüência no

aeroporto e que seus pesos influenciam nas condições estruturais e funcionais do

pavimento, conforme ilustrado na Figura 43.

5,23 m

5,72 m

(a) Boeing (família 737-100, 200, 300, 400) (b) Boeing (família 737-500, 600, 700, 800, 900)

7,59 m

5,04 m

Figura 43 – Geometria dos trens-de-pouso das aeronaves

De acordo com a Figura 43 é possível definir dois grandes grupos de aeronaves que

operam no aeroporto. Um grupo formado pelas aeronaves da AirBus e outro grupo

formado pelas aeronaves da Boeing e da Fokker.

As aeronaves que operam no Aeroporto Internacional Tancredo Neves são as

mesmas existentes no tráfego do Aeroporto Internacional de São Paulo e estudadas

por Rodrigues Filho (2006), que definiu probabilidades de toques das aeronaves de

acordo com os seus afastamentos em relação ao, tomando-se por base dois grupos

de aeronaves, conforme Figura 44.

Figura 44 – Faixas de níveis de utilização das pistas para efeito do planejamento dos ensaios

de campo. Os números em cada faixa indicam respectivamente: (1) expectativa da passagem

das rodas das aeronaves (em percentuais) e (2) a densidade de probabilidade de passagem

das rodas (em passagens de roda/m/passagens de aeronaves) (RODRIGUES FILHO, 2006)

A localização das áreas dos ensaios foi feita levando-se em consideração o que

regulamenta a ANAC, por meio da IAC 4302, e também de acordo com o estudo

realizado por Rodrigues Filho (2006).

Seguindo recomendações da ANAC, realizaram-se medições de atrito e textura ao

longo da pista, afastados 3m à direita e à esquerda do eixo da pista. Foram realizados

ensaios também com afastamentos de 4m, 5m e 15 m do eixo, com espaçamentos de

30m, longitudinalmente. Os pontos medidos a 15 metros do eixo da pista caracterizam

as regiões sem solicitação de tráfego.

O Aeroporto Internacional Tancredo Neves possui uma pista de 3.000 m de extensão.

A zona de toque das aeronaves inicia-se a aproximadamente 300 m das cabeceiras,

com uma zona de emborrachamento ao longo de, aproximadamente 450 metros, que

pode ser visto na mancha escura presente na pista, conforme Figura 45. A avaliação

das condições da superfície concentrou-se nessa zona de toque, correspondente à

cabeceira de maior movimento no aeroporto, a cabeceira 16.

Figura 45 – Vista aérea da zona de toque das aeronaves (Imagem Google Earth, 2007)

A Figura 46 ilustra a localização do trecho da pista do Aeroporto Internacional

Tancredo Neves aonde foram realizados os ensaios de macrotextura (Mancha de

Areia) e atrito estático (Pêndulo Britânico).

Zona de Toque

Cabeceira 16

Figura 46 – Esquema dos ensaios para macrotextura e atrito estático

1D 1C 1B 1A 1E 1G 1H

2H 2G 2E 2A 2B 2C 2D

3C 3B 3A 3E 3G 3H

4H 4G 4E 4A 4B 4C

5C 5B 5A 5E 5G 5H

6H 6G 6E 6A 6B 6C

7C 7B 7A 7E 7G 7H

8A 8B 8C

9C 9B 9A

10G 10E 10A 10B 10C

30 m

15 5 4 3 3 4 5 15

afastamento do eixo (metros)

330 m da

CAB 16

3.3. Macrotextura da superfície

A macrotextura da superfície do pavimento foi caracterizada pelo ensaio de mancha

de areia. Foram testadas duas diferentes recomendações: uma com granulometria de

micro-esferas entre 0,177mm e 0,250mm de acordo com a Norma ASTM E-965-96 e

outra que determina granulometria de areia entre 0,150mm e 0,300mm de acordo com

recomendações da ANAC, DER-MG e Norma Francesa.

O ensaio foi escolhido por ser de fácil execução e de baixo custo, e que representa,

em se tratando de pistas de aeroportos, o nível de emborrachamento da superfície do

pavimento.

As recomendações da ANAC, DER-MG e Norma Francesa não determinam que tipo

de areia a ser utilizada, apenas recomenda areia lavada. Nessa pesquisa, utilizou-se

uma areia lavada qualquer, a qual foi denominada de Areia Comum, e também foi

utilizada uma areia padronizada produzida comercialmente pelo Instituto de Pesquisas

Tecnológicas – IPT, a Areia Normal, há mais de 30 anos no mercado.

Foram analisados pontos na área de toque (3m, 4m e 5m) e pontos sem solicitação de

tráfego de aeronaves (15m) para a definição dos limites entre as classes de textura

para a caracterização da pista com relação ao grau de contaminação por borracha na

CPA.

Antes de iniciar o ensaio, limpou-se a superfície com uma escova, para que nenhum

agente contaminante se misturasse à areia, interferindo na realização do ensaio.

Sobre cada ponto, despejou-se um volume conhecido de areia, sendo em seguida

espalhado com movimentos circulares com o auxílio de um soquete padrão, cuja base

é revestida de uma lâmina de borracha para não modificar a geometria das asperezas

da superfície.

O espalhamento resultou em um círculo formado pela areia, preenchendo os espaços

existentes entre os granulares do revestimento. O próximo passo consistiu em medir

os diâmetros do círculo. Foram efetuadas quatro medidas, que resultou em um

diâmetro médio (D

). O valor da profundidade HS (mm) é dada pela Equação 31.

H =

eq 31

A Figura 47 ilustra o início do ensaio, com a areia despejada e, ao final, depois da

areia espalhada.

Figura 47 – Ensaio de Mancha de Areia

Foram realizadas correlações entre a areia lavada (areia comum), a areia do IPT

(areia normal) e as micro-esferas. Essas comparações foram feitas tanto para o

volume recomendado nos ensaios, de 25ml, quanto para o volume aplicado na maioria

dos ensaios, de 50ml.

Embora a recomendação para a execução do ensaio seja com um volume de 25ml de

areia ou micro-esfera, todos os ensaios, com exceção de pontos para o cálculo do IFI

que determina 25ml de micro-esferas, foram realizados com o dobro do volume (50ml),

pelo fato da dificuldade na execução de um círculo utilizando-se 25ml, devido à grande

penetração do material no pavimento poroso.

Classificação de Imagens Digitais

Na tentativa de se ter mais um instrumento para a estimativa do nível de

emborrachamento do pavimento empregou-se a técnica de classificação de imagens

digitais. Para efeito de comparação de resultados, nos locais fotografados foram

realizados ensaios de mancha com a Areia Normal do IPT.

Materiais:

- moldura de plástico com dimensões internas de 27,5 x 27,5cm, Figura 48;

- câmera fotográfica digital de 7 megapixels, lente Carl Zeiss;

- software Erdas Imagine 8.5.

diâmetro

volume

Procedimento de campo:

- limpeza da superfície a ser ensaiada;

- fotografia com enquadramento máximo do quadrado, perpendicularmente ao

pavimento;

- realização do ensaio de mancha de areia no interior do quadrado;

- fotografia da areia espalhada dentro do quadrado.

(a) quadro sobre o pavimento (b) mesmo ponto após o ensaio de mancha

Figura 48 – Foto para a classificação

No software Erdas, cada imagem foi padronizada com uma área de 1500 x 1500 pixels

recortada no interior da moldura quadrada utilizada. De posse dessa imagem

recortada realizou-se a classificação não-supervisionada pelo algoritmo ISODATA.

Nesse tipo de classificação não-supervisionada, o algoritmo baseia-se na análise de

agrupamentos onde são identificadas no espaço de atributos as nuvens (clusters)

formadas por “pixels” com características similares. Neste tipo de classificador, é

comum especificar o número destas nuvens, isto é, o número de classes possíveis de

serem encontradas na área de estudo, mesmo não sendo este o número ideal destas

classes. Definem-se então, através de um limiar estabelecido pelo analista, quais as

concentrações de “pixels” que devem ser tratadas como grupos distintos

(VENTURIERI e SANTOS, 1998).

Foram testados diversos números desses grupos distintos ou classes, sendo que ao

final estabeleceram-se 20 classes. Para todos os pontos analisados, adotou-se então

o número de 20 classes, sendo que, de acordo com o nível de emborrachamento do

pavimento, certa quantidade de classe é classificada como emborrachada. Ao final,

compararam-se essas imagens com os valores de macrotextura obtidos no ensaio de

mancha de areia.

Avaliação da evolução do emborrachamento

Por aproximadamente 10 meses, seis pontos foram monitorados por meio de ensaios

de mancha de areia, com o intuito de avaliar a evolução do emborrachamento da pista.

Os ensaios foram realizados apenas na região crítica de acúmulo de borracha, em

pontos afastados 3m à direita e à esquerda do eixo, em um trecho de,

aproximadamente, 150 metros ao longo da pista a partir de 300 m da cabeceira 16 da

pista de pouso e decolagem, conforme esquema da Figura 49.

300 metros

CAB 16

30 m

30 m 30 m30 m30 m

300 metros

CAB 16

30 m

30 m 30 m30 m30 m

Figura 49 – Esquema dos pontos de ensaio de mancha de areia.

Datas dos ensaios de mancha de areia:

13 de novembro de 2006

19 de dezembro de 2006

02 de agosto de 2007

05 de setembro de 2007

Os ensaios de mancha de areia foram executados com areia lavada (areia comum)

conforme recomendações da ANAC, da Norma Francesa e do DER/MG com

granulometria entre 0,150mm e 0,300mm, porém com um volume de 50ml.

Além do monitoramento da macrotextura, realizou-se um levantamento de todos os

pousos entre cada período, a fim de se ter a massa total média de todas as

aeronaves, para uma verificação dos valores sugeridos pela FAA, constantes na

Tabela 3. Foram filtrados os pousos por tipo de aeronave, sendo desconsideradas

aeronaves de pequeno porte, que causam efeito desprezível no emborrachamento da

pista.

3.4. Remoção de borracha

A INFRAERO utiliza no aeroporto o processo de jato d’água a alta pressão com o uso

de moto-bomba e saída do tipo barra giratória (conhecida como chuveiro rotativo) para

a remoção de borracha impregnada no pavimento. A Figura 50 mostra a barra giratória

em detalhe.

Figura 50 – Equipamento de barra giratória

A pressão d’água utilizada foi da ordem de 22 MPa, valor adotado para a limpeza por

se esperar uma possível desagregação dos materiais quando submetidos à pressões

mais elevadas. Foram realizados ensaios de mancha de areia antes e após o serviço

de remoção da borracha para avaliar a eficiência do equipamento na limpeza. Os

ensaios foram realizados nos dias 03 e 10 de outubro de 2007, antes e depois da

limpeza, respectivamente. A eficiência da remoção da borracha também foi verificada

por meio dos resultados de coeficiente de atrito obtidos pelo Mu-meter.

A limpeza da pista deve ser feita considerando-se o período de chuvas da região, visto

que a probabilidade de acidentes nos pousos e decolagens agrava-se com a presença

de água em conjunto com uma pista contaminada por borracha. Visando um melhor

planejamento das datas para a limpeza da pista, foi feito um estudo sobre as

características das ocorrências de chuva no aeroporto. O estudo pluviométrico foi

realizado com informações da estação climatológica existente no próprio complexo

aeroportuário, por meio de dados diários de precipitação. Devido aos riscos de

hidroplanagem, ao iniciar-se o período de chuvas, é fundamental que a pista não

apresente grande contaminação por borracha, principalmente na zona de toque.

3.5. Medição de Atrito Dinâmico com o Mu-meter

Seguindo normas da ANAC, no Aeroporto Internacional Tancredo Neves são

realizadas medições de atrito com o Mu-meter, geralmente a cada 9 meses, para

verificar o nível de atrito na pista, ao longo de toda sua extensão, afastados 3 metros à

direita e à esquerda do eixo.

As medições com o Mu-meter deram-se nos dias 27/01/2007, 26/09/2007 e

28/12/2007.

Etapas para a operação do Mu-meter

- calibração dos pneus:

rodas sensoras, pressão de 10 ± 0,5 psi;

roda traseira de medição de distância, 30 ± 1 psi.

- calibração do zero:

Um botão localizado na caixa do condicionador de sinal (atrás do Mu-meter), que deve

ser ajustado até zerar o marcador do monitor “nível do olho” da cabine. Quando aquele

estiver zerado, será emitido um som. Anotam-se, assim, os três dígitos mostrados

acima do botão do “Zero Calibrate”.

- calibração do Mu:

Em seguida, calibra-se o próprio Mu-meter puxando-o pela prancha de teste (Figura

51) de forma mais uniforme possível durante, aproximadamente, nove segundos, não

fazendo paradas durante o movimento. Durante o percurso, o processador emite um

sinal sonoro. Se o procedimento for realizado corretamente, tem-se a impressão de

um gráfico com a leitura do atrito da prancha. O valor padrão é 0,77, no entanto, uma

leitura de 0,74 a 0,79 mantida durante 2 a 5 segundos, está dentro do aceitável na

calibração.

Figura 51 – Prancha padrão de teste (SANTOS, 2004)

- teste do sistema de aspersão:

Após essa calibração da prancha, o próximo passo consiste na calibração do sistema

de aspersão d’água, que deverá ter uma vazão constante de modo a proporcionar

atrito com lâmina d’água de 1 mm à frente dos pneus. Essa vazão é calibrada de

acordo com a velocidade de operação do equipamento e é verificada no visor

acoplado no sistema (Figura 52). Feito esse procedimento, o Mu-meter estará pronto

para realizar as medições.

Figura 52 – Visor de vazão do sistema de aspersão

- corrida na pista:

As medidas de atrito são realizadas a 65 km/h e tem seu início a partir de 152 m de

uma das cabeceiras, de modo a permitir o registro de dados na velocidade padrão. O

término do ensaio também ocorre a 152 m do final da pista por medida de segurança.

Normalmente, inicia-se a corrida na cabeceira de maior movimento de pousos e de

decolagens, na caso dessa pesquisa na cabeceira 16. As leituras são registradas e

verificadas de forma instantânea por meio de um computador portátil de dentro do

veiculo (Figura 53).

(a) Computador portátil (b) detalhe da tela

Figura 53 – Computador portátil para o recebimento das informações do Mu-meter

Na Figura 54, tem-se o Mu-meter em operação na pista do aeroporto.

Figura 54 – Corrida na pista do aeroporto com o Mu-meter

Os valores de atrito obtidos com o Mu-meter são usados como diretriz para avaliar a

eficiência do atrito da superfície de pavimentos de pistas, bem como para identificar

ações corretivas adequadas para a realização de operações aéreas seguras.

3.6. Medição de Atrito Estático com o Pêndulo Britânico

As medições de atrito com o pêndulo foram realizadas conjuntamente com o ensaio de

mancha de areia.

O Pêndulo Britânico também foi utilizado em conjunto com o Mu-meter na observação

de atrito da pista. Esse equipamento consta no experimento da PIARC e serviu de

apoio na tentativa de calibração do Mu-meter para utilizá-lo no cálculo dos parâmetros

do IFI.

Procedimento de ensaio

No local do ensaio, o equipamento é nivelado por meio de parafusos existentes nas

extremidades do pêndulo, verificado em um nível de bolha. Em seguida a superfície é

molhada, simulando-se o pavimento com cerca de 1mm de lâmina d’água. A sapata é

então ajustada de forma que a mesma toque na superfície numa distância entre 124 e

127mm, conforme ilustra a Figura 55. Foram realizadas cinco leituras de BPN,

desprezando-se a primeira. A temperatura da água na hora do ensaio é anotada para

posterior correção do valor lido no equipamento, conforme Tabela 17.

Figura 55 – Detalhe do Pêndulo Britânico

superficie de toque

sapata de

borracha

haste

Tabela 17 – Correção da leitura do Pêndulo Britânico devido à temperatura (DNIT, 2006)

Temperatura

0 2 5 8 10 13 15 20 25 30 40

Correção

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3

Foi medido apenas o atrito no sentido longitudinal da pista devido a predominância

desse sentido no toque das aeronaves no pavimento.

3.7. Ensaio de Drenabilidade

As condições de drenagem foram avaliadas através do drenômetro construído

segundo parâmetros do drenômetro do LTP-EPUSP. A Figura 56 mostra as

especificações do drenômetro.

Figura 56 – Dimensões do drenômetro LTP-USP (FERREIRA, 2002)

A drenabilidade também tem a função de caracterizar a macrotextura do revestimento,

pois mede o tempo de escoamento da água pelos canais presentes na superfície do

pavimento, os quais são dependentes da disposição dos granulares. Portanto,

convenciona-se que o tempo de escoamento é crescente com a escassez de canais

50,8

57,2

96,8

6,0

7,9

41,3 Argola de chumbo

Lâmina de borracha

Orifício de

evacuação da

água

Volume

ensaio

101,6

177,8

317,9

* medidas em milímetros

por onde a água pode escoar, ou seja, quanto mais fechada for a textura do

revestimento maior será o tempo de escoamento (FERREIRA, 2002).

Os ensaios de drenabilidade foram realizados em regiões emborrachadas e regiões

com baixa ou sem solicitações de tráfego. A superfície do revestimento foi molhada

antes de posicionar o drenômetro sobre a mesma, com o objetivo de simular uma

situação em que a superfície estivesse inundada. Após a superfície molhada, seguiu-

se os seguintes passos (Figura 57):

a) fixação do drenômetro sobre o pavimento com argolas de ferro, massa de 2,482 kg;

b) fixação de uma rolha para que a água não escoasse antes do momento certo;

c) enchimento do cilindro com água; e

d) após a retirada da rolha, foi medido o tempo necessário para a água passar da linha

superior para a inferior, ou seja, o tempo necessário para o volume delimitado por

essas linhas (0,73 litro) escoar através dos canais formados pela rugosidade do

revestimento. Para esse ensaio, utilizou-se a média de três tomadas de tempo

(segundos).

(a) (b)

Figura 57 – Ensaio de drenabilidade

3.8. Estimativa da Lâmina d’água e Hidroplanagem

Calculou-se a espessura da lâmina d’água segundo métodos desenvolvidos por

Russam e Ross (1968), Gallaway et al. (1979) e Andreatini (1986). Para tanto, foram

levantadas informações sobre a geometria do pavimento no acervo bibliográfico da

Divisão de Manutenção do aeroporto e posterior checagem dos dados na própria pista

de pouso e decolagem.

Outro parâmetro de entrada em todos os modelos, a intensidade máxima de

precipitação para o local de estudo, foi estimada através da equação de intensidade-

duração-frequência, cujos parâmetros (K, a, b, c) foram interpolados pelo programa

Plúvio 2.0 do Grupo de Pesquisa em Recursos Hídricos do Departamento de

Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa (GPRH-DEA-UFV).

Por fim, avaliou-se em campo o parâmetro relativo à macrotextura do pavimento, por

meio dos resultados do ensaio de mancha de areia, em que o grau de

emborrachamento da pista é decisivo para a espessura da lâmina d’água. O valor

adotado para o parâmetro foi a média de todas as observações do ensaio de mancha

de areia realizadas no pavimento.

A partir do valor para a lâmina d’água, estimou-se a velocidade crítica para a

ocorrência de hidroplanagem por meio da equação proposta por Gallaway et al (1979).

Apesar de desenvolvida para rodovias, essa equação foi utilizada por considerar maior

quantidade de variáveis na determinação da velocidade crítica, ao contrário de outras

equações, que consideram apenas a influência da pressão de enchimento dos pneus.

Foram feitas simulações, variando-se a espessura da lâmina d’água, como também a

porcentagem de giro das rodas.

3.9. Cálculo do IFI – Índice Internacional de Atrito

Para a obtenção do IFI, adotou-se o ensaio de mancha de areia de acordo com a

ASTM para avaliação da macrotextura e, para o atrito, utilizou-se o Pêndulo Britânico,

visto que o Mu-meter não consta na relação dos equipamentos calibrados no

experimento.

No entanto, de acordo com o experimento da PIARC, é possível que se adote um

equipamento a partir de correlação com algum outro já calibrado, a partir da existência

de correlação entre os equipamentos.

Nessa pesquisa, o objetivo foi verificar a possibilidade de calibração do Mu-meter, a

partir da correlação dos dados obtidos com o Pêndulo Britânico. No entanto, essa

calibração, caso possível, só aplica-se ao Aeroporto Internacional Tancredo Neves,

por estar analisando apenas um tipo de superfície, não podendo ser extrapolado

outros tipos de pavimentos existentes.

O IFI foi determinado a partir do valor HS (ensaio de mancha de areia) e do valor BPN

(Pêndulo Britânico).

As constantes de entrada no cálculo do parâmetro Sp (Equação 33), para o ensaio de

mancha de areia, são:

a: -11,6

b: 113,6

TxbaSp .+= eq 33

onde: Tx: parâmetro de textura, valor HS obtido pelo ensaio de mancha de areia.

As constantes de entrada para o cálculo do parâmetro FR

e F

, Equações 34 e 35,

respectivamente, são determinadas pelo tipo de equipamento de medição de atrito, no

caso, o Pêndulo Britânico, são as seguintes:

S: 10

A: 0,056

B: 0,008

C: 0

SpS

eFRSFR

)60(

−

= eq 34

onde: FRS: valor BPN obtido pelo Pêndulo Britânico

TxCFRBAF ..

6060

++= eq 35

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo, apresentam-se os resultados dos ensaios de caracterização da

superfície do pavimento, como também análise e discussão dos mesmos.

4.1. Avaliação da macrotextura

Primeiramente, estudou-se qual recomendação adotar para a verificação da

macrotextura da superfície. A partir de então, foram realizados ensaios em diversos

pontos, em períodos diferentes, a fim de obter-se uma classificação que representasse

a realidade do nível de emborrachamento no pavimento com CPA.

Granulometria dos materiais utilizados:

Areia Comum (areia lavada) entre 0,150 mm e 0,300 mm

Areia Normal (produzida pelo IPT) entre 0,150 mm e 0,300 mm

Micro-esfera entre 0,177 mm e 0,250 mm

Análise das recomendações de ensaio de mancha de areia

Nas Figura 58,Figura

59 e Figura 60 apresentam-se as correlações obtidas a partir

dos valores de profundidade da macrotextura, HS (mm), entre Micro-esferas versus

Areia Comum, Micro-esferas versus Areia Normal e Areia Comum versus Areia

Normal, respectivamente. Utilizou-se um volume único de 50ml para essas

comparações da macrotextura. Os três diferentes tipos de areia e granulometria

apresentaram fortes correlações, podendo ser utilizadas na determinação da

profundidade da macrotextura em pavimentos com camada porosa. Os ensaios foram

realizados em 12 pontos da camada porosa de atrito, com cinco repetições em cada

ponto, com diversos graus de contaminação e também em locais sem tráfego.

y = 0.961x

0.9991

= 0.9466

0.7

1.2

1.7

2.2

2.7

0.7 1.2 1.7 2.2

Areia comum - HS (mm)

Micro-esferas - HS (mm)

Figura 58 – Micro-esferas versus Areia Comum (volume – 50ml)

y = 0.9954x

0.9696

= 0.9273

0.7

1.2

1.7

2.2

0.7 1.2 1.7 2.2

Areia Normal IPT - HS (mm)

Micro-esferas - HS (mm)

Figura 59 – Micro-esferas versus Areia Normal – IPT (volume – 50ml)

y = 0.95x

0.9862

= 0.9096

0.7

1.2

1.7

2.2

0.7 1.2 1.7 2.2

Areia Normal IPT - HS (mm)

Areia comum - HS (mm)

Figura 60 – Areia Comum versus Areia Normal – IPT (volume – 50ml)

Realizaram-se também, comparações a partir dos valores de HS (mm), entre a Areia

Normal do IPT e as Micro-esferas, com o volume recomendado de 25ml. Comparou-se

a Micro-esfera com 25ml e a Areia Normal com 25ml, Micro-esfera com 25ml e Areia

Normal com 50ml e, a Areia Normal com 25 e 50ml, conforme Figuras 61, 62 e 63,

respectivamente.

Os ensaios foram realizados em 27 pontos, distribuídos em regiões com diferentes

níveis de emborrachamento do pavimento.

y = 1.1223x

0.9082

= 0.8345

1.5

2.5

3.5

11.522.533.5

Areia Normal 25ml - HS (mm)

Micro-esferas 25ml - HS (mm)

Figura 61 – Micro-esferas (25ml) versus Areia Normal (25ml)

y = 0.85x

1.0059

= 0.8634

1.5

2.5

3.5

11.522.533.5

Areia Normal 50ml - HS (mm)

Micro-esferas 25ml - HS (mm)

Figura 62 – Micro-esferas (25ml) versus Areia Normal (50ml)

y = 0.7956x

1.0092

= 0.8589

1.5

2.5

11.522.533.5

Areia Normal 50ml - HS (mm)

Areia Normal 25ml - HS (mm)

Figura 63 – Areia Normal (25ml) versus Areia Normal (50ml)

Embora todos os volumes e granulometrias utilizados tenham apresentado boas

correlações, não é possível adotar qualquer tipo de granulometria ou volume do

material. É necessário que haja uma padronização do ensaio, em que além do volume,

especifique-se também, no caso particular da areia, o tipo a ser utilizado. Os

resultados demonstram que areias de mesma granulometria produziram valores de HS

diferentes.

A diferença do valor de HS entre a areia comum (lavada) e a areia normal (IPT) para

um volume de 50ml, é em média, de 0,16 mm. Comparando-se a areia comum com a

micro-esfera, o desvio médio é de 0,11 mm no resultado final. Para o volume de 25ml,

a diferença entre a areia normal e a micro-esfera pode chegar a 0,50 mm.

Comparando-se volumes diferentes, essa discrepância pode ser ainda maior. Valores

de HS utilizando a areia normal com volume de 25ml e 50ml, tiveram em média um

diferença de 0,43 mm, chegando a quase 1 mm.

Visto a grande variedade nos resultados, dependendo da granulometria e volume

aplicado de areia, adotou-se nessa pesquisa a utilização da Areia Normal, produzida

pelo IPT, há mais de 30 anos no mercado e referência no Brasil, com volume de

ensaio de 50ml.

Muitos pesquisadores já utilizam o volume de 50ml quando avaliam superfícies

porosas, porém utilizam a mesma classificação elaborada para a recomendação de

25ml.

Resultados da Macrotextura com Areia Normal do IPT

Na Tabela 18, apresentam-se os resultados do ensaio de mancha de areia numa

época de grande contaminação da pista. Na Tabela 19, têm-se resultados de

macrotextura, 4 meses após o último serviço de limpeza da pista.

Tabela 18 – Macrotextura – Data: 03 de outubro de 2007

Macrotextura

Mancha de Areia

Macrotextura

Mancha de Areia

Local do

ensaio

HS (mm)

Local do

ensaio

HS (mm)

1,36

1,44

2,20

1,94

1,61

0,99

4,92

1,44

2,34

1,53

3,84

2,83

1,86

2,49

2,98

1,15

2,24

2,02

2,93

1,35

1,41

2,74

2,41

1,14

1,15

1,99

2,88

100

Tabela 19 – Macrotextura – Data: 12 de fevereiro de 2008

Macrotextura

Mancha de Areia

Macrotextura

Mancha de Areia

Local do

ensaio

HS (mm)

Local do

ensaio

HS (mm)

1,94

1,74

1,91

2,14

2,65

3,49

3,03

1,53

1,43

1,94

2,53

2,65

7**

1,13

2,93

2,00

1,59

1,89

1,76

2,49

2,57

8***

1,32

1,74

1,26

1,89

1,41

2,45

1,89

2,11

10A

1,74

2,74

10B

2,41

3,25

10C

2,88

1,27

10E

1,38

1,13

10G

2,05

* pontos extras, altamente emborrachados, na região dos pontos 5A e 5B

** ponto extra, altamente emborrachado, na região do ponto 7A

*** ponto extra, altamente emborrachado, na região do ponto 8B

Baseado nos valores encontrados nas Tabelas 18 e 19, e também ao longo de toda a

pesquisa, por meio dos resultados da evolução do emborrachamento da pista,

elaborou-se, em uma primeira tentativa ou aproximação, uma classificação da

macrotextura da CPA no aeroporto de forma a se obter níveis de emborrachamento do

pavimento. A Tabela 20 traz essa primeira tentativa de classificação, para o ensaio de

mancha de areia com um volume de 50ml da Areia Normal produzida pelo IPT.

Tabela 20 – Proposta de níveis de emborrachamento

Profundidade da macrotextura

HS (mm)

Faixas de emborrachamento

< 1,2 mm altamente emborrachada

> 1,2 mm e < 1,6 mm emborracha

> 1,6 mm e < 2,0 mm levemente emborrachada

> 2,0 mm praticamente sem borracha

101

4.2. Cálculo do IFI – Índice Internacional de Atrito

Os valores médios de macrotextura e atrito, dados primários no cálculo dos

parâmetros do IFI, para cada ponto de ensaio são apresentados na Tabela 21. Os

ensaios foram realizados no dia 13 de fevereiro de 2008. Para a região emborrachada,

realizaram-se ensaios em pontos afastados a 3 e 4 m do eixo da pista e, para a região

com menor solicitação, realizaram-se ensaios com afastamento de 5 m do eixo, além

de alguns pontos distantes 15 m do eixo.

Tabela 21 – Valores de IFI

Macrotextura

Mancha de Areia

Microtextura

Pêndulo Britânico

IFI

Local do

ensaio

HS (mm) valor BPN Sp FR

1,75 83,3 186,9 63,8 0,57

1,92 71 206,6 55,7 0,50

2,36 79 256,1 65,0 0,58

3,18 88 350,2 76,3 0,67

1,72 61,7 183,3 46,9 0,43

1,72 69,7 183,3 53,0 0,48

2,36 76,7 256,1 63,1 0,56

2,41 76 262,0 62,8 0,56

1,24 66,3 129,7 45,1 0,42

1,49 60,7 157,5 44,2 0,41

2,12 90,7 229,5 72,9 0,64

1,37 63,7 144,0 45,0 0,42

1,54 68,7 163,5 50,6 0,46

1,96 71,3 210,9 56,3 0,51

1,49 69,7 157,5 50,7 0,46

2,12 71,3 229,5 57,4 0,51

2,89 84,3 316,5 72,0 0,63

1,42 69,3 149,2 49,6 0,45

1,81 71 194,5 54,9 0,50

2,89 80 316,5 68,3 0,60

1,26 62,3 132,0 42,7 0,40

1,12 63,3 115,4 41,1 0,38

2,41 80 262,0 66,1 0,58

1,72 70,7 183,3 53,8 0,49

1,54 61,7 163,5 45,4 0,42

2,31 80,3 250,4 65,8 0,58

As áreas altamente emborrachadas apresentaram, segundo as classificações atuais,

altos valores de textura e atrito, o que pode comprometer a verificação da necessidade

102

de limpeza da pista. Torna-se necessário então, estabelecer valores-limite de

emborrachamento, especificamente para a camada porosa de atrito.

Verificou-se que mesmo baixos valores de F

(destacados em vermelho na Tabela)

indicam uma ótima condição de aderência, segundo DNIT (2006), no pavimento com

CPA.

Notou-se também que, em regiões emborrachadas, esperava-se que o valor de atrito

medido com o Pêndulo Britânico acompanhasse a lógica de que quanto mais

emborrachado, menores seriam os valores de BPN. Entretanto, por se tratar de uma

medição bastante localizada, como é o caso do deslizamento da sapata do pêndulo,

mesmo em regiões emborrachadas, verificou-se em alguns pontos valores maiores de

BPN do que o esperado para essas áreas. Observou-se o mesmo para pontos com

valores de macrotextura semelhante, porém, com valores BPN diferentes.

Foi realizada uma análise de sensibilidade para verificar quais dos parâmetros de

macrotextura (HS) ou microtextura (BPN) têm maior influência no resultado do IFI

(componente F

), conforme Tabela 22. Variaram-se os parâmetros em -75%, -50%, -

25%, +25%, +50% e +75%, resultando valores no interior da tabela em termos de

porcentagem da variação da componente F

do IFI.

Adotou-se o valor médio encontrado na pista de 2 mm como valor base de

profundidade da macrotextura (HS). O valor base para BPN foi de 55, conforme

recomendação do DNIT. A análise da sensibilidade é valida somente para os ensaios

de mancha de areia e pêndulo britânico.

Tabela 22 – Sensibilidade de cada parâmetro para o cálculo do IFI

Parâmetro -75% -50% -25% 25% 50% 75%

HS -50,2% -19,6% -6,9% 4,3% 7,2% 9,3%

BPN -64,6% -43,1% -21,5% 21,5% 43,1% 64,6%

Verificou-se pelos resultados da Tabela 22 que o atrito medido pelo Pêndulo Britânico

tem maior influência no valor do IFI. Para o valor de 1 mm de profundidade da

macrotextura (-50% na tabela), conforme recomendação da ANAC para pistas novas,

o valor de F

decresce 19,6% em relação ao valor de 2 mm.

103

Correlação entre o Pêndulo Britânico e o Mu-meter

A Figura 64 apresenta a correlação encontrada para os dois equipamentos de

medição de atrito utilizados. Verificou-se baixa correlação entre os equipamentos. Os

valores de coeficiente de atrito obtidos pelo Mu-meter foram interpolados a partir do

relatório gerado pelo programa do equipamento.

Essa baixa correlação pode ser explicada a princípio pelo fato dos sistemas de

medição ser distintos. Enquanto o Mu-meter é um equipamento de medição dinâmico,

ou seja, mede-se o atrito de forma contínua ao longo da pista, o Pêndulo Britânico

opera de forma estática, pontual. Enquanto o Pêndulo é sensível a pequenas

variações de atrito, o Mu-muter não consegue diferenciar essas oscilações do nível de

atrito a curtas distâncias.

y = 0,0016x + 0,4042

= 0,1019

0,5

60 70 80 90

Pêndulo Britânico (BPN)

Mu-meter (

)

Figura 64 – Correlação entre Mu-meter e Pêndulo Britânico

Esses resultados demonstram a inviabilidade de se utilizar o Mu-meter para o cálculo

dos parâmetros IFI no Aeroporto Internacional Tancredo Neves, a partir de dados

obtidos com o Pêndulo Britânico.

4.3. Evolução do emborrachamento da pista

Na Figura 65 visualiza-se a pista do aeroporto em duas condições, uma logo após os

serviços de limpeza da pista realizado em 26 de outubro de 2006 e outra condição

com avançado grau de emborrachamento no dia 05 de setembro de 2007.

104

(a) (b)

Figura 65 – Vista da zona de toque logo após os serviços de limpeza e pintura da pista (a) e,

depois de 10 meses de operação (b)

Maiores detalhes do nível de emborrachamento são apresentados na Figura 66, onde

se têm na zona de toque grandes diferenças de textura da superfície. A Figura (a) é a

região altamente contaminada devido ao desgaste dos pneus das aeronaves, a Figura

(b) também na zona de toque, porém em região sem solicitação.

(a) (b)

Figura 66 – Região emborrachada (a) e região sem solicitação (b)

A Figura 67 apresenta a evolução do emborrachamento, por meio do ensaio de

mancha de areia, na zona de toque entre o período de 13 de novembro de 2006

(período 1), 19 de dezembro de 2006 (período 2), 02 de agosto de 2007 (período 3) a

05 de setembro de 2007 (período 4). As medidas de macrotextura foram realizadas em

seis pontos da zona de toque considerados críticos, distantes 3 metros do eixo da

pista.

105

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

1234

período

textura (mm)

T1 T2 T3 T4 T5 T6

Figura 67 – Evolução do emborrachamento

Considerando os valores inicias e os valores finais desse período, o emborrachamento

da zona de toque foi da ordem de 30%, com base nos valores da profundidade de

macrotextura.

As medições com o Mu-meter também mostraram o acúmulo de borracha através dos

baixos valores de coeficiente de atrito da pista, elipse em azul, conforme apresentado

na Figura 68, para valores de atrito em pontos afastados 3 m à direita do eixo da pista.

Observa-se que as maiores diferenças estão na zona de toque das aeronaves, logo

nos primeiros metros de medição a partir da cabeceira 16. A Figura 69 apresenta

valores de atrito obtidos com afastamento de 3 m à esquerda em relação ao eixo da

pista.

106

Figura 68 - Coeficiente de Atrito com o Mu-meter - 3 metros à direita do eixo da pista

Figura 69 - Coeficiente de Atrito com o Mu-meter - 3 metros à esquerda do eixo da pista

(µ)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 (metros)

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

27/01/2007

26/09/2007

cabeceira 16 cabeceira 34

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 (metros)

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

27/01/2007

26/09/2007

(µ)

cabeceira 16 cabeceira 34

107

4.4. Remoção de Borracha

Freqüência de limpeza

Na Tabela 23, têm-se os pousos por aeronave no intervalo entre os serviços de

limpeza da pista, 26 de outubro de 2006 a 03 de outubro de 2007, cerca de 340 dias.

Tabela 23 – Número de pousos e massa total das aeronaves

Tipo de Aeronave*

Massa máxima

da aeronave na

aterrissagem (t)

Total de

pousos no

período

Massa total

por aeronave

no período

nas duas

cabeceiras (t)

A319 61,0 1167 71.187

A320-200 64,5 6351 409.640

A330-200 180,0 1 180

B707-320B 94,0 7 658

B727-100 64,7 36 2.329

B727-200 73,1 541 39.547

B737-300 52,5 4305 226.129

B737-400 54,9 232 12.737

B737-700 58,1 3080 178.948

B737-800 65,3 1893 123.613

B747-400 295,7 1 296

B757-200 89,8 48 4.310

B767-200 122,5 2 245

B767-300 136,1 51 6.941

FK100 39,9 2144 85.578

G550 34,1 1 34

EMB145 18,7 4 75

total

- 19.864 1.162.446

*A – AirBus; B – Boeing; EMB – Embraer; FK – Fokker, G - Gulfstream

Considerando que, em média, 96% dos pousos ocorrem na cabeceira 16, a massa

total no período de, praticamente 1 ano, foi de 1.115.948 t ou 1.116 x 10

kg, para um

total de 56 pousos diários na cabeceira para o mesmo período.

Para esses valores, tanto em relação ao número de pousos diários por cabeceira,

quanto à massa total anual de pousos, a FAA sugere um intervalo para a remoção de

108

borracha em até 6 meses. O último serviço de limpeza no aeroporto foi realizado no

mês de outubro de 2007, aproximadamente 1 ano após o anterior, em outubro de

2006.

Ainda não existe no aeroporto uma especificação para esse intervalo de limpeza.

Quando os pilotos detectam problemas, realizam-se limpezas pontuais nos locais

indicados. No Aeroporto Santos Dumont, onde também é aplicado o revestimento com

CPA e com um volume de tráfego semelhante, o intervalo de limpeza é de 60 a 90

dias.

Limpeza da pista de pouso e decolagem

O acompanhamento dos serviços de limpeza da pista ocorreu durante os meses de

outubro e novembro de 2007. A Figura 70 mostra a limpeza executada com

equipamento de barra giratória. Os serviços de limpeza foram realizados durante a

madrugada, devido à ausência de vôos nesse período.

Figura 70 – Limpeza da pista equipamento de barra giratória

Para a avaliação de eficiência da limpeza, tomou-se como parâmetro valores do

ensaio de mancha de areia antes e após a limpeza, com utilização da areia normal do

IPT, com volume de 50ml.

Os dados referentes à remoção de borracha na pista estão apresentados na Tabela

24. Verificaram-se pontos distantes a 3 e 5 metros do eixo da pista.

109

Tabela 24 – Valores de profundidade de textura antes e após a limpeza

Macrotextura - mancha de areia

HS (mm)

Local do

ensaio

antes depois

1,36 1,63

2,20 2,74

1E*

1,61 1,60

4,92 4,85

2A*

2,34 2,30

2C*

3,84 3,75

2E*

1,86 1,84

2,49 3,08

1,15 1,26

2,02 2,65

1,35 1,41

3G*

2,74 2,65

1,14 1,86

1,99 2,17

4E*

1,44 1,46

1,94 2,78

0,99 1,26

1,44 2,61

5E*

1,53 1,52

2,83 2,88

6A*

2,49 2,51

2,98 3,25

6E*

2,24 2,20

2,93 2,90

* não houve remoção de borracha

Os valores encontrados depois da limpeza indicaram uma remoção geral na zona de

toque da ordem de 14%. Desconsiderando os pontos em que a borracha não foi

removida, esse valor sobe para 23%. Analisando-se apenas os pontos localizados a

3m do eixo, área de maior emborrachamento, a eficiência ficou próxima de 10% e,

considerando apenas pontos afastados 5m do eixo, com menor porcentagem de

toques, o valor foi de, aproximadamente, 18%.

Verificou-se, em geral, pouca eficiência na remoção da borracha. Nos locais onde a

contaminação foi menor (5m do eixo), talvez pelo fato de a borracha não se encontrar

tão impregnada em relação aos pontos afastados a 3m, obteve-se uma maior

110

remoção. O longo período de ausência de limpeza, 1 ano, também contribuiu para a

pouca eficiência de remoção, visto que a CPA requer constante manutenção.

Destaca-se que no Aeroporto Santos Dumont, além do intervalo de limpeza ser menor,

aplica-se na CPA um produto químico para a remoção de borracha, que foi

desenvolvido especialmente para aeroportos. O produto é espalhado na superfície e

depois de certo tempo, aplica-se o jato de água a alta pressão no pavimento, de modo

a promover a limpeza.

A colmatação dos poros por borracha na CPA é evidente, devido à sua própria

característica, porém a vida útil do pavimento pode ser estendida, com uma

manutenção mais eficaz do pavimento.

Nas Figura 71 eFigura

72 são apresentadas, respectivamente, os valores de

coeficiente de atrito medidos com o Mu-meter, à direita e à esquerda do eixo da pista,

antes e depois dos serviços de limpeza. Os valores de coeficiente de atrito,

praticamente, em toda a extensão da pista são inferiores, curiosamente, após o

serviço de limpeza.

Como não existe um procedimento de ensaio que fixa a distância de 3 metros do eixo

da pista por parte da INFRAERO, uma das possibilidades para a explicação desses

resultados deve-se ao fato de que o equipamento Mu-meter possa ter se desviado do

alinhamento de 3 metros do eixo da pista de pouso e de decolagem, divergindo os

resultados.

Outro fator a se considerar é que na medição antes da limpeza, no dia 26 de setembro

de 2007, a região em que se situa o aeroporto passou por um grande período sem

chuvas, cerca de 4 meses, podendo ter influenciado as condições de atrito da

superfície. O período de chuvas já havia iniciado na medição do dia 28 de dezembro

de 2007.

Deve-se, também, ressaltar a diferença de condição climática na hora da realização

dos testes. A medição do dia 26 de setembro de 2007 foi realizada durante o dia com

alta temperatura, enquanto a medição do dia 28 de dezembro de 2007 foi realizada de

madrugada, com certa umidade no pavimento.

Há de se verificar, também, a regulagem da vazão do sistema de aspersão de água.

111

Realizou-se, também, a medição do atrito com um afastamento de 4,5 m à direita do

eixo da pista, conforme Figura 73. Essa medição foi executada apenas para constatar

se existem grandes diferenças de valores de atrito em comparação com valores

obtidos à 3 metros do eixo. O valor médio de atrito foi de 0,57, para toda a extensão

da pista.

112

Figura 71 - Coeficiente de Atrito com o Mu-meter - 3 metros à direita do eixo da pista

Figura 72 - Coeficiente de Atrito com o Mu-meter - 3 metros à esquerda do eixo da pista

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 (metros)

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

28/12/2007

26/09/2007

(µ)

cabeceira 16 cabeceira 34

depois

antes

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 (metros)

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

28/12/2007

26/09/2007

(µ)

cabeceira 16 cabeceira 34

depois

antes

113

Figura 73 – Comparação do coeficiente de atrito para dois afastamentos do eixo

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 (metros)

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

3,0 metros

4,5 metros

(µ)

cabeceira 16 cabeceira 34

114

Dados Hidrológicos

A estação climatológica do aeroporto possui informações desde 1991, com série

histórica de dados de 17 anos. A Tabela 25 mostra os valores de precipitação máxima

diária anual, os totais anuais de precipitação da série histórica e também o número de

dias de chuva em cada ano.

Tabela 25 – Dados pluviométricos da estação

Ano

Precipitação

máxima diária

(mm)

Total anual

(mm)

Dias de chuva

1991 68 1021,8 105

1992 76 1405,9 129

1993 51,1 743,6 97

1994 43,3 1079,2 101

1995 118,3 1522,2 107

1996 100,9 1545,2 117

1997 109,6 1428 112

1998 77,5 1447,3 96

1999 59,1 1305,9 90

2000 82,6 1260,5 96

2001 87,1 1283 98

2002 74,2 1367,9 105

2003 79,4 1136,5 101

2004 64,3 1490,6 116

2005 73 1423 121

2006 54,5 1170,2 131

2007 59,7 816,9 93

Com base na série de dados fez-se um estudo do regime de chuvas no aeroporto,

conforme apresentado na Figura 74. Constatou-se que o início significativo das chuvas

ocorre entre os meses de setembro e outubro. Esses dados podem ser usados como

um instrumento na manutenção do pavimento, orientando os técnicos em relação ao

regime de chuvas da região.

115

Ano de 2001

100

150

200

250

300

350

400

450

024681012

mês

Ano de 2002

100

150

200

250

300

350

400

450

024681012

mês

Ano de 2003

100

150

200

250

300

350

400

450

024681012

mês

Ano de 2004

100

150

200

250

300

350

400

450

024681012

mês

Figura 74 – Ano hidrológico

Para a estimativa de precipitações máximas foi utilizada a equação i-d-f. Os

parâmetros da equação foram interpolados para o aeroporto, obtidos pelo programa

Plúvio 2.0. O ponto interpolado, de coordenadas 43

58’22’’ W de longitude e 19

37’22’’

S de latitude, está inserido no complexo aeroportuário, próximo à estação

climatológica. Os parâmetros são apresentados a seguir:

K: 1885,905; a: 0,205; b: 20,207; c: 0,868

A equação i-d-f é descrita pela Equação 36:

868,0

205,0

)207,20(

.905,1885

eq 36

Na Tabela 26, tem-se os valores de intensidade máxima para cada período de retorno

e duração de chuva.

Tabela 26 – Intensidades máximas de precipitação (mm/h)

T (anos)

Duração da

chuva (min)

2 5 10 20

132,0 159,3 183,6 211,7

112,8 136,2 157,0 180,9

88,0 106,2 122,5 141,2

72,6 87,6 101,0 116,4

48,4 58,3 67,2 77,5

116

É comum trabalhar com durações de chuva menores em aeroportos, visto que as

mesmas são as de maior intensidade e podem causar até o fechamento da pista.

Nessa região em que se situa o aeroporto, pode-se considerar uma chuva crítica de

projeto com intensidade acima de 100 mm/h.

4.5. Estimativa da lâmina d’água e da velocidade crítica para hidroplanagem

Estimativa da lâmina d’água

Os modelos de estimativa da lâmina d’água utilizam a geometria da pista como um

dos principais parâmetros de entrada. A Figura 75 ilustra uma seção transversal típica

da pista de pousos e de decolagens do aeroporto, com as camadas constituintes do

pavimento e as inclinações transversais da pista.

Figura 75 – Seção transversal da pista de pouso e decolagem

A camada subjacente a CPA é o elemento do sistema de drenagem, atuando como

uma barreira à percolação da água para as camadas de base do pavimento. No

aeroporto, esse revestimento é constituído por um CBUQ convencional de

granulometria densa com função impermeabilizante.

No sentido longitudinal, conforme se ilustra na Figura 76, a pista apresenta diferentes

declividades a fim a se obter um melhor escoamento da água de chuva.

Figura 76 – Perfil longitudinal

CPA

CBUQ

BINDER

BASE

1,5%

2,5%

22,5m 7,5m

eixo

acostamento

0,27%

0,45%

0,35%

0,30%

600m 929,5m 943,5m 527m

CAB 16

CAB 34

117

Na Figura 77, apresentam-se os resultados de estimativa de lâmina d’água sobre a

superfície do pavimento, segundo os modelos propostos por Russam e Ross (1968),

Equação 23, Gallaway et al. (1979), Equação 26 e Andreatini (1986), Equação 27.

Foram fixados os valores de declividade transversal (1,5%), declividade longitudinal

(0,30%), largura da pista (22,5 m), profundidade da textura (2 mm) e coeficiente de

rugosidade (0,006). O valor da lâmina foi calculado baseado em cada parâmetro

exigido nos modelos.

0 20 40 60 80 100 120 140

Intensidade de precipitação (mm/h)

Lâmina d'água (mm)

RUSSAM & ROSS (1968)

GALLAWAY et al (1979)

ANDREATINI (1986)

Figura 77 – Intensidade de precipitação versus lâmina d’água

As curvas da Figura 77 ilustram as diferenças e as semelhanças existentes entre os

modelos. Os modelos propostos por Russam e Ross e o de Gallaway et al.

apresentaram curvas semelhantes, observando-se certo deslocamento entre as

mesmas. Esse deslocamento pode ser resultado de uma variável considerada no

modelo de Gallaway et al., a macrotextura do pavimento. Andreatini também considera

essa variável, nesse caso, adotando o coeficiente de rugosidade da superfície, e os

resultados se aproximam da curva proposta por Gallaway et al.

Contudo, para melhor avaliação desses modelos, ou até mesmo proposição de algum

modelo, torna-se necessário uma validação em campo dessa espessura da lâmina

d’água, com equipamentos para determinação da lâmina produzida, como também de

um pluviômetro para registrar o volume de precipitação no pavimento.

Na Tabela 27, apresenta-se os resultados de análise de sensibilidade para os

parâmetros dos modelos mais utilizados, o modelo de Russam e Ross (1968) e o

modelo de Gallaway et al. (1979). Variaram-se os valores de cada um dos parâmetros

118

em -75%, -50%, -25%, +25%, +50% e +75%. Os resultados no interior da tabela

indicam a variação da lâmina d’água em função da variação de cada parâmetro.

Tabela 27 – Sensibilidade de cada parâmetro dos modelos

Gallaway et al -75% -50% -25% 25% 50% 75%

HS 30,4% 23,9% 12,9% -14,0% -28,7% -43,9%

L -77,8% -44,6% -20,2% 17,4% 33,0% 47,1%

i -96,7% -58,1% -27,0% 24,4% 46,8% 67,7%

S 136,8% 58,5% 22,2% -15,5% -27,1% -36,3%

Russam & Ross -75% -50% -25% 25% 50% 75%

Lf -50,0% -29,3% -13,4% 11,8% 22,5% 32,3%

Sf 32,0% 14,9% 5,9% -4,4% -7,8% -10,6%

i -50,0% -29,3% -13,4% 11,8% 22,5% 32,3%

Nota-se maior sensibilidade na variação dos parâmetros do modelo de Gallaway et al.,

em que, por exemplo, uma diminuição da intensidade de precipitação em 50%, resulta

numa redução da lâmina de 58% no modelo de Gallaway et al., enquanto que no

modelo de Russam e Roos, a diminuição foi de apenas 29%, aproximadamente.

Estimativa da velocidade crítica para ocorrência de hidroplanagem

Para a estimativa da velocidade crítica em que ocorre a hidroplanagem, adotou-se a

fórmula de Gallaway et al. (1979), conforme Equação 16. Na Figura 78, tem-se a

velocidade crítica em função da variação da porcentagem do giro de roda. Na Figura

79, a velocidade crítica é apresentada em função da profundidade da lâmina d’água no

pavimento.

ATDPSDV .)794,0.(..9143,0

06,03,004,0

+= eq 16

Muitas equações utilizam somente a pressão dos pneus para a estimativa da

velocidade crítica em que se ocorre o fenômeno da hidroplanagem. Gallaway et al.

propõem a adoção de mais variáveis que também possuem influência nesse

fenômeno, como por exemplo, a espessura da lâmina d’água presente no pavimento.

Pela Figura 79, nota-se o decréscimo da velocidade crítica quando a superfície se

encontra com 3 mm de lâmina d’água.

Esses valores apresentados mostram a influência de algumas variáveis da

hidroplanagem. Embora a equação tenha sido desenvolvida para rodovias, quando

119

comparadas com outras equações obtidas por ensaios com aeronaves, em que se

adotam somente a pressão de enchimento dos pneus, essas velocidades críticas se

aproximam. No entanto, é necessário estudo com aeronaves em diversos tipos de

pavimentos, para que se tenha uma validação e posterior refinamento dessa equação.

Velocidade crítica

140

160

180

200

0 20406080

Giro de roda (%)

Velocidade (km/h)

Figura 78 – Velocidade crítica versus porcentagem de giro de roda

Velocidade crítica

140

160

180

200

0,5 1,5 2,5 3,5

Lâmina d'água (mm)

Velocidade (km/h)

Figura 79 – Velocidade crítica versus lâmina d’água

4.6. Ensaios de drenabilidade do pavimento

O drenômetro construído para essa pesquisa foi utilizado para avaliar áreas com

diversos graus de drenabilidade do pavimento, considerando regiões com ou sem

toques das aeronaves. Entretanto, os primeiros resultados mostraram uma difícil

diferenciação de cronometragem, visto os diferentes níveis de contaminação da

valores constantes

P: 1100 kPa

TD: 8,4 mm

HS: 2 mm

LA: 1 mm

valores constantes

P: 1100 kPa

TD: 8,4 mm

HS: 2 mm

SD: 10 %

120

superfície. As maiores diferenças de tempo, conseguiram indicar apenas áreas com

maior grau de contaminação e áreas com pouca ou nenhuma contaminação. Os

resultados desse drenômetro são apresentados na Tabela 28, onde, em média, a área

emborrachada (3 m do eixo) teve uma vazão de 0,32 l/s e a área sem contaminação

foi de 0,51 l/s.

Tabela 28 – Tempo de escoamento da água – diâmetro de 2 polegadas

Região

Tempo de

escoamento (s)

Sem Contaminação 1,59

Sem Contaminação 1,43

Sem Contaminação 1,37

Emborrachada 2,17

Emborrachada 2,26

Emborrachada 2,24

Emborrachada 2,40

Devido a essa dificuldade, realizou-se uma adaptação no drenômetro com o objetivo

de melhorar a diferenciação entre as áreas. Diminuiu-se o diâmetro do orifício de saída

da água, de 2 polegadas para 1 polegada. O drenômetro com o detalhe da adaptação

no orifício (anel de acrílico branco) é apresentado na Figura 80.

Figura 80 – Drenômetro com a adaptação do orifício

Após essa adaptação, novos testes de drenabilidade determinaram três grupos de

valores de tempo distintos, um grupo formado pelas regiões sem solicitação de

121

aeronaves, um grupo onde ocorrem toques de aeronaves, porém sem grandes

emborrachamentos, e outro grupo em que se têm áreas altamente emborrachadas,

conforme apresentado na Tabela 29.

Tabela 29 – Tempo de escoamento da água – diâmetro de 1 polegada

Região

Tempo de

escoamento (s)

sem solicitação 2,49

sem solicitação 2,80

pouco emborrachada 1,32

pouco emborrachada 1,37

altamente emborrachada 5,35

altamente emborrachada 4,55

As Figuras 81, 82 e 83, caracterizam as regiões sem solicitação de aeronaves, área

pouco emborrachada e altamente emborrachada, respectivamente.

Figura 81 – Área sem solicitação de aeronaves

122

Figura 82 – Área pouco solicitada

Figura 83 – Área altamente emborrachada

4.7. Classificação das imagens digitais

Os valores de porcentagem de emborrachamento, a partir da classificação não-

supervisionada, Tabela 30, demonstraram que a técnica de tratamento de imagens

digitais possui boa correlação (R

: 0,85) com os valores de macrotextura obtidos pelo

ensaio de mancha de areia.

123

Tabela 30 – Porcentagem de emborrachamento

Ponto Mancha de areia

HS (mm)

Emborrachamento

(%)

1B 1,91 38,2

2ª 1,53 42,1

2B 1,94 39,5

3ª 1,60 44,7

3B 1,76 37,1

4ª 1,74 40,8

4B 1,89 36,2

5* 1,13 50,5

7** 1,13 50,3

8*** 1,32 52,5

* ponto extra, altamente emborrachado, na região dos pontos 5A e 5B

** ponto extra, altamente emborrachado, na região do ponto 7A

*** ponto extra, altamente emborrachado, na região do ponto 8B

Na Figura 84, tem-se o ponto 8*, antes e após a classificação. As áreas em marrom

correspondem à presença de borracha no pavimento.

Figura 84 – Classificação de ponto altamente emborrachado

Na Figura 85, apresenta-se a imagem classificada para o ponto 4B, com pouca

presença de borracha.

124

Figura 85 – Classificação de ponto pouco emborrachado

A determinação do nível de emborrachamento por meio da classificação de imagens,

embora necessite de maior padronização, mostrou-se como uma alternativa viável,

prática e simples, tornando-se mais um instrumento de verificação das condições do

pavimento.

4.8. Discussões Gerais

No Brasil, ainda não se tem recomendações de parâmetros de classificação de

macrotextura para pavimentos com a Camada Porosa de Atrito. Os valores

encontrados nesse trabalho e consequentemente as sugestões apresentadas vêm de

encontro à necessidade de estudos específicos para tal superfície.

As diferentes recomendações de tipos de areia para o ensaio de mancha de areia,

levam a princípio, a um resultado satisfatório quando considerado o grau de correlação

entre areias e/ou micro-esferas no valor de profundidade de macrotextura. Porém, em

valores absolutos, existem diferenças entre algumas recomendações. Ao avaliarem-se

diversos tipos de superfícies, essas diferenças podem se tornar ainda maiores. A

adoção da Areia Normal produzida pelo IPT visa padronizar o ensaio de mancha de

areia, evitando essas discrepâncias.

Propõe-se então, que os ensaios de mancha de areia em Camada Porosa de Atrito

sejam feitos com a Areia Normal e que se adotem os intervalos de valores de

profundidade de macrotextura, conforme Tabela 20, na estimativa do nível de

emborrachamento da pista para o auxílio nos serviços de limpeza da mesma.

125

Tabela 31 – Proposta de níveis de emborrachamento

Profundidade da macrotextura

HS (mm)

Faixas de emborrachamento

< 1,2 mm altamente emborrachada

> 1,2 mm e < 1,6 mm emborracha

> 1,6 mm e < 2,0 mm levemente emborrachada

> 2,0 mm praticamente sem borracha

Esses intervalos propostos refletem a experiência adquirida ao longo da pesquisa,

juntamente com os resultados de ensaio de macrotextura em diversos locais da pista,

tornando-se, assim, mais um instrumento na avaliação de pavimentos aeroportuários.

As condições de emborrachamento ainda podem ser verificadas por meio da

classificação não-supervisionada das imagens digitais, que se mostrou eficiente na

determinação da porcentagem de área emborrachada, quando comparada com

resultados dos ensaios de mancha de areia. Uma vez estabelecida a correlação com o

ensaio de mancha de areia, a aquisição de informações sobre as condições de textura

do pavimento pode ser feita apenas com imagens digitais, tornando o processo mais

ágil, diminuindo o tempo de permanência nas pistas de pousos e decolagens.

Ainda com relação ao emborrachamento da pista, deve-se destacar a baixa eficiência

verificada na limpeza da pista. Uma vez que não se tinha tanta impregnação de

borracha no pavimento, visto o baixo volume de trafego até o momento, a remoção

com jato a alta pressão atendia às necessidades de limpeza. Contudo, com o

incremento nos vôos, essa técnica de remoção não teve a mesma eficiência de

limpezas passadas, o que força a administração rever suas técnicas de limpeza,

podendo adotar, por exemplo, a remoção química em conjunto com a remoção

mecânica, como já vem ocorrendo no Aeroporto Santos Dumont.

Também foram avaliados dois diferentes tipos de equipamentos para verificação das

condições de atrito entre pneu e pavimento. Observando-se maior sensibilidade às

variações de emborrachamento da pista quando se utilizou o Pêndulo Britânico. O Mu-

meter diferencia apenas regiões do pavimento com grandes diferenças de condições

de atrito e em longas distâncias, sendo necessário algumas verificações pontuais

dessas condições, principalmente na zona de toque das aeronaves. Essa verificação

pode ser feita com o próprio Pêndulo ou a partir da macrotextura da superfície, com o

126

ensaio de mancha de areia, e dessa forma, obter uma estimativa das condições da

pista por meio da Tabela 20.

Para o pavimento com CPA, especificamente do Aeroporto Internacional Tancredo

Neves, a utilização do índice internacional de atrito, no que diz respeito ao coeficiente

de atrito, pode ser obtido apenas com a utilização do Pêndulo Britânico, ou com algum

outro equipamento homologado no estudo da PIARC. O equipamento Mu-meter não

apresentou boa correlação com o Pêndulo Britânico, talvez pela própria natureza de

medição dos mesmos, não sendo possível, utilizar seus dados na determinação dos

parâmetros do IFI.

Há de se verificar e controlar, as condições de realização das medições de coeficiente

de atrito com o equipamento Mu-meter, uma vez que diversos fatores podem interferir

na célula de medição e assim fornecer valores irreais de atrito da pista. Os valores de

coeficiente de atrito encontrado antes e após os serviços de limpeza, por exemplo, não

condizem com a realidade, sendo que em muitos pontos, o coeficiente de atrito

diminuiu ao invés de, no mínimo, continuar com o mesmo valor de antes.

Outro equipamento utilizado para estimativa da macrotextura superficial, o drenômetro,

mostrou-se eficiente na diferenciação de graus de emborrachamento da pista.

Verificou-se que em determinadas regiões, mesmo com alto grau de

emborrachamento, a água escoava muito rápido, provavelmente devido ao diâmetro

de 2 polegadas sempre encontrar algum caminho preferencial de escoamento,

mascarando os resultados. A diminuição do orifício de saída para 1 polegada,

contornou o problema da alta taxa de infiltração, possibilitando, assim, maior distinção

entre os níveis de emborrachamento do pavimento.

127

5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

- A utilização indiscriminada de qualquer tipo de areia ou micro-esfera pode levar

a uma incorreta avaliação da condição do pavimento, visto a diferença entre as

mesmas;

- Recomenda-se a adoção da Areia Normal produzida pelo IPT, como padrão

para o ensaio de mancha de areia na determinação da condição da

macrotextura superficial;

- Espera-se que os órgãos competentes adotem a proposição de classificação

do nível de emborrachamento do pavimento, exclusivamente para CPA,

conforme a Tabela 20;

- A redução no diâmetro do orifício de saída do drenômetro torna-se essencial

quando se trabalha em pavimentos de granulometria aberta como a CPA;

- Não foi possível utilizar os valores de coeficiente de atrito obtidos pelo Mu-

meter para o cálculo dos parâmetros do Índice Internacional de Atrito – IFI;

- A medição de atrito com o Mu-meter deve ser feita considerando-se todas as

condições de ensaios em campo, para que não se tenha valores divergentes

como os encontrados nessa pesquisa;

- É necessário que a INFREARO estude novos intervalos máximos de

verificação de atrito e textura do pavimento de suas pistas de pousos e

decolagens;

- A classificação de imagens digitais, embora necessite de maior padronização,

pode ser utilizada na estimativa do grau de emborrachamento do pavimento;

- A limpeza da pista não foi satisfatória. Em muitos locais, não se conseguiu

remover a borracha impregnada no pavimento, devido às próprias

características da CPA e também devido ao longo tempo sem limpeza;

128

- É fundamental um estudo da aplicação do solvente químico produzido

especialmente para aeroportos, uma vez que a remoção por jato d’água a

pressões muito elevadas pode ocasionar a desagregação da CPA.

Sugestões para pesquisas futuras:

- Aperfeiçoar a técnica de aquisição das imagens digitais, padronizando, por

exemplo, o ângulo de tomada da imagem;

- Analisar outros equipamentos de medição de atrito contínuo constante na lista

homologada para o cálculo do IFI e verificar a existência de correlação com os

resultados obtidos com o Mu-meter;

- Analisar a Areia Normal do IPT para todos os tipos de superfície, inclusive com

outros tipos de revestimento com granulometria aberta;

- Verificar a eficiência da remoção de borracha, com a adoção da remoção

química, com o solvente desenvolvido para aeroportos, em conjunto com a

remoção por jato de alta pressão na limpeza da pista;

- Monitorar o volume de precipitação em tempo real, com medição da espessura

da lâmina d’água sobre o pavimento, correlacionando intensidade de

precipitação com as características físicas da superfície do pavimento.

129

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Precipitação Pluvial na Superfície de Pavimentos. In: 21ª Reunião Anual de

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