UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
CLAUDIA DOMINGUES DA SILVA
DESEMBORRACHAMENTO DE PISTA DE
AEROPORTO
SÃO PAULO
2006
CLAUDIA DOMINGUES DA SILVA
DESEMBORRACHAMENTO DE PISTA DE
AEROPORTO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado
à
Universidade
Anhembi Morumbi no âmbito do
Curso de Engenharia Civil.
Orientador: Professor MSc. Célio Daroncho
SÃO PAULO
2006
CLAUDIA DOMINGUES DA SILVA
DESEMBORRACHAMENTO DE PISTA DE
AEROPORTO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado
à
Universidade
Anhembi Morumbi no âmbito do
Curso de Engenharia Civil.
Trabalho: _____________ em: ____ de _____________ de 2006.
________________________________________________
Célio Daroncho
________________________________________________
Gisleine Coelho de Campos
Comentários:_________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
__________________________________________________________________
1
Agradeço aos meus pais pela ajuda constante
durante todos esse anos, e também a minha
querida amiga Luiza que sempre me deu
forças em todos os momentos.
2
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, porque sem ele nada disso seria possível.
Ao meu orientador, Célio Daroncho, pela paciência, compreensão e ajuda em todos os
momentos da realização deste trabalho.
E aos meus amigos, que compartilharam comigo esses árduos anos de estudo, mas
também de muitos momentos alegres.
Gostaria também de agradecer, os colaboradores da EMPRESA BRASILEIRA DE
INFRA-ESTRUTURA AEROPORTUARIA (INFRAERO) por suas preciosas informações
para realização desse trabalho de conclusão de curso.
E a todas as pessoas que não foram mencionadas, mas que de uma maneira ou de
outra contribuíram para que este trabalho pudesse ser realizado, nos incentivando
sempre a seguir em frente e a transpor as barreiras que nos são impostas.
A todos vocês meu muito obrigado.
3
RESUMO
Este trabalho consiste em fazer uma análise do desemborrachamento de pista,
retirada de borracha acumulada na superfície do pavimento, do Aeroporto de
Congonhas, notando-se a importância do assunto para o Aeroporto. Para tal, são
abordados tópicos importantes e necessários para uma melhor compreensão dos
fenômenos que envolvem esse tema. São apresentados conceitos relativos ao tipo
de pavimento, atrito em pavimentos aeroportuários, medição de atrito, e de que
forma eles ocorrem, a influência que o tipo de textura da superfície do pavimento
pode exercer sobre o coeficiente de atrito. Por fim, é feita a análise do
desemborrachamento, desde os procedimentos adotados para execução do serviço
e os detalhes dos equipamentos utilizados.
Palavras Chave: Desemborrachamento, Aeroporto, pista, tipo de pavimento, atrito
em pavimentos aeroportuários, medição de atrito, borracha.
4
ABSTRACT
This research has the purpose to make an analysis of the ´desemborrachamento` of
the runway, the extraction of accumulated rubbers on ´Congonhas` airport´s road
surface which is a remarkable subject for the airport. For this, important and
necessary topics were carried out to obtain a better understanding of the
phenomenon around this theme. Concepts are presented to relate the kind of road
surface and its friction, the measure of this friction, the way it occurs, the influence
that the surface´s texture can perform over the friction. Finally, the analysis of the
´desemborrachamento` were done by the procedures adapted to make the service
and the details of the equipment which were used.
Key words: ´Desemborrachamento`, airport´s, runway, kind of road surface and its
friction, the measure of this friction, rubbers.
5
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 5.1 – Modelo de pistas simples. (PEIXOTO, 2002) ........................................16
Figura 5.2 – Modelo de pistas paralelas. (PEIXOTO, 2002) .....................................16
Figura 5.3 – Modelo de pistas secantes sob vento forte. (PEIXOTO, 2002) .............17
Figura 5.4 – Modelo de pistas abertas em V. (PEIXOTO, 2002)...............................18
Figura 5.5 – Efeito da textura do pavimento ao coeficiente de atrito. (ESDU, 1971).25
Figura 5.6 – Método de mancha de areia. (SANTOS, 2004).....................................28
Figura 5.7 – Pêndulo Britânico. (SANTOS, 2004) .....................................................29
Figura 5.8 – Mu-Meter. (SANTOS, 2004) ..................................................................29
Figura 6.1 – Caminhão tanque. (INFRAERO, 2006) .................................................32
Figura 6.2 – Chuveiro rotativo. (INFRAERO, 2006) ..................................................34
Figura 6.3 – Passadas paralelas ao eixo da pista. (INFRAERO, 2006) ....................34
Figura 6.4 – Passadas transversais ao eixo da pista. (INFRAERO, 2006) ...............35
Figura 6.5 – Lavagem com jatos de água em baixa pressão. (INFRAERO, 2006) ...35
6
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1 – Classificação das pistas de pouso e decolagem ..................................15
7
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ASFT
Airport Surface Friction Tester
DIN
Deutsche Normen
EPI
Equipamento de Proteção Individual
ESDU
Engineering Sciences Data Unit
FAA
Federal Aviation Administration
ICAO
International Civil Aviation Organization
IFR
Instrument Flight Rules
INFRAERO
Empresa Brasileira de Infra-Estrutura Aeroportuária
NASA
National Aeronautics and Space Agency
NOTAM
Notice to Air Men
TPS
Terminal de Passageiros
VFR
Visual Flight Rules
8
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO...................................................................................................10
2
OBJETIVOS.......................................................................................................11
2.1
Objetivo Geral ...............................................................................................11
2.2
Objetivo Específico ......................................................................................11
3
METODOLOGIA DO TRABALHO.....................................................................12
4
JUSTIFICATIVA ................................................................................................13
5
PLANEJAMENTO E PROJETO DE AEROPORTO ..........................................14
5.1
Configuração de Pistas de Pouso e Decolagem........................................15
5.1.1
Pista Simples...........................................................................................15
5.1.2
Pista Paralela ..........................................................................................16
5.1.3
Pista Secante ..........................................................................................17
5.1.4
Pistas Abertas em “V”..............................................................................18
5.1.5
Pistas de Pouso e Decolagem ................................................................18
5.2
Atrito em pavimentos Aeroportuários ........................................................19
5.3
Propriedade e tipo de pavimento que influem no atrito............................21
5.3.1
Pavimentos tipo I .....................................................................................22
5.3.2
Pavimentos tipo II ....................................................................................22
5.3.3
Pavimentos tipo III ...................................................................................23
5.3.4
Pavimentos tipo IV...................................................................................24
5.4
Hidroplanagem .............................................................................................26
5.5
Ensaios de atrito em pavimentos aeroportuários .....................................28
5.5.1
Mancha de Areia .....................................................................................28
5.5.2
Pêndulo Britânico ....................................................................................29
9
5.5.3
6
6.1
Mu-meter .................................................................................................29
ESTUDO DE CASO ...........................................................................................30
Procedimentos para remoção de borracha das pistas de pouso e
decolagem................................................................................................................31
7
CONCLUSÕES..................................................................................................36
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................37
10
1 INTRODUÇÃO
A evolução e difusão do uso do avião na atividade econômica foram inicialmente
lentas. Saltou a um patamar muito elevado durante a Segunda Guerra Mundial e a
partir daí modificou o ritmo de crescimento atingindo taxas elevadas.
O transporte aeroviário é de grande importância para o desenvolvimento atual,
devido principalmente a sua rapidez. Trata-se de uma modalidade de transporte, de
demanda e capacidade elevada, exigindo qualidade e desempenho característicos
nas instalações do aeroporto e áreas adjacentes.
É um dos setores mais dinâmicos da economia mundial. Ele cumpre importante
papel estimulando as relações econômicas e o intercâmbio de pessoas e
mercadorias (tanto dentro do país quanto com outros países), intra e entre as
nações. A importância do transporte aéreo para a vida moderna é muito maior do
que o que pode fazer supor, seu desempenho financeiro.
A grande quantidade de pousos diariamente das aeronaves nas pistas causa
desgaste do pneu, deixando esses resíduos na superfície do pavimento, causando
alterações na textura da superfície dos pavimentos, por este motivo se faz
necessário a retirada de borracha acumulada nesta superfície, preservando a
funcionalidade segura dos pavimentos das pistas de pouso e decolagem.
Devido ao exposto acima percebe-se que é uma área importante dos
empreendimentos civis. Isto exige profissional habilitado e com conhecimento de
tecnologias recentes e avançadas. Não existem muitos estudos ligados a este tema,
por isso o tema será abordado, pela preocupação e interesse em descobrir e gerar
material para futuras pesquisas, para que este tema fique difundido e conhecido por
mais pessoas.
11
2 OBJETIVOS
Tendo-se em vista o problema de segurança, advinda do possível derrapamento das
aeronaves ao taxiarem por pistas emborrachadas, este trabalho insere-se como
mais uma ferramenta que pretende dar suporte a decisão de quando e como fazer o
desemborrachamento da pista.
2.1 Objetivo Geral
Analisar o comportamento de uma pista aeroportuária sob o ponto de vista da
manutenção preventiva de segurança.
2.2 Objetivo Específico
Analisar a necessidade e os processos de desemborrachamento de pistas
aeroportuárias para garantir, assim, a segurança dos pousos e decolagens em
aeroportos, pois caso não seja feita essa manutenção poderá estar colocando em
risco vidas humanas.
12
3 METODOLOGIA DO TRABALHO
Para a efetivação deste estudo foi feito o uso de materiais didáticos e técnicos
diversos como livros técnicos, catálogos, manuais, dissertações, teses, sites
especializados, apostilas técnicas e estudo de caso no Aeroporto de Congonhas.
13
4 JUSTIFICATIVA
O crescimento do movimento aéreo, em nosso país e no mundo, determina que
medidas sejam adotadas tanto na estrutura quanto na administração do espaço
aéreo, com o intuito de manter os altos níveis de segurança já alcançados e não
permitir a sua degradação em função do elevado número de aviões que ora circulam
em zonas altamente congestionadas.
Dentre todos os aspectos que envolvem o sistema complexo do mundo aeronáutico,
o homem ainda é o grande "vilão", responsável pelo sucesso ou insucesso desta
atividade. Seja no desenvolvimento, operação ou manutenção da máquina, nos
serviços oferecidos a bordo, ou no controle do tráfego, a relação entre os
profissionais que permeiam estas atividades tem participado ativamente com um dos
fatores contribuintes para a ocorrência de inúmeros acidentes aeronáuticos, e um
dos fatores que mais causam esses acidentes é a borracha depositada na pista,
devido ao atrito entre pneu e pavimento.
14
5 PLANEJAMENTO E PROJETO DE AEROPORTO
Alguns itens relacionados a aeronaves são essenciais no planejamento e projeto de
um aeroporto e estão ligados ao peso, distribuição no piso, dimensões externas e
desempenho operacional das diferentes aeronaves, fundamentais para o estudo dos
elementos componentes desde a área de pouso até a parte terrestre (PEIXOTO,
2002).
Segundo Peixoto (2002) as dimensões e as características operacionais são
fornecidas pelos construtores de aeronaves. O peso da aeronave está relacionado
ao comprimento de pista para decolar, devido à variação considerável de volume de
combustível necessário, dentre outros fatores, provocando variações no peso da
aeronave. Alguns itens são muito importantes para o planejamento e projeto de
aeroporto, alguns destes são o peso e o tamanho das aeronaves, comprimento de
pista e classificação de pista.
O peso da aeronave influencia no porte do pavimento necessário, levando-se em
conta o número de rodas e a geometria do trem de pouso da aeronave. O projeto do
pavimento não necessariamente terá na aeronave mais pesada a condição crítica,
exigindo-se estudar de forma ampla as aeronaves a operar no aeroporto (PEIXOTO,
2002).
As dimensões externas das aeronaves influenciam na configuração das áreas de
circulação próximas ao TPS, Terminal de Passageiros e de pouso. À distância entre
posições de parada de aeronaves defronte ao TPS é função da envergadura da
aeronave e de um espaço de segurança. As dimensões externas das aeronaves
influenciam também nas dimensões do pátio. O layout final do aeroporto depende
também das dimensões tanto interna quanto externa das aeronaves da frota a
atender (PEIXOTO, 2002).
O comprimento de pistas de pouso e de decolagem é influenciado pelo desempenho
das aeronaves além das condições locais. As condições locais ou específicas de
cada pista são, fundamentalmente, a altitude, a temperatura, os ventos
15
predominantes e a declividade das pistas de pouso e de decolagem (PEIXOTO,
2002).
Pode-se classificar a pista de pouso e de decolagem de acordo com a Tabela 5.1,
segundo critério indicado pela ICAO (PEIXOTO, 2002).
Tabela 5.1– Classificação das pistas de pouso e decolagem
Comprimento Básico de Pista (m)
Classe da Pista
Lb ≥ 2.100
A
1.500 ≤ Lb ≤ 2.099
B
900 ≤ Lb ≤ 1.499
C
750 ≤ Lb ≤ 899
D
600 ≤ Lb ≤ 749
E
Fonte: Peixoto, 2002.
5.1 Configuração de Pistas de Pouso e Decolagem
A configuração das pistas de pouso e de decolagem corresponde ao número e à
forma como estão dispostas em relação ao sítio aeroportuário. O número de pistas
necessário depende da demanda prevista e a disposição depende de condições
meteorológicas, mancha urbana e operacional (PEIXOTO, 2002).
A posição do TPS em relação à pista deve trazer benefícios operacionais, tais como
economia de combustível, rapidez de acesso, conforto dos passageiros e redução
de área necessária para o sítio aeroportuário (PEIXOTO, 2002).Tipos de pistas:
pistas simples, paralelas, secantes ou “abertas em V”.
5.1.1 Pista Simples
Pista simples (figura 5.1) corresponde àquela com a menor capacidade operacional,
mas adequada à demanda reduzida quando em aeroportos menores. A capacidade
é de 45 a 100 operações aéreas por hora em VFR – vôo visual – e 40 a 50 op/h
quando operando em IFR – vôo por instrumentos (PEIXOTO, 2002).
16
Figura 5.1 – Modelo de pistas simples. (PEIXOTO, 2002)
5.1.2 Pista Paralela
Quando a demanda aumenta ao longo da vida útil de um aeroporto, e se observa
demanda muito elevada para pistas simples, deve-se adotar sistema do tipo Pistas
Paralelas (Figura 5.2). Esta configuração é a ideal em função da elevada
capacidade, dependendo-se do número de pistas e da distância entre estas
(PEIXOTO, 2002).
Figura 5.2 – Modelo de pistas paralelas. (PEIXOTO, 2002)
Quando se precisa aumentar a capacidade e o aeroporto apresentando apenas uma
pista não dispõe área suficiente para a construção de outra pista de comprimento
pleno, pode-se incorporar uma segunda pista menor, que permita operações
regulares de pouso e de decolagem de aeronaves menores, mas exclusivamente
para pouso quando da operação de aeronaves maiores. Este sistema de pistas é
denominado Dual-Lane, do tipo idêntico ao existente no Aeroporto de São Paulo
Congonhas, quando já era elevada a demanda e difíceis as possibilidades de
ampliação devido ao considerável adensamento urbano no seu entorno (PEIXOTO,
2002).
17
5.1.3 Pista Secante
Quando não se consegue atingir percentual desejado de utilização do sistema de
pistas, em função dos ventos freqüentes, pode-se estabelecer uma outra pista
(Figura 5.3) em direção diferente da anterior (PEIXOTO, 2002).
Desta forma, pode-se continuar operando o sistema de pistas mesmo em condições
adversas de vento para uma única direção de pistas, caso se tenha estabelecido
outra pista em outra direção que abrangesse os ventos assim considerados
(PEIXOTO, 2002).
Figura 5.3 – Modelo de pistas secantes sob vento forte. (PEIXOTO, 2002)
Contudo, quando os ventos forem suaves, pode-se utilizar as duas pistas,
observando-se aumento de capacidade, mas que não atinge a capacidade
operacional de pistas paralelas (PEIXOTO, 2002).
Este tipo de configuração é a pior quanto à capacidade por causa da direção
cruzada de pista que reduz a acessibilidade segura ao aeroporto e a partir deste
(PEIXOTO, 2002).
Este tipo de configuração assemelha-se ao do sistema de pistas do Aeroporto
Internacional Afonso Pena que atende principalmente à cidade de Curitiba/PR, cujas
pistas se cruzam fisicamente. Neste aeroporto há estudo de eliminação de uma
destas pistas pelo fato que, com a elevação de categoria do aeroporto, o vento
lateral admissível aumenta e o coeficiente de utilização do aeroporto também
aumenta (PEIXOTO, 2002).
18
5.1.4 Pistas Abertas em “V”
Esta configuração corresponde ao abrandamento das condições severas das pistas
secantes. Quando não se consegue atingir percentual desejado de utilização do
sistema de pistas em função dos ventos freqüentes pode-se estabelecer uma outra
pista em direção diferente da anterior tal como pistas secantes, mas na configuração
“abertas em V” (Figura 5.4) apenas se cruzam os prolongamentos de pistas e não de
forma física (PEIXOTO, 2002).
Figura 5.4 – Modelo de pistas abertas em V. (PEIXOTO, 2002)
As
condições
de
capacidade
dependem
da
posição
do
cruzamento
do
prolongamento dos eixos das pistas em relação às cabeceiras mais utilizadas.
Quanto mais próximo do cruzamento dos prolongamentos estiverem as cabeceiras
mais utilizadas, maior a capacidade (PEIXOTO, 2002).
5.1.5 Pistas de Pouso e Decolagem
As pistas de pouso e de decolagem têm função de estabelecer conexão entre a fase
de vôo e a fase terrestre, permitindo-se acelerar e desacelerar com segurança além
de permitir que a aeronave taxie, dependendo-se da configuração do sistema de
pistas (PEIXOTO, 2002).
As pistas de táxi permitem a conexão entre pátios, hangares e pistas de pouso e de
decolagem. As pistas de saída de táxi permitem o retorno ao pátio, quando a
19
aeronave já se encontra no pátio de espera ou em rolamento de ida para a pista de
pouso e de decolagem em função de demora excessiva para autorização de
decolagem que obrigue reabastecimento ou em caso de pane (PEIXOTO, 2002).
As pistas de rolamento de saída ou simplesmente saídas são pistas projetadas para
permitir a saída da aeronave da pista de pouso e de decolagem a velocidades
relativamente altas para o rolamento, permitindo-se majorar a capacidade da pista
de pouso e de decolagem (PEIXOTO, 2002).
Os pátios de espera correspondem a trechos da pista de rolamento, próximos da
pista de pouso e de decolagem, cuja largura permite que aeronaves aguardem a
autorização de decolagem, além de permitir que outras possam ultrapassa-las, caso
necessário. As dimensões do pátio de espera dependem do comprimento, da
envergadura e do raio de giro da aeronave. A capacidade do pátio deve ser da
ordem de 2 a 4 aeronaves, dependendo-se da demanda crítica em operações por
hora (PEIXOTO, 2002).
5.2 Atrito em pavimentos Aeroportuários
Se duas superfícies em contato apresentarem tendência a se mover uma em relação
à outra, surge uma força ''resistente'': a força de atrito. No caso da força aplicada
não ser suficiente para colocar o corpo em movimento, a força de atrito se opõe à
força aplicada e é chamada força de atrito estático. Nessa hipótese, a constante de
proporcionalidade é o ''coeficiente de atrito estático'' (SANTOS, 2004).
Segundo Santos (2004), no caso de ocorrer movimento, aparece a chamada força
de atrito cinético entre as superfícies, que tem sentido contrário ao do movimento. A
teoria prevê que ela seja constante, independente da área de contato e proporcional
à força normal exercida por uma das superfícies sobre a outra. Esta
proporcionalidade é expressa através do chamado ''coeficiente de atrito cinético''.
Conforme Santos (2004), as constantes de atrito estático e cinético podem dizer
muito sobre as características das superfícies em contato. É interessante destacar
20
que o coeficiente de atrito estático máximo é sempre maior que o coeficiente de
atrito cinético.
Ainda segundo Santos (2004), quando se trata de segurança aeroviária, um dos
principais aspectos a ser levado em conta é a condição de atrito da pista, pois este é
um dos fatores determinantes na prevenção de acidentes aéreos nas manobras de
pouso e decolagem.
Santos (2004) diz que a aderência pneu pavimento é fortemente influenciada pela
qualidade da área de contato pneu pavimento, sendo que a presença de água ou
não é um fator importante a ser considerado. Essa aderência depende ainda da
força de atrito resultante do contato entre as duas superfícies.
Fisicamente, a intensidade da força de atrito entre duas superfícies em contato é
diretamente proporcional ao coeficiente de atrito e à intensidade da força normal
entre as duas superfícies.
No estudo da interação pneu pavimento este coeficiente de atrito passa a depender
de vários fatores, como a presença de água, a velocidade de deslocamento, tipo e
condição do pavimento, natureza, estado dos pneus, etc.
O coeficiente de atrito pode ser dividido em duas categorias:
•
Coeficiente de atrito longitudinal;
•
Coeficiente de atrito transversal.
O coeficiente de atrito longitudinal diz respeito à força que se desenvolve na área de
contato pneu pavimento quando se arrasta uma roda travada por meio de um
veículo trator. Esse coeficiente simula uma situação de frenagem de emergência no
sentido longitudinal.
O coeficiente de atrito transversal diz respeito à força perpendicular ao plano de
rotação da roda, quando esta circula com um ângulo em relação à sua direção de
avanço. Este coeficiente é o que melhor representa uma situação de derrapagem.
21
Existem, também, dois mecanismos responsáveis pelo atrito entre o pneu e o
pavimento:
O 1º mecanismo é a adesão superficial, que surge dos vínculos intermoleculares
entre a borracha e o agregado da superfície do pavimento. Esta é a maior
responsável pelo atrito em pistas secas, mas, por outro lado, sofre redução
substancial quando o pavimento se encontra molhado, causando a perda de atrito
em pistas molhadas.
O 2º mecanismo consiste no mecanismo de histerese, que 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 da água na
superfície. Portanto, pneus compostos por borrachas com alto valor de histerese
costumam ter valores melhores de tração em pavimentos molhados.
Ambos os mecanismos, o de adesão e o de histerese, são influenciados pelo
escorregamento da interface pneu pavimento.
5.3 Propriedade e tipo de pavimento que influem no atrito
O coeficiente de atrito varia de acordo com o comportamento do pneu e sua
interação com o pavimento, gerando o atrito tanto por histerese quanto por adesão,
que variam de acordo com as características físicas da superfície da pista,
principalmente da textura e da micro-textura da pista (SANTOS, 2004).
De acordo com Gillespie (1992), o mecanismo de força de atrito por histerese é
relacionado à macro-textura da superfície do pavimento, enquanto que a força de
atrito por adesão é ligada à micro-textura do pavimento.
A ESDU (1971) classifica os pavimentos em quatro tipos de acordo com a
rugosidade da macro e da micro-textura do pavimento.
22
5.3.1 Pavimentos tipo I
O primeiro tipo de pavimento caracteriza-se por apresentar uma macro-textura
aberta e uma micro-textura rugosa e áspera, permitindo alta adesão entre a borracha
do pneu e o pavimento.
Este tipo de pavimento proporciona, ainda, um alto índice de histerese da borracha
quando esta se deforma para acompanhar as saliências do piso.
Nota-se que pavimentos do tipo I 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.
Os pavimentos do tipo I são característicos de pistas recém construídas, que não
sofreram desgaste do seu material agregado na superfície, ou de pistas construídas
com material granulado advindo de rochas mais resistentes à erosão e que resistem
melhor à utilização, mantendo suas características em relação ao atrito por mais
tempo.
5.3.2 Pavimentos tipo II
Os pavimentos do tipo II possuem macro-textura com alto nível de rugosidade,
porém, com micro-textura suave. Pavimentos desse tipo apresentam menor valor de
atrito por adesão devido à menor capacidade de borracha aderir à micro-textura
mais suave do pavimento. Em pistas de pouso com altas taxas de utilização, o
material agregado da superfície costuma se desgastar, e faz pavimentos do tipo I
tomar a forma de pavimentos do tipo II, principalmente em regiões em que se fez
uso de material rochoso menos resistente à abrasão na construção do pavimento,
onde a utilização desse material como agregado em pavimentos acarreta no seu
desgaste com o passar do tempo, perdendo então suas características de atrito,
especialmente na condição de pista molhada.
23
O atrito por histerese, nesse tipo de pavimento, é responsável pela maior parte da
força de frenagem gerada em condições de pista molhada. Pneus construídos com
materiais que permitam valores altos de coeficiente de atrito por histerese
apresentam melhor desempenho nas referidas condições.
Como esse tipo de pavimento possui uma macro-textura aberta, o escoamento da
água acumulada sobre o pavimento ainda é passível de acontecer, diminuindo os
riscos de hidroplanagem; no entanto, é necessário registrar que aumentos de
velocidades e aumentos de espessura da lâmina d’água podem acarretar a
ocorrência da hidroplanagem.
5.3.3 Pavimentos tipo III
Já o pavimento do tipo III possui uma macro-textura suave, ou seja, mais fechada,
porém com uma micro-textura rugosa, como é o caso de um pavimento típico, recém
construído. Pavimentos desse tipo apresentam um valor de atrito por adesão alto
devido à micro-textura rugosa, fazendo com que o valor do coeficiente de atrito em
pista seca seja alto.
No caso de frenagens em pistas molhadas, o valor de atrito por adesão é alto,
permitindo valores satisfatórios de frenagem gerada pelo pneu. No entanto, devido a
macrotextura ser mais fechada, a água acumulada sobre a pista demora mais a
escoar, sendo certo que os únicos canais possíveis para o escoamento são os
sulcos e ranhuras dos pneus e a inclinação do pavimento. Isto, juntamente com o
aumento da velocidade, facilita o efeito da hidroplanagem, reduzindo o tamanho da
zona de contato seco entre o pneu e o pavimento e diminuindo o valor geral do
coeficiente de atrito.
Como mencionado acima, este tipo de pavimento é mais sensível ao acúmulo da
água, devido a uma macro-textura menor que as presentes nos tipos I e II, posto
que, nestes, é possível o escoamento de água também pelas ranhuras da superfície
do pavimento.
24
5.3.4 Pavimentos tipo IV
Os pavimentos do tipo IV caracterizam-se por uma macro-textura fechada e uma
micro-textura suave.
Além disso, apresentam uma queda pronunciada do valor do coeficiente de atrito
para pista molhada, causada pelos baixos índices de atrito por adesão, assim como
incapacidade de escoar a água acumulada sobre a pista por meio da superfície do
pavimento. No entanto, em pista seca, o valor de força de frenagem que pode ser
gerada, também é menor, 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.
Os pavimentos dos outros tipos podem atingir a forma do tipo IV através do uso e do
desgaste dos agregados do revestimento, principalmente onde os fatores climáticos
podem acumular grande quantidade de sujeira na pista, que lentamente vai
preenchendo a macrotextura, enquanto que o uso freqüente vai desgastando
lentamente a micro-textura da pista.
Quando o estado do pavimento atinge esse ponto, é recomendável a execução de
atividades de manutenção, restaurando as características que permitam a obtenção
de maior segurança para a operação das aeronaves.
A figura 5.5, mostra uma visão em corte desses quatro tipos de pavimento, assim
como o comportamento geral do coeficiente de atrito em função da velocidade, para
situações de pista seca e molhada.
No primeiro caso a macro-textura aberta permite um escoamento mais rápido da
água, diminuindo assim a perda de atrito por adesão, que é a mais afetada com a
presença de água (SANTOS, 2004).
25
Figura 5.5 – Efeito da textura do pavimento ao coeficiente de atrito. (ESDU, 1971)
Já no segundo caso, essa diminuição do coeficiente de atrito em pistas molhadas é
mais acentuada, visto que, mesmo com uma macro-textura aberta, a perda de
adesão é maior devido à sua micro-textura ser mais suave (SANTOS, 2004).
No terceiro e quarto casos, a macro-textura é fechada, o que ocasiona uma menor
velocidade no escoamento das águas da chuva, formando uma película d’água
sobre o pavimento. Isto faz com que a perda de atrito por adesão seja maior, sendo
o quarto caso pior ainda face à sua micro textura mais polida. E pelo fato da macrotextura ser fechada, o atrito por histerese também é menor que nos dois primeiros
casos (SANTOS, 2004).
26
5.4 Hidroplanagem
Um estudo realizado pela McDonnell Douglas em 1997, como diz ASFT (2004),
aponta as pistas contaminadas por água ou gelo como a quarta maior causa de
acidentes em pousos e táxis nos Estados Unidos entre 1992 e 1996.
Aspectos como a espessura da lâmina d’água, rugosidade da superfície e
capacidade de evacuação da água pelos sulcos do pneu devem ser levados em
consideração quando o pavimento se encontra na condição molhada.
Na hidroplanagem o atrito se reduz a valores insuficientes para manter a roda
girando, perde-se o controle direcional e a capacidade de frenagem; para que a roda
volte a girar durante o processo de hidroplanagem, a velocidade deve ser reduzida
sensivelmente (APS et al, 1995).
Existem três tipos de hidroplanagem:
•
Hidroplanagem viscosa: Pista molhada, uma pequena camada de água pode
atuar como um lubrificante, permitindo que os pneus deslizem. Este tipo tem a
agravante de poder ocorrer em velocidades menores que as dos outros tipos de
hidroplanagem e numa camada de água extremamente delgada (cerca de um
milionésimo de polegada). O pior é que a chuva não é a única vilã: a umidade de
garoa e sereno também pode causar o fenômeno (SANTOS, 2004).
•
Hidroplanagem dinâmica: Ao contrário da viscosa, a hidroplanagem dinâmica
ocorre normalmente em velocidades maiores, em água parada com a espessura
de um décimo de polegada ou mais. Durante este tipo de hidroplanagem a água
não consegue escapar pelos sulcos dos pneus e a roda gira sem a menor tração,
literalmente sobre a camada de água (SANTOS, 2004).
•
Hidroplanagem de borracha retornada: Resulta do travamento dos freios em uma
pista molhada ou úmida, o que cria uma super aquecida camada de vapor devido
à fricção dos pneus contra a superfície da pista. Quando isso ocorre, a borracha
27
do pneu funde-se enquanto roda sobre o vapor, deixando marcas de derrapagem
acinzentadas ou brancas na pista. Esse tipo normalmente não causa problemas
em aeronaves equipadas com sistema de frenagem com modulating anti-skid
(aeronaves equipadas com freios antideslizantes), que impede o travamento das
rodas (SANTOS, 2004).
O problema da aquaplanagem seria minimizado se todas as pistas fossem
construídas de maneira igual, isto é, todas utilizando as técnicas de construção que
minimizam os efeitos da aquaplanagem, com execução do grooving, que é o
ranhuramento feito na pista para evitar aquaplanagem. (SANTOS, 2004).
Tom Yager, engenheiro de pesquisas do NASA's Aircraft Landing Dynamics Facility
em Hampton, Virgínia, nos Estados Unidos, opina que a solução ideal é uma pista
de concreto com 1,5 % de cobertura com fendas transversais (grooving) de ¼ de
polegada (cerca de 6 mm) de profundidade e ¼ de polegada de largura com uma
polegada (aproximadamente dois centímetro e meio) de separação entre elas
(SANTOS 2004).
Grooving ou ranhuramento é a única maneira eficaz para se evitar a aquaplanagem
em situações de pousos em pistas molhadas. Seja em pistas construídas em
pavimento rígido (concreto) ou flexível (asfalto), o ranhuramento aumenta o
coeficiente de atrito proporcionando maior área de contato não encharcado. Além
disso, agiliza o escoamento da água para as laterais da pista, resulta em pistas mais
seguras, exigindo menor extensão para os pousos, ou em contrapartida, permitindo
a aterrissagem de aeronaves maiores. Como complemento ao grooving, para
garantia dos coeficientes de atrito adequados, é necessária a remoção da borracha
dos pneus acumulada com o tempo. O grooving na pista principal do Aeroporto de
Congonhas, em São Paulo, ocupa uma extensão de 1.746 m. No caso da pista
auxiliar, a extensão é de 1.437 m e, em ambos os casos, a largura da área sulcada é
de 30 metros (15 metros de cada lado do eixo das pistas); o espaçamento utilizado
em Congonhas é de 3 cm entre cada sulco e durante os meses quentes de verão, o
grooving na área de toque pode ficar cheio de borracha de pneu, reduzindo o
coeficiente de atrito (SANTOS, 2004).
28
5.5 Ensaios de atrito em pavimentos aeroportuários
As superfícies dos corpos, por mais polidas que possam parecer do ponto de vista
macroscópico, apresentam rugosidade quando analisadas microscopicamente. Em
conseqüência, se duas superfícies em contato apresentarem tendência a se mover
uma em relação à outra, surge uma força ''resistente'': a força de atrito. O atrito das
pistas é muito importante para a segurança aeroviária, pois evita acidentes aéreos
no pouso e decolagem, sendo medidos pelos ensaios:
5.5.1 Mancha de Areia
O ensaio de Mancha de Areia (Figura 5.6) tem como objetivo avaliar a macrotextura
dos agregados, parâmetros que influem diretamente na aderência entre pneu e
pavimento (SANTOS, 2004).
Figura 5.6 – Método de mancha de areia. (SANTOS, 2004)
O ensaio consiste em preeencher os vazios da superfície do pavimento com um
volume conhecido de uma areia natural limpa e seca de grãos arredondados, que
passa na peneira de abertura 0,3 mm e fica retida na peneira de abertura de 0,15
mm, a areia é espalhada por um cilindro de aço revestido de borracha. A divisão
desse volume pela área média da “mancha” formada pelo espalhamento, dará a
espessura de areia que determina a textura da superfície, conforme preconizado
pela ASTM E 965-96 (SANTOS, 2004).
29
5.5.2 Pêndulo Britânico
Consiste num pêndulo (figura 5.7), cuja haste possui em sua extremidade uma
sapata de borracha, que é lançado em direção ao pavimento molhado, com o
objetivo de medir a perda de energia, e é registrada numa escala graduada
(SANTOS, 2004).
Figura 5.7 – Pêndulo Britânico. (SANTOS, 2004)
5.5.3 Mu-meter
Equipamento (Figura 5.8) que determina o coeficiente de atrito dinâmico da pista em
vários pontos, possui sensores que entram em contato com o pavimento,
determinando através de um computador o coeficiente de atrito de 40 em 40m e um
gráfico do coeficiente de atrito com a distância. Realiza-se esse procedimento de
uma cabeceira para outra e vice-versa (SANTOS, 2004)
Figura 5.8 – Mu-Meter. (SANTOS, 2004)
30
6 ESTUDO DE CASO
O estudo foi realizado no Aeroporto de Congonhas e verificou-se que as cabeceiras
são os locais onde os pneus são mais exigidos. Quando uma aeronave está se
aproximando da pista para realizar o procedimento de pouso, no momento em que
ela toca o solo, ela está a 210 km/h aproximadamente. Conseqüentemente, os
pneus da aeronave têm que ser acelerados repentinamente a uma velocidade
angular que seja proporcional a 210 km/h, quando do contato com o solo.
Isto ocorre necessariamente em uma fração de segundo. Esta aceleração repentina
devido ao contato com a pista é responsável pela acumulação de borracha nos
poros do pavimento, pois, no início, os pneus necessitam de uma força tangencial
muito grande para que a roda e os conjuntos pesados dos pneus comecem a girar.
Este é um ponto importante, já que esse acúmulo de borracha na cabeceira da pista
gera uma maior preocupação quanto ao monitoramento das condições de atrito da
superfície do pavimento. Já em relação às empresas aéreas, este é um motivo de
grandes gastos com pneus, tendo em vista que essa situação provoca maior
desgaste dos mesmos.
Uma das alternativas é de se colocar os pneus girando momentos antes do toque,
de forma a diminuir essa “derrapagem” inicial. Um dos argumentos negativos é que,
com esse tipo de procedimento, a distância final de parada da aeronave se tornaria
maior. Percebe-se que o aumento de distância pode realmente ser significativo,
dependendo do tipo de aeronave e de seu peso, quando comparado com a distância
de frenagem sem o giro prévio dos pneus.
Por exemplo, para um Boeing 747, que pese em torno de 182.000 kg, isto é,
praticamente vazio, e que aterrisse com uma velocidade de 210 km/h
aproximadamente, usando esse procedimento de pré-giramento das rodas, o avião
teria uma distância de frenagem de 30 metros maior que o procedimento padrão, o
equivalente à metade do comprimento do avião, o que seria uma distância
razoavelmente pequena. Entretanto, caso a aeronave estivesse cheia, o peso seria
bem maior, acarretando uma diferença de distância de frenagem maior que 30
31
metros, passando a ser mais significativo. Muito embora essa diferença da distância
de frenagem não seja tão grande, em casos como o do Aeroporto de Congonhas,
esse comprimento de pista pode ser o diferencial entre um pouso seguro e um
perigoso, já que, além da pista ser curta, os pilotos têm grande parcela de
responsabilidade nesses tipos de operações. Depende também da perícia do próprio
piloto, que acaba, por vezes, não tocando o solo igualmente com as rodas do trem
de pouso principal.
Com o passar do tempo, os pneus das aeronaves e as próprias operações de
remoção de borracha vão desgastando os agregados da superfície, deixando-os
mais lisos e provocando assim, a diminuição do atrito por adesão.
Uma outra forma de analisar estes altos e baixos nas medições do atrito, além do
acúmulo de borracha que ocorre naturalmente, é o fato das remoções de borrachas
não estarem sendo executadas corretamente, comprometendo sua eficiência. A não
observância do tempo e da homogeneidade do espalhamento do detergente antes
da aplicação do jato d’água pode ser um fator crucial para um rendimento baixo no
desemborrachamento.
6.1 Procedimentos para remoção de borracha das pistas de pouso e
decolagem
A quantidade de pousos diários de aeronaves nas pistas dos Aeroportos provoca
desgaste dos pneus, deixando resíduos de borracha na superfície dos pavimentos,
ocasionando de forma progressiva alterações na textura da superfície do pavimento,
razão pela qual, se torna necessário implementar um processo de remoção ou
retirada de borracha acumulada nesta superfície, visando preservar ou restaurar a
funcionalidade operacional segura dos pavimentos das pistas de pouso e
decolagem.
O processo de remoção de borracha deve ser inserido na programação de
manutenção preventiva das pistas dos aeroportos, de modo a ser executado
32
periódica e sistematicamente, com o auxilio de equipamento especiais, utilizando
água limpa hidrojateada com pressão controlada, com ou sem aplicação de produtos
químicos desemborrachantes (ex. detergentes biodegradáveis).
Os equipamentos especiais que atualmente são utilizados pelas áreas de
manutenção da INFRAERO são relacionados a seguir:
•
Caminhão tanque (Figura 6.1), dotado de bomba WONA para aplicação do
hidrojateamento, especialmente projetado para aeroportos, conforme normas
USA e DIN, incluindo os seguintes acessórios: pistolas de hidrojateamento,
chuveiro rotativo (sobre rodinhas), mangueiras, bocais ou bicos, etc;
•
Caminhão
tanque,
dotado
de
bomba
LEMASA
para
aplicação
do
hidrojateamento, especialmente projetado para aeroportos, de acordo com
normas DIN, incluindo os seguintes acessórios: pistolas de hidrojateamento,
chuveiro rotativo (sobre rodinhas), mangueiras, bicos, etc.
Figura 6.1 – Caminhão tanque. (INFRAERO, 2006)
A freqüência com que deve se aplicar o processo de Remoção de Borracha nas
pistas de pouso e decolagem tem sido atrelada à programação de medição de atrito,
em razão de que os pavimentos das pistas requerem uma permanente garantia de
segurança operacional para aeronaves.
Os procedimentos que devem orientar o processo executivo para Remoção de
Borracha, são simples, porém resguardados de alguns cuidados especiais de
segurança, tais como:
33
•
Necessidade da emissão de NOTAM (aviso aos aeronavegantes), por conta
da área de operações;
•
Autorização pela torre de controle e pela área de operações para o acesso da
equipe técnica e equipamentos às pistas de pouso e decolagem;
•
Os pavimentos das pistas impregnadas de borracha deverão ser previamente
inspecionados, a fim de que estejam livres de restos de óleo ou graxas e,
demarcar as áreas de pavimento que terão que ser submetidos ao processo
de remoção e retirada de borracha.
O pessoal da equipe técnica, responsável pelo trabalho, deverá estar devidamente
protegida com EPI, para dar início aos serviços de Remoção de Borracha.
Previamente a colocação do equipamento em operação, deverá ser feito um “check
list” de itens operacionais, testar todo o conjunto do equipamento (motor e tanque do
caminhão, painel da bomba, a própria bomba e acessórios, inclusive mangueiras)
que será utilizado no processo de remoção em razão de que o tempo que será gasto
e, a extensão das áreas a serem limpas, condicionam o trabalho a um ritmo
continuado até sua conclusão, a fim de que os pavimentos das pistas sejam
liberados para as medições de atrito e textura.
Para dar início ao processo de Remoção de Borracha, o principal cuidado a ser
tomado é o da escolha e regulagem inicial da pressão de trabalho da bomba, já que
para utilização segura das pistolas de hidrojateamento e/ou chuveiro rotativo (Figura
6.2) na superfície dos pavimentos, deve se observar cuidadosamente que nas
passadas de hidrojateamento, o pavimento não está sendo danificado por excesso
de pressão ou, que a borracha do pavimento não está se desprendendo por falta de
pressão.
34
Figura 6.2 – Chuveiro rotativo. (INFRAERO, 2006)
O procedimento das passadas de hidrojateamento com os acessórios mencionados
sobre o pavimento impregnado de borracha deve seguir um processo ordenado de
passadas transversais ao eixo da pista (Figura 6.4) e paralelas ao eixo da pista
(Figura 6.3), em cada umas das faixas nas áreas demarcadas, e assim
sucessivamente em todas as faixas e áreas demarcadas, até a completa retirada da
borracha.
Figura 6.3 – Passadas paralelas ao eixo da pista. (INFRAERO, 2006)
35
Figura 6.4 – Passadas transversais ao eixo da pista. (INFRAERO, 2006)
Na seqüência, as áreas de pavimento onde houve a retirada de borracha, devem ser
lavadas com jatos de água em baixa pressão (Figura 6.5), por vezes com solução
detergente diluído para auxiliar na remoção total da borracha desprendida.
Figura 6.5 – Lavagem com jatos de água em baixa pressão. (INFRAERO, 2006)
A borracha que foi removida e que ficou acumulada nos locais de trabalho deve ser
recolhida para sua destinação final.
Concluídos os trabalhos de Remoção e retirada da Borracha das pistas de pouso e
decolagem deverá ser feita uma vistoria geral dos pavimentos a fim de verificar o
estado da superfície destes e registrar sua condição e/ou dano sofrido, seja pela
utilização normal das aeronaves ou, pelo processo inadequado de hidrojateamento.
36
7 CONCLUSÕES
Este trabalho reuniu em um único lugar várias informações relacionadas ao
desemborrachamento da pista do aeroporto de Congonhas
Tratou-se das formas de medição de atrito, os tipos de pavimento e a importância de
realizar a retirada de borracha das pistas, pois muitos acidentes são causados pela
não retirada desta borracha.
É importante realizar o desemborrachamento devido a problemática de acidentes,
mas este procedimento deve ser feito cautelosamente respeitando a integridade da
pista.
Dessa forma, esse trabalho não visa esgotar o assunto, e sim, servir de estímulo e
base para que sejam feitos ainda mais trabalhos e estudos relacionados ao tema
10
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Artigo – Universidade de São Paulo, São Paulo, SP.
ASFT. Friction Testing 1944-97. Disponível em: < http://www.asft.se/history.html#2. >
Acesso em: 14 Mar. 2006.
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Aircraft Tyres, Part 1: Introducion. London: ESDU, 1971, 40p.
GILLESPIE, THOMAS D. Fundamentals of Vehicle Dynamics. Warrendale: Society
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INFRAERO.
Aeroporto
Internacional
de
Congonhas/São
Paulo.
Coletadas
informações junto a Infraero para realização do estudo de caso, 2006.
PEIXOTO, C.F. Introdução a Engenharia Aeroportuária. 2002. Rio Claro, São Paulo,
SP, 2002.
SANTOS, E.L.dos. Análise Histórica de Medição de Atrito das Pistas do Aeroporto
Santos Dumont – RJ. Graduação – Divisão de Infra-Estrutura Aeronáutica, Instituto
Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, 2004.